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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1 深入分析 UGI 煤气炉和造气系统 技改概况及发展方向 田守国 山东省沂源化肥厂 摘 要：分析了 UGI 煤气炉及其系统配置目前的技术状态，UGI 煤气炉历次技改的方法及得失；综述了小氮肥与中氮肥造气技改是多处相通的，进一步扩大煤气炉直径是 UGI 炉气化技术的发展出路。 关键词：UGI 煤气炉是多功能气化炉、煤气炉技改、造气系统改造、回顾、展望 0 前言 我国广泛使用的UGI煤气炉是一种常压固定床、固渣排灰的煤气化设备，起初气化原料采用焦炭或无烟块煤，当今原料路线已逐步扩展为焦炭、无烟块煤、非标的小粒度无烟块煤、型煤
2、（煤球、煤棒） 、型焦、半焦(也称“兰炭” 、 “汽焦”)等。 通常UGI煤气炉简称为“固定床间歇式煤气炉” ，而实际上UGI炉并不是只有间歇气化的单一功能，而是具有其独有的特点和优势， 可以采用间歇或连续的操作运行方式和若干种成分不同的气化剂进行气化作业，生产出不同成分含量的符合不同碳基化工产品工艺要求的原料气。实际生产中可根据气化剂的不同含氧量转换运行模式，选用连续气化或间歇气化，且不论连续气化或间歇气化都可以生产富氮煤气或贫氮煤气。 可选择气化剂：纯氧+蒸汽气化、纯氧+蒸汽+脱碳放空气气化、纯氧+蒸汽+煤层气气化、富氧+蒸汽气化、空气气化、空气+蒸汽间歇气化。可制取：水煤气、半水煤气、空
3、气煤气、高一氧化碳水煤气、高氢水煤气。随着新兴的碳基化工产品不断开发，对煤气成分还会出现特殊要求，新的气化剂也必将会不断被发掘使用。如此多样化的气化方式使UGI煤气炉使用价值进一步得到提高，这一点是其它气化方式所不能及的。 UGI煤气炉在采用空气气化、纯氧气化、富氧气化、纯氧+脱碳放空气气化、纯氧+煤层气气化时，可采用连续运行的操作方法，即气化剂从煤气炉底部连续进入炉内，有序的通过气化层，生成气体从煤气炉顶部引出经除尘、降温（回收余热） 、洗涤后进入后系统。 如果在富氧气化时供氧不足，可改为富氧吹风或富氧加氮的方式消化利用现有的氧气，其气化效率和热效率均高于空气吹风间歇气化方式。以空气、蒸汽为
4、气化剂制取半水煤气或水煤气时，采用间歇式运行方式。而采用纯氧气化、纯氧+脱碳放空气气化、纯氧+煤层气气化都是新生事物，它是为近些年新开发的碳基化工产品生产系统配套的，应用厂家并不多。 目前，富氧连续气化在煤化工行业应用厂家也比较少，原因是以往制氧成本过高，运行不经济。随着科学技术的进步制氧成本降低，近些年富氧连续气化应用厂家开始逐步增加。而在玻璃、建陶、城市燃气行业，绝大部分仍用连续气化方式生产空气煤气（即发生炉煤气） 。 UGI 炉气化技术在我国至今已有 70 余年发展历史了。该技术建设投资省、建设周期短、一般性的操作控制技术易掌握。因此，非常适合我国的国情和资源状况，在几十年的应用中对我国
5、相关行业的建设和田守国 山东省沂源化肥厂 摘 要：分析了 UGI 煤气炉及其系统配置目前的技术状态，UGI 煤气炉历次技改的方法及得失；综述了小氮肥与中氮肥造气技改是多处相通的，进一步扩大煤气炉直径是 UGI 炉气化技术的发展出路。 关键词：UGI 煤气炉是多功能气化炉、煤气炉技改、造气系统改造、回顾、展望 0 前言 我国广泛使用的UGI煤气炉是一种常压固定床、固渣排灰的煤气化设备，起初气化原料采用焦炭或无烟块煤，当今原料路线已逐步扩展为焦炭、无烟块煤、非标的小粒度无烟块煤、型煤（煤球、煤棒） 、型焦、半焦(也称“兰炭” 、 “汽焦”)等。 通常UGI煤气炉简称为“固定床间歇式煤气炉” ，而实
