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     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UGI煤气炉和造气系统技术改造概况及发展方向
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             深入分析UGI煤气炉和造气系统技术改造概况及发展方向

               田守国

                                    全国造气技术咨询部

                                  邳州市兴亚炉箅有限公司

关键词:UGI煤气炉是多功能气化炉  煤气炉技改  造气系统改造  回顾  总结  创新  展望

摘  要:分析UGI煤气炉及系统配置目前的技术状态;综述UGI煤气炉历次技改的方法及很失;小氮肥行业与中氮肥行业造气技术改造多处相通进一步扩大煤气炉直径是UGI气化技术的发展出路。

前序

生产力的发展和技术进步的过程必需要有文字记载,这是新一代从业人员的历史责任。几十年的发展历程,伴随着不断的技术创新和技术改造,其中有成功的喜悦,也有难言的悲哀之处。

今天,我们很有必要客观的回顾、总结、分析这段坚辛而又不平凡的发展历程,从中可以使我们找出成功的经验和失败的教训,可以从中得到很多启发,可以帮助我们明晰思路,建立全新的理念。对指导今后的造气技术改造工作、促进造气技术发展、促进行业的节能降耗工作有着十分重要的意义。

我国煤化工行业及玻璃、建陶和城市燃气以及特种化工等行业广泛使用的UGI煤气炉,是以美国联合气体改进公司命名的固煤气化炉,是一种常压固定床、固渣排灰的煤气化设备。起初的气化原料通常采用焦炭或无烟块煤,当今原料路线已经逐步扩展为;焦炭、无烟块煤、非标的小粒度无烟块煤、型煤(煤球、煤棒)、型焦、半焦(也称“兰炭”、 “汽焦”)等。

人们通常将UGI煤气炉简称为“固定床间歇式煤气炉”,而实际上UGI煤气炉并不是只有间歇气化的单一功能。而且具有其独有的特点和优势,可以采用间歇或连续的操作运行方式和若干种成份不同的气化剂进行气化作业,生产出不同成份含量的符合不同碳基化工产品工艺要求的原料气。生产应用中可以根据气化剂的不同含氧量转换运行模式,选用连续气化或间歇气化,而且不论连续气化或间歇气化都可以生产富氮煤气或贫氮煤气。

气化剂可选择;纯氧+蒸汽气化、纯氧+蒸汽+脱碳放空气气化、纯氧+蒸汽+煤层气气化、富氧+蒸汽气化、空气气化、空气与蒸汽间歇气化。可制取;水煤气、半水煤气、空气煤气、高一氧化碳水煤气、高氢水煤气。随着新兴的碳基化工产品不断开发,对煤气成份还会出现特殊要求,新的气化剂必将会不断被发掘使用。那么,UGI煤气炉气化剂种类还将进一步丰富,该气化炉的功能还会增加。如此多样化的气化方式使UGI煤气炉使用价值进一步提高,这一点是其它气化方式所不能及的。

UGI煤气炉,在采用空气气化、纯氧气化、富氧气化、纯氧加脱碳放空气气化、纯氧加煤层气气化时,可采用连续运行操作方法,即气化剂从煤气炉底部连续进入炉内,有序的通过气化层并穿过床层,生成气体从煤气炉顶部引出经除尘、降温(回收余热)、洗涤后进入系统。

如果在富氧气化时供氧不足,可改为富氧吹风或富氧加氮的方式消化利用现有的氧气,其气化效率和热效率均高于空气吹风间歇气化方式。以空气、蒸汽为气化剂制取半水煤气或水煤气时,都采用间歇式运行方式。而采用纯氧气化、纯氧加脱碳放空气气化等都是新生事物,它是为近些年新开发的碳基化工产品生产系统配套的,应用厂家并不多。

目前,富氧连续气化在化肥、化工行业应用厂家也比较少。原因是以往制氧成本过高,运行不经济。随着科学技术的进步制氧成本降低,近些年富氧连续气化应用厂家开始逐步增加。而在玻璃、建陶、城市燃气行业,绝大部分仍用连续式生产空气煤气(即发生炉煤气)。

 UGI气化技术是建国前上世纪1935年引入我国开始工业化生产应用的,首次引进的是美国产∮2745煤气炉(即∮3米系列煤气炉的母本),至今已经有70余年历史了。该气化技术建设投资省、建设周期短、一般性的操作控制技术容易掌握。因此,非常适合我国的国情和资源状况,几十年的应用中对我国相关行业的建设和发展发挥了十分重要的作用。

