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热烈庆祝兴亚炉箅改版成功!
     邳州市兴亚炉箅有限公司,由我国著名炉箅设计专家秦兴亚高工于2001年创办,本公司主要从事造气技术研究和炉箅及煤气系统设备的研制生产。主要产品有∮1600-∮3600系列炉箅、自动加煤机、滚动底盘总成、水夹套、锥形水夹套、炉底、灰仓、油压炉口、灰盘、齿圈、炉条机总成及配件、鼓风箱、灰渣箱、灰犁、热管废锅、热管空气预热器、热管水加热器等。               [更多]
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固定层间歇法煤气生产中亟须商榷的几个问题
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                         固定层间歇法煤气生产中亟须商榷的几个问题
 
                                                                            辛君一     莱阳化肥厂   265202 
 
 
    摘   要  本文提出了固定层间歇法煤气生产中部分观点中模糊认识,真诚与业内同仁进行讨论,以求尽可能的统一观点和认识,便于企业间的交流和借鉴,利于煤气生产水平的总体提高。
 
    关键词  空气与煤气配比  实物消耗量  炉渣可燃物  上、下行温度之和  气化强度
 
    近年来拜读了诸多固定层间歇法煤气生产同仁的文著,其中不乏对煤气生产的发展和进步做出过一定贡献的专家级人士的文章,从中受益匪浅。但其中所阐述的观点部分有所偏颇,有的观点所依据条件说明的不够确切。给各企业间煤气生产水平的比对和经验的交流借鉴造成一定的困难,有感于此,笔者建议业内人士亟待探求统一某些观点,免得给企业的煤气生产管理工作带来误导。下面就部分观点坦陈拙见与业内同仁共同讨论。
    一.煤气与空气的配比
    生产一立方半水煤气需消耗多少空气,是较多煤气生产理论性文著中所涉及的历史性问题。几十年来传统的观点是:生产一立方半水煤气需消耗掉一立方空气,即半水煤气与空气的比值为一比一。此比值是包括空吹、吹风和加氮空气的总量,还是专指吹风阶段空气量,表述的不够清楚。从当时的消耗水平分析,理应是指吹风阶段空气量。此观点是业内前辈们基于当时的客观条件和煤气生产水平,经过理论计算所得,应当讲在当时属一个较为切合实际的理论数据,对于当时的煤气生产管理具有一定的指导意义。随着煤气生产从业人员,特别是有较多致力于固定层间歇法煤气生产潜心探索与研究的专业人士的不懈努力,使目前煤气生产的基础条件和生产水平有了长足进步。尤其是吹风效率的提高和炉内热量损失的降低,使半水煤气与空气的配比更趋经济,也是与时俱进的必然结果。
    一立方半水煤气需耗一立方空气的观点,目前还被业内广泛紧持,也偶见有个别专家论述时有了谨慎的修正,但是不够到位。窃认为,部分业内同行对此并没有深入认识,只是由风机铭牌风量大体估算而认为正确,须知空气鼓风机的实际鼓风量与其额定风量存有一定差距。近来,有专家提出,根据当前固定层间歇法煤气生产的实际消耗水平,通过理论推导认为:空气量(包括吹风+空吹+氮空气)/半水煤气=0.85~0.95;吹风阶段空气量/半水煤气则为0.6~0.8。笔者认为,目前固定层间歇法煤气生产的较好水平吨氨耗原料煤实物量在1150㎏~1200㎏时,上述理论数据较为贴切。
假设按照一立方半水煤气消耗一立方空气(吹风阶段空气量)的理论计算,那么吨氨空气耗炭的计算则是:
设吨氨消耗半水煤气为3100Nm3,则耗用空气亦为3100Nm3
    吹风气生成量V2 = = = 3309 [Nm3/T(NH3)]
      其中V1--吨氨耗空气量 ;   0.79--空气中氮气含量;
    0.74--吹风所中氮含量。
    吹风气成份:CO, 6% ;  CO2 ,16.5% ;  CH4 ,0.8%。
      吨氨空气耗炭量则
    
 =413Kg(纯碳)
