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[摘 要]社会经济的不断进步在给各个行业带来发展机遇的同时，也带来了一定的威胁，随着各行业的发展，对于各种能源的消耗量与日俱增，在能源、资源日趋紧张的形势下，对于以煤为原料的氮肥企业来讲，节约原材料，特别是降低原料煤消耗，以降低生产成本，提高经济效益，成为了当前工作中的重中之重。本文将主要以煤气间歇气造气工艺进行分析。
[关键词]煤气；间歇气化；节能措施
中图分类号：TQ546；F426.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0057-01
引言
目前，在氮肥行业内，在氮系统回收率正常、原料煤稳定的情况下，仍然有部分间歇造气工段的吨氮耗煤在1250kg以上，吨氮耗蒸汽在1300kg以上，究其主要原因是间歇造气的先进工艺指标与合理的操作方法不能相对应所造成，本文主要针对煤气间歇化工艺方面，对其进行了简单分析，以期对相关部门起到一定的参考、借鉴作用。
一、间歇气化造气工艺过程及指标
1、过程
将蒸汽和空气交替送入煤气发生炉中，在送风阶段，将空气通过燃料层以提高床层温度；在制气阶段，将水蒸气通过高温燃料层而制得半水煤气。这种煤气在除去一氧化碳、二氧化碳、硫化物等杂质后，其氢与氮的组成为3∶1的半水煤气，作为合成氨的原料气。
2、指标
（1）煤气炉温度的控制。①制气阶段。在制气阶段，蒸汽与炭反应的速度随温度的升高而加快，适当提高气化层温度，增加燃料层的蓄热量，气化强度明显提高。这表明，吹风与制气两个阶段，对于气化层温度、厚度和蓄热量多少的要求是不一样的。②吹风阶段。吹风阶段应尽量避免形成二氧化碳还原的条件，希望气化层薄，温度低，蓄热量少；制气阶段则要求有利于形成二氧化碳还原反应的条件，希望气化层厚，温度高，蓄热量多。③原料灰熔点。气化层温度的高低，还受到原料灰熔点的限制，炉温过高超过灰熔点所能允许的温度，则会造成料层熔结成块，使炉内结疤，造成操作条件恶化。因此，煤气炉温度高低的选择应从气化强度和热利用率两个方面综合考虑，当气化层温度维持低线指标时，上下吹蒸汽用量应相应减少，否则会使炉温过低，影响制气效率。
（2）煤气炉入炉蒸汽及上下吹时间。上、下吹制气阶段时间的分配，以稳定气化层位置，有利于上、下气道温度指标的有效控制和保证气体质量为原则。吹风阶段结束后，燃料层的温度高，上吹制气的产量大，似乎上吹制气阶段的时间应长一些。但是上吹制气阶段的时间过长，不仅消耗气化层大量的热量，且使气化层温度急剧上移，对后续的制气不利。因此，在上、下吹制气阶段时间的分配比例上，下吹制气阶段的时间比上吹制气阶段的时间长一些。对于固定碳含量及灰熔点比较高，机械强度及热稳定性比较好，粒度比较大的原料，应适当减少上吹时间，尽可能地延长下吹时间，以有利于防止气化层上移及下部未燃尽炭的充分利用，以达到稳定操作和降低消耗的目的。
二、蒸汽系统分析
1、过热蒸汽制气
过热蒸汽制气一般宜选取220℃左右的过热蒸汽，过热蒸汽温度过高，因其密度小，单位时间内入炉的蒸汽量就少，这虽有利于提高蒸汽分解率，但不利于生产能力的发挥，制约了制气强度的提高。选取过热蒸汽制气，因其流速在30～50m/s，若再控制好入炉蒸汽压力，将更加有利于改善气固相物质之间的反应状态，必然在增强制气强度，提高生产能力的前提下，有利于蒸汽分解率的大幅度提高。采用过热蒸汽制气及选择适宜的工艺条件，蒸汽分解率一般可达到65%左右，吨氨蒸汽的消耗定额同比可下降300～500kg。另外，采用过热蒸汽制气，还可以减轻设备、管道的腐蚀。烧劣质煤时，还可防止设备、管道的堵塞，减轻了洗气塔的负荷，提高了半水煤气的有效气体成分，为后工序提高打气量、增加产量奠定了基础。
