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【摘 要】 文章分析了合成氨造气工艺中的工艺参数，针对现状，提出了进一步改进方案。改进之后，充分利用氨生产原料，即可提升经济效益，同时又降低企业生产成本。
【关键词】 合成氨；造氣炉；工艺
氮肥企业对能源的消耗非常大，面对市场冲击如何能更好的优化工艺条件进行技术改造，最大限度的降低生产成本以及搞好装置的挖潜工作，是企业长期发展的关键，笔者拟从吹风系统、炉箅改造以及氢氮比的调节上进行阐述。1氢氮比氢氮比是合成氨生产中的一个重要指标，是与造气、变换、合成等工段有关的控制参数，它直接影响到后工段的产量。
1 氢氮比的自动控制
作为合成氨生产的一个重要指标，氢氮比是一个重要的控制参数，它与合成变换和造气工段有很大的关系，对工段的产量有直接的影响。这是较为复杂的调节系统，氢氮比呈现多变量调节，不容易建立被控对象的数据模型。若采用人工调节方式，不仅有较长的滞后时间，还会出现较低的合格率和较大的波动，对氨产量有直接的影响。目前有三种方法来控制氢氮比。针对中小氨肥企业，比较实用是恒氨法。在生产过程中，有以下几种调节方法：
1）控制规律为常规PID算法和预估算法相结合，将脱硫氢和循环氢作为反馈信号，对回收时间和上吹加氮时间进行调节，对含氮量进行控制，进而实现一种自动调节氢氮比的方式。
2）通过毫伏转换器，将5个电信号向脉冲数信号转换，依照各造气炉的实际工况，通过数据处理，向造气微机精准地将控制信号输出。将加氮时间和回收时间进行改变，完成超前调节。
3）采用合成氨和变换氨两个信号，对加氮量进行自动调节。对炉况的稳定，此种方法比较实用。分析整个操作过程，既达到了稳定炉况，又实现了调节氢氮比的作用
2 炉箅的优化与选择
专用炉箅是根据各企业的炉型、原料性质、加煤方式、炭层高度以及各部位阻力等参数设计的一种专门炉箅。优选炉箅应从炉型、通风面积、布风性能、破渣排渣能力和带出物情况等方面综合考虑。
（1）布风设计专用炉箅优化中，最关键的部位是布风设计。合理布风的原则应是控制中心风量，加大外环区风量。布风强度的优化设计与原料的种类、性质、粒径、气孔率、所用风机的风量与风压、加煤的形式、燃料层总高度以及各部位阻力等有关。
（2）炉型的优选为了防止生产过程中煤气炉炭层下降不均匀，出现塌炭、返焦率上升等现象，直径<3000mm煤气炉采用六边形均布型炉箅，以克服以上不良现象。
（3）减少带出物的优化设计要注意内风道间隙和上下层重叠面的设计是否合理，以使下吹带出物量与通风阻力之间达到最优化，既可减少下吹带出物，又不会影响制气效果。
合成氨企业中根据造气炉的不同通常采用五边炉箅或六边炉箅，相比之下，六边炉箅有更多的优点：①布风均匀。六层六边布风比五层布风均匀性提高20%，炉况稳定，操作弹性大，返焦率降低；②破渣能力强。炉箅向上翘起的破渣角老型号为18个，新型号为24个，通过下渣情况看，无大块死疤现象；③下吹带出物少。各层风道间隙减少了，在通风面积相等时，六层风道比五层风道间隙减少15%～20%，下吹带出物减少，减轻了对下行煤气管道的冲刷；④煤种适应性强。无论使用山西煤、贵州煤、宁夏煤，使用新型炉箅的炉子炉况变化不大，较易控制。
3 吹风系统
在操作造气炉的过程中，在吹风阶段对热量进行蓄积，促进了燃料的燃烧，为制气阶段碳与蒸汽的结合奠定了基础。在吹风阶段，既要在短时间内将炉温升高，同时还应尽可能地使燃料能耗降低，热损失减少。分析吹风阶段所发生的化学反应，碳和氧之间，有相当大的反应速度常数，其反应在扩散控制范围内，所以在扩散控制为主的碳的燃烧反应中，吹风速度的提升，是最有效的措施。而二氧化碳和碳在还原层发生的吸热还原反应，都在动力学控制之内。较高的气流速度又恰好使还原层内的二氧化碳停留的时间缩短，这样使一氧化碳在吹风气中的含量进一步降低，热损失也随之减少。所以使热损失减少的关键，是使吹风速度提高，尽量避免生成的吹风气在系统内的停留时间。
