随着煤炭等资源的日趋紧张，低价优质无烟块煤的时代一去不返，这给以间歇式固定床气化工艺的氮肥企业带来了巨大的挑战。为了降低合成氨生产成本，提高经济效益，实现企业节能减排，对现有的间歇式固定床造气炉节能技改工作显得尤为重要。安徽晋煤中能化工股份有限公司现有三套合成氨生产装置，总氨年生产能力已达100万吨。目前公司共有两套固定床间歇式固定床造气生产装置，造气炉33台。其中1#合成氨系统有Φ2800mm造气炉22台，常开20台；2#合成氨系统有Φ2800mm造气炉11台，常开9台。自2011年初以来，公司加大对造气系统的节能技改力度，通过一系列改造，目前吨氨醇煤耗在1135 千克左右，同比降低50千克以上。
一、增加直线脱水振动筛，降低入炉煤的含粉率
因运输等缘故，入厂块煤中煤沫含量较大，最高时可达14%以上，入炉煤中沫含量最高可达3%～4%。过多的煤沫入炉致使造气炉内床层阻力上升，严重时炉况恶化。为了提高除沫率，公司决定降低弹性振杆筛倾斜角度，延长入炉煤在振动筛上的停留时间。在弹性振杆筛后新增一台直线脱水振动筛，在该筛子上对入炉煤加水冲洗，可以确保入炉煤的含沫率在1%以下。为了对直线脱水振动筛筛下的煤沫进行回收，后又增加两台捞渣机，将筛下的煤沫除水后做加工型煤的原料，实现了入厂块煤的综合利用。
二、采用自动测量控制炭层装置，稳定炉况
在将原低压水夹套改造为中压水夹套的同时，采用造气炉炭层自动测量与控制装置。由于人工测量碳层高度容易出现人为误差，且数据不及时。炉内碳层过低时原料阻力变小易吹翻，蓄热层厚度减薄，蒸汽分解率降低，气质气量差；炉内碳层过高时，虽然蓄热层变厚，但气化剂阻力增大，对单炉发气量影响较大。碳层高度自动监测控制装置可以实现对造气炉空程高度的定时检测记录及自动控制，根据上一周期测量的炉内空程高度，自动调节下一周期加碳时间，保持空程稳定。同时也能减轻工人劳动强度，稳定上下行温度，从而稳定造气炉炉况。
三、改造造气炉油路系统，提高阀门运行速度
相关资料显示，每个阀门动作（开与关）快1秒，一台煤气炉全年共节省块煤费用可达27.4万元。公司造气炉经多次改造后各阀门通径均有所增加，最大已有DN800mm的阀门。但油路系统电磁阀通径仍为Φ12mm，导致阀门运行速度较慢，阀待现象严重。冬季时8秒内都难以运行到位，不得已延长二次上吹时间，影响气质气量，同时对安全生产也构成威胁。为此，对造气油路系统进行了改造。采取将油路总管通径加大，将原Φ57mm总管改为Φ89mm；控制大阀门的电磁阀通径由Φ12mm改为Φ18mm；改变蓄能器位置，增加蓄能器容积等措施。改造后阀门动作时间由原单行程7秒左右减少到3秒以下。
1．固定床间歇气化技术现状
我国中小氮肥行业应用最广的煤气化技术是固定床间歇气化技术，目前很多氮肥企业开始关注富氧气化技术，并且有很多厂家拟采用该技术，特别是以白煤为原料的氮肥生产企业。
①富氧加氮 采用传统的间歇气化工艺，仅把空气加氮改为富氧加氮。用氧浓度为30%～35%的富氧空气代替空气进入气化炉。从而提高并稳定气化层温度，同时可以缩短吹风时间，提高入炉蒸汽分解率，降低炉渣中的残炭。项目投资小，煤气温度可以完全控制，氧气用量较小，煤气气质也较好。
②连续上吹富氧制气 将氧气与造气风机送来的空气混合配制成体积分数为50%～60%的富氧空气，进入空气蒸汽混合器；低压蒸汽经流量调节控制合适的汽/气比后也进入空气蒸汽混合器，与富氧空气充分混合；然后进入造气炉底部，连续上吹制取半水煤气。富氧连续气化生成的煤气中二氧化碳体积分数高达15%～20%，使压缩机功耗增加、变换工段蒸汽消耗高、脱碳工段负荷增大。
