第二章 煤气发生炉主要设备构造及工艺

17第二章煤气发生炉工艺及主要设备构造煤炭气化技术自1839年俄国第一台空气鼓风液态排渣气化炉问世以来，至今已有100多年的历史。我国的煤炭气化技术起步较晚，上世纪50年代初期，为了适应国民经济恢复和发展的需要，借鉴苏、美40年代末期的设计，开始自制常压固定床煤气发生炉煤气化设备。经过几十年的实践，通过不断改进，在加煤、排灰、气化工艺的自动控制等方面取得了可喜的进步。在山东冶金、耐材系统，因所用窑炉对煤气的洁净度要求不高，发生炉煤气较多应用单段炉热煤气及两段炉热脱焦油煤气。本章针对这一特点，重点介绍单段炉热煤气站及两段炉热脱焦油煤气站的工艺流程和各种设备的结构特点。第一节工艺流程煤气站的工艺流程按净化系统来分，可分为热煤气和冷煤气两大系统。热煤气是煤气由发生炉出来后只经过粗略除尘，便直接送往用户。一般在用户对煤气含尘量要求不高、距离较近的窑炉使用。其特点是，系统比较简单，投资少，能充分利用煤气的显热和焦油的化学热。但煤气不能远距离输送，且宜堵塞管路、烧嘴，一旦堵塞，不便清理。冷煤气是煤气出炉后，经过冷却、除尘、除焦油并经加压后的冷净煤气，系统比较复杂，但煤气质量高，输送距离远，应用范围比较广，能适应各种窑炉的要求。一、单段炉热煤气发生站工艺流程烟煤、无烟煤、焦炭为原料的热发生炉煤气站工艺流程见图2-1。热发生炉煤气站工艺流程为：按使用要求外购的烟煤或无烟煤在煤场经破碎、筛分后运至上煤系统，通过输送皮带、电动葫芦或爬梯等形式，间歇的将煤送到加煤机构，加入到炉内。在煤气炉内，粒煤与由鼓风机带入的汽、风混合物进行气化反应。生成的出炉脏煤气，其温度约400～600℃，经过旋风除尘器除去粒度较大的粉尘后，通过带内衬砖（或保温）和排灰斗的热煤气管道直接送往窑炉。18二、两段炉热脱焦油煤气站工艺流程两段炉热脱焦油煤气站工艺流程如图2-2所示：两段炉热脱焦油煤气站工艺流程为：原料煤在煤场进行破碎、筛分后，符合工艺要求粒度的中块煤，经上煤系统加入到煤仓中，再经加煤机构间歇地进入煤气炉内，煤受到来自气化层的热煤气加热脱除水分及挥发分成为低温干馏半焦。半焦下行至气化层（还原层和氧化层），与由炉底进入的空气和水蒸汽进行气化反应，生成发生炉煤气，下部的灰渣从煤气炉灰盘经大灰刀排出。部分煤气经过包围干馏层的火道引出，成为下段煤气，其出口温度根据不同炉型约为400～600℃，煤气压力为1.5～4.5kPa，经过底部旋风除尘器除去颗粒较大的灰尘后进入煤气总管。另一部分煤气进入干馏层，与干馏煤气混合后从两段炉顶部引出，称为上段图2-2两段炉热脱焦油煤气站工艺流程灰盘传动系统加煤机煤场上煤系统汇集器鼓风机软水系统钟罩阀煤气炉旋风除尘器用户盘阀灰渣场图2-1单段炉热煤气站工艺流程加煤机旋风除油器焦油箱煤场汇集器鼓风机软水系统钟罩阀旋风除尘器煤仓煤气总管上煤系统破碎、筛分灰盘传动系统灰渣场电捕焦油器用户煤气炉19煤气，其出口温度约为100～150℃，煤气压力约为1～3.5kPa。上段煤气经旋风除油器除去带出物和大颗粒焦油，进入电捕焦油器脱除焦油后在煤气总管与下段煤气混合得热脱焦油煤气供用户。由于工艺的原因，挥发分较高的弱粘结性烟煤特别适用两段式煤气发生炉。第二节煤气发生炉的结构常压固定床混合煤气发生炉在我国是一种使用最广泛的气化设备，国内常用的大致有Д型炉篦湿式排灰的混合煤气发生炉、W-G型干式排灰的混合煤气发生炉、两段式煤气发生炉等几种。表2-1是山东冶金机械厂生产的部分煤气发生炉的技术性能参数。一、Д型炉篦湿式排灰的混合煤气发生炉Д型的煤气发生炉其炉篦形状与俄文字母“Д”相似而因此命名。3BD煤气炉属于“Д”型炉的一种，是在原3AД-135煤气炉基础上由山东冶金机械厂改进而成，下面通过介绍3BD型煤气炉，了解“Д”型炉的结构型式特点。（一）炉型结构特点3BD煤气炉的结构组成如图2-3所示。这类炉型由上、中、下三部分组成。上部包括加煤机、炉盖、探火孔等主要部件。中部包括炉体、水夹套，碎渣圈、小灰刀等。