通过以上分析看出，吹风效率提升的关键，是使吹风系统阻力的降低。系统中的阻力包阀门阻力、管路阻力、煤气、煤炭层阻力和设备阻力。针对吹风阶段对低压统管理所采取的系列措施，无法做到规划和整齐，应对降低阀门和管路系统阻力进行着重考虑，这样才能降低耗能，保证风机的正常运行。
以下为我厂的改造措施：
（1）风机的改造：扩径改造后的造气炉其附属
设备必须配套才能发挥效益，其中风机是关键。造气炉的最佳工况是在短的时间内使炉温提高，蓄存足够的热量，供制气用。这就要求单位时间内风机必须具备高风速、大风量的性能，所以，把所有风机改为C800-1.28型风机。在高炭层操作时，制气强度可提高到1300m3/m2·h，有利于提高炭层和炉温，同时也实现了1台风机供4台Φ2610mm造气炉生产，达到节能降耗、经济运行的目标。
（2）改造入炉风管，降低阻力：我公司入炉风管原设计为DN500mm，由于风机改型，风量提高，经检测，阻力近2750Pa。为此，入炉风管及阀门全部更换为DN600mm，阻力降低到1050Pa。（3）改造制气系统，降低阻力：造气系统阻力的大小，直接影响到造气炉的正常运行和造气炉的出力。针对制气系统阻力，采取了简化工艺流程、管道扩径、减少弯头等措施。
4 结论
本文对合成氨造气中多个重要部分进行了优化改进，不仅能更进一步降低了造气工段的能耗，同时优化了工艺操作，实现了企业的安全、高产、低耗，提高了企业的经济效益和竞争力。
参考文献：
[1]孙华田.降低造气能耗必须严格掌控的几个问题（下）[J].小氮肥，2009（3）.
[2]赵苏安.中氮厂固定床煤气炉流程改造技术研讨[J].中氮肥，2009（5）.
[3]彭春生.影响吹风气余热回收装置安全经济运行的因素探讨[J].中氮肥，2006（1）.
[4]严素娟.合成氨厂造气工艺改进[J].浙江化工，2006（7）.
[5]姚方.合成氨造气工艺的技术优化与选型[J].化肥设计，2007（5）.
【关键词】 合成氨；造氣炉；工艺
氮肥企业对能源的消耗非常大，面对市场冲击如何能更好的优化工艺条件进行技术改造，最大限度的降低生产成本以及搞好装置的挖潜工作，是企业长期发展的关键，笔者拟从吹风系统、炉箅改造以及氢氮比的调节上进行阐述。1氢氮比氢氮比是合成氨生产中的一个重要指标，是与造气、变换、合成等工段有关的控制参数，它直接影响到后工段的产量。
1 氢氮比的自动控制
作为合成氨生产的一个重要指标，氢氮比是一个重要的控制参数，它与合成变换和造气工段有很大的关系，对工段的产量有直接的影响。这是较为复杂的调节系统，氢氮比呈现多变量调节，不容易建立被控对象的数据模型。若采用人工调节方式，不仅有较长的滞后时间，还会出现较低的合格率和较大的波动，对氨产量有直接的影响。目前有三种方法来控制氢氮比。针对中小氨肥企业，比较实用是恒氨法。在生产过程中，有以下几种调节方法：
1）控制规律为常规PID算法和预估算法相结合，将脱硫氢和循环氢作为反馈信号，对回收时间和上吹加氮时间进行调节，对含氮量进行控制，进而实现一种自动调节氢氮比的方式。
2）通过毫伏转换器，将5个电信号向脉冲数信号转换，依照各造气炉的实际工况，通过数据处理，向造气微机精准地将控制信号输出。将加氮时间和回收时间进行改变，完成超前调节。
3）采用合成氨和变换氨两个信号，对加氮量进行自动调节。对炉况的稳定，此种方法比较实用。分析整个操作过程，既达到了稳定炉况，又实现了调节氢氮比的作用
2 炉箅的优化与选择
专用炉箅是根据各企业的炉型、原料性质、加煤方式、炭层高度以及各部位阻力等参数设计的一种专门炉箅。优选炉箅应从炉型、通风面积、布风性能、破渣排渣能力和带出物情况等方面综合考虑。