2、造气工序蒸汽来源
煤气炉水夹套锅炉自产蒸汽，回收上下行煤气显热的废锅产蒸汽，吹风气回收装置产的蒸汽，氨合成工序所产蒸汽，热电锅炉所送蒸汽等。这些不同来源的蒸汽，有着不同的压力等级或不同的品位，如果造气的蒸汽系统配置布局得不得当，势必严重影响煤气炉工况的稳定、制气效率的提高，造成能耗的居高不下。因此合理的蒸汽系统对常压固定床间歇气化工艺来说，起着至关重要的作用。
3、蒸汽系统注意的问题
（1）入炉蒸汽的品质。无论造气系统的蒸汽来源有多少，尽量将入炉蒸汽控制为220℃左右的过热蒸汽。
（2）入炉蒸汽压力。入炉蒸汽调节装置要一个单元系统配置一套，通径不应小于150mm，压力采样点宜选取在入炉蒸汽总管上，以避免管线阻力降所带来的调节误差。
（3）蒸汽系统补汽点的位置。应尽量选取在单元系统各煤气炉的中间，防止从一头进，以避免流体在系统中的分配不均，使压力波动，影响单元系统各煤气炉的稳定性及负荷的平衡。
（4）蒸汽系统的容量。管线阀门的口径选择要得当。单元补汽装置不应小于150mm，调节装置离补汽点应尽量短。单元装置应设置一个不少于20m？的缓冲罐，其出入蒸汽总管调为DN400或DN500。单炉入炉蒸汽管线阀门选DN250或DN300。
（5）汽源流程。各种不同来源的蒸汽，必须进入缓冲罐充分混合均匀后，方能供各炉使用，尽量避免一个单元内各炉的入炉蒸汽温度存在着较大的波动。
三、制气优化与加氮方式
1、合理的工作周期
对于当今煤头氮肥厂家来讲，经过多年的技改，已今非昔比。风机能力的扩大，煤气炉扩径、增高、变形的改型（高径比、容炭比、水夹套变形），气化强度的提高，炉群的增多，系统扩径降阻、流程的简化，DCS微机油压系统的控制，以及余热回收热电联产等现实条件，已使小氮肥行业造气运行的特点，有了很大的改变。这些变化，对于常压固定层间歇式煤气化工艺来讲，一个工作循环周期及其各循环阶段时间百分比的选择和优化问题的解决，已显得至关重要。
2、加氮方式
（1）上、下吹加氮。采用上、下吹加氮操作，是在上、下吹制气阶段蒸汽与少量的空气混合，通过高温料层，炭与氧的放热反应和炭与蒸汽的吸热反应同时进行，产生半水煤气。目前，一些厂只采用上吹制气加氮的工艺来进行氢氮比的调节。采用上吹加氮的方法，是在每个循环吹风阶段结束，上吹制气开始时，由吹风阀（或上吹加氮阀）送来的空气与蒸汽同时由炉底进入炉内，使空气中的氧与蒸汽同时与炽热的炭反应，制的气体送入气柜。上吹加氮阶段制得气体其氮含量高于半水煤气中氮的含量。所需加氮量，可调节加氮所占的时间百分比，即控制吹风阀（或上吹加氮阀）关闭的时间。
正常生产中加氮时间的确定，可根据各炉的实际情况及时变动，百分比调节也方便，对稳定氢氮比有积极的意义，采用上吹加氮制得的气体混合较均匀，也有利于提高半水煤气分析取样的代表性，由于上吹加氮入炉空气量较大，因此可以缩短回收时间，相对增加了制气的时间，相应地提高了煤气炉的生产能力，采用上吹加氮另一个突出优点，是使每个工作循环炉温波动幅度减小。
综上所述，采用加氮制气，有利于提高发气量，降低灰渣中可燃物。但由于某些燃料的特殊性及现实条件的局限性，下吹加氮不能起到很好的节能降耗的结果，反而会增多带出物和热量损失。关键是采用下吹加氮时，空气中氧在燃料层的上半部分，发生氧化反应，造成燃料破碎，使气化剂分布不均和带出物增多，并增加热量损失，严重时炉况会恶化。所以在不具备相应条件时，在生产中一般不宜采用下吹加氮。
参考文献
[1] 李清.固定床间歇造气炉改造[J].化学工程与装备，2014-08-15
