间歇式造气炉现阶段必须掌控的几个问问题.docx

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间歇式造气炉现阶段必须掌控的几个问问题

间歇式造气炉现阶段必须掌控的几个问问题

间歇式造气炉现阶段必须深刻认识的几个问题

陈松涛

前几年，国内大规模试用粉煤富氧连续气化造气炉，虽然在技术上有所突破。

但由于投资大，国产能力差，全自动操作性强，故障率高，运行周期短，不适宜化工连续生产；由于粉煤的加工，富氧的设备投资，污水的大量生产，电耗增加，也没有从根本上解决环保问题，总体生产效益也不容乐观。

各省、市根据自身煤化工企业的资产、技术现状认为固定床间歇造气炉在我国经过70多年的发展、改进技术比较成熟，消耗较低，效益较高。

比较适合我国国情，值得大力推广，但技术上还需继续提高。

国家发改委认识到这一问题的实质根源也不再强求上粉煤富氧连续气化，这给固定定床间歇造气炉提供了一个大力发展机会。

但是氮肥厂现今出现了一个怪现象。

小氮肥的小炉型向大炉型发展如湖北枝江三宁炉型从2600发展到2800，又从2800发展到3000造气炉，气化强度较高，消耗较低；而大多数原来的中氮厂，由于气化强度低、返焦高、消耗高，则把3M系列的造气炉改造成2650或2800造气炉。

究其原因，是由固定床间歇造气炉自身的特点，规律以及人们对它的认识程度决定的。

固定床间歇式造气炉的特点：

间歇式造气炉一般构成及附属管线：

加焦机构、筒体、夹套、炉箅、上灰仓（中氮叫炉裙）、炉底、左右灰仓、中灰仓及蒸汽、空气、煤气管线和控制阀门构成，这就决定了间歇式造气炉的特点；1.首先它是一个反应器，而且是一个气体、¸固体组成的非均相反应系；2、原料从顶部中心炉口加入，现在给料机构基本上是上提式散布加料，这就决定了不同原料的自然分布形态；3.流体间歇交替进入，要求空气、蒸汽入炉缓冲时间越短越好；4灰渣的外排方式，要求炉膛径向气化强度不一，并按一定规律变化。

由于间歇式造气炉具有以上四个特点，所以他不能像其他化工均相、连续反应器一样去理论核算，理论操作，也不能像气流床造气炉、流化床锅炉那样理论可控性强，因此，间歇式固定床造气炉就成了一个黑匣子，让人展开丰富的想象力，去探索、研究，于是出现了似是而非的理念，给人一误导，甚至出现很多截然相反的想法、做法却得到了相同的结论，真是让人难以捉摸。

笔者就现阶段出现的一些现象以个人的粗浅认识阐述一下间歇式造气炉必须客观掌握的几个问题进行交流，以供共同提高。

一．理论认识与实践相结合

固定床间歇式造气炉的节能降耗大多数人从理论上核算原料的热量利用率、包括潜热和显热，原料的单程转化率，蒸汽的分解率，以及风机的电耗。

但是无论以何种方式计算却解决不了节能降耗的根本问题，只是给我们一个可望而不可及的目标。

因为这种理论上的计算忽视了间歇式固定床造气炉的固有特点；建国后，国务院决定建设的中氮厂采用美国进口的UGI型∮2745造气炉和前苏联生产∮3600造气炉，这两种造气炉当时可谓流程先进，自动化程度高，各种工艺参数必须经过专家协作组或企业技术领导联席研究来确定，就是阶段时间调整1″车间也没有这个权利。

假如说某一个参数不准，操作工就没有办法操作了。

安徽涡阳化肥厂在20世纪八九十年代是全国小氮肥行业的标兵，并率先甩掉了国家的统配煤而实行自采煤，在94年上了4台∮3600造气炉，同时采用了小炉子的操作方法，大胆的对∮3600造气炉工艺进行摸索、研究。

