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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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论下一步造气技术改造方向
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                                            论下一步造气技术改造方向
 
                                                                                  全国造气技术咨询部    田守国
 
      前言:
      由于山西无烟块煤价格大幅度暴涨和运输费用的升高,使依赖山西煤作原料的煤头合成氨生产厂家生产成本随之上升,一部分底子薄、产品单一的厂家已步入难以支撑的境地。因此,在严峻的现实条件下,唯一的选择只有向更深层次挖潜降耗。
 
      目前,在生产成本的高压下必须将激起新的一轮造气节能技术改造的热潮,但需要注意的是要科学的确定适合自身条件的方式,脚踏实地地步步深入,切莫再入误区重犯以前的错误。要实现进一步降低生产成本,必不可少的是对造气系统的技术装备进行科学合理的改造。然而,从对近些年众多厂家落实的项目形式上进行总结和分析来看,一些大兴土木、大刀阔斧地对煤气系统进行技术改造的厂家,并未发现生产水平有明显的提高。问题在于前期的技改形式,过度地侧重了流程的改造和工艺阀门位置的移动,设备选择求大、管道配置求粗,而且阀门位置要求离炉体近。而目前全国各地出现的多家气化强度大、炉况稳定、半水煤气成分优良、吨氨单耗在国内领先的先进厂家。
 
      从其技术装备特点上看,完全依靠流程改造和挪动阀门达到现有生产水平的几乎没有。大多数企业流程改造也不彻底,还是延用了单炉单设废锅、单设洗气塔的传统流程。例如江苏省某小氮肥企业的∮2400㎜煤气炉,上、下行煤气管道∮500mm,单炉日产达60t左右;再如何南省小氮肥厂3台煤气炉全烧8~20mm的小粒煤∮2610mm煤气炉配D500风机,采用传统流程,2003年吨氨耗煤保持在1.2t,耗电1160kWh,单炉日产55t左右。当然,这些厂家取得如此好的生产效果,自然也是对造气系统进行了相应的技术改造。但是,其改造都抓住了制约生产的根本问题,消除了瓶颈,使整套装置配套平衡合理,因此创造了良好的经济效益。
 
      从目前大多数中、小氮肥企业的造气系统技术装备条件特点来看,笔者认为下一步造气系统节能技术改造的项目选择上,应侧重以下三个方面。这三个方面是目前装备条件下进一步优化配置和优化操作条件的主要侧重点。
 
      1.高径比与风机配备的问题
 
      煤气炉的高径比是近几年业内讨论较多、争议也较大问题。而一些厂家对此还是认识不足,在小氮肥规模上发展起来的大部分厂家,在扩建和改建过程中重新设计了造气炉炉体结构,并同时调整了高径比,一般夹套加高的同时,炉体总高也进行加高,总高度增加了500mm,部分厂家则一步到位总高度加高了1000mm。如能发挥其优势运行效果自然有所改观。所以,高径比对造气生产的影响十分重要,要进一步提高单位面积的气化强度,提高单炉生产能力,在高径比上潜力很大。
 
      然而从目前调整了高径比的厂家应用情况来看,部分厂家却没有将合理高径比的优势传化为生产力,其优势没有得到有效、充分的发挥。主要体现在有的厂家加高了炉体却没有提高有效炭层高度,而是关小风机出口阀降低炭层操作运行。有的厂家调整了高径比却没能配套与之匹配的风机,使其优势无法发挥。在了解中发现,问题的根源还在于思想认识,有这样句老话至今还常有人提起:“炭层过高阻力增大,吹风气在炭层内停留接触时间延长,CO2还原反应增加,造成煤耗降不下来”。这句话流传了几十年,听起来似乎正确,但实际上是片面的。在风机能力一定的条件下,床层提高超出了当时风机压头所能克服阻力的值,这种条件下这句话恰如其分地击中要害。而当今时代,高效风机的使用已为化肥行业冲破前述的束缚创造了极有利的条件。
     
    简化并理顺系统流程和采用高效风机都是为降低吹风阻力而做的基础工作,为提高有效炭层后仍保持合理的吹风率创造条件。只有合理地通过技改,更有效地创造这一条件,并科学地利用好这一条件方能达到既提高了床层高度、提高了畜热能力,增高了气化层厚度,又不因床层提高而使吹风率下降而增加吹风阶段的潜热损失。
 