下部包括炉篦、灰盘及其传动装置、排灰刀、鼓风箱等。炉体水夹套由四个支柱支撑在基础上，其中一个支柱是活动支柱，可以拆下，以便更换炉篦、灰盘。在灰盘、鼓风箱处设有水封，以保证炉子的气密性。灰盘水封还起到防爆作用，当炉内发生爆炸事故时，可以通过灰盘水封泄压。每台煤气炉附带一台蒸汽汇集器，汇集器与炉体水夹套之间的连接管路不能装设任何隔断装置。汇集器将炉体水夹套产生的蒸汽汇集起来，经过汽水分离后，热水通过管道流回水夹套循环使用，蒸汽则供煤气站使用。炉体水夹套与汇集器构成的汽水循环原理是：低温的软化水进入蒸汽汇集器，然后由下降管流到炉体水夹套的下部，在水夹套内的水由于受到炉膛内料层传过来的热量而升温，在水夹套内产生了蒸汽和水的混合物。因汽水混合物比重较小，水的比重较大，汽水混合物由上升管进入到蒸汽汇集器，水由下降管进入到水夹套，因而形成汽水的20自然循环。表2-1混合煤气发生炉技术性能参数表规格参数单段炉两段炉MQL-24003BDW-G型MQLⅡ3000MQLⅡ3200炉膛内径（mm）2400300030003200水夹套受热面积（m2）24.6632.0430.2516.0035.41适用煤种不粘结或弱粘结烟煤无烟煤不粘结或弱粘结烟煤煤的粒度（mm）13～25，25～50，30～6040～60耗煤量（kg/h）900～12501500～21501660～2300～2200～2400空气消耗量（m3/kg煤）2.0～2.52.0～2.52.0～2.52.0～2.52.0～2.5蒸汽消耗量（t/h）（kg/kg煤）0.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.50.3～0.5煤气产量(Nm3/h)3000～4005000～65005000～70005500～70006500～7500煤气热值（kJ/Nm3）混合煤气5225～56435225～56435225～56435850～62705850～6270上段煤气7110～75207110～7520下段煤气5225～54345225～5434煤气出口压力（kPa）上段煤气0.8～1.20.8～1.2＜4.00.983.0～3.5下段煤气1.473.5～4.5煤气出口温度（℃）上段煤气400～550400～550400～55080～12080～120下段煤气450～550450～550最大炉底鼓风压力（kPa）3.0＜6.0＜9.86.08.00饱和温度（℃）50～6550～6550～6550～6550～65探火孔汽封压力（MPa）0.2～0.30.2～0.30.3～0.40.294～0.330.294～0.33水夹套蒸汽产量（kg/h）～500500～640500～600500～6001000～1200水夹套蒸汽压力（MPa）0.2940.098/0.250.07/0.250.0980.08加煤方式手动自动自动自动加煤驱动装置方式钟罩气动或液压液压功率（kw）2.22.2灰盘转速（r/h）2.10.25～1.250.06～0.920.4～0.14～2.0灰盘传动功率（kw）5.55.52.815.022.0排渣方式湿式自动排渣干式排渣湿式自动21150φ3000123456789+1.235-1.100±0.00+1.125+6.500图2-33BD煤气发生炉1．炉篦传动装置2.灰盘3.炉篦装置4.炉体5.炉盖6.加煤机构7.煤气出口8.鼓风箱9.探火孔（二）炉盖及炉体水夹套3BD煤气炉水夹套是在原3AД-135炉型半水夹套基础上改成全水夹套，炉盖用耐火砖或其它耐火材料砌成。改进后，水夹套受热面积增大，产生的蒸汽增多，可以满足煤气发生炉本身的蒸汽需要量，并且消除了原炉衬表面挂渣现象。水夹套分压力容器型和常压型两种，是由20mm钢板制成的内、外壳与上下封头焊接而成。水夹套顶部有八个蒸汽上升管，汽、水混合物经上升管上升到蒸汽汇集器中进行汽、水分离。在接近水夹套底部处有两处进水管，汇集器中分离的水从进水管进入到水夹套内。