28-型煤造气炉选型与工艺控制阶段性总结

论文部分第九届全国煤气化技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司型煤造气炉选型与工艺控制阶段性总结徐玉华湖北华强化工集团有限公司固定层煤气化技术在我国发展已有近百年历史，目前它仍是影响我们很多企业发展的主因，烧型煤对于很多企业在资金紧张的情况下，是最好的选择。下面结合φ2610固定层煤气炉，我们对其设备与工艺控制进行阶段性总结，供广大同仁相互交流。1造气炉本体随着φ2.0系列造气炉的逐步发展，由φ1980到φ2800，高径比由当初2.03：1降到今天的1.44：1，一降再降，炭层高度也是高低不一，夹套高度更是高矮不齐。造气炉是越来越大，可是我们的发气量和消耗水平并没有随着横截面积加大而明显进步，反而控制操作难度越来越大。究其原因有如下几点：1）炉箅没有与之配套。随着造气炉直径变大，导致炉箅直径也要相应变大，造气炉内的轴向布风和径向布风，做到以前那种均匀性难度要大大加大。我们当时常常出现的局部结疤、挂炉、翻炉，很大程度上是由于炉箅布风不均匀造成的，而在当时我们对照这种变化又不能很好的通过改进炉箅布风问题，来解决造气炉操作控制难度。因此只有通过改变操作控制方法来弥补配置上的缺陷，要弥补这种缺陷只有通过提高炭层、加大下吹时间来缓解平时操作上的难度。这种控制方法在一定程度上减少了控制上的问题，但没有从根本上改变上行带出物多、炉况较难长周期稳定运行、消耗高和发气量低的固疾。最后在没有办法的情况下逐步加高了造气炉本体高度，消耗问题、炉况问题、气量问题随之都有了明显改观。与此同时炉箅设计者在这一点上得到了启发，找到了风道设计的问题所在，改变了设计理念，与之相适应，应运而生了新的造气炉高径比，并最终完善到目前的2.0～2.2：1，使当今的固定层煤气炉无论在发气量上和消耗上，还是在长周期稳定运行上都有了质的飞跃。2）虽然造气炉高径比的变化和完善，带来的效益是不可估量的，但固定层煤气炉潜力也还有很大的挖掘空间。我们知道造气炉很重要一点就是要做好最大限度的蓄热和制取煤气时放出最小的热量。很好的蓄热需要有较高的有效炭层，而炭层过高肯定会造成吹风气里的有效气体成分增高。炭层过低，有效气体成分虽然少，但蓄热量不足，同时炭层过低造气炉负荷提不上来，不能采用强风短吹，风速一快，造气炉易翻炉，降低风速，发气量得不到保证，且吹风气里的有效气体成分也不一定比高炭层时低，因此低炭层是不可取的。所以我们要根据各自企业的原料特点、风机特点，选取一个适和于自己的炭层高度，即容碳比。同时我们在定容碳比时要分析上下吹制气的区别，上吹蒸汽首先经过鼓风箱（即我们通常所说的中心管）缓冲，然后经过炉箅下面气室缓冲，最后经过炉箅风道分布，从这个过程来看，上吹蒸汽入炉是均匀分布的，对我们炉况的稳定、制造好的吹风条件是有很大的帮助；反观下吹制气，它通过下行蒸汽管道直接入炉，在造气炉的上部空间虽然有一个缓冲空间，但没有炉箅那样的气体分布风道，因而造气炉上部缓冲空间，对下吹蒸汽的分布显的非常重要。通常说的“上吹制气，下吹养炉”是有一定的道理的，下吹蒸汽分布均匀了,在炉况发生波动时，气体才会较少的走短路，为上吹制气和处理炉况创造好的条件。上部空间多大为好，各企业不尽相同，通常认为包括上行管道容积在内和造气炉上部空间容积之和不小于5.0m3,由此结合上面的论述不难定出容碳比在1.6～1.8：1，容碳比确定正确与否是造气炉能否长周期稳定运行的基础。1论文部分第九届全国煤气化技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司3）随着能源紧张，为了降低生产成本，煤气化所用的煤越来越杂也越来越差，普遍性的问题是灰熔点低、挥发分高、灰分高、热稳定性差等。其工艺控制用烧优质无烟块煤时高度集中的气化层、高的气化层温度、高的负荷条件下控制，且采用上面所提到的容碳比，显然不和适宜，会造成工况不稳定。因此为了维持这种高负荷运行，必须将有效炭层提高，采用容碳比的高限。