6、际上UGI炉并不是只有间歇气化的单一功能，而是具有其独有的特点和优势， 可以采用间歇或连续的操作运行方式和若干种成分不同的气化剂进行气化作业，生产出不同成分含量的符合不同碳基化工产品工艺要求的原料气。实际生产中可根据气化剂的不同含氧量转换运行模式，选用连续气化或间歇气化，且不论连续气化或间歇气化都可以生产富氮煤气或贫氮煤气。 可选择气化剂：纯氧+蒸汽气化、纯氧+蒸汽+脱碳放空气气化、纯氧+蒸汽+煤层气气化、富氧+蒸汽气化、空气气化、空气+蒸汽间歇气化。可制取：水煤气、半水煤气、空气煤气、高一氧化碳水煤气、高氢水煤气。随着新兴的碳基化工产品不断开发，对煤气成分还会出现特殊要求，新的气化剂也必将会
7、不断被发掘使用。如此多样化的气化方式使UGI煤气炉使用价值进一步得到提高，这一点是其它气化方式所不能及的。 UGI煤气炉在采用空气气化、纯氧气化、富氧气化、纯氧+脱碳放空气气化、纯氧+煤层气气化时，可采用连续运行的操作方法，即气化剂从煤气炉底部连续进入炉内，有序的通过气化层，生成气体从煤气炉顶部引出经除尘、降温（回收余热） 、洗涤后进入后系统。 如果在富氧气化时供氧不足，可改为富氧吹风或富氧加氮的方式消化利用现有的氧气，其气化效率和热效率均高于空气吹风间歇气化方式。以空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时，采用间歇式运行方式。而采用纯氧气化、纯氧+脱碳放空气气化、纯氧+煤层气气化都是新生事物
8、，它是为近些年新开发的碳基化工产品生产系统配套的，应用厂家并不多。 目前，富氧连续气化在煤化工行业应用厂家也比较少，原因是以往制氧成本过高，运行不经济。随着科学技术的进步制氧成本降低，近些年富氧连续气化应用厂家开始逐步增加。而在玻璃、建陶、城市燃气行业，绝大部分仍用连续气化方式生产空气煤气（即发生炉煤气） 。 UGI 炉气化技术在我国至今已有 70 余年发展历史了。该技术建设投资省、建设周期短、一般性的操作控制技术易掌握。因此，非常适合我国的国情和资源状况，在几十年的应用中对我国相关行业的建设和论文部分 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2 发展发挥了十分重要的作用
9、。同时，经过几代造气专业工作者的不懈努力，其核心技术和装备水平均得到了极大的进步、发展、创新、完善和提高。以往，常有人提到的热效率低、能耗高、环境污染严重等这些似乎是评价 UGI 炉气化技术的专用词汇，已与目前 UGI 炉的运行状况极不合乎了，充其量也只是代表了它的过去。如今，该气化技术在应用技术方面如工艺技术指标、操作方法等已经达到了相对完善的水平，出气温度、灰渣含碳量相比上世纪 80 年代降低了 50%以上，气化强度实现了成倍增加，技术装备水平、自动化程度、热效率等方面也已有了极大的提高。在环保方面，因为普遍应用了湿法排灰，使下灰过程中尘灰飞扬的场面不复存在了，吹风气余热回收装置基本上燃尽
10、了吹风气中的 CO、H发展发挥了十分重要的作用。同时，经过几代造气专业工作者的不懈努力，其核心技术和装备水平均得到了极大的进步、发展、创新、完善和提高。以往，常有人提到的热效率低、能耗高、环境污染严重等这些似乎是评价 UGI 炉气化技术的专用词汇，已与目前 UGI 炉的运行状况极不合乎了，充其量也只是代表了它的过去。如今，该气化技术在应用技术方面如工艺技术指标、操作方法等已经达到了相对完善的水平，出气温度、灰渣含碳量相比上世纪 80 年代降低了 50%以上，气化强度实现了成倍增加，技术装备水平、自动化程度、热效率等方面也已有了极大的提高。在环保方面，因为普遍应用了湿法排灰，使下灰过程中尘灰飞扬
11、的场面不复存在了，吹风气余热回收装置基本上燃尽了吹风气中的 CO、H2 2、CH、CH4 4和煤粉，加上配套完善的除尘、除焦设备和造气污水全闭环零排放技术，使该技术的环保水平已达到了国家环评标准要求。绝大部分生产企业的造气生产环境已得到极大的改善。 为了更细致的分析这段历史，笔者将分为三个阶段来阐述，也就是将国家发展计划的“九五”和“十五”两个阶段作为两个重要段落来分析，把进入“十一五”后的几年作为一个段落来分析。 1 1980 煤气炉本身就是创新型产品 小氮肥广泛应用的2m 系列煤气炉采用的是 UGI 炉气化方法。1980 煤气炉是2m 系列煤气炉的母本，1958 年上海化工研究院在为小型合