对上、下行温度指标循环时间进行优化调整，由块煤到小粒煤，从晋城、阳城煤到河南焦作煤，现在又烧永城小粒煤，消耗较低，始终处在中氮厂的前列。

无独有偶，湖北枝江三宁公司造气车间原先只有∮2600造气炉，造气炉况较稳消耗较低。

后来上∮2800造气炉达到了同样的效果。

2008年一次上了24台∮3000造气炉烧晋城煤沫做成的煤棒，配置D700风机采用兴亚炉箅一次开车成功，单炉日产氨75吨以上，达到大小炉子前所未有的水平。

而先前中氮厂的UGI造气炉改造成的3.0M、3.2M、3.3M造气炉厂家大多说把花高价钱上的设备改成∮2600或∮2800造气炉，有的甚至推到重建。

他们认为∮2600或∮2800造气炉技术比较成熟。

结果并非他们想象所愿，消耗同样是高，即使消耗有所下降，也降不了多少，与原小氮的消耗相差甚远。

据笔者了解中氮厂烧块煤返焦低于20%甚少，气化强度也不高。

试想不管是3M系列还是2M系列造气炉，炉膛的结构，系统的流程只是大与小的关系，其他没有根本性的差异。

关键是大炉型是较大企业才有能力上的，理论上的核算、调整参数较多；而小炉子只有小氮才上，且炉子又少，为了降低消耗，企业领导不论造气车间采用什么方法，只要降低消耗就行，而且小氮的原料粒度、煤种又不稳定，这给小氮车间带来了调整工艺的困难，同时也给小氮造气车间带来了调整工艺的经验，促进了小氮造气工艺的成熟，这是小氮造气消耗较低的根本原因。

因此，造气工艺不仅要有理论上的指导，更要有实践上深刻认识，达到理论认识与造气客观规律相一致，而不是简单粗浅的认识，甚至与造气客观规律相背离的认识，才能驾驭造气，降低造气消耗。

例如，造气有提高料层可以增加料层蓄热量，降低显热损失的不成文认识，并作为造气设备改造的一条前提条件。

某厂∮2800造气炉，烧中煤。

炉体5.0M,D500——2800风机，本来气化强度较高，返焦率小于15%，吨醇消耗入炉原料煤1.2吨，在大修时，对炉体进行进行了加高1M,上气道由侧出改为顶出，全自动散布式加焦，空层改为1.3M,改造后返焦率大于19%，吨醇消耗入炉原料煤上升到1.4吨。

原一台风机供四台炉可以使生产系统满负荷生产，现需开两台D500风机，五台造气炉运行才能保证后工序正常生产。

这是该厂不顾本厂客观实际，盲目仿照所谓造气蓄热原则而造成的后果。

再如，现在把上、下行炉温之和作为衡量显热损失的一个标准，但是各厂煤种、粒度范围、布料方式、测温点位置、料层高度、上下吹阶段时间、上下吹蒸汽流量的区别，造成的火层位置、厚度、径向温差区别所造成的影响，对降低消耗来说该指标又有多大意义。

又如，山西某厂，由于蒸汽跟不上，烧晋城煤，CO2高达11%，放灰灰渣返小粒煤35%以上，20㎜以上小粒煤较多，并夹杂熔融性琉璃渣块，好多人认为是炉温低造成，我们经过正常操作形不成正常灰渣层后，确定是吹风过热火层不能集中而过于松散过厚，副反应较多造成CO2较高，气质较差，渣层较薄。

没有灰渣过渡层造成返煤粒较高，经过蒸汽调整后CO2降到10%以下，灰渣也有所好转。

总之，间歇式造气炉的的工艺指标应以煤种、布料方式、料层高度为依据；稳定干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层为基础；以炉膛料层径向温差缩小，不过热、不下生碳为根本；以火层温度不过热，不低温保持一定的气化强度为目标，保持适中而不偏颇的工艺条件，才能降低造气消耗。

二、流体要像连续气化一样流量稳定

间歇式固定床造气炉与气流床、流化床气化炉最突出的特点是空气、蒸汽间歇进入气化炉。

要使空气、蒸汽像连续气化一样流量、流速稳定就要附加一定附属设施，就像造气油压系统一样为保持入油缸的液压油的流速流量稳定而及时设置蓄能器。

对于油压系统蓄能器数量与容积大小的设置，各厂为保持油缸动作的速度均向大容积大数量配置，现在甚至比前几年翻了一倍。

间歇式固定床造气炉空气系统，蒸汽系统也应像油压系统一样设置一定缓冲设施即现在常用的缓冲罐。

原先从美国进口的UGI造气炉蒸汽系统不加设缓冲罐，蒸汽系统配置是这样的：

四台造气炉一个系统单炉入炉蒸汽管道∮325，总蒸汽管道∮530，夹套自产蒸汽入蒸汽总管，从锅炉过来的∮400蒸汽管道，压力0.5～0.7MPa，分两支经DN200蒸汽减压阀减压后从蒸汽总管两端进入蒸汽总管。

这样的蒸汽系统配置使入炉蒸汽压力波动较大，空气系统四炉一组，空气总管与单炉入炉空气支管通径一样，造成吹风排队相邻的两台炉吹风过程与加氮过程重风，入炉风压明显降低，造成单炉负荷降低。

设置缓冲罐的作用：

1、缓冲进入缓冲罐不同类型蒸汽的压力、温度、品味的中和、均衡；2、缓冲入炉蒸汽因阀门开启造成的蒸汽压力波动：

a.入炉阀门开启时，炉内压力与蒸汽管道压力形成的压力降造成的蒸汽流速、流量的变化的及时供给入炉；b.减压阀门调节时，阀门开启过程中流通面积变化的流速、流量供给不足的缓冲。