夹套由于换热面积不够（高度不够），气化层稍有波动，就易挂在耐火砖上而结疤，影响布炭和气化剂的分布，严重影响造气炉长周期稳定运行。我们知道最初设计造气炉夹套的目的，就是为了防止挂壁，确保炭层均匀且顺畅的下降。很明显夹套加高可以减少和杜绝这种现象，为造气炉长周期稳定运行创造条件。但夹套加高势必造成热损失加大，冷壁效应加大，所以目前为止，加高和加高多少，争议较大。我们也仔细分析了加高后的利与弊。夹套加高后，炭层可以加高，在气化层温度不能提到过去那么高的新形势下，只有通过提高气化层厚度来维持较高的负荷，从而加大造气炉的单炉出力率，同时可以降低上下行温度，减少制气时气体带走的显热，并确保长周期稳定运行。可是夹套加高后热损失加大这是不容怀疑的事实，所以关键是增加多少，我们不能根据造气炉加高的尺寸成比例增加，要大于这个比例。这是因为夹套的主要传热部位来自于气化层，它占70%的传热量。从这一层面上来看夹套加高后对于热损失来说并不是很大。主要影响来自于冷壁效应问题，由于冷壁效应造成整个外环区温度偏低，不易燃烧充分，在环壁处易落生炭。这就是我们的炉况、渣况整体都较好的情况下，仍然夹有生炭的原因。其实我们只要人为减小这一环区炭的下降速度就可以减少炉渣生碳含量，至于如何减小，如我们把焊接在夹套底部的保护条（也叫破渣条）根据企业特点延长到700mm左右，以及上灰仓处加防流装置，都不适为很好的阻流办法。那么夹套加多高为好，我们有一个经验数据，夹套与筒体的比值保持在1.3～1.5：1。也有全夹套造气炉，但阻流装置不好设计，稍有不慎就做过了头。至于目前采用高压夹套和夹套内采用高沸点的介质，来提高夹套内介质温度，达到减少热损失，减少夹套的冷壁效应的目的，都是比较好的新技术。4）上面说了目前我们用的最多的φ2610mm造气炉，都是通过φ1980mm造气炉改造而来的。既然是改造过来的，它就有“先天”的不足和缺陷。从φ1980mm造气炉开始就一直使用φ2820mm灰盘，这就造成了一系列问题。灰盘直径没有加大，而它承受的重量，随着造气炉扩大它的容碳量也相应加大，灰盘上单位面积承受的压力就大大加大了，对灰盘本身、滑道的损坏速度要加快。由于直径没有加大，造成传动装置的力臂没有加大，而总负荷又在增加，因而传动装置损坏速度也要加快。同时由于灰盘没有加大，安息角由以前的45°到φ2610mm造气炉的73°，根据堆放规律静态为45°动态为35°，显而易见排渣角不合理，势必造成流生炭的现象。于是想了很多防流措施，如最传统方法是通过占用一定宽度的灰道面积，起到限制灰渣下落的作用。采用加长夹套内灰仓处破渣条，将破渣条向灰盘延长达到降低排灰口高度的目的，从而达到节流效果。还有通过加大炉箅旋转直径以减小炉箅夹角，同时也减小了破渣条与炉箅之间的距离，由最初设计的250mm间距降到今天的115mm，有些企业可能更小，以达到防流的目的。也有在灰仓内，灰盘外缘平行外扩，焊接一块弧形铁板，铁板大小各企业不尽相同，这块铁板固定在灰仓内，从而增加灰渣延流距离，达到防流的结果。所有的这些措施都是为了弥补安息角过大，灰盘太小等这些改造后的遗留问题，同时这些措施又是影响造气炉能力发挥的主要原因。所以，最根本的解决办法是根据各种炉型重新配套设计。至于目前新设计的悬挂式炉底，虽然在传动上有一定优势，但是配套炉箅的使用寿命不可能与之配套，同时取消鼓风箱违背造气炉设计原理，势必造成偏风，炉况波动时较难处理和煤气成分中二氧化碳含量高，没有优势可言，所以不是很可取。目前针对φ2610mm造气炉，配套设计直径为φ3120mm灰盘的炉底，已经投放市场，并应用后取得了很不错的效果，值得我们采用。2炉箅造气炉炉箅的发展过程比造气炉本体的发展历程还要丰富，它的外型就先后经历了星型、伞型、塔型、螺旋锥型等，这是由炉箅的重要作用所决定的。炉箅起着合理布风、导渣、承渣、推渣、降渣、破渣、排渣等作用。假设其中任一一种作用没有起到它应该发挥的作用，那么造气炉的工况就不会稳定。