    UGI气化技术在我国70余年的生产应用中,经过几代造气专业工作者的不懈努力,其核心技术和技术装备水平均得到了极大的进步、发展、创新、完善和提高。以往,常有人提到的热效率低、能耗高、环境污染严重等这些似乎是评价 UGI气化技术的专用词汇,已经与UGI化炉目前的运行状况极不合乎了,充其量也只是代表了它的过去。如今,该气化技术的应用技术方面如工艺技术指标、操作方法已经达到了相对完善的水平,出气温度、灰渣含碳量相比上世纪80年代降低了50%以上,气化强度实现了成倍增加。技术装备水平、自动化程度、热效率等方面已经有了极大的提高。

环保方面;因为普遍应用了湿法排灰,使下灰过程中尘灰飞扬的场面不复存在,普遍应用的吹风气余热回收装置基本上燃尽了吹风气中的CO、H2、CH4和煤粉,加上配套完善的除尘、除焦设备和造气污水全闭环零排放技术,使该气化技术的环保水平已经达到了国家环评标准要求。绝大部分生产企业的造气生产环境已得到极大的改善,灰头垢面的造气工人特有形象已经不存在了。

为了更细致的分析这段历史,需要分为三个阶段来分析。也就是将国家发展计划的“九五”和“十五”两个阶段作为两个重要段落来分析,把进入“十一五”之后的几年作为一个段来落分析。为什么将1996-2005年定为10年分析的重要段落哪?因为当时随着国家经济体制改革的不断深入,市场竞争日趋激烈,因此严重刺激了煤化工行业特别是小氮肥行业节能降耗的积极性,迫使造气节能技术改造进入冲刺性阶段。因此这两个阶段期成为我国固定床间歇气化技术快速完善和创新发展的重要历史阶段。

1.∮1980煤气炉本身就是创新型产品:

小氮肥行业广泛应用的∮2米系列煤气炉采用的是UGI气化方法。∮1980煤气炉是∮2米系列煤气炉的母本,1958年上海化工研究院在为小型合成氨装置设计∮1980煤气炉及造气系统时,就屏弃了一些进口装置所存在的缺陷,是完全国产化的创新型产品,从而使小氮肥造气技术装备从原本基础上就有了一次质的飞跃。、

原版的∮1980煤气炉炉体总高度(夹套+炉体)4025mm,水夹套高度1834mm,夹套高度占炉体总高度的45.6%,高径比> 1:2,灰盘直径∮2820mm,延流距离420mm。该设计方案不论是煤气炉高径比还是水夹套高度占炉体总高度的比例等方面,都是十分合理的,当今仍然可以作为煤气炉技术改造的参照数据。

原版的∮1980煤气炉系统流程均统一采用了单炉独立流程,采用单系统配置燃烧室、废热锅炉、洗气塔,下行集尘器,简称“单炉一锅一塔流程”。但是,下行煤气不经废热锅炉(采用的也是仿中氮肥下行煤气温度≤200℃的造气工艺)。

全部配置了上、下吹加氮。

煤气系统均采用铸铁管道,初次设计的系统流程与中氮肥∮3米系列煤气炉系统流程相比只有三大区别:

一是用上、下行煤气阀取代了煤气三通阀。

二是洗气塔底部附加洗气箱并设水封,取代了单设的洗气箱和六瓣或八瓣分布器。

三是工艺管线通径相应缩小。

∮1980煤气炉底盘部分在排灰口宽度和高度等方面区别于∮2745煤气炉底盘,而基本上与∮3600煤气炉底盘部分相似,只是上部灰仓部分定型在400mm高度,区别于∮3600煤气发生炉的炉裙。

∮1980煤气炉应用的第一代炉箅是星型塔式炉箅,通风面积0.452㎡,高度1085mm。

小氮肥造气流程中的燃烧室,在应用较短时间后就开始陆续地取消了,从这一点上就可以看出小氮肥行业在技术改造方面存有认识和发现问题快纠错汛速的优点。

2.小氮肥行业的第一次煤气炉扩径改造:

为了提高单炉生产能力节省扩产投资,上世纪70年代末小氮肥行业在∮1980煤气炉基础上进行了第一次扩径改造,煤气炉直径由∮1980mm扩大到∮2260mm,外径保持∮2740mm没有变。

