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1、第十四届全国造气技术年会论文集 浅谈锥形煤气发生炉的配置与控制 王志勇 ( 山东瑞星化工有限公司化肥公霹2 7 1 5 0 0 ) 8 4 一 当今，常压固定床间歇式煤气炉的主体结构已发展到一个崭新的境界，在扩径、增高后床 层形态又有了新的飞跃，即由直筒形改进为锥筒形。锥形煤气炉的推陈出新，为中小型煤头化 肥企业走出困境，探索出了一条新的有效途径拓宽了原料路线，降低了能源消耗，缓解了 成本不断上涨的压力，为企业的发展提供了强力支持。虽然锥形煤气炉问世以来，为不少企业 创造了较好的经济效益，得到了造气有识之士的认可，但是由于个别企业对锥形煤气炉领悟不 到位，导致锥形煤气炉在推广、运行的过程中出现
2、了这样或那样的问题。为了更好地发挥出锥 形煤气炉的潜能，现在谈一谈锥形煤气炉相应的配置与控制问题，以期引起重视。 1煤气炉本体的选择 1 1 高径比的问题 煤气炉的高径比虽然说是近几年来讨论最多、争议也较大的问题，但是未能领会到位并 将高径比的优势转化为生产力的厂家也不在少数。为了使高径比的优势得到充分的有效的发 挥，无论新建的系统还是老炉的改造，在改、扩建煤气炉时，应优先考虑到煤气炉的高径比， 最好将高径比调整控制在2 ：l _ 2 2 ：1 的范围内；实在达不到的也要调整到1 8 ：l 的高径比。 1 2 容炭比的确定 合理的高径比选择后，随之而来应该注意的问题是容炭比的确定。选择合理的高
3、径比的 目的就在于增加炉内的物料量。只有炉内的物料量增加了，才能具备足够的蓄热能力，从而 通过高空速来提高气化强度，最终达到提高碳的利用率的目的。那么，容炭比应在哪个范围 内才算合理呢? 合理的容炭比应根据生产负荷大小、风机能力、原料的理化特性等具体情况， 进行具体分析，合理斟酌。从原则上讲，容炭比应与高径比相适应。具体来讲，操作控制容 炭比时，最好将容炭比控制在1 6 ：l 1 8 ：1 的范围内。 1 3 水冷壁的高度 随着高径比的提高及容炭量的增加，炉内结疤、挂壁的几率也随着增多起来。为了工况 的稳定，应该相应地提高水夹套的高度，但也不要提高的太多，否则容易造成热量损失。反 而得不偿失。
4、从实际运行来看，水夹套的高度应选择为2 6 0 0m m 左右为宜。虽然说水冷壁 的面积增加了，但这完全可以通过提高气化强度来弥补由此带来的热量损失。 1 4 煤气炉的上行出气方式 煤气炉的上行出气方式主要有：侧出、顶出两种形式，从流体学的角度来看，煤气炉的 顶出气方式更加有利于气体的合理分布，温度的合理控制。另外，选择煤气炉的项出气方式 不仅可有效的增加炭层高度，而且还大大降低了上行气体的带出物。改为顶出后，控制出气 管伸入炉内的长短，以适应不同原料对床层阻力的需求，从而达到提高制气效率的目的。 1 5 煤气炉的加煤方式 煤气炉的加煤方式主要有：手动加煤、半自动加煤、全自动加煤三种加煤方式。
5、不同的 加煤方式，必然使燃料床层形成不同的形态，即使同一种加煤方式，由于其内部结构的不同， 也会影响到燃料层的形态。不同炉面状态的燃料层，其床层阻力也各不一样，势必会影响到 墨! 鱼全璺堡垒苎查全垒! 墨一一一一 墅 _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ - _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ - 。- _ _ I - _ _ _ _ - - - _ - _ - - _ - _ _ _ _ - _ _ - - _ _ _ - - _ - - 一v 气化剂在燃料层内分布及入炉量的
