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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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深入分析炉箅技术进步对节煤降耗的作用
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                                 深入分析炉箅技术进步对节煤降耗的作用
 
                                                                                                           秦兴亚
 
                                                                                             邳州市兴亚炉箅有限公司
 
      关健词:炉箅的布风、高度、专用、材质、重要性。
 
      摘  要:本文介绍炉箅技术发展进程、目前状况、存在的重点问题和今后发展方向。
 
      煤气化技术的进步推动化肥行业的发展,化肥行业的整合重组规模提升又要求为煤气化技术提供高效、节能的新型煤气炉。我国普遍采用的UGI煤气炉,在小氮肥行业经过四十余年的不断改进,已经成为化肥行业的主导设备。如何进一步改进这种煤气炉,其中炉箅的技术进步是关键,只有研制出性能先进的炉箅,才能开发出性能先进的煤气炉,才能为化肥行业的高产低耗作出贡献。
      众所周知,炉箅是煤气炉的核心部件,它的性能条件是影响炉内工况好坏的主要因素,也是影响发气量大小的关键设备,依据煤气炉气化机理,炉箅不仅具有承载炉内料层重力、蠕渣、搅渣、排渣功能。还应具有分布流通气化剂的功能,并且要求流通面与配置条件和原料条件相吻合,而且经久耐用,衡量炉箅质量优劣标的基本标准是;
      ①通风面积相对大,气化剂流速小,对料层冲击力弱;
      ②破渣、搅渣能力强,使渣层疏松,空隙率大,流通面积大;
      ③排渣顺畅;
      ④带出物减少,减少对设备的冲蚀。
      依据造气炉使用的原料特点粒度不均、粒度范围大,各环区阻力不均等以及灰渣的外排机理,炉箅必须有一定的锥度,故气化剂分布只强调均匀性是不合理的,而只有依据床层阻力特点去分布各环区气化剂强弱才能达到即分布合理又均匀。因此,要使炉膛径向原料成渣速度一致,调整方法是炉箅布风特点依据料层阻力不均的特性去调整。
 
      1. 炉箅发展历程:
 