    折合为含碳量75%的实物原料约为550公斤,即按一立方半水煤气耗用一立方空气的理论计算,只吹风阶段空气耗炭吨氨即为550kg,可见其吹风效率是何等低下。
    二,吨氨耗实物原料量
    吨氨原料煤消耗,是大多数企业对煤气生产岗位的一项极其重要的考核指标,也是行业内部各企业间界定比对煤气生产水平高低的重要参照指数。降低原料煤消耗,更是煤气生产中全力追求的目标。缘于各企业的实际情况不同,致使目前的原料煤消耗水平各企业间差异很大。有的企业报出了吨氨吨煤(实物量)的水平,有的则高达1500㎏以上,导致这种状况的因素大致有:
    第一,应当承认各企业煤气生产水平有相当的差距。这是出现上述状况的直接原因。
    第二,用于气化的原料存有很大差别,特别是适用于固定层间歇法气化生产的优质原料日趋紧张的今天,使气化原料呈多样化趋势,有的原料固定碳含量低于50%,而有的高达80%以上。
    第三,合成氨生产系统中,其它工序的生产水平不同。第四,有效气体利用技术水平有差异,有的企业在生产过程中气体损失大,有效回收量少。第五,终端产品折氨的标准不统一。第六,入炉原料计量不规范。第七,生产系统总体管理水平差别较大,若跑、冒、滴、漏现象较为普遍,则原料煤消耗难以下降。各企业间存在上述诸多不同的差异,实难有一个统一确切的衡量标准。因此,只能根据目前的实际生产水平,大致计算吨合成氨的理论耗炭量,便于各企业结合自身条件和实际状况,科学合理地制定出可行的消耗指标,有利于煤气生产的稳定和提高。
    假设在较为理想状态下,吨氨消耗半水煤气3000Nm3,空气与半水煤气的比值为0.75
吹风气中CO2 16.5%,CO 5%,CH4忽略不计,按照空气经过床层后的生成物(吹风气)体积增加5%计算,
即3000×0.75×1.05 = 2362.5Nm3,
则2362.5×(16.5+5)% = 507.9m3
(CO+CO2)=  = 272.1kg(纯碳)。按原料中固定碳含量为75%计算,272.1/0.75 = 362.8kg,即吹风阶段耗炭量为362.8kg。
    制气阶段的理论耗炭计算:
    设半水煤气中CO2 , 6.5% ;CO ,30%。
    即3000×(30+6.5)% = 1095Nm3 ,  = 586.6kg(纯碳)。按原料中固定碳含量为75%计,则   = 782.1kg。
    通过以上计算可以看出,在合成氨生产系统较为理想并且吹风效率较高的状态下,只吹风阶段和制气阶段两项,吨氨需消耗固定碳含量为75%的原料1145kg。此数据为理论估算值,不包括灰渣中未燃尽碳和气体带出碳等。
    上述计算只是假设一个较为理想状态下的吨氨耗原料煤水平,若有的企业煤气生产中的吹风效率和所用原料固定碳含量极高,则有可能实际消耗水平低于上述计算值,但也不可能出现较大差距,望同仁们报出此数据时应保持理性。
    三,炉渣可燃物
    炉渣是固体燃料经过煤气炉有效气化后剩余的终端产物,其残碳量的多少,可直接反映出燃料中碳转化率的高低,是界定燃料气化水平优劣的重要指标之一。以前固定层间歇式煤气炉的气化原料大多以焦炭为主,所以,核定其炉渣残碳量,一般采用返焦率为依据。所谓返焦率是指在排出的炉渣中,能够人工选拣出来的20mm以上未燃尽焦块与总渣量的比例,要求控制在3%以内为努力目标。随着原料品种的多样化,尤其是型煤用于气化生产,残碳多以粉末或小颗粒形式存在,使之难以人工选捡。因此,目前多数企业则采用鉴定炉渣中可燃物百分含量的方法界定炉渣质量状况。但从业内人士发表的文章中报出的百分含量相差悬殊,有的低于10%,有的高达30%,给企业间的固体原料气化水平的比对带来了一定的困难。造成报出结果相差很大的原因大致有如下几个:
    第一,概念不够统一。称作残碳量、返焦(碳)率和炉渣可燃物百分含量的均有。
    第二、各企业间所用原料品种不同。比如,在正常情况下,活性较好的原料,其炉渣残碳量易于降低,反之则会升高。
    第三,分析方法存有差异。
    第四,取样方法和程序不同。是单选渣块破碎分析,还是从炉渣堆中混合取样进行总体分析。
    第五,燃料气化水平的差距。