水夹套中部开设一个炉腔人孔，供点炉、维修时使用。水夹套下部还设有排污管，以便及时排除水夹套内的污垢。碎渣圈用法兰和水夹套连为一体，其上部伸入炉膛，以保护水夹套下部使其22免受灰渣的磨损，下部插入灰盘水中而形成水封。当炉篦转动时，炉篦与碎渣圈的内壁做相对运动，使大块灰渣破碎。碎渣圈下部装有2～5把小灰刀，可以把灰渣从炉内排出到灰盘内。（三）灰盘、炉篦和鼓风箱灰盘、炉篦和鼓风箱的组装图见图2-4所示。灰盘与涡轮固定在一起，下部以其环形导轨座落在环形底座的钢球上，灰盘转动时钢球在上、下凹槽形导轨内滚动，以减少摩擦力。灰盘由钢板制成，内壁表面凸出的斜筋用于帮助大灰刀排灰。灰盘与碎渣圈共同组成灰盘水封。固定不动的大灰刀焊接在炉体及碎渣圈上，其下端插入灰盘水中，其水平夹角为30～400，灰盘转动时，灰盘中的灰渣沿着灰刀的斜面被排出。炉篦是煤气发生炉的最重要的部件之一，其性能的优劣，对于在燃料层中建立正常稳定的气化过程有着极为重要的作用。炉篦除支撑炉内燃料层外，其主要作用是均匀分布气化剂，破碎炉渣和排出炉渣。Д型炉篦由1～6号炉条组成，表面呈鱼鳞状，底部锥体上有8条镰刀形的排灰刮刀，炉篦与炉体偏心150mm。炉篦回转时，由于炉篦的偏心布置以及炉篦表面鳞片的推动作用，使炉渣时而上升时而下降，始终处于振荡和前进的运动中，这样可使炉渣层松动，并对炉渣进行破碎。灰渣在自重和炉篦推力的作用下移向碎渣圈和炉篦底座之间的排灰间隙，炉篦底座四周的破渣凸块与碎渣圈相对运动，可将大块炉渣破碎。破碎后的灰渣图2-4灰盘、炉篦和鼓风箱1.炉篦2.大灰刀3.灰盘4.鼓风箱23依次经过小灰刀和大灰刀被排出灰盘。各层炉篦之间形成布风间隙，Д型炉篦能使气化剂沿整个炉膛截面均匀进入，而且炉篦间隙出口与炉篦运动方向相反，所以风口不会被灰渣堵塞。鼓风箱与炉篦下部水封圈组成炉底水封。（四）探火孔探火孔是煤气炉的重要部件之一，探火孔均匀地分布在炉盖或炉体上。探火孔的作用是：1．通过探火孔对燃料层表面进行观察，及时调整炉况及对燃料层进行深层调整。2．用钎子探火炉内各层次的温度及分布情况，用以指导煤气炉的操作。对探火孔的要求是：操作时蒸汽幕要封住炉内压力，使煤气不外泄；不工作时，密封面要有良好的密封性能；操作时，保证钎子能插到炉篦各处。探火孔有几种型式，包括塞式、水封式、外锥面密封式等。图2-5为塞式探火孔的结构图。塞式探火孔由塞子、外壳及喷嘴组成。塞子1和外壳2之间的密封锥面经过研磨，具有较好的密封性，以保证煤气不向外泄漏。操作时先打开蒸汽阀门，接通蒸汽，蒸汽通过外壳与喷嘴之间的约1mm的环形间隙时，高速汽流形成一层蒸汽图2-5探火孔1.塞子2.外壳3.喷嘴24幕，使炉内煤气不能通过汽幕外泄。若蒸汽量过大，则外部空气被蒸汽汽流大量吸入炉内，致使煤气中氧含量增多，严重时能引起爆炸。所以蒸汽量应以不向外泄漏煤气为准。并且不能同时打开2个以上探火孔，以免大量空气被吸入炉内而发生危险。由于探火时经常用钎子在探火孔座的锥面摩擦和撞击，易造成锥面划痕，从而泄漏煤气。为此有的煤气炉使用软密封式探火孔、外配合式探火孔等均取得较好效果。（五）炉篦传动装置3BD型煤气发生炉炉篦传动装置座落在炉体基础上，包括电磁调速电机、摆线针轮减速机、蜗杆座、蜗杆等部件，其装配简图如图2-6所示。采用这种传动方式，设备结构紧凑，可实现直接连续传动，达到小循环出灰，保证炉内层次的稳定，使炉内气化均匀。（六）加煤机构3BD型煤气炉加煤机结构包括插板阀、计量给煤器、计量锁气器和传动机构等部件组成。3M21煤气炉采用双钟罩式加煤，此二种加煤机均为机械式加煤。3BD煤气炉加煤机采用双翻板式加煤，其结构见图2-7。翻板式加煤机的结构特点是，采用气动或液压传动，利用气缸或油缸带动翻板动作，减少了动作构件，易于维护、保养。图2-6炉篦传动装置1．调速电机2.连轴器3.摆线针轮减速机4.蜗杆座5.蜗杆25（七）上煤系统对于φ3.0m煤气站，目前上煤系统多采用电动葫芦上煤，炉型较小的煤气发生炉煤气站，如φ1.