      炉箅是煤气炉心脏,没有性能先进的炉箅就没有性能先进的煤气炉。上世纪六十年代~七十年代使用的星型、伞型、塔型炉箅,布风既不合理又无破渣能力。外形偏小,炭层不稳,炉况无法稳定。所以,那个年代炉子结疤是经常的,操作工人曾经提出口号:“造气工人力气换煤气、汗水换化肥”,经常结疤打疤恶性循环。
      上个世纪八十年代,人们开始对布风和破渣进行研究,华东理工学院推出均布型炉箅,清华大学推出螺旋锥炉箅,肥乡化机厂又在螺旋锥基础上研制出LJF螺旋均风型炉箅,以上突破性的改进使炉箅性能有了很大提高,结疤打疤的现象大大减少。
      上世纪九十年代φ2400煤气炉推广应用,随之DL低高度强破渣均风炉箅出现,这种炉箅总结了前人的经验,把各种炉箅的优点吸取进来,重点解决布风和破渣两方面问题。布风方面是采取降低中风增加边风的做法,充分发挥占炉膛2/3面积的外环区的作用,大大提高了煤气炉的产气量。在破渣方面采取与布风相配的做法。因炉膛外环区布风量大、炉温高,所以在炉箅下部第四、第五层排渣筋处采取筋头向上翘起的做法,以提高破渣能力。采取这两种做法,炉子结疤、打疤基本解决,大大减轻工人劳动强度。
      上世纪九十年代中期,φ2600煤气炉开始使用,而起初φ2600炉箅是在φ2400炉箅基础上放大而设计出来的,布风和破渣是按φ2400炉箅思路设计的。因此,起初φ2600煤气炉运行状态不理想。总结经验后选择了以增加炉箅边型为突破口改进成功,φ2600炉箅最大的改进是将四边形改为六边形,在炉膛直径小的时候,炉箅采取四边炭层是可以稳定的。当炉膛直径扩大到φ2600后,四边形就不能保证炭层稳定,炭层不稳炉况就无法稳定。
进入二十一世纪,φ2800煤气炉开始在河南郸城化肥厂使用,起初其炉箅还是采取φ2600炉箅简单放大,风的分布不合理。因该煤气炉高径比大、炭层厚,这种六层炉箅在φ2600煤气炉上尚能维持生产,但大直径煤气炉上性能没有充分发挥出来。2003年9月初去郸城化肥厂参观,看到的是停炉处理结疤,经过分析看来六层炉箅不适φ2800煤气炉。
      为什么六层炉箅不适合φ2800煤气炉?对此我们进行了深入分析:现在使用的塔型炉箅,各层风道都是同心圆环,煤气炉直径越大,各层风道形成的圆环间隔就越大。各层风道是对入炉风的第一次分布,灰渣是对风的第二次分布,各风道间隔越小,风的第二次分布越均匀;各风道间隔越大,风分布越不均匀,因风量大小形成炉温不均匀,形成高温环区与低温环区相间隔分布,当高温区超过灰熔点时,就容易造成结疤。这就是同样是六层结构,为什么φ2600煤气炉不易结疤,φ2800煤气炉容易结疤的主要原因之一。
      六层结构炉箅不适应φ2800煤气炉,因此必须采用七层结构,七层结构的关键是布风。六层炉箅布风我们从八十年代开始研究将近二十年,对其规律基本掌握。七层炉箅如何控制中风与边风,中风小了煤气炉发气量小,中心大了能将整个炉膛结死;边风小了,灰渣残炭高;边风大了,造成挂炉。
      按照六层布风规律去摸索,大约几次甚至十几次才能成功,但郸城化肥厂要求我们必须一次成功。按传统布风是不可能的。因此,我们采取按布风强度布风这一新的布风理念,基本上做到合理布风。
      布风要求合理,炉箅各层出来的风要求均匀,如何做到出风均匀,这是研制新型炉箅的关键。我们用出风在炉膛内形成的环区宽度来检验炉箅出风是否均匀,由于我们采用了布风新理论,所以φ2800炉箅在河南郸城化肥厂一次获得成功。他们反映该炉箅布风合理,炉况稳定,产气量大,破渣能力强,上、下吹带出物少,灰渣残炭低,煤种适应性强。
 
      2.新型炉箅开发:
 