      调整高径比的意义在于创造条件提高炭层高度,必须同时考虑风机能力的配套改造。风机性能选择的依据就是克服床层增高后实际的阻力和流程阻力,使吹风效率达到合理。用这一措施解决既提高床层高度,又不增加CO2还原反应这一矛盾。从气化原理上讲,CO2还原速度是较为缓慢的,不如氧化反应那样强烈。只要提高床层后通过加快风速提高吹风率,所担心的CO2还原增加就能消除。这就是造气工艺理念的转变而促使技术进步的结果。传统方法是将床层降低而获取较高的吹风率,因炉内物料的量形不成足够的蓄热能力,即使有高空速也不会有高的气化强度。
      蒸汽分解率的高低,完全取决于床层内温度的高低和蓄热量的多少,有了高炭层才会有更高的温度并积蓄更多的热量,蒸汽进入后不仅其分解加速、加量。而且,火层增厚将更有助于蒸汽的分解和制气过程中的CO2还原,而且足够的物料量可将出还原层的气体夹带热量吸收,也有利于更充分的干燥、干馏。
 
      重视煤气炉的高径比,实际上是新理念驱使人们由径向扩大增加横截面积,转为同时注重提高床层高度增加物料量。通过向上、向下两面增加气化层厚度。气化原理表明,煤气炉在现有截面积的基础上,要想进一步提高气化强度,没有足够的物料量填充起的足够的床层厚度是无法实现的。在∮1980mm或∮2260mm煤气炉基础上,进行扩径改造而没进行加高改造的煤气炉。人工加煤条件下,如空程1.8m,炉箅顶至炭层表面料层的厚度为1.65m左右;采用简易加煤机的煤气炉其布料筒长度如果为1m,那么风帽顶以上料层厚度为1.975m,而炉体总高增加了500mm的煤气炉,料层高度可达2.48m,如加高1m,其间料层可调至2.9m左右。加高1m的∮2610mm型煤气炉,配如果的风机风量为36000m3/h,压头为28kPa,那么气化强度提至≥1500m3/㎡.h是不难达到的。
选择合理的高径比,还有利于降低煤气炉两端温度(即:上行温度和下行温度),从而降低气体显热损失,提高热效率。那么,选择怎样的炉体高径比才算合理呢?曾有人提出过1:2为合理,但也有不少人提出过其它数值。笔者认为高径比确定为1:2是与目前推广应用的高效风机以及众多厂家多年技改而形成的流程基本特点相适应。但是计算的起、终点应为水夹套高度+炉体高度为1:2,如从灰盘至炉顶为1:2总高度还不够。经部分厂家的实践证明,修改高径比是当今条件下最大程度地挖掘设备潜能的最佳途径之一。
 
      2.对炉箅性能认识的转变和科学的设计及应用
 
      分析近些年化肥行业造气技改形式,却发现少部分厂家在煤气系统配套平衡方面做了大量富有实效的工作。但却大多是只注重了装置的“肢体”,而忽视了对炉箅性能的改良。
 
      炉箅之所以被人们称之为煤气系统的“心脏”,是因为其性能优劣与气化强度的高低和工况的稳定,以及造气的经济技术指标的关系过于密切。炉箅性能的不断提高,对造气水平的提高起到了很大的帮助作用。可以说是造气技术创新进步的需求,促进了炉箅设计、开发的速度,同时性能优良的炉箅也为造气技术的进步创造了必要的条件。
 
      部分厂家实际应用效果表明,改用科技含量高、性能适合本厂实际条件的炉箅后,由于气化条件改善,气化强度提高5%以上。而且使波动的炉况转入稳定,入炉实物量下降5%~10%。然而,有的厂家观点是,炉箅是粗糙、通用的,不必讲究性能特性,只要买得起优质煤就什么问题都解决了。因此,在造气运行困难的时候,除了责怪人的操作,就是责怪原料状况。当然,人的因素是重要的,但对有缺陷的设备,人只能通过工艺的调整和操作上的努力来弥补一入定的不良的影响,但无法彻底改变其性能。还有的厂只注重炉箅的重量而不注重其材质,更不过问其布风特性和破、排渣条件,以及与其它装备条件的配套问题。这样低的要求只能得到高重量、低价位、材质差、性能差的产品。
 
      那么什么样的炉箅才算得上性能优良呢?某一种特性的炉箅是不能适应复杂的煤质特性和千差万别的装备特点的,只能是根据一个厂家特有的原料理化特性,并根据煤气炉高径比和床层厚度,以及风机能力和负荷轻重及流程特点专门设计的专用炉箅才称的上是性能优良。适合本企业实际情况的炉箅,在这个企业内部可称之为性能优良的炉箅。那么在使用中,作为设计依据的诸多条件就要保持原有特性,如突然更换了鼓风机,风压、风速发生了变化,或突然改变了原料路线,那么这台炉箅的优良性能就将失去。
 