在这一时期新上马的小型合成氨装置直接装备了∮2260煤气炉。进入上世纪80年代小氮肥行业应用的煤气炉已经基本上全部定型为∮2260煤气炉。小氮肥行业的第二代炉箅在∮2260煤气炉上装配使用,即伞型炉箅,通风面积0.548㎡,高度1180mm,后来改为伞型改装型,通风面积扩大为0.64㎡,该炉箅破渣能力较差。

从此开始一直到1992年十几年内小氮肥行业应用的煤气炉全部是∮2260煤气炉,这是小氮肥行业煤气炉直径最统一的一段时期。行业考核和对比常用的“单炉发气量”、“单炉日产(合成氨)量”、“单炉气化能力”等全行业统一的专业考核词汇,就是这个时期在∮2260煤气炉基础上提出来的。

该时期煤气炉的操作方法已经由在系统内配有燃烧室时的上行煤气温度≥650℃,进化为摘除燃烧室后的≤500℃。下行煤气温度仍然是延续≤200℃来保护炉底设备和下行系统铸铁管道免受高温影响,从而保证使用寿命,该时期单位面积的气化强度仅为700-800m3/m2.h。

本次的小氮肥行业的煤气发生炉扩径改造,也是受中氮肥行业煤气炉扩径改造形势的启发和影响。当时中氮肥行业已经尝试了在进口原版∮2745煤气发生炉基础上的扩径改造,改造步骤是分三步走的,第一步由∮2745扩大为∮3000mm,第二步扩径为∮3200mm,第三步达到∮3300mm,经历了三步扩径改造而底盘部分没有变化。此期间中氮肥行业已经拥有了∮2745mm、∮3000mm、∮3200mm、∮3300mm和1959年从前苏联引进的∮3600煤气发生炉共五种炉型。

1988年小氮肥行业为了进一步回收系统余热,又对系统流程进行了一次技术改造。较为普遍的在单炉系统中(在废热锅炉后面)增加了一台立式软水加热器,使流程更加复杂化系统阻力进一步增加。

1991年开始,小氮肥行业少数厂家开始尝试∮2260煤气炉扩径为∮2400。这是煤气炉的第二次扩径改造,不过本次扩径改造只是扩大了煤气炉内部直径,煤气炉外部直径和高径比等方面没有变化。

该时期,小氮肥行业的第三代、第四代和第五代炉箅相继问世。

第三代RBA塔型均布炉箅,后改为RBD型和RB破渣刀型,通风面积0.8㎡,高度1450mm,该炉箅破渣能力较强。

第四代L2螺旋锥型炉箅问世,高度1100mm,通风面积大,但是破渣能力差。后改为螺旋锥均风炉箅,炉箅各层面上分布有108个通风孔,高度改为1420mm,通风面积0.9㎡。

第五代均风百页窗型炉箅,高度1400mm,通风面积1.0㎡,破渣能力差,通风面积过大,与当时的炉径、煤气炉高径比、炭层高度等方面条件不相符,不适合高风速大风量、下行带出物多。该炉箅层页表面为百页窗式结构形式,与∮3米系列煤气炉用的扇型炉箅相似。

3.“九五”期间造气技术装备的发展情况:( 1996~2000年):

进入“九五”初期,为了进一步提高单炉发气量,提高煤气炉的热效率,适应后系统扩大生产能力的需要,小氮肥行业煤气炉第二次扩径改造,即∮2260煤气炉扩径为∮2400煤气炉全面普及。

此次扩径改造∮2400煤气炉扩径改造过程中,系统流程没有进行相应的平衡配套改造,仍然使用传统流程,单炉系统工艺管线还是∮400-500mm。

此次改造中,可贵的一点是同时进行了煤气炉底盘部分作了二项重要改造,一是灰盘转动机构由原有的滑环、支承环滑动运转,改为滑道钢球支承滚动运转,从而大幅度的降低了运转阻力,炉条机负荷降低。二是炉条机由往复式拉杆传动改造为变频调速的链条闭式传动,灰盘运转由脉冲窜动变为连续运转。这二项改造是煤气炉底盘部分的一次革命,从此至2007年此型煤气炉底盘部分(即配置∮2820灰盘的炉底)再没作创新改造,只是随再次扩径改造增加防流措施而已。