可以这样2论文部分第九届全国煤气化技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司说没有先进的炉箅就没有性能先进的煤气炉。炉箅最近十年在外型上没有多大的变化，那是因为目前这种外型应用中得到了广泛的认同和成功，只是在高度、风道、几边型上做文章。特别是针对造气炉由φ2400改为φ2610时，由四边形改为六边形，改变了炉内炭层不稳定的固疾，取得了巨大的成功。针对造气炉扩大后炉箅布风均匀难度加大的问题，炉箅由六层改为七层，这个问题又迎刃而解。2.1首先要明白固体物料在造气炉内的运动状态我们都知道造气炉内固体物料的上表面呈圆锥形，锥形角先是按冷态的安息角分布，随着造气炉运行冷态的物料逐渐变为热态，静态的变为动态，安息角随之会减少15°左右。运行下移的物料是靠自身重力下落的，空气和蒸汽消耗炉内的碳元素，变为吹风气和半水煤气带走，剩余的灰渣和少量的残碳被炉箅破碎排出，为了造气炉内固体物料平衡，加焦机每循环往造气炉内补充一定量的新炭，保证了造气炉内固体物料的运动状态。我们只有分析好并理解后，才能明白我们通常用的炉箅的筋角形式。举例来说，我们目前最常用的七层六边形炉箅，它最下面的三层是六边（包含炉箅底座一层），上面三层为四边形筋角，炉箅风帽我们叫它为两边形筋角。为什么会设计成这样，那是因为了解了造气炉内物料的运动状态后，对炉箅各层做的不同分工，风帽侧重于导渣，上面三层四边形筋角侧重于切渣，下面两层六边形筋角侧重于破渣的原故。因此通常易于损坏的也是下两层六边形筋角，它受力最大，磨擦强度最大。2.2其次要明白炉箅的破渣原理炉箅的风帽和风帽上的两条筋角形成一个有机的整体，炉箅在旋转时，象冲击钻的钻头一样钩渣、导渣，使渣层下移。灰渣沿着炉箅本身的斜度，依靠本身的重力以及造气炉内整个物料的重量给它的压力，形成一个斜下方的外移力和向下方运动的力而运动。炉箅旋转时，炉箅上螺旋形的筋条和上翘式破渣大角随之转动，在灰渣层中，形成象水的波浪一样的力，将片状的大疤块剪成一小片一小片。而螺旋形筋条结构的作用力将其向下推移使疤块沿炉箅的锥体下落，在下落的过程中，疤块之间以及疤块和夹套内壁之间，相互磨擦、挤压，使疤块磨小，变得没有棱角，但此时疤块仍然属于大块疤，只有在疤块运动到炉箅倒数第三层的时候，也就是到了炉箅和夹套上破渣条的夹角之间的强破渣区中，疤块才会被破碎掉，同灰渣一起落到容渣区中，随着灰盘的旋转，灰犁将疤块与灰渣一起刮入灰斗中，从而完成整个破、排渣过程。对于这个过程，要求我们将灰犁和炉箅底座之间距离控制在一个合适的范围之内，我们的经验数据是控制在50mm之内。2.3关于炉箅选型综合上面的论述，企业在选择炉箅型号和尺寸时，要把握住炉箅以下选取原则，否则炉箅很可能成为制约造气炉性能发挥的重要因素。1）根据本企业造气炉膛大小、灰盘大小、破渣条厚度，以及防流尺度，把握住适合自己企业造气炉的炉箅最大旋转直径。2）根据本企业原料特性、灰分的高低、造气炉通常承受的负荷强弱（也就是成渣量的多少），选取炉箅底座的高度。3）根据本企业的风机大小，以及造气炉需要的单炉发气量的多少选取炉箅的通风面积大小。4）根据本企业造气炉的高径比大小，以及容碳比大小（也就是料层高低），选取炉箅总高度。5）根据本企业原料特性、灰分的高低、灰熔点高低、需要的排灰强度，选取是四边形炉箅还是六边形炉箅和排灰口的尺寸。3工艺控制和指标的确定以及调节原则3论文部分第九届全国煤气化技术交流及业务洽谈年会·上海东景化工科技有限公司3.1炉温控制燃料层温度是沿着炉的轴向而变化的，以氧化层温度最高。操作温度一般指氧化层温度，简称炉温。高炉温对制气阶段有利。从化学平衡角度来说，高温时煤气中CO与H2含量高，H2O含量低。从反应速率来说，高温下反应速率快。总的表现为蒸汽分解率高，煤气产量高且质量好。但炉温是由吹风阶段定的，高炉温将导致吹风气温度高，且CO含量高，造成热损失大。为了解决这一矛盾，在流程设计中，就对吹风气的显热及燃料热作充分的回收，并根据碳与氧之间的反应特点增加吹风速度，以降低吹风气中CO含量。在这一前提下，以略低于燃料的灰熔点，维持炉内不致结疤为重要条件，尽