      前文提到,∮2000mm系列的煤气炉炉体总高参差不齐,那么专用炉箅的设计就必须把不同的高径比作为重要依据。前期出现的劣质煤专用或小粒煤专用以及型煤专用炉箅,其设计指导思想就是片面的,因为没有将不同的床层厚度列入计算单元,实际上床层厚度的提高或降低能使同一台炉箅的布风特点产生很大变化,将统一高度、同一布风特点的炉箅应用到不同高径比的煤气炉上,其应用效果是不会使每一个厂家都满意的,碰巧与自身条件完全相符的比竞占少数。
 
      专用炉箅应依据炉体的加高数值和床层的实际厚度,对炉箅高度、布风层数和锥面角度进行合理设计。布风特点也要依据床层厚度作相应调整。为加高后的煤气炉设计炉箅时,要适当加大外环区的布风强度,从而充分挖掘占炉膛面积60%的外环区的气化能力。气化强度进一步提高的潜力大部分是在外环区。外环区的火层增厚,使气化层曲面变得更平坦,火层分布更加趋向均匀。保留原高度的煤气炉,由于高径比不合理,床层处于径向宽大、高度低矮的状态,设计炉箅布风时,既要降低中风防止中心区吹翻或中心区熔结“戴帽”,又要降低边风防止外环区吹翻、挂炉。调整上有很大的局限性,因此,低炭层条件极大地限制了气化强度的提高,而且火层位置控制的难度大,为了控制和压低炉上温度、减轻煤的热粉化,必须加大下吹比例、减薄灰层高度,致使炉下温度升高,这样就对炉箅和底盘等机件的材质耐温能力提出了更高的要求,在炭层薄的条件下,关键的是两端温度控制难度大。
 
      炉箅的使用周期并非越长越好,使用期限绝不能无限期地延长,一般情况下连续运行1年就为合理的周期,再继续使用就会因其性能的退化而使去经济运行的条件。突出的特点有以下几个方面:  
      (1)局部结疤的几率逐步增加;
      (2)偏灰塌炭几率逐步增加,下灰质量逐步下降;
      (3)发气量逐步下降。以上现象出现并逐步加重的原因是:炉箅的破渣筋条和推灰角逐步磨小磨平,蠕动灰层的能力和推灰破渣、疏松灰层的能力逐步降低,甚至失去。炉箅只是在灰层中滑动,而没有了搅动灰渣并推动灰渣移动的能力,从而失去了使灰层平整阻力相同的功能。
      从炉箅的排灰机理上讲,其布灰、疏灰、排灰的原理是这样的:料层在自重力下压的作用下,利用炉箅锥体的作用和螺旋破渣筋条及推灰角的向外、向下的轴向推动力,将中心区和内环区不断产生的灰渣向环周推挤,使中心区和内环区的灰渣层疏松,炉箅推挤的外张力使外环区下部的灰渣层密度加大,从而使塌炭的条件不易形成。可见炉箅疏渣、布渣和排渣的能力是由完整的破渣筋条和推灰角来完成的。在目前单炉负荷普遍提高和提高炉下温度操作的条件下,炉箅使用的周期就必然相应缩短。勉强使用得不偿失。节约开支首先要权衡得失,否则,不科学的节支将会带来很大程度的减收。
 
      3.科学管理、优化工艺、改进操作法
 
      (1)工艺技术水平和操作控制技能以及专业管理水平是决定造气运行状况的根本因素之一。管理、工艺和操作这三个方法是一个有机的“结合体”,缺一不可。部分厂家在设备技改投入上毫不吝啬。设备问题基本解决,但造气运行状况和消耗指标情况还是没能从根本上扭转,就是因为这个“结合体”出现偏差。煤气炉虽有设计的生产能力标准,但实际应用中其能力发挥的弹性却相当大。化肥行业几十年发展的经验表明,造气技术水平的提高,首先是以工艺水平提高和操作技能提高为先导,是不断提高的造气技术指导并带动了相关的配套设备的更新换代。配套设备的性能提高是根据造气技术水平提高后应用的实际需要而发展进步的。这既是化肥行业造气技术的发展规律,也是一个化肥生产厂家实现造气技术进步的必由之路。
 
      (2)2004年上半年,笔者考察了几家在小氮肥企业基础上发展起来的氮肥厂家,发现这些厂家普遍存在的一个问题就是,规模在发展而煤气炉制气负荷却逐步在下降、工艺技术方面逐步失去小氮肥特色。这几个厂家不论炉型大小,循环时间都选择使用了120s短循环,吹风百分比也都选择了25%左右,同时也都没有使用上、下吹加氮,采用风阀加氮。气化强度在800~1000m3/㎡.h,几乎没有能够突破1000m3/㎡.h。半水煤气中CO2含量8.0~9.0%,最高达9.4%,下灰返焦率25%~35%。
 
