第６期 ２０１５年１１月 中 氮肥 Ｎｏ．６ ＮＯＶ．２０ｌ５ Ｍ—Ｓｉｚｅｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ＨＴ．Ｌ炉投用晋城无烟煤对炉况的影响及技改思路 何天天 （河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南开封４７５００２） ［摘要］针对ＨＴ—Ｌ炉试烧晋城无烟煤出现的氧气消耗量大、有效气含量达不到盈利标准、炉温高且 炉内盘管易烧穿、灰渣含碳量高、渣水系统结垢堵塞严重等不良现象，从耐火层厚度、激冷水水质、渣水 循环等方面综合论证，提出ＨＴ—Ｌ炉的技改思路，以解决晋城无烟煤与ＨＴ—Ｌ炉不匹配的难题。 ［关键词］ＨＴ—Ｌ炉；晋城无烟煤；耐火层冷却水盘管；二次补氧环；温度逐级传递；渣水闭路大循环 ［中图分类号］ＴＱ ５４６ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００４—９９３２（２０１５）０６—００３５—０２ 河南晋开化工投资控股集团有限责任公司 １．２设计理念 （简称河南晋开集团）二分公司ＨＴ—Ｌ煤制气项 目２０１０年４月破土动工，２０１２年１０月１９日开 炉中心温度逐级向炉壁传递：中心焰一熔渣 一固渣一耐火料一内盘管壁一锅炉水一外盘管壁 车成功，投用神木煤，并掺人部分高硫煤。ＨＴ－ 一惰气保护层 高铝不定型耐火材料 外保温 层。 Ｌ炉是气化无烟末煤的理想炉型，主要适合烧新 疆、神木等低灰熔点、高热值烟煤，而晋城无烟 煤硬度强、可磨性差、灰熔点高（在１ ５００℃以 上），运行中出现煤耗大、运行成本高的问题。 ２０１４年４月２９ Ｅｔ＿５月１７日，ＨＴ—Ｌ炉试烧晋 城无烟煤出现了以下不良现象：氧气消耗量大， ２ ＨＴ－Ｌ炉试烧晋城无烟煤出现的问题及原因 ＨＴ—Ｌ炉试烧晋城无烟煤期间的运行情况分 析：尾渣含碳量与炉温、Ｏ／Ｃ不平衡，提高氧 量炉温会升高，直接的影响是耐火料熔融变薄 有效气含量达不到盈利标准，炉温高且炉内盘管 易烧穿，灰渣含碳量高，渣水系统结垢堵塞严 重。对此，从耐火层厚度、激冷水水质、渣水循 环等方面综合论证，提出ＨＴ．Ｌ炉技改思路，以 解决晋城无烟煤与ＨＴ—Ｌ炉不匹配的难题，实现 ＨＴ—Ｌ炉原料煤本土化。 １ Ｉ－ＩＴ－Ｌ炉简介 １．１主要特点 （通过炉子大修期间剩余厚度可以判断），而同 时尾渣含碳量下降幅度并不明显，这个矛盾直接 制约着集团公司的经济效益。 ＨＴ－Ｌ炉最主要的问题是盘管烧穿、下降管 变形。当然，盘管烧穿与ＨＴ－Ｌ炉原料的本土化 不彻底有很大关系，本质原因是ＨＴ．Ｌ炉在使用 过程中温度逐级传递出现跃级，ＳｉＣ耐火料长期 在高温高氧的作用下逐渐变软，在熔渣的冲刷下 被带走，当然这个过程很漫长，伴随炉子的单次 ＨＴ－Ｌ炉属气流床炉型，干粉输送、纯氧加 运行周期，直至耐火层消失后温度传递彻底失 效，最终锅炉水盘管向火面暴露在高温熔渣和氧 气的侵蚀中，直至烧穿，烧穿后锅炉水漏入系 压氧化、单烧嘴顶烧式，气化温度１ ４００～１ ９００ ℃，适应煤灰熔点１ ２５０～１ ６５０℃，操作压力２ ～４ ＭＰａ，液态排渣，理论有效气含量≥９０％， 统，导致合成气中甲烷含量、尾渣含碳量、Ｏ／Ｃ 及炉外壁温度逐渐上升，运行成本与经济效益均 不达标，被迫停车检修。 渣水系统存在的主要问题是下降管结垢严重 水冷壁、盘管，四进四出，自炉体内表面向外， 保温形式依次为液渣、固渣、ＳｉＣ耐火材料、水 冷壁、惰气保护层、高铝不定型耐火材料、外保 温层，水冷壁可形成３～５ ｍｍ厚固渣层。 ［收稿日期】２０１５—０３．２８ ［作者简介］何天天（１９８８一），男，河南灵宝人，先后从事多 孔铵、航天炉煤制气生产工作。 