[2] 吉建兴.固定床常压间歇气化半水煤气脱硫工艺选择的探讨[J].化肥设计，2014-10-25
[3] 田守国.常压固定床纯氧连续气化的优势和节能原理[J].化工设计通讯，2013-12-28
[关键词]煤气；间歇气化；节能措施
中图分类号：TQ546；F426.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0057-01
引言
目前，在氮肥行业内，在氮系统回收率正常、原料煤稳定的情况下，仍然有部分间歇造气工段的吨氮耗煤在1250kg以上，吨氮耗蒸汽在1300kg以上，究其主要原因是间歇造气的先进工艺指标与合理的操作方法不能相对应所造成，本文主要针对煤气间歇化工艺方面，对其进行了简单分析，以期对相关部门起到一定的参考、借鉴作用。
一、间歇气化造气工艺过程及指标
1、过程
将蒸汽和空气交替送入煤气发生炉中，在送风阶段，将空气通过燃料层以提高床层温度；在制气阶段，将水蒸气通过高温燃料层而制得半水煤气。这种煤气在除去一氧化碳、二氧化碳、硫化物等杂质后，其氢与氮的组成为3∶1的半水煤气，作为合成氨的原料气。
2、指标
（1）煤气炉温度的控制。①制气阶段。在制气阶段，蒸汽与炭反应的速度随温度的升高而加快，适当提高气化层温度，增加燃料层的蓄热量，气化强度明显提高。这表明，吹风与制气两个阶段，对于气化层温度、厚度和蓄热量多少的要求是不一样的。②吹风阶段。吹风阶段应尽量避免形成二氧化碳还原的条件，希望气化层薄，温度低，蓄热量少；制气阶段则要求有利于形成二氧化碳还原反应的条件，希望气化层厚，温度高，蓄热量多。③原料灰熔点。气化层温度的高低，还受到原料灰熔点的限制，炉温过高超过灰熔点所能允许的温度，则会造成料层熔结成块，使炉内结疤，造成操作条件恶化。因此，煤气炉温度高低的选择应从气化强度和热利用率两个方面综合考虑，当气化层温度维持低线指标时，上下吹蒸汽用量应相应减少，否则会使炉温过低，影响制气效率。
（2）煤气炉入炉蒸汽及上下吹时间。上、下吹制气阶段时间的分配，以稳定气化层位置，有利于上、下气道温度指标的有效控制和保证气体质量为原则。吹风阶段结束后，燃料层的温度高，上吹制气的产量大，似乎上吹制气阶段的时间应长一些。但是上吹制气阶段的时间过长，不仅消耗气化层大量的热量，且使气化层温度急剧上移，对后续的制气不利。因此，在上、下吹制气阶段时间的分配比例上，下吹制气阶段的时间比上吹制气阶段的时间长一些。对于固定碳含量及灰熔点比较高，机械强度及热稳定性比较好，粒度比较大的原料，应适当减少上吹时间，尽可能地延长下吹时间，以有利于防止气化层上移及下部未燃尽炭的充分利用，以达到稳定操作和降低消耗的目的。
二、蒸汽系统分析
1、过热蒸汽制气
过热蒸汽制气一般宜选取220℃左右的过热蒸汽，过热蒸汽温度过高，因其密度小，单位时间内入炉的蒸汽量就少，这虽有利于提高蒸汽分解率，但不利于生产能力的发挥，制约了制气强度的提高。选取过热蒸汽制气，因其流速在30～50m/s，若再控制好入炉蒸汽压力，将更加有利于改善气固相物质之间的反应状态，必然在增强制气强度，提高生产能力的前提下，有利于蒸汽分解率的大幅度提高。采用过热蒸汽制气及选择适宜的工艺条件，蒸汽分解率一般可达到65%左右，吨氨蒸汽的消耗定额同比可下降300～500kg。另外，采用过热蒸汽制气，还可以减轻设备、管道的腐蚀。烧劣质煤时，还可防止设备、管道的堵塞，减轻了洗气塔的负荷，提高了半水煤气的有效气体成分，为后工序提高打气量、增加产量奠定了基础。
2、造气工序蒸汽来源