      2.1.低高度炉箅:
      全国φ2800以下煤气炉总数约9000台左右,其中φ2600煤气炉约6000多台,这6000多台煤气炉中,一半以上是φ2260煤气炉改造而来的。这一部分煤气炉高径比小,炉内的炭层薄,操作弹性小,产气量低,针对这一情况我们设计出低高度炉箅,很多厂家已经使用。
低高度炉箅以内风道通风面积为主,内外风道面积之比更合理。由于炉内炭层薄,炉箅上部一、二、三层通风面积按相应比例减小,因而上三层风道间隙降低,炉箅高度比普通炉箅低100mm左右。
      2.2.锥形煤气炉炉箅:
      锥型煤气炉与直筒形煤气炉最大的区别是夹套是锥形的,夹套上部直径小,下部直径大。它的优点是炭层下降顺畅,但也要防止流生。锥型炉炉箅一要解决炉箅布风,二要防止流生。锥型炉炉箅与直筒夹套使用的普通炉箅相比边风要小,才能保证炉膛周边不发红,夹套上部不挂炉。
锥型炉易流生,要解决大炉箅承托炭层的能力,减少排灰面积。这样才能保证炉况稳定性好,无吹翻、风洞、偏流、挂炉等现象,炭层下降平稳,操作弹性大,煤种适应性强。
      2.3.专用炉箅:
      长期以来,煤气炉都使用通用型炉箅,人们希望一种炉箅是万能的,什么煤都能烧,通用型炉箅各种煤都要兼顾,炉箅的特点就不能充分发挥。使用通用型炉箅,操作方法、工艺指标必须围绕炉况来调节,实际上是围绕炉箅来调节,往往是产气量低消耗高。
大家可以回忆,七十年代前吨氨消耗2吨以上,八十年代1.5吨左右,九十年代消耗1.3吨左右,现在降到1.2吨以下,炉箅技术含量越高,消耗越低。由于技术进步,现在能够根据煤种、煤质、粒度大小,风机、风量、风压、加焦方式等设计出专用炉箅,使用专用炉箅炉况更稳、消耗更低。
专用炉箅大概分以下几种:煤球、优质块煤、焦炭、劣质块煤、煤棒、小粒煤、兰炭(半焦)。其中2~3种可以兼顾,如优质煤、焦炭、煤球三种可以兼顾,煤棒、劣质煤两种可以兼顾,小粒煤和兰炭也可兼顾。
      2.4.扇形炉箅的结构特点;
      扇形炉箅高低,其锥角与原料锥角一致,各风道与横筋间隔分布且风道宽度一致,这种炉箅原设计采用下开式布料,原料粒度比为1:2。为了使炉膛内径向原料气化速度一致,采用控制料层高度依内外料层阻力差别来控制炉箅径向风量与原料粒度相吻合,使径向成渣速度一致。它的特点:
      ①这种炉箅比等高度的其它型炉箅,通风面积大。
      ②由于扇面有垂直和水平布风,炉下带出物多。
      ③由于均匀布风,中心通风量相对较大,对于粒度较小的原料易于吹翻或造成炉况不稳。
      ④由于布风细化分散而均匀,依据流体性质,故不存在扩散力与穿透力,气、汽流速、流量不吻合情形。因此,只要控制吹风、制气、放热平衡就可以使炉况稳定下来。
      ⑤由于没有推灰筋、搅渣翅破排渣能力弱。根据上述特点,扇形炉箅对烧各种粒度大小均匀及粒度范围小的原料易于调节工艺,但不易强化生产。
 
      3. 炉箅发展方向:
 
      为了提高原料入炉率,入炉粒度一降再降。因此,炉膛内原料层阻力特征发生了重大变化,由于是常压制气,原料层阻力的变化引起了气化剂的偏流,原有炉箅的缺点也都显露出来,只能低负荷维持生产。
      改进措施:
      3.1.采用炉箅布风克服原料层阻力特征达到均匀布风,避免吹风、制气出气阻力不吻合出现斑马线型温度不均现象。
      3.2.采用原料粒度比为1:2,炉箅高度确定在使灰渣外排顺畅,并有利于控制料层高度,使气、汽吻合,径向成渣速度一致。
      3.3.炉箅表面采用等素螺线,增强破、排渣能力。
      3.4.采用扇形炉箅的均匀布风方式和锥型炉箅的结构形式相结合。
 
      4. 更新炉箅材质: 
 
      4.1.对于提高炉箅寿命各厂采取了不少做法,有的加锰、铬等金属,有的采用球墨铸铁,有的采用活动的破渣筋,但效果都不能令人十分满意。
      因2米系列煤气炉气化能力不断提高,必需象中氮肥厂φ3000系列炉那样采用全铸钢材质的炉箅才能达到较长的使用周期。
      小氮肥厂从小而穷走上了发展壮大之路,由过去每厂3—5台,发展到30—50台,煤气炉多了,检修任务重了,如何延长炉箅的使用寿命是各个企业急需解决的大事。
用铸钢代替铸铁是炉箅材质的一次革命,为什么小氮肥厂2m系列炉箅过去都采用铸铁材质?经过调研得知,过去2m系列炉箅都是小炉箅,从1990年ф2260炉箅,1990~1996年是ф2400炉箅,1996~2003年是ф2600炉箅,发展到2003年之后大部分是ф2600炉箅,少部分是ф2800炉箅。这种小炉箅转动直径小,加之起初煤气炉控制负荷轻,下行煤气温度≤200℃,磨损量小,炉箅小不易裂。所以能基本满足生产要求。更重要的是因为它价格便宜,所以被普遍采用。
      4.2.为什么3m系列炉箅材质都是铸钢的,我们请教造气专家李永恒高工,他介绍说,原来使用铸铁炉箅一是易裂,二是不耐磨,因为它寿命短,所以被淘汰。后来选用铸钢炉箅,不易裂又耐磨,一般寿命两年左右,所以3m系列炉箅材质都是铸钢的。
      2m系列煤气炉的不断扩大改进,为小氮肥厂发展壮大作出贡献,而小氮肥的强大又为煤气炉的更新换代提供有力的支持。各小氮肥厂有势力“脱下草鞋换皮鞋”,放弃铸铁炉箅采用铸钢炉箅。
目前,小氮肥厂已不是原来意义上的小氮肥厂,从几台炉发展到几十台炉,例如山东寿光联盟化肥厂已经是80多台煤气炉,山东平原德齐龙化肥厂已扩建到70多台煤气炉。单炉生产能力重了,煤气炉多了检修任务重了,如何延长运行周期,降低维修工作量,成了各化肥主要议题。
目前采用铸钢炉箅是延长运行周期,降低维修工作量的最好办法。
 