此次扩径改造,水夹套高度增加300mm,(由1834mm增加到2134mm)灰渣过渡区进一步缩小,延流距离由420mm缩小至210mm。该时期,正值造气控制系统水压改油压的高峰期,传统的ZK8-57型水压自动控制机结束了它的历史使命,取而代之是油压传动、程序控制的自控机系统,本次改进大幅度的提高了造气控制系统的运行可靠性。同时期,油压控制系统同时也取代了带有空气站和二级放大的气动控制系统。

对∮2400煤气炉行业中有较高的评价。目前,∮2400煤气炉在∮2米系列煤气炉中已经属于最小炉型,但是它的单位面积的气化强度在现有的∮2米系列煤气炉中是最高的(指∮2400-2800煤气炉),操作弹性最大,煤气炉运行的稳定性最高。因此,目前一些中小型煤化工系统中仍然有∮2400煤气炉在使用,特别是我国东北、西北和江南地区(特别是云、贵、川和两广地区)

1993年煤气炉第三次扩径改造快速兴起,∮在2400煤气炉基础上内径扩大为∮2600的技术改造快速推广,此次改造煤气发生炉外径同时扩大,由∮2740mm扩大为∮2970mm,淘汰了原有的外径为∮2740mm的炉体部分。

“九五”中后期在∮2600煤气炉基础上派生了∮2610和2650煤气炉,水夹套高度由2134mm增加到2345mm。到目前2345mm的水夹套高度仍然被人们称之为标准高度的水夹套。

但是,此次扩径改造中煤气炉底盘部分仍没有进行改造。灰渣过渡区又一次缩小,延流距离由210mm缩小至110mm,煤气炉运行的稳定性变小了,操作弹性也同时变小,防流问题开始被广泛重视,防流圈、防流板相继广为应用。

从此时起,在原工艺流程的基础上改造的∮2600煤气炉,系统阻力制约煤气炉生产能力的问题越来越显的严重。于是,从此全行业开始了当时条件下第一次一般性的降低系统流程阻力的技术改造,具体方法是;

(1)降低洗气塔水封高度。

(2)降低气柜压强。

(3)破除造气系统的“三级余热回收”流程,从单炉系统中摘除软水加热器简化流程,初步解决了流程繁琐、系统阻力大的问题。(当时单炉系统有“三级余热回收”,①蒸汽过热器、②废热锅炉、③软水加热器

(4)上、下行煤气管道由∮400~500mm加粗至∮600mm。

(5)工艺阀门由只有下行煤气阀采用座板阀其它全部使用闸板阀,发展为大量使用座板阀。

(6)工艺阀门位置初步调整并且初步合理定位后,应用效果显著。

(7)为了克服吹风阻力,加大入炉空气量提高气化强度,D系列风机(D300、D350、D400)开始推广应用,10-19型风机从此摘掉了“高效风机”的桂冠。

受“三高一短”( 高风量、高炭层、高炉温、短循环)操作方法的影响,当时对风机的性能要求是“高压头大风量”。然而,在当时煤气炉现有高径比的条件下何来“高炭层”?可见当时人们对风机性能的选择存是有认识上的错误。

(8)专用炉箅的优势逐渐被认识,并且其设计理念逐步被接受,而且有了一定的市场。

(9)第二版的中燃式吹风气余热回收装置开始推广应用,同时由热管锅炉改为水管锅炉。

(10)DCS系统开始逐步推广应用,逐步取代第一二代自控机。

(11)简易式加煤机大量推广应用。

(12)部分厂家恢复使用上吹加氮,配置应用量逐步占到煤气炉总数的65%左右。一系列的技术改造,使煤气炉单炉发气量明显提高,多数厂家比改造前气化强度提高了近20%,达到1100m3/㎡.h左右。

    (13)腐植酸煤棒技术在湖南省开花结果,湖北省也快速兴起,并且逐步在两省遍地开花。

(14)∮2600煤气发生炉繁衍成∮2610左右的煤气炉(即∮2600、∮2610、∮2650

 “九五”期间虽然煤气炉的运行状态有了明显改观,但由于当时系统平衡配套程度还不够,而且对煤气炉防流问题虽然认识充分,但是防流方法不完善。加之造气应用技术方面还没有适应炉型逐步扩大的设备配置条件,特别是煤气炉高径比改造还没有被广泛认识,并未着手改造。因此,多数厂家仍存在炉况的稳定性较差,气化强度没有得到应有的提高。

“九五”期间中氮肥行业开始认识到中氮传统造气流程中存在的问题,在小范围内开始尝试取消煤气三通阀改用上、下行煤气阀,停止使用燃烧室,逐步摸索改进工艺指标的工作。到“九五”末期,中氮肥行保有∮3000以上炉共285台。

