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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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煤气炉返焦三大问题分析
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煤气炉返焦三大问题分析
 
                                               
                                                                                      邳州市兴亚炉箅有限公司      陈松涛
 
                              
    由于煤价不断看涨,优质煤的紧缺,许多厂开始使用劣质煤、地方煤及型煤,且进货渠道多,煤种杂,粒度范围变化大,在现有设备的基础上出现了局部过冷过热现象严重,结大块与高返焦并存,偏灰频频出现。吹风率降低,气化强度低,有时甚至出现料层阻力大,送不进风现象,严重影响生产,煤耗升高,产量降低。
究其原因有:
①径向气化剂分布不均匀。
②径向气、汽分布不吻合,气化不均匀,成渣速度不一致。
③轴向控制不稳定气化不完全。
    1.常压条件下流体的特性:
    1.1  流通截面开孔率大小与流体轴向穿透力与径向扩散力的关系。在流体流速一定时,通过流体流通截面开孔率的变化观察其轴向。
穿透力流速与径向扩散力流速的变化规律;当流通截面开孔率逐渐增大,其向四周的扩散力逐渐减弱,流速逐渐减少,当开孔率为100%时,流体扩散只受分子间的作用力向外扩散,流体呈喇叭口形向前推进,其穿透力最强,中心流速几乎不改变;当开孔率逐渐变小,流通截面阻力逐渐增大时,流体轴向穿透力逐渐减小,流速亦逐渐减削,径向扩散力逐渐增大,流速也逐渐增大,当开孔率缩小到零时,轴向就没有流体通过了,即轴向穿透力为零,流体径向90转弯向四周扩散,其扩散力最大,径向流速最大。从以上实验现象可得出结论:流体的穿透力及扩散力受流体流通截面开孔率大小的控制,即阻力大小的控制,流通截面阻力越大,流体穿透力越小,扩散力越大;流体流通截面阻力越小,流体穿透力越强,扩散力越小。
    1.2  流体流速变化与穿透力与扩散力的关系。在流体流通截面开孔率恒定不变时,改变其流速观察流体,穿透力与扩散力:当流体流速逐渐变大时,发现其轴向穿透力与径向扩散力增大,流体轴向径向流速均增大;当流体流速逐渐变小时,观察其轴向穿透力与径向扩散力都变小,轴向、径向流体流速都减小,从以上实验现象 可得出结论:当流体截面开孔率不变时,即阻力不变时,流体的轴向穿透力及径向扩散力随流体流速的增大而增大,减小而减小。
    1.3  在不同开孔率的流通截面上,流体压力与流量的变化与流体流通变化量的关系。同一种流体在同样的条件下,通过开孔率不同的截面,通过增加流体压力与流量的变化,来计算流体变化量的关系,当流体压力与流量增加时,流体通过的体积量(质量)都增大,经过计算得知其增加量的大小比与流体流通的面积大小比一致;当流体压力与流量减小时,流体通过的体积量(质量)均减小,经过计算其减小量的大小比与流体流通面积大小比一致;从而得知,流体通过不同面积的流通截面时,通过压力或流量的变化,通过流体体积量(质量)变化量的比等于其流通截面积的比。
    2.气化剂在炉膛内径向分布的均匀性:
    常压固定层间歇式造气炉,由于气化剂的径向扩散力、轴向穿透力较弱,因此要求炉膛截面气化剂分布要均匀,流速一致,原料各处阻力均匀一致,才能使气化剂与料层均匀接触,不偏流。
    2.1  气化剂均布。气化剂入炉,在炉顶、炉底要有一定的均布空间,并依据流体的特性,使流体在空间内均匀分布后同速流向,阻力相同的原料层。使气化剂与原料均匀接触。生产中应使用最佳的气体分布器,现有均布型径向扩散分布器,它使气化剂在炉膛空间径向分布均匀,压力一致时,轴向流向料层。
    2.2  原料阻力一致。依据原料性质,粒度范围,粒度大小、气孔率,控制料层厚度,原料锥角、炉型,风机风压等参数,在料层阻力一致情况下,计算出炉箅的高度及锥角,并依据炉箅高度进行分层,使风道细化分散,并增加蠕动性及搅动性,使原料不易结大块并增加通透性,始终保持料层阻力均匀一致,另外必须使用性能优良的加焦机使原料中心给料中心布料,使原料能自然分布,不偏流,不偏析。