煤气炉水夹套锅炉自产蒸汽，回收上下行煤气显热的废锅产蒸汽，吹风气回收装置产的蒸汽，氨合成工序所产蒸汽，热电锅炉所送蒸汽等。这些不同来源的蒸汽，有着不同的压力等级或不同的品位，如果造气的蒸汽系统配置布局得不得当，势必严重影响煤气炉工况的稳定、制气效率的提高，造成能耗的居高不下。因此合理的蒸汽系统对常压固定床间歇气化工艺来说，起着至关重要的作用。
3、蒸汽系统注意的问题
（1）入炉蒸汽的品质。无论造气系统的蒸汽来源有多少，尽量将入炉蒸汽控制为220℃左右的过热蒸汽。
（2）入炉蒸汽压力。入炉蒸汽调节装置要一个单元系统配置一套，通径不应小于150mm，压力采样点宜选取在入炉蒸汽总管上，以避免管线阻力降所带来的调节误差。
（3）蒸汽系统补汽点的位置。应尽量选取在单元系统各煤气炉的中间，防止从一头进，以避免流体在系统中的分配不均，使压力波动，影响单元系统各煤气炉的稳定性及负荷的平衡。
（4）蒸汽系统的容量。管线阀门的口径选择要得当。单元补汽装置不应小于150mm，调节装置离补汽点应尽量短。单元装置应设置一个不少于20m？的缓冲罐，其出入蒸汽总管调为DN400或DN500。单炉入炉蒸汽管线阀门选DN250或DN300。
（5）汽源流程。各种不同来源的蒸汽，必须进入缓冲罐充分混合均匀后，方能供各炉使用，尽量避免一个单元内各炉的入炉蒸汽温度存在着较大的波动。
三、制气优化与加氮方式
1、合理的工作周期
对于当今煤头氮肥厂家来讲，经过多年的技改，已今非昔比。风机能力的扩大，煤气炉扩径、增高、变形的改型（高径比、容炭比、水夹套变形），气化强度的提高，炉群的增多，系统扩径降阻、流程的简化，DCS微机油压系统的控制，以及余热回收热电联产等现实条件，已使小氮肥行业造气运行的特点，有了很大的改变。这些变化，对于常压固定层间歇式煤气化工艺来讲，一个工作循环周期及其各循环阶段时间百分比的选择和优化问题的解决，已显得至关重要。
2、加氮方式
（1）上、下吹加氮。采用上、下吹加氮操作，是在上、下吹制气阶段蒸汽与少量的空气混合，通过高温料层，炭与氧的放热反应和炭与蒸汽的吸热反应同时进行，产生半水煤气。目前，一些厂只采用上吹制气加氮的工艺来进行氢氮比的调节。采用上吹加氮的方法，是在每个循环吹风阶段结束，上吹制气开始时，由吹风阀（或上吹加氮阀）送来的空气与蒸汽同时由炉底进入炉内，使空气中的氧与蒸汽同时与炽热的炭反应，制的气体送入气柜。上吹加氮阶段制得气体其氮含量高于半水煤气中氮的含量。所需加氮量，可调节加氮所占的时间百分比，即控制吹风阀（或上吹加氮阀）关闭的时间。
正常生产中加氮时间的确定，可根据各炉的实际情况及时变动，百分比调节也方便，对稳定氢氮比有积极的意义，采用上吹加氮制得的气体混合较均匀，也有利于提高半水煤气分析取样的代表性，由于上吹加氮入炉空气量较大，因此可以缩短回收时间，相对增加了制气的时间，相应地提高了煤气炉的生产能力，采用上吹加氮另一个突出优点，是使每个工作循环炉温波动幅度减小。
综上所述，采用加氮制气，有利于提高发气量，降低灰渣中可燃物。但由于某些燃料的特殊性及现实条件的局限性，下吹加氮不能起到很好的节能降耗的结果，反而会增多带出物和热量损失。关键是采用下吹加氮时，空气中氧在燃料层的上半部分，发生氧化反应，造成燃料破碎，使气化剂分布不均和带出物增多，并增加热量损失，严重时炉况会恶化。所以在不具备相应条件时，在生产中一般不宜采用下吹加氮。
参考文献
[1] 李清.固定床间歇造气炉改造[J].化学工程与装备，2014-08-15
[2] 吉建兴.固定床常压间歇气化半水煤气脱硫工艺选择的探讨[J].化肥设计，2014-10-25
[3] 田守国.常压固定床纯氧连续气化的优势和节能原理[J].化工设计通讯，2013-12-28