（1）布风设计专用炉箅优化中，最关键的部位是布风设计。合理布风的原则应是控制中心风量，加大外环区风量。布风强度的优化设计与原料的种类、性质、粒径、气孔率、所用风机的风量与风压、加煤的形式、燃料层总高度以及各部位阻力等有关。
（2）炉型的优选为了防止生产过程中煤气炉炭层下降不均匀，出现塌炭、返焦率上升等现象，直径<3000mm煤气炉采用六边形均布型炉箅，以克服以上不良现象。
（3）减少带出物的优化设计要注意内风道间隙和上下层重叠面的设计是否合理，以使下吹带出物量与通风阻力之间达到最优化，既可减少下吹带出物，又不会影响制气效果。
合成氨企业中根据造气炉的不同通常采用五边炉箅或六边炉箅，相比之下，六边炉箅有更多的优点：①布风均匀。六层六边布风比五层布风均匀性提高20%，炉况稳定，操作弹性大，返焦率降低；②破渣能力强。炉箅向上翘起的破渣角老型号为18个，新型号为24个，通过下渣情况看，无大块死疤现象；③下吹带出物少。各层风道间隙减少了，在通风面积相等时，六层风道比五层风道间隙减少15%～20%，下吹带出物减少，减轻了对下行煤气管道的冲刷；④煤种适应性强。无论使用山西煤、贵州煤、宁夏煤，使用新型炉箅的炉子炉况变化不大，较易控制。
3 吹风系统
在操作造气炉的过程中，在吹风阶段对热量进行蓄积，促进了燃料的燃烧，为制气阶段碳与蒸汽的结合奠定了基础。在吹风阶段，既要在短时间内将炉温升高，同时还应尽可能地使燃料能耗降低，热损失减少。分析吹风阶段所发生的化学反应，碳和氧之间，有相当大的反应速度常数，其反应在扩散控制范围内，所以在扩散控制为主的碳的燃烧反应中，吹风速度的提升，是最有效的措施。而二氧化碳和碳在还原层发生的吸热还原反应，都在动力学控制之内。较高的气流速度又恰好使还原层内的二氧化碳停留的时间缩短，这样使一氧化碳在吹风气中的含量进一步降低，热损失也随之减少。所以使热损失减少的关键，是使吹风速度提高，尽量避免生成的吹风气在系统内的停留时间。
通过以上分析看出，吹风效率提升的关键，是使吹风系统阻力的降低。系统中的阻力包阀门阻力、管路阻力、煤气、煤炭层阻力和设备阻力。针对吹风阶段对低压统管理所采取的系列措施，无法做到规划和整齐，应对降低阀门和管路系统阻力进行着重考虑，这样才能降低耗能，保证风机的正常运行。
以下为我厂的改造措施：
（1）风机的改造：扩径改造后的造气炉其附属
设备必须配套才能发挥效益，其中风机是关键。造气炉的最佳工况是在短的时间内使炉温提高，蓄存足够的热量，供制气用。这就要求单位时间内风机必须具备高风速、大风量的性能，所以，把所有风机改为C800-1.28型风机。在高炭层操作时，制气强度可提高到1300m3/m2·h，有利于提高炭层和炉温，同时也实现了1台风机供4台Φ2610mm造气炉生产，达到节能降耗、经济运行的目标。
（2）改造入炉风管，降低阻力：我公司入炉风管原设计为DN500mm，由于风机改型，风量提高，经检测，阻力近2750Pa。为此，入炉风管及阀门全部更换为DN600mm，阻力降低到1050Pa。（3）改造制气系统，降低阻力：造气系统阻力的大小，直接影响到造气炉的正常运行和造气炉的出力。针对制气系统阻力，采取了简化工艺流程、管道扩径、减少弯头等措施。
4 结论
本文对合成氨造气中多个重要部分进行了优化改进，不仅能更进一步降低了造气工段的能耗，同时优化了工艺操作，实现了企业的安全、高产、低耗，提高了企业的经济效益和竞争力。
参考文献：
[1]孙华田.降低造气能耗必须严格掌控的几个问题（下）[J].小氮肥，2009（3）.
[2]赵苏安.中氮厂固定床煤气炉流程改造技术研讨[J].中氮肥，2009（5）.
[3]彭春生.影响吹风气余热回收装置安全经济运行的因素探讨[J].中氮肥，2006（1）.
[4]严素娟.合成氨厂造气工艺改进[J].浙江化工，2006（7）.
[5]姚方.合成氨造气工艺的技术优化与选型[J].化肥设计，2007（5）.