12、成氨装置设计1980 煤气炉及造气系统时，就摒弃了一些进口装置所存在的缺陷，是完全国产化的创新型产品，从而使小氮肥造气技术装备从原基础上就有了一次质的飞跃。 原版的1980 煤气炉炉体总高度（夹套+炉体）为 4025mm，水夹套高度为 1834mm，夹套高度占炉体总高度的 45.6%，高径比1：2，灰盘直径2820mm，延流距离为 420mm。该设计方案不论是煤气炉高径比还是水夹套高度占炉体总高度的比例等方面，都是十分合理的，当今仍可以作为煤气炉技术改造的参照数据。 原1980 煤气炉系统流程均统一采用了单炉独立流程，即采用单系统配置燃烧室、废锅、洗气塔、下行集尘器，简称“单炉一锅一塔流程”
13、。但下行煤气不经废热锅炉（采用的也是仿中氮肥下行煤气温度200的造气工艺） 。全部配置了上、下吹加氮。煤气系统均采用铸铁管道，初次设计的系统流程与中氮肥3m 系列煤气炉系统流程相比有三大区别：一是用上、下行煤气阀取代了煤气三通阀；二是洗气塔底部附加洗气箱并设水封，取代了单设的洗气箱和六瓣或八瓣分布器；三是工艺管线通径相应缩小。 1980 煤气炉底盘部分在排灰口宽度和高度等方面区别于2745 煤气炉底盘，而基本上与3600 煤气炉底盘部分相似，只是上部灰仓部分定型在 400mm 高度，区别于3600 煤气炉的炉裙。1980 煤气炉应用的第一代炉箅是星型塔式炉箅，通风面积 0.452m和煤粉，加上
14、配套完善的除尘、除焦设备和造气污水全闭环零排放技术，使该技术的环保水平已达到了国家环评标准要求。绝大部分生产企业的造气生产环境已得到极大的改善。 为了更细致的分析这段历史，笔者将分为三个阶段来阐述，也就是将国家发展计划的“九五”和“十五”两个阶段作为两个重要段落来分析，把进入“十一五”后的几年作为一个段落来分析。 1 1980 煤气炉本身就是创新型产品 小氮肥广泛应用的2m 系列煤气炉采用的是 UGI 炉气化方法。1980 煤气炉是2m 系列煤气炉的母本，1958 年上海化工研究院在为小型合成氨装置设计1980 煤气炉及造气系统时，就摒弃了一些进口装置所存在的缺陷，是完全国产化的创新型产品，从
15、而使小氮肥造气技术装备从原基础上就有了一次质的飞跃。 原版的1980 煤气炉炉体总高度（夹套+炉体）为 4025mm，水夹套高度为 1834mm，夹套高度占炉体总高度的 45.6%，高径比1：2，灰盘直径2820mm，延流距离为 420mm。该设计方案不论是煤气炉高径比还是水夹套高度占炉体总高度的比例等方面，都是十分合理的，当今仍可以作为煤气炉技术改造的参照数据。 原1980 煤气炉系统流程均统一采用了单炉独立流程，即采用单系统配置燃烧室、废锅、洗气塔、下行集尘器，简称“单炉一锅一塔流程” 。但下行煤气不经废热锅炉（采用的也是仿中氮肥下行煤气温度200的造气工艺） 。全部配置了上、下吹加氮。煤
16、气系统均采用铸铁管道，初次设计的系统流程与中氮肥3m 系列煤气炉系统流程相比有三大区别：一是用上、下行煤气阀取代了煤气三通阀；二是洗气塔底部附加洗气箱并设水封，取代了单设的洗气箱和六瓣或八瓣分布器；三是工艺管线通径相应缩小。 1980 煤气炉底盘部分在排灰口宽度和高度等方面区别于2745 煤气炉底盘，而基本上与3600 煤气炉底盘部分相似，只是上部灰仓部分定型在 400mm 高度，区别于3600 煤气炉的炉裙。1980 煤气炉应用的第一代炉箅是星型塔式炉箅，通风面积 0.452m2 2，高度 1085mm。 小氮肥造气流程中的燃烧室，在应用较短时间后就开始陆续取消了，从这一点上就可看出小氮肥行业在技改方面有认识和发现问题快、纠错迅速的优点。 2 小氮肥行业的第一次煤气炉扩径改造 为了提高单炉生产能力、节省扩产投资，上世纪 70 年代末小氮肥行业在1980 煤气炉基础上进行了第一次扩径改造，炉直径由1980 扩大到2260，外径保持2740 没有变。在这一时期新上马的小型合成氨装
