布朗流程合成氨以其较低的能耗在化肥工业被广泛采用,其特点是轻度的一段转化、采用燃气透平、深冷净化和采用独特的布朗回路设计,以达到节能的目的。一段炉是整个合成氨的关键设备,其作用主要是产生H₂和驱动后续工段燃气轮机的高压蒸汽。一段炉的平稳运行,对整个合成氨生产系统至关重要。乌石化二化肥布朗流程合成氨一段转化炉能耗一直过高,掺烧瓦斯气以来出现了烧嘴箱外壁超温、天然气烧嘴被烧坏以及过热蒸汽盘管严重变形的故障。本研究对该装置一段炉能耗进行研究,找出一段炉能耗高的真正原因,并提出故障解决方案,同时对实际运行的一段炉工况进行优化,以提高一段炉效率。研究拟分为以下几个部分:第一部分,对设计工况进行物料衡算和能量衡算,找出一段炉进出口产物和入口反应物之间的组成关系,同时校核一段炉设计工况下的物料和能量是否平衡;找出符合设计工况的计算方法,为后续实际工况的能量衡算和物料衡算计算建立统一的基准;同时对比设备设计值,校核设计工况是否有设计缺陷的问题。第二部分,对实际运行的工况进行计算,结合实际工况下出现的故障,对比设计工况和实际工况的变化,找出一段炉能耗高的原因。为一段炉大修提供理论依据和具体方案。第三部分,根据一段炉故障诊断的原因,提出解决一段炉故障的对策,为一段炉大修改造方案提供指导性意见。第四部分,对一段炉大修后实际运行的工况进行校核,分析一段炉大修后的能耗情况,检验大修效果。最终计算发现:烧嘴超负荷、燃气透平乏气分配不合理、燃料废气的可燃组分低和高压蒸汽产量过大、蒸汽转化反应能耗较高是造成一段炉故障的主要原因。根据故障原因提出了一段炉大修改进方案。大修后,天然气的消耗量显著降低,燃气的效率大幅度提高;烧嘴外壁超温的情况得到有效解决,炉膛烧嘴火焰长度正常,一段炉排烟温度降到175℃,更换的过热过热蒸汽盘管已经平稳运行了三年。