    为了便于各企业间比对,建议以如下条件为基础来核定炉渣残碳量的高低:首先做到概念的相对统一。针对目前企业的总体原料状况(烧用焦炭的企业已不多),其炉渣残碳量采用可燃物百分含量作为衡量概念,似为确切。炉渣中所具有的可燃物质含量与灰渣总量的百分比例,称为炉渣可燃物百分含量,简称可燃物含量。其次,统一规范炉渣取样标准和程序。一般来讲,在所排出的炉渣中多点取样混合搅拌后选取样渣较为合理,不应片面地采取渣块或单取灰末,否则,会失去炉渣分析的价值。再则,务必严格按照统一规范的化验分析方法和步骤,按部就班地实施操作,以求获得较为准确的结果。炉渣可燃物含量到底多少为标准呢?笔者认为,根据原来行业内的执行标准,结合目前的固定层间歇法煤气生产的气化水平,炉渣可燃物含量控制在15%以内,应是较为切合实际和合理的,降至10%以内则只能作为努力的理想值。从事二十几年的煤气生产经验认为,烧用型煤或阳泉方向活性较好的块煤,炉渣可燃物降至并稳定于15%以内是可及目标。但像晋城方向的高强度块煤(一般其固定碳含量较高),其炉渣可燃物含量降至15%以内则难度较大。
      四,上、下行煤气温度之和
上、下行煤气温度之和,是近两年来见诸于较多文集中的新概念。业内人士主要是用来衡量炉内热量损失的多少。这种学说应该讲是有道理的,对于各企业间的相互比对和借鉴具有一定的意义。但是笔者也对有的文章中报道的数据有些惑解。比如,上、下行煤气温度之和低于380℃,并且还可以保持较高的气化强度。愚认为,这个结果不是与上、下行煤气温度的取值标准有关,就可能是某些条件较为特殊而得,如炉体选用全夹套、采用饱和蒸汽、测温位置不同或工艺阀门配置方位有别(上行煤气阀在炉口之上)等。
    为了方便各企业间相互比较,需从上、下行煤气温度分别阐述。
    上行煤气温度是煤气炉运行过程中主要参照和控制的指标之一。上行煤气温度的高低,主要取决于炉内气化状况、负荷大小、燃料性状以及入炉蒸汽温度等。一般情况下,上行煤气温度不应低于下吹入炉蒸汽温度。上行煤气温度测温点,一般安装在上行煤气管离炉体约1500mm左右处。此点所显示的温度主要与上行煤气(包括吹风气)温度有关,它可直接反映出上行煤气带出显热的变化。另外,它还与测温热电偶插入深度有关。
    下行煤气温度,是正常操作中的重要依据和需严格控制的主要指标。下行煤气温度的高低,主要取决于灰渣层的厚度、成渣率的高低、气化层的位置和炉内状况等因素。下行煤气温度测温点,一般设计安装在下行煤气管道距炉体约1500mm左右处,此处温度主要与下行煤气温度有关,它可直接反映出下行煤气带出显热的变化。此测温点所显示的温度是下行煤气的外送温度,但蒸汽温度过高或过低,对它也有一定的影响。比如,蒸汽带水或蒸汽温度高于正常的下行煤气温度等。
    统一标准,便于比对,是本文的主旨。欲使上、下行煤气温度之和指标,能够真正起到促进煤气炉操作控制的作用,除去上述测温点安装位置外,还须统一如下先决条件:合理选取上、下行煤气温度数值。上行煤气温度的选取,采用人工加炭方式的操作,可选取每次加炭周期内均值循环中的峰、谷平均值。比如,每次加炭周期为十三个工作循环,可取第七个工作循环的平均值。若第七个循环峰值为280℃,谷值为250℃,则宜取265℃,采用自动加炭装置的操作方式,则取每个工作循环的峰、谷均值即可。上行煤气温度在每个工作循环中所显示的峰值,是在上吹制气阶段结束时;谷值则是下吹制气阶段结束时。下行煤气温度的取值亦按其每个工作循环的峰、谷均值为执行标准。下行煤气温度的峰值,在下吹制气阶段结束时,谷值为上吹制气阶段结束时。
    上、下行煤气温度之和,易受到多因素的共同影响,难以确切表述,除却炉况本身的影响之外,大致有煤气炉的运行负荷影响,一般上、下行煤气温度和与其运行负荷成正比;所用燃料品质和粒度,如原料湿度过大上行煤气温度会偏低,较大粒度焦炭或块煤作为气化原料时,上行煤气温度则会偏高;蒸汽温度则与其有着直接影响;炉膛高度的影响,炉膛偏高,上行煤气测温度远离火层,气体外送时有所下降,反之则可稍高。总之,就目前∮2000mm系列固定层间歇式煤气炉及传统流程配置的生产系统,炉况正常情况下,一般控制上行煤气温度在220℃~260℃之间、下行煤气在180℃~220℃之间较为适宜,即上、下行煤气温度之和在400℃~460℃。低于此值 ,说明煤气炉负荷偏低;高于此值,则视为炉内热量损失偏大。偏低或偏高,均非经济运行。一般情况下,煤气炉的上、下行煤气温度之和过低,难以保持较高的气化强度。