      从以上结果看炉温低、气化强度低是十分明显的问题。而单炉班耗上看,却基本等同小氮肥企业强化制气的气化强度在1300m3/㎡.h的煤气炉。从温度显示来看,基本达到了所要求的炉低、炉顶温度都不高的条件。而从返焦率上看,只不过是降低了显热损失,提高了潜热损失而已。原料在一定消耗量的条件下却没达到相应的产气量,可见热效率较低。再从装备上看,都对高径比进行了不同程度的修改,炉体一般加高200~500mm,这一点加上风机能力的优势,具备了提高气化强度的条件,只是利用的效果不理想。从以上分析看出,部分厂家在气化强度、半水煤气成分和原料转化率方面差距很大,但同另一个角度看,挖掘的潜力也是巨大的。如果这部分潜力能在1~2年内充分挖掘出来,其产能和成本效益发挥到市场上去,将会对规模小的企业出现一次较大的冲击。
 
      为什么出现如此局面哪?根本原因在于降负荷、保炉况的固疾。同时也应该对大多数厂家追求和使用的短循环法,对提高气化强度和降低煤耗究竟起到什么样的作用,应加以科学认真地分析论证。特别是在大炉群运行中适不适应短循环也应慎重考虑。有的厂循环时间减至100s左右,结果以失败告终。笔者认为:短循环不是提高气化强度和降低煤耗的根本手段。还有一个问题值得注意,为什么在小氮肥应用得很成功的上、下吹加氮工艺而在规模扩大以后就纷纷弃之不用。可以定论,半水煤气成分差与此举有很大关系。
 
      (3)以上举例介绍了造气炉在低负荷下,虽然显热损失有所降低,但不利于原料的转化利用,而在强负荷制气条件下,两端出气温度虽然有所升高,但气化强度大,气体有效成分高,系统生产效率提高。灰渣可然物降低,煤的转化率与低负荷相比要提高15%左右。而造气炉在低负荷下生产,由于发气量小,需多开炉才能满足生产用气,间歇式煤气炉热转化利用率本身就在65%左右,热损失巨大,增开1台炉,首先要增加这部分热损失,应当倡导强负荷、少开炉。煤气炉向大型化发展的目的就在于此,条件具备了,再降负荷生产是不合理的。
 
      煤气炉强负荷运行,工艺调整和操作控制要适时、适度。管理方面也是向高标准要求的。达到强负荷并不难,而难就难在如何保证强负荷下炉况长期稳定。有的厂做过尝试,但因炉况经常出现大波动造成系统生产不稳而被迫降低负荷,这种过程有不少厂都经历过。出现这一现象的原因也有条件不具备的因素。如风机、炉箅、流程等方面可能某一环节不配套,但通过尝试找到缺陷并将缺陷消除就行了。然而,部分厂家而是因为还没有掌握强负荷的工艺特点和操作特点,而使炉况失控。
 
      要保证强负荷下稳定生产,首先要选择确定与负荷、煤质、设备特点相适合的工艺指标,并要求操作上要适应新条件,掌握新特点。各方位的调节要适时、适量。做到这一点是比较困难的。一方面因为新的操作要领一时不好掌握,操作者的观念和习性一时难以改变。这就需要做好以下两个方面工作。
      (1)主管人要讲解原理和控制要领;
      (2)用管理手段约束操作过程,做到三班统一操作,而管理并不是生硬的要求。管理者首先要通晓原理,理念中有清晰的思路和步骤,引导操作者精确地去掌握,一步步深入达到熟练掌握。
造气技术进步,在一个企业内来讲,首先要以技术为先导,但也离不开科学严格的管理。造气的管理是系统性的,包括工艺管理、原料管理、设备管理和纪律管理以及人员培训。这些都是促进造气技术进步和发挥的保障条件,只有严格的管理才能使先进技术转化为生产力。如果操作者的操作技能没有通过培训而提高,如果操作行为和过程得不到有效的规范和约束,炉况就无法稳定,先进的工艺也发挥不出其效果。再如原料加工管理和搭配使用的管理跟不上,设备故障时常出现,同样也会打破煤气炉运行规律。因此,要求管理全方位地上等级、提档次。制度要科学,对关键问题要有针对性,要严细、要覆盖生产全过程,考核要严格、落实要有力,从而形成强有力的约束机制。当然,也应该融入激励机制。
 
      结束语:
 
      前述的三个方面,表述了在当今中、小氮肥行业现有装备水平的条件下,针对进一步降低煤炭消耗、提高气化强度、提高入炉原料转化利用率等方面,指出了下一步如何进行进一步技术改造的方向和侧重点。希望业内人士对照自身装备状况,合理技改、逐步完善。        
 
 
 
 
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