6、多少，进而影响到气化的总效率。理想的加煤方式应使炭 层高度波动尽量小，床层阻力适当小而均匀且变化不大，有利于气化剂合理分布手燃料层中。 可见，全自动加煤方式应是锥形煤气炉加煤方式的首选。 1 , 6 煤气炉下行气化剂的入炉方式 多数煤气炉的下行气化剂的加入点为单点，加入位置选在了炉体侧进或顶入。为了促使 气化剂的转化，并使下行气化剂均匀合理地穿过燃料层。锥形煤气炉下行气化剂的入炉方式 最好是多点均布炉体侧入或单点顶入。 1 7 煤气炉的心脏炉箅的选择 炉箅是煤气炉的心脏，它是煤气炉高产、低耗、优质、高效的保证，炉箅的性能从一定 程度讲，决定了煤气炉能力的发挥。因此炉箅的制造，应针对不同炉型、不
7、同系统、不同型 号风机、不同加煤方式、不同煤种、不同粒径的原料等实际情况，并结合常压固定床层锥筒 形态的特性及煤气炉气化机理的实际要求而定。也就是说，要使锥形煤气炉真有良好的性能， 必须依据燃料的性质、床层形态的特点，气化机理等并通过实验计算，得出分流流道和合流 流道适宜的截面积之比，床层的锥度比及其截面积之比，测定出分流和合流流动时侧流穿孔 阻力系数，然后结合分流和合流流道间的静压差别的大小，来确定轴向炉算层数的多少和径 向孔层宽度及流道面积，从而实现流体在煤气炉燃料层中心区、内环区、外环区的合理流量 值。这也是要求我们根据不同的实际状况，来设置多层多边及不同孔层宽度及各层不同流道 面积的专
8、用炉算和不同高径比及锥度比煤气炉的目的之所在。 1 8 煤气炉的破渣防流装置 随着煤气炉扩径、增高，特别是锥形炉的诞生，给煤气炉的破渣及防流提出了新的更高 的要求。煤气炉的扩径，破坏了原炉型灰渣层所存在的过度区，导致了炉况恶化、流炉情况 的频繁发生：煤气炉的增高、锥形床层的出现，迫使破渣条及其炉算要与之充分结合。破渣 条和炉箅不再仅仅是破渣，而且还要承渣、降渣、排渣与防流。为确保锥形煤气炉的长周期 稳定运行，必须对其进行重新设计与选择。锥形煤气炉的破渣防流装置，应充分满足燃料的 理化性质，床层形态的特点等。在此，特建议为确保炉况的稳定，渣层过度区不得少于1 2 0 m m ，并根据具体情况，合
9、理调配安息角；为确保床层阻力的均匀性，务必使破渣条的长、 宽、高的尺寸大小、形状及其位置与炉箅的间隙相匹配，最终形成内、外防流梯级曲线分布 破渣防流的局面。 1 9 锥形煤气炉的传动装置 锥形煤气炉是扩径、增高及床层形态改善的典型炉型，炉子的运行阻力必定有所增加。 为确保运转部件的长周期稳定运行，一定要选用中心定位自重迷宫非标“双滑道”滚动轴承 新型底盘总成和加强型闭式传动总成。 1 1 0 锥形煤气炉的阀门选择 1 1 0 1 阀门型号的选择 阀门型号的确定对于生产控制而言至关重要，在选型时一定要尽量选用结构简单、严密 性能好、使用寿命长、维修量少、有效通径比较大的座板阀。只有这样才能确保煤
10、气炉长周 期稳定运行，才能获得较好的经济效益。 1 1 0 2 阀径的选择 锥形煤气炉的气化强度有了很大程度的提高，为满足高气化强度的需要，在确定阀径的 第十四届全国造气技术年会论文集 大小时，应充分考虑炉膛直径和原料及入炉气化剂的性质，以期获得较高的性价比。不同炉 型，不同原料，不同品质的气化剂，就应该选取不同型号的阀门。在此提供最佳气化强度下， 炉膛截面积与阀门通道截面积的相应比值，以供参考。 空气阀与炉膛截面积之比为1 ：1 7 1 ：1 3 ；煤气阀( 上下行煤气阀、吹风气回收阀、煤总 阀、烟筒阀) 与炉膛截面积之比为1 ：1 3 l ：1 0 ；蒸汽阀因蒸汽压力与品质的不同，选取也不
11、 一样。0 2 4 0 0 眦n 、2 6 0 0 蚴炉型可选取D N2 0 0 或D N2 5 0 2 6 0 0 m m 2 8 0 0 m m 炉型可选 取D N2 5 0 或D N3 0 0 ，一个目的就是瞬间入炉的蒸汽量必须满足炉内热量的需要且整个低 压蒸汽系统压力变化不大为宜。 1 1 0 3 阀门位置的确定 为了能够使阀门严密地长周期安全稳定有效地运行，煤气阀最好选在除尘之后。但是高 径比较大、有效炭层比较高、炉面温度较低，醇氨比较大的系统可适当将上行煤气阀移至炉 顶，以有利于减少气体损失及调节气体质量。 1 1 1 锥形煤气炉死空间的确定 由于短循环间歇转换制气的需要，煤气炉的