经走访，发现蒸汽系统配置问题严重影响力了制气强度的提高，主要有以下几个方面：

1.出缓冲罐管道较细；2.入蒸汽总管（四炉一组共用的蒸汽总管）出缓冲罐的蒸汽管道从一头进入；3.缓冲罐容积太小；4蒸汽减压阀通径太小。

如某厂新上系统（经某设计院设计）12台炉分三组，每组设置一个缓冲罐，进入每个缓冲罐蒸汽有3种：

1.热电背压后的蒸汽，减压阀DN200；2.尿素副产蒸汽；3.造气炉夹套自产蒸汽；入缓冲罐的三支蒸汽管道及出缓冲罐的一支蒸汽管道通径均为∮320，12台炉共用一支∮530的蒸汽管道，三支出缓冲罐的蒸汽管道并联均布进入蒸汽总管供12台造气炉用汽，单炉蒸汽管道∮320.入炉蒸汽波动范围0.6～1.0kg.同样在另一个厂12台造气炉采用同样的设计，只是每个缓冲罐出汽管道多出一根，基本上每隔2台炉位置在蒸汽总管上安置一根出缓冲罐蒸汽管道，入炉蒸汽压力几乎不波动。

依据经验认为蒸汽系统蒸汽管道配置原则为：

制气单炉蒸汽管道的总截面积等于蒸汽总管的截面积，依据流体走近路的原则，出缓冲罐的管道应分支进入蒸汽总管且分支的截面积总和应与蒸汽总管的流通截面积相等，缓冲罐容积2M系列造气炉单炉不小于5m³，3M系列造气炉单炉不小于9m³，减压阀通径2M系列，夹套产蒸汽自用，选择DN150～DN200；夹套产蒸汽外送，进入蒸汽系统减压前蒸汽压力不低于6kg.3M系列，夹套自产蒸汽自用，选择DN200～DN250;夹套产蒸汽外送，进入蒸汽系统减压前蒸汽压力不低于6kg,可选择以上减压阀通径；空气系统尽量采用三炉一组或四炉一组，应尽量避免重风现象，如若相邻炉吹风时间与加氮时间相重时，就应该采取缓冲措施，及加大吹风总管的通径，把加大的空气管道作为缓冲罐，来增大风机的出力率。

三、灰熔点不是决定气化强度因素

常常听到一些业内人士讲，某某煤种灰熔点高，炉温高，气化强度高；某某煤种灰熔点低，炉温不能过高，否则炉子就会结疤，气化强度较低；那么气化强度与原料灰熔点有着什么关联呢？

所谓灰熔点就是指灰分在达到熔融、变形、软化状态时的温度，在制气过程中为保证炉况正常运行原料煤燃烧后剩下的灰分就不能超过灰熔点，但是为了保证原料煤中的碳燃烧完全及料层的透气性，要求气化后的灰分形成酥松多孔的渣，这就要提到与灰熔点密切相关的灰分的结渣性，所谓灰分的结渣性就是指原料煤气化后剩下的灰渣是否容易结成渣块的性质，大家都知道，灰分是由酸性氧化物如硅酸SiO2，两性氧化物如氧化铝Al2O3，碱金属如氧化钠Na2O、氧化钾K2O或碱土金属氧化物如氧化钙CaO、氧化镁MgO等组成的混合物，这些成分在高温下一定的温度范围内，自身发生着物理的结构形态的变化，之后相互之间分子相互渗透发生着氧化还原反应形成新的物质。

低熔点的物质在低温时熔化形成胶结体，高熔点的物质形成骨料两类物质粘结在一起这就是灰分的结渣性，当温度继续上升到高熔点物质也熔化时，分子间的作用发生化学变化形成新的物质即琉璃体。

造气用煤，由于地域、年代不同差异很大，从形成的物质分类可分为草质煤与木质煤，从形成的年代分可分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。

因其煤种不同，其性质差别很大，特别是现在，各厂为了降低生产成本，逐渐采用当地煤，灰分含量在10～35%之间，灰熔点在1000～1450℃之间。

粒度大小不一，粒度范围差别较大，并有煤球、煤棒，它们之间进行着单烧或掺烧。

在煤的燃烧过程中，碳与氧气发生反应，放出大量的热，并形成高达1800～2000℃高温气体，与料层进行热的辐射、传导、对流，由于碳是黑体大量的热被碳原子吸收，而使氧化层上部的原料煤蓄热量最大，致使温度最高。

而煤中的灰分是均匀分布的单质，虽是不良导体，导热系数极小，但是，在高温碳的长时间作用下，部分单质也会发生物理的物态变化，只是大量碳原子的存在，阻碍了各灰分间单质的接触，不能发生化学反应。

所以煤在气化过程中，随着碳原子的减少，灰分含量相对增加