      铸钢炉箅优点:
      1.铸钢抗拉强度大,温度剧变不产生裂纹。
      2.耐磨性好,铸钢耐磨性高于铸铁的一倍。
      3.铸钢炉箅可气割、焊接,使用一般时间后,可以修补继续使用。
 
      5. 抛物线型炉箅:
 
      现在使用的炉箅是从清华大学曾先舜教授八十年代设计的螺旋锥炉箅发展起来,炉箅外开像个三角锥型,锥面上有4~6螺旋线。炉箅在转动过程中像个钻头,下移的炭层像被钻孔灰渣像钻出的铁宵,如排灰过快灰渣层下移的过程中被钻透,炉箅顶部一、二层进入气化层被烧坏。二是中间风量过大造成风洞,气化层曲面像铁锅型与这种锥形炉箅不相符合。因此,容易出现上述问题。
这一问题,锦西化机杨伟高工早已发现并作出深刻解释,但一直未引起人们重视,杨伟高工提出抛物线形炉箅,这种炉箅外形与气化层铁锅形比较相符。因此,有利于炉内气化,2006年我们兴亚公司开始研制新型抛物线型炉箅,试制后送到厂家试用。试后总结出几条优点:
      5.1.上行温度比锥形炉箅低30~50℃,这样可减少上次带出物,将低显热损失,有利于节能降耗。
      5.2.炉况稳,2007年8月份阴雨不断,使用厂家煤炭入炉水分大,使用锥形炉箅的炉况波动大,中间吹翻结疤。而使用抛物线新型炉箅的炉况稳定,下灰质量好。
      5.3.炉箅一、二层不深入气化层,因此不易烧坏。
      5.4.上、下层重叠多,煤气炉下行带出物少。
 
      6. 专用炉箅规格型号区分:
 
      6.1.按煤种、煤质分:优质块煤、普通块煤、小粒、煤棒、焦煤、半焦(兰炭)。
      6.2.按炉箅高度分:低高度、中高度、高高度。
      6.3.按旋转直径分:如ф2600、ф2800炉箅,有小直径、有大直径之分。
 
      7.特殊要求的专用炉箅:
 
      例如;
      ①枝江三宁公司烧煤棒,要求加大通风面积,使用炉箅的通风面积远大于一般厂家的要求,煤气炉发气量大幅度的提高。
      ②有的厂家原料灰份大,排渣困难,煤气炉负荷加不上,要求扩大排灰面积,满足要求后煤气炉气化能力增强。
      ③有的厂家原料煤易粉化,或形不成渣层,有大量带出物,要求降低带出物,通风面积和布风条件调整后问题解决。
      炉箅的改进是在生产实践中不断发现问题,不断的认识,不断总结并不断改进的。每一次微小进步都给造气节能降耗带来新的效益。同时为化肥工业的节煤降耗做出新的贡献。
 
 
 
 
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