    只有气化剂均匀分布,料层阻力一致时,料层内的气化剂才能分布均匀,不偏流。
    3.炉膛内径向气、汽分布不均现象:
    3.1  斑马线型的气汽分布不均;
    依据造气炉的特点,吹风、制气间歇式进行吸热的平衡反应,且吹风时间占制气时间的25%左右,按1m3空气生产1m3半水煤气计算,吹风空气总量与蒸汽入炉总量基本相等,但吹风流量、流速基本上是蒸汽流量流速的4倍,在料层阻力相等情况下,依据前述流体特性,空气的轴向穿透力与径向扩散力是蒸汽轴向穿透力及径向扩散力的4倍,在线有锥形炉箅它们通过风道。沿锥面运行,空气的出风环面宽度应是蒸汽的出汽环面宽度的4倍,由于蒸汽在炉腔径向穿透力弱,但流通时间长,使蒸汽出汽环区内的料层温度降低,空气流到而蒸汽没有流到的环区温度升高,造成空气、蒸汽在炉箅径向温度分布不均,随着制气的进行,空气还是以其穿透力强,扩散力强的特性,继续进入高温区反应,局部烧结成大块就产生了斑马线。
    为了避免此种现象发生,依据流体的特性,提高制气时的出气阻力,使蒸汽在风道出口受出气阻力的制约;控制其扩散力增大在炉膛径向的穿透力。当制气出气阻力提高到空气出气阻力的4倍时,出风、出汽环面宽度达到一致,当制气出气阻力高于吹风出气阻力4倍时,由于蒸汽出风口轴向穿透力远大与径向扩散力,使风道出口处蒸汽量减小而造成风道出口处温度升高结块,而远端温度低的斑马线,经过长期观察实践,计算得出这样一条规律:空气,蒸汽,流量流速比与空气,蒸汽,炉顶,炉底压力降比成反比,就可达到气汽在炉膛径向均匀合理分布。另外可减少炉箅炉箅另风道间的径向宽度使气化剂分布细化分散,可避免径向出现斑马线。
    3.2 内外环面的气汽分布不均:
    由于原料价高,许多厂为了提高原料入炉量,把炉前滑筛筛孔缩小,使入炉原料粒度范围扩大。为了赶时尚,降低显热损失,又把料层高度提高。炉箅没有改变换用专用炉箅,由上述原因导致了炉膛料层阻力内外差别很大,炉膛中心阻力大远远大于边缘阻力,使气化剂分布出现了很大差异,炉膛中心阻力大,出风道气体在炉膛径向穿透力增强,出风环区延长;边缘处阻力少,流体穿透力减弱,出风环区较窄,从整体上看,也就是气体从中心转向流向边缘气体偏流严重,又由于吹风流与蒸汽的流速不同,偏流不同步,就是吹风偏流速度及偏流流量是蒸汽偏流速度及偏流流量的4倍,依据吹风,制气时间百分比,炉膛中心蒸汽流量应是边缘蒸汽流量的4倍,这样就造成了炉膛内径向从中心到边缘温度较大的情况,随着制气的运行中心返煤边缘结块是在所难免:渣的形状粉灰、粉渣、小粒渣、小块渣、大块渣均会出现,使炉膛截面,阻力大大增加,吹风率降低,负荷带不上,返焦高及大块同时出现,炉况不稳,操作困难,严重影响生产,提高了消耗。
    为了改变此种情况,首先适当降低炭层高度,减小炉膛内外阻力差,减少气化剂的偏流量,其次增加蒸汽压力和流量,改变内外蒸汽的增加变化量,因炉箅通风道从内到外面积百分比从2%~29%范围,增加蒸汽压力和流量可使内外蒸汽增加量差10多倍,通过这两种方式或其中一种方式来达到径向内外气汽分布的一致性。然后再依据炉温高低来调吹风时间,使炉膛径向气化量,成渣量一致,成块率大,块度均匀,使料通透性强,吹风率高,气化强度高,达到高负荷,低消耗的目的。
    4.燃烧气化完全的控制:
    通过以上分析炉膛内气化剂不仅要分布均匀一致而且要气、汽绝分布吻合,才能达到气化速度一致。在气化速度一致时,怎样才能使气化完全,降低返焦呢?这就要求给料量与消耗量、成渣量与排渣量达到平衡,火层温度、厚度、位置达到稳定,使料层高度,各层次厚度,料层阻力稳定。也就是说,如何控制加料时间与炉条转速及火层温度高低的变化。要控制炉况稳定就必须设置有代表性的参数并依据参数的变化趋势,进行有予见性的调节。根据造气炉特点:气固流动化,火层温度高温且位置不恒定化(上、下波动),在现有条件下还无法直接测定火层的温度及位置,只能依据流体的流动特点及气、固定流、传导、辐射特点进行综合分析优化调控。
    4.1 测定参数的位置选择:
    4.1.1  远程参数;
    远程参数的采集点设在上、下行煤气阀后或气化剂入口前部,这段管道只通高温煤气,能反映出火层温度的高低变化。
    4.1.2  近程参数;
    近程参数的采集点设在气化剂入口后与炉体之间,这段管道,是煤气与气化剂频繁交替通过,再加上热点偶钢套的导热系数小反映迟钝,使热电偶反映的温度为中和温度,此温度随气化剂及煤气温度的变化而变化。但也受灰层厚度及给料量的影响。