且变形，其原因是碳酸钙等结晶在下降管外表面 大量生成，使下降管内外表面的热膨胀系数改变 较大，最终导致下降管变形直至烧穿以及渣水系 统管线易堵塞、磨穿。以上问题主要与激冷水 ・３６・ 中氮肥 第６期 （由洗涤塔提供）水质差有很大的关系。 ３ ＨＴ－Ｌ炉技改思路的理论支持 ＨＴ—Ｌ炉的技改思路是合理利用熔渣温度的 逐级传递，配合煤的灰熔点让温度逐级按流动温 度一软化温度一变形温度一半球温度向耐火料一 水冷壁一惰气保护层一高铝不定型耐火材料一外 保护层传递。 ＨＴ—Ｌ炉试烧无烟煤期间温度逐级传递出现 跃级，跃级位于熔渣一固渣一耐火料，炉温高至 耐火料烧蚀温度，导致耐火料逐渐变软并被熔渣 冲刷带走。而正常情况下应该是固渣形成在耐火 料表面，固渣和流动熔渣之间是半融半固（即 软化温度）的渣，但通过设计并增加耐火料的 冷却盘管可以解决上述问题。当然，冷却盘管的 材质、直径、长度（通过目前４台炉子盘管漏 点集中位置可以测算）、排列方式要考虑在内， 这是维持温度传递避免跃级的重要因素，也是从 源头避免ＨＴ．Ｌ炉试烧无烟煤炉温高的措施。 ＨＴ．Ｌ炉试烧无烟煤期间还有一个问题就是 炉内温度分布不均匀、尾渣含碳量高，对此的技 改思路是：在炉内（需要通过各煤种在炉内的 上下温度传导曲线计算）增加二次补氧环进行 二次给氧，达到平衡炉温、调节炉壁渣层厚度的 目的。只是二次补氧会导致炉内总体温度上升、 尾渣含碳量下降、有效气产量及含量上升、炉子 可用负荷调节下降、炉子内压上升、激冷环下降 管渣水温度上升，如果排渣系统不技改，新的问 题会伴随而来，那就是：激冷环更易磨穿，下降 管更易变形烧穿，渣水管道系统更易堵塞、磨 穿。 渣水系统存在的问题通过改造激冷水流程可 以解决。当前ＨＴ．Ｌ炉的水循环主要适用于中、 低灰熔点的原煤，高灰熔点的无烟煤虽然可用， 但不能达到高效长周期运转。激冷水流程改造的 目的是：降低激冷水的水温，提高激冷水的水 质，降低激冷水中气体（Ｏ 、ＣＯ：）含量，从源 头上减少钙离子和酸根离子的碰撞几率。 渣水系统改造后，气化炉激冷室出来的黑水 与来自洗涤塔底部的黑水，经减压阀减压后去高 压闪蒸罐，闪蒸后的液相去真空闪蒸罐进一步闪 蒸，闪蒸后的高固含量黑水去沉降槽，在沉降槽 中连续加入絮凝剂，沉降下来的淤浆经底流泵送 至过滤机，沉降槽顶部的清水溢流到灰水槽。高 压闪蒸罐闪蒸出来的气相去高压闪蒸冷却器冷却 （改造前的气相经汽涤塔换热后去高闪冷凝罐， 高压闪蒸罐的换热效率须等气化炉改造完成后的 测试数据进行计算），冷却后的不凝气体去火炬 燃烧，冷却后的液相去除氧器。真空闪蒸罐顶部 闪蒸出来的气体去真空闪蒸冷却器，真空闪蒸系 统的真空度由真空闪蒸冷却器气相出口的真空泵 提供，真空泵出口的不凝气体放空，冷凝后的液 相去灰水槽，再经低压灰水泵送入除氧器，在除 氧器中加入蒸汽将灰水加热至１１０ ｏＣ左右，通过 沸腾除去水中的溶解氧及二氧化碳，除氧器出口 气相放空，液相经除氧水泵送至汽涤塔（原汽 涤塔出口气相去高压闪蒸冷却器，改造后放 空）。在汽涤塔内加入分散剂（原分散剂在灰水 槽及低压灰水泵入口加人），汽涤塔液相分两 路：一路通过高压灰水泵送至洗涤塔洗涤ＨＴ－Ｌ 炉出来的粗合成气；一路通过激冷水泵送入激冷 水过滤器过滤掉杂质后送至激冷环。 改造后的水循环热效率（利用率）有所下 降，但水循环效率有所上升，中控操作更简洁， 送至ＨＴ—Ｌ炉激冷室的水质大幅度提高，汽涤塔 （改造后的汽涤塔对ＨＴ—Ｌ炉供水起到缓冲和水 质调节作用）的负荷提升很大。 ４ ＨＴ－Ｌ炉技改方案要求 ４．１耐火层冷却水管（渣钉）的设计 耐火层冷却水管材质应与烧嘴冷却盘管材质 相同（渣钉材质同锅炉水渣钉材质），排列方式 为上下列，排列密度按炉内热当量计算，排列长 度为目前气化炉的最大烧穿漏点上下之间的长 度，耐火层冷却水盘管直径按设计压力、循环水 量计算，耐火层冷却水管渣钉尺寸按耐火料附着 力、冷却水管直径、排列密度计算，耐火层冷却 水可并入烧嘴冷却水系统。 ４．２耐火层涂抹 耐火层涂抹的技术要求：初次涂抹一炉内升 温一二次填充一炉内升温一三次表面处理。 ４．３二次补氧环的设计 二次补氧环材质同主烧嘴材质，形状为环 状，补氧环位置、出氧口通过ＨＴ—Ｌ炉性能测试 数据分析计算，出氧口个数（３、４个）通过出 氧口直径、氧气喷射长度计算，出氧口角度通过 第６期 ２０１５年１１月 中 氮肥 Ｍ—Ｓｉｚｅｄ Ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ Ｎｏ．６ ＮＯＶ．２０１５ 二氧化碳纯度低对尿素装置的影响 王聪茂 （河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳４５７００４） ［摘要］二氧化碳作为尿素生产的主要原料，其纯度不仅对尿素装置稳定生产影响很大，而且还会 影响尿素装置的氨耗、汽耗和产量。结合实际生产情况，分析二氧化碳纯度低对尿素装置的影响，通过对 脱碳系统进行处理，尿素装置生产恢复正常。 ［关键词］二氧化碳；纯度；影响；尿素生产 ［中图分类号］ＴＱ ４４１．４１ ［文献标志码］Ｂ ［文章编号］１００４—９９３２（２０１５）０６—００３７—０３ 河南能源化工集团中原大化公司尿素装置采 用氨汽提法尿素生产工艺，于１９９０年５月５ Ｅｔ 建成投产，设计年产尿素５２０ ｋｔ。尿素生产的２ 股原料——液氨和二氧化碳均来自合成氨装置。 １问题的出现 脱碳系统产出，按照设计，满负荷生产时尿素装 置从合成氨装置引入２７ ４００ Ｉｎ ／ｈ的二氧化碳， 经透平驱动的压缩机提压到１５．６ ＭＰａ后进入尿 素合成塔进行生成尿素的反应。 设计要求，合成氨装置来二氧化碳纯度应大 于９８．５％（体积分数，下同）。正常生产中，二 氧化碳纯度多在９９％以上，加钝化空气后二氧 化碳纯度在９８％以上。但从２０１３年４月份开 始，由于合成氨装置脱碳系统出现问题（脱碳 溶液进入油脂、粉尘等杂质，造成溶液起泡，致 使脱除的二氧化碳气中夹带部分氢氮气），导致 源头开始提高经济效益。 （２）对粉煤粒度要求更低 二次补氧环的引入使粉煤在炉内的有效反应 过程有所延长，较大颗粒也能转化彻底，不仅减 轻了磨煤环节的负担，也从源头上节约了能源。 （３）操作弹性更大 二次补氧环的引入使炉内温度过渡更加平 二氧化碳作为合成氨装置生产的副产品，从 ［收稿日期］２０１５—０６－０２ ［作者简介］王聪茂（１９８０一），男，工程师，主要从事化工生 产管理工作，现任河南能源化工集团中原大化公司尿素厂厂长。 炉内分析计算。二次补氧环介质（氧气、蒸汽） 管路，管材同主烧嘴，管路直径通过介质最 大流量计算，介质流量通过出口有效气成分、温 度、尾渣含碳量计算。 ４．４渣水闭路大循环 ＨＴ．Ｌ炉内部技术改造完成后，初次开车升 至稳定负荷后，由黑水成分、粗合成气成分、尾 渣含碳量、系统温度等指标测算渣水闭路大循环 的设计参数，并制定施工方案。 ５技改后ＨＴ－Ｌ炉的优点 稳，二次补氧主要对熔渣中的碳元素进行二次氧 化，配合主烧嘴的氧化，使整个炉内温度分布更 加均匀，避免大块渣的产生，从源头上降低了渣 水处理的负荷。 （４）对环境的污染更小 （１）煤种适应性更广 根据煤种设计耐火层冷却水盘管铺设密度和 二次补氧环的引入使原料煤中的碳元素利用 长度，避免因燃用高灰熔点煤选取的高氧煤比使 炉内局部超温，炉内火焰温度过渡曲线更加平 稳，煤种适应性更广，有效气含量更高，直接从 更加充分，通过２次汽氧比的调节，使生成的合 成气中的ＣＯ 和甲烷含量更低，从而对环境的 污染更小。