    五,生产负荷
    所谓煤气炉的生产负荷,即煤气炉的生产能力。实际操作中通常以入炉风量来控制煤气炉负荷的大小。在吹风率一定的情况下,是以吹风时间长短作为调节手段的。正常情况下,常以煤气炉的气化强度衡量生产负荷的高低。
    气化强度,即单位面积时间内产气量的多少,单位常以m3/m2·h来表示。在时下较多的文著中,时常出现以煤气炉的气化强度来显示气化水平,并大有树立气化强度标准,使之成为各企业奋斗目标之势,以在下愚见,似有欠妥。
    气化强度的选择和确定常受如下因素制约:
    第一,煤气炉高径比的影响。拥有相对较高的炉膛,有利于气化层厚度的提高,从而能够适应于较大气化强度的需要。
    第二。燃料性质的影响,选用固定碳含量高、灰份含量低、化学活性好及灰熔点较高的优质原料,是提高气化强度的根本基础,燃料总体质量差,则难以维持炉内高气化强度下的物料平衡。
    第三,加炭方式的影响。采用人工加炭方式煤气炉的气化强度,由于加炭间隔周期的制约,一般情况下,要比其它条件相同的采用自动加炭方式的煤气炉偏低(炉径越大表现越突出),人工加炭方式的加炭间隔时间不宜低于30min。
    第四,炉箅性能的影响。选用的炉箅破渣、排渣能力强,利于煤气炉在较高气化强度下稳定运行,反之,若炉箅性能较差或使用时间较长使破渣排渣能力下降,则会阻碍气化强度的提高。
    第五,空气鼓风机性能的影响。气化强度的高低,空气鼓风机的性能是关键因素,配套性能适宜的风机,是煤气炉在高气化强度下稳定运行的基础。若选择配置的空气鼓风机风量、风压偏小,势必需以延长吹风时间来提高气化强度,而吹风时间过长,则会直接导致吹风效率的下降和原料煤消耗的升高,并缩短了制气时间,即提高气化强度极为困难;如配套风机风量、风压过大,又没有有效的手段控制吹风强度,则会使炉内燃料层吹翻,带出物增多,以致炉况难以稳定。
    第六,后续工序用气量的影响。由于煤气炉台数的限制,后续工序用气量过大,势必需相应提煤气炉的气化强度,以尽量满足气量需求,但是不一定是经济制气。
    第七,系统阻力的影响。系统阻力偏大,直接制约吹风效率和制气效率的提高,影响煤气炉的气化效率,难以实现较为理想的气化强度。
    煤气炉气化强度过高,易造成操作弹性降低,炉况稳定性差,灰渣层过薄导致炉下温度偏高,对炉下设备,炉箅毁坏加剧而缩短其使用寿命;炉上、炉下温度偏高,气体带出热量增多,造成显热损失增大;气化强度过大,须有相应较大的上、下吹蒸汽入炉量,由于气流速度的增大,不但会造成蒸汽分解率的下降,而且显著增加了气流的带出物。
    煤气炉气化强度过低,虽然有利于煤气炉的稳定运行,但是不符合经济运行的原则。后续工序用气量一定的情况下,选择确立煤气炉气化强度过低,即需增加煤气炉启用台数来弥补产气量的不足。毋庸讳言,固定层间歇式煤气炉本身热量转化率偏低(较好的一般在70%左右),增多煤气炉启用台数,热量损失即相应增大。另外,气化强度过低,气化层厚度偏薄,气体质量往往较差。
各企业间的煤气生产条件千差万别,煤气生产管理人员断不可罔顾自身实际,盲目追求过高的气化强度,须秉持求是的科学态度,根据各自系统特点,选择确立适宜的气化强度,确保煤气炉的经济稳定运行。
    煤气炉气化强度的确立应遵循以下原则:
    一、留有调节余地,拥有操作弹性。我们知道,固定层间歇法煤气炉生产受外界因素影响太多,燃料品种的变化、蒸汽压力和温度的波动以及气温对空气密度、温度的影响等,都决定了不宜选择临界极限的过高煤气炉气化强度。
    二、保持供气相对富余,便于应对一切设备社会性故障和意外情况,确保生产稳定。
    三、利于煤气炉的稳定运行和经济运行,这是确立煤气炉气化强度的关键。只有保证煤气炉的稳定经济运行,才能实现煤气生产的高产低耗。
                                                                     
 
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