③单炉富氧双向连续气化 单炉富氧双向连续气化可以认为是高氧加氮的极端情况，随着高氧加氮的时间延长、加氮阶段入炉氧气量的增加，吹风气百分比相应减少，当百分比降至零时，吹风阶段取消，高氧加氮就变成富氧双向连续气化。该方案所需氧气总量较大。
公司HT-L粉煤加压气化配套的深冷空分装置制取的氧气纯度99.9%、压力5.1MPa，在满足气化装置需要后，两套空分装置有2000立方米/小时、纯度为99.9%氧气的富余量，实施安全降压、稀释后，供合成氨系统造气装置富氧加氮制气时使用。
综合以上情况，公司决定采用富氧加氮方式对2#合成氨系统现有固定床造气系统进行富氧加氮工艺改造。
2．固定床间歇气化富氧改造
（1）改造方案
2#合成氨造气概况：共有11台Φ2800mm造气炉，常开9台造气炉、3台C 600-1.28鼓风机、1台C400-1.35鼓风机备用，供后段3台6M50压缩机。
由空分氧气缓冲罐来的氧气（纯度99.9%、压力5.1MPa）2000立方米/小时，经截止阀、快速切断阀，通过一级减压阀减压，与来自二氧化碳压缩岗位的纯净二氧化碳气（3.1 兆帕）一起，进入一级缓冲罐混合，将氧气纯度稀释至85%～90%；然后通过二级减压至0.1 兆帕进入二级缓冲罐，达到入造气炉前的条件；最后送至造气厂房内的富氧气总管。
吹扫氮气来自空分装置，加在氧气管道的自动切断阀后、一级减压阀之前，采用不锈钢管道，停送气采用远距离控制，并实现联锁自动开关。
（2）改造后运行情况
上加氮加富氧气体项目在经管道吹除、脱脂、钝化及试压试漏等一系列工作后在2#合成氨造气系统8#、9#、10#炉试运行。经过两天的摸索，其余两套系统共9台造气炉全部投入富氧运行。
①工艺运行状况 在加入氧气1500立方米/小时的情况下，单炉应减少吹风时间 3～4秒。参照其他公司运行数据，将每台造气炉吹风时间减少4秒。二级缓冲罐氧浓度控制在85%～92%，与上加氮空气混合后，氧浓度为35%～40%入炉。因减少了吹风阶段时间，气化层在吹风阶段上移量较以往减少，同时上加氮时提高了入炉氧浓度，使上吹开始后炉温下降速率降低；为保证炉内气化层的稳定，充分利用炉内较高的碳层温度，加大了上吹蒸汽用量，增加上吹制气时间，减少了下吹蒸汽用量，缩短下吹制气时间。
②改造后单炉发气量 改造前在气柜出口总煤气流量在74000立方米/小时左右时，造气系统需要运行9台造气炉才能满足生产需要，改造后在同样气量的情况下8台造气炉即可满足生产要求。
③煤耗 因公司两套造气系统煤气在压缩机一段进口处有联通，有互相导气现象，入炉煤总量与后段用气量有关联。富氧制气实施后，在基本同等条件下，吨氨醇煤耗下降40千克左右。
④电耗 因每一循环周期吹风时间减少，相对鼓风机做功时间减少。参照公司鼓风机实际运行状况，利用后段检修机会，对空气总管进行改造，成功实现停运一台440kW鼓风机。改造后用电单耗减少了16.8%，吨氨醇电耗下降10kW·h左右。
（3）效益核算
因为利用深冷空分装置富余能力生产纯氧，在16500 立方米/小时基础上，当产纯氧气量在18500 立方米/小时时，多消耗蒸汽3吨，多耗电120kW。经计算，每立方米纯氧成本为0.325元，但每天产生效益为20639元。另外减少了CO2的排放量约为275千克/吨氨醇。
综上所述 从以上各项改造效果来看，富氧加氮制气效果较为明显，但受公司深冷空分制氧能力限制，无法提供更多的氧气，致使1#造气系统无法使用。计划今年新增一套VPSA制氧装置，供1#造气系统使用。
近两年通过对造气进行改造，虽然原料煤消耗有了一定程度的下降，但与一些先进的氮肥厂家相比，仍有较大的差距，公司仍将继续摸索，持续改进。