12、上部空间和下部空间( 风箱和炉箅腔) 之和 存在着一个合理的数值，只有达到这一数值，才能有效地降低气体损失，促进气体合理分布 与提高气化强度。这一数值即煤气炉的死空间应为1 5m 左右，过多过少都不宣。 2 系统流程的选择 造气工序的流程虽然比较简单，但是流程配置对工艺运行，系统稳定，气体质量，煤气 炉的气化强度，物料消耗等方面均有较大的影响。对于锥形煤气炉而言，流程的合理优化配 置同样尤为重要。系统设计人员在确定锥形煤气炉的流程时，应该重新从流体学的角度进行 充分的考虑，以期获得更好的效益。流程的选择还应本着“减阻降耗、流程管道简明、设备 高效利用、余热综合联产、布局紧凑”的原则进行，要统筹
13、考虑，因地制宜，合理选型布局。 目前造气工序的流程版本不一，典型流程主要有：单炉单锅单塔，双炉一锅一塔，多( 三、 四或五) 炉一锅一塔。对于锥形煤气炉来说，到底应该选择哪种版本的流程较好昵? 本人认 为三炉一锅一塔或四炉一锅一塔的流程比较适合锥形煤气炉。针对多炉一锅一塔的流程以及 锥形煤气炉的床层形态的特点，应从流体学的角度考虑，进行严格的计算，得出科学合理的 流量、流速，来确定设备、管道阀门的通径。 2 1 空气系统 从理论上讲，O 9 5 。1 0 5m 3 的空气能够产生lm 3 的煤气。对于由扩径增高演变来的锥形 煤气炉来讲，在这一理论的指导下，要想发挥出它的最大潜力，就必须拥有较高
14、的吹风强度， 选用高效风机是高吹风强度的保证。对于三炉一个单元的系统，风机可选用5 0 0 风机；对于 四炉一个单元的系统，风机可选用6 0 0 风机；风机的压头可选用2 8 0 0 - - 3 0 0 0m m 水柱。尽管 选用了如此高效的风机，但对于常压固定床间隙气化工艺来说，仍然需要通过降低阻力，来 获得较高的吹风效率，也就是说空气管线与阀门、吹风气管线与阀门的通径要扩大。为保证 风机具有较高出力率和煤气炉具有较高气化强度，空气总管的质点流速应小于1 6 m s ，入炉 支管的质点流速应小于7r n s ；吹风气总管的质点流速也应小于1 2m s ，单炉吹风气引出点 的质点流速要应小于3
15、 5r r d s 。 2 2 蒸汽系统 造气工序的蒸汽来源，不同的厂家有着不同的来源，但大致可以归纳为以下几种：煤气 第十四届全国造气技术年会论文集 - 炉水夹套锅炉自产蒸汽，回收上下煤气显热的废锅产蒸汽，吹风气回收装置产的蒸汽，氨合 成工序所产蒸汽，热电锅炉所送蒸汽等。这些不同来源的蒸汽，有着不同的压力等级或不同 的品位，如果造气的蒸汽系统配置布局得不得当，势必严重影响煤气炉工况的稳定、制气效 率的提高，造成能耗的居高不下。因此合理的蒸汽系统对常压固定床间歇气化工艺来说，起 着至关重要的作用。为此，由直筒形进展而来的锥形煤气炉系统的蒸汽系统，应注重好以下 几个方面的内容： ( 1 ) 入炉
16、蒸汽的品质。无论造气系统的蒸汽来源有多少，但是一个宗旨就是尽量 将入炉蒸汽控制为2 2 0 左右的过热蒸汽。 ( 2 ) 入炉蒸汽压力。其原则就是足够的稳定。入炉蒸汽调节装置( 电动或电气动) 要 一个单元系统配置一套，通径不应小于1 5 0 m m ，压力采样点选取在入炉蒸汽总管上，以避 免管线阻力降带来的调节误差。 ( 3 ) 蒸汽系统补汽点的位置。应尽量选取在单元系统各煤气炉的中间，防止从一头进， 以避免流体在系统中的分配不均，压力的波动，影响单元系统各煤气炉的稳定性及负荷的平衡。 ( 4 ) 蒸汽系统的容量。管线阀门的口径的选择要得当。单元补汽装置不应小于1 5 0m m ， 调节装置离补汽点应尽量短；单元装置应设置一个不少于2 0 m 3 的缓冲罐，其出入蒸汽总管 调为D N4 0 0 或D N5 0 0 。单炉入炉蒸汽管线阀门选取为D N2