    4 .1.3  直接参数;
    直接参数直接测量炉体,料层温度及压力、流量的变化。直接参数温度的位置设置:
依据料层控制高度,在两侧灰斗右上方炉体上呈一竖直线干燥层处及灰渣层处各设一对,直接测量干燥层及灰渣层的温度变化,在炉顶、炉底设压力计,在各气化剂管道设流量计,以测量压力与流量的变化。
    4.2  炉况优化控制方法:
    4.2.1  物料平衡;
    在炭层高度稳定情况下,原料加煤量与消耗量、成渣量与排渣量的代谢平衡要稳定才能使料层各层厚度达到稳定,反映在操作上就是给料时间与炉条转速的相对稳定。依据干燥层灰渣层的温度变化为主要参数,依远近程参数为次要参数及渣与原料的导热性来综合判断灰渣层及干燥层的厚薄,来调节给料时间和炉条转速,并可依据对侧干燥层的温差变化及灰渣层温差的变化判断火层是否偏斜,给料是否偏斜,排渣是否一致,从而进化处理使料量与排渣量稳定。
    4.2.2  热量平衡;
    在料层厚度,气化层位置相对稳定的物料平衡条件下,如何依据原料性质来控制气化层温度,使造气炉达到强化生产既使吸放热平衡,而又不超过灰熔点结大块呢?依远近程温度为主要依据,干燥层、灰渣层温度为次要依据,依吹风流量为主要依据,炉顶、炉底、压力变化为次要依据,来进行综合控制,依据气化层温度的传导、辐射特点,及煤气、气化剂与固体原料对流特点可知,远程温度一般要高于近程温度,当近程温度趋近于远程温度,说明火层温度过高或火层位置接近近程温度测量点,使测量点处气化剂温度升高。
    控制方法:
    a、当上、下气道远程近程温度相接近时,说明火层温度升高,反之说明火层温度降低。
    b、当上气道远程近程高温度相接近时,而下气道远程、近程温度相疏远,说明火层上移,反之说明火层下移。
    由于煤种的差别各煤种灰熔点不一致,温度控制无峰谷之别,而火层温度的高低对煤的成渣性对渣的粒度大小起着决定性作用,也就是说火层温度高低决定了渣的粒度,从而也改变了料层的阻力大小。若温度气化后煤成粉渣、小粒渣,气孔率小,通透性弱,料层阻力增大,吹风流量降低:若火层温度过高,超过灰熔点,气化后的渣结成大块,大块成琉璃状组织密实,阻力增大;当火层温度适当时,气化后的渣块度适中,而气孔率大,阻力小,流量大。因此可通过吹风流量来判断火层温度高低,另外还可依据吹风时炉顶炉低压力差来判断火层温度高低,在吹风过程中,火层温度是否超过灰熔点,若随着吹风的进行,炉顶压力是逐渐增大的,说明火层温度正常,若随着吹风的进行炉顶压力逐渐缩小,说明火层温度已超过灰熔点,阻力逐渐变大,故在高负荷运行时,通过温度、流量、压力的综合判断来调整优化,使炉况长期稳定运行。
    4.2.3  单一品种与混杂品种煤的温度控制区别;
    单一品种煤因性质相同,气化活性相同,气化速度一致成渣速度一致,火层比较集中,依据原料煤与渣的导热特点,干燥层、灰渣层温度较低。而混杂煤则不一样,由于煤种不同,性质不同,活性不同,气化速度不一致,有快有慢,火层分散拉长,为了使气化速度慢的燃料气化完全,必须增加渣层厚度,由于火层分散拉长,灰渣层干燥层温度相对较高,而物料平衡,热量平衡控制方法不变。
    4.2.4  蒸汽温度变化及炉温变化调整火层温度、位置稳定的方法;
    由于蒸汽温度的变化或炉温的变化,为了调整蒸汽压力,改变蒸汽流量来稳定炉温,依据上吹蒸汽流量占总蒸汽流量的35%~40%,下吹蒸汽流量占入炉总蒸汽量的60%~65%,由于蒸汽压力的变化使上下吹蒸汽变化量比1:2,造成火层上下移动。故在增加蒸汽压力时,火层下移,应减下吹时间加上吹时间,以使火层位置稳定,各温度相对稳定,反之则火层上移,应减上吹时间,加上吹时间。
    结  语:
    通过对常压间歇式固定层煤气炉的工艺特点及气化剂的流动特性的分析,了解气化剂在炉膛内分布及原料煤气化均匀而完全工艺、控制特点,在生产中出现问题,要审时度势,大胆想象,思维创新,发现问题出现的原因,逐一解决,需要说明的是,优化工艺与优化配置是有区别的,优化工艺只是在原料变化和原有设备配置的基础上进行优化炉况,提高煤气炉的出力率,而设备优化配置是依据原料性质,原料粒度大小,粒度范围,料层厚度,来合理配置设备,再进行工艺优化,其出力率要大的多,实际上现在调整工艺大多是围绕现有炉箅进行料层厚度及气、汽配合的调整,属优化工艺范围。
 
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