4.回顾“十五”期间造气技术装备的发展情况:(2001-2005年):

(1)系统工艺流程改造:小氮肥行业简化造气流程、加粗工艺管线、加大除尘设备能力、降低系统阻力等项工作,成为该时期造气技术改造的主题。集中余热回收流程开始推广而且量大面广,绝大多数传统工艺流程改为集中余热回收流程。

(2)小氮肥行业第四次煤气炉扩径改造开始,在∮2100左右煤气炉(∮2600、∮2610、∮2650)煤气炉之后,2003年∮2800煤气炉开始推广应用,煤气炉灰渣过渡区降为10mm。

(3)防流措施随炉径扩大而强化;假灰盘、加宽破渣条、利用破渣条向下延伸降低排灰口高度等措施应运而生。

(4)加粗工艺管道:更大力度的降低系统阻力的改造逐步升级。

(5)煤气炉高径比问题开始被广泛认识,并且着手进行了大批的煤气炉高径比改造,不同程度的增加了炉体高度。

(6)随着全行业系统扩产形势逐步展开,单炉生产负荷被迫逐步增加,上火、挂壁问题成为制约生产的一大难题。为适应逐步增加的单炉生产任务,创造有利于强负荷生产的条件,减少上火、挂壁的问出现,大多数厂家采取了在标准高度水夹套的基本上,进一步提高夹套高度的有效措施。水夹套高度打破了标准高度,达到了2500mm、2600mm,对减少煤气炉挂壁的几率稳定炉况起到了很大作用。

(7)“十五”末期,带测温点的炉箅开始逐步推广应用。

(8)DCS控制系统大量推广应用。

(9)三废混燃炉成动开发并推广应用。

(8)简易式加煤机发展放缓,自动加煤机推广速度加快。

(9)由于原料煤价格上涨,小粒度原料开始大量应用,并且打破了只有少数厂家能应用小粒煤的格局,大量应用致使小粒煤价格上涨,从而失去价格优势。

(10)随着煤气系统技术改造的不断深入,人们对风机性能的认识上出现了观念转变。加之经过降低系统阻力的改造后,高压头大风量风机应用量减少,低压头大风量的鼓风机快速推广应用。

(11)原料煤分级利用和入炉煤二次过筛问题受到广泛关注,大多数厂家实现了入炉煤二次过筛,而且大多数厂家都采用了振动筛,当然包括成套购买的弹性杆振动筛和自制简易的振动筛。

(12)“十五”中期,中氮肥行业认识到了∮3米系列煤气炉在节能降耗方面存在的一些不足,初步展开了尚尝试上马∮2600左右煤气炉(∮2600∮2610∮2650)试用的工作。该时期中氮肥行业完全接受了小氮肥造操作方法和工艺指标,中氮肥造气流程也加大了技术改造力度,方案就是仿小氮肥造气流程,燃烧室全面停止使用,从而使中氮肥行业造气运行状态水平有了一定的提高。

(13)“十五”末期南北两地有二家小氮肥厂选择新上了部分∮3200和∮3300煤气炉,其中一个厂家上马8台、另一个厂家上马3台,系统配置均采用了小氮肥流程。由此足以证明小氮肥行业追求煤气炉大型化和提高单炉生产能力的理念由来已久而且深入人心,这一举动与当时中氮肥行业的煤气炉改造形势是相背的。然而,小氮肥行业直接选择中氮肥行业独有的∮3200-∮3300煤气煤气炉的厂家只有这二家。

    (14)型煤技术及加工设备有了较快的发展提高,而且应用企业快速增加。

(15)“十五”末期推出了中压水夹套,改变了单一使用传统水槽式水夹套的局面。

(16)“十五”末期出现了锥形水夹套的煤气炉,即∮2600/2800锥形煤气炉和∮2400/2600锥形煤气炉,而且推广应用曾经掀起短时期的高潮。

(17)同时期带有复合式炉体的锥形煤气炉(2600/2800)开始生产销售,后来复合式炉体应运到了直筒型∮2800煤气炉上(复合式炉体即:炉体部分及煤气炉顶盖为夹套型)。

(18)也是在同时期,南、北两地生产的造气工艺阀门(油压阀门)技术创新出现两项新成果,对提高工艺阀门的质量和性能作用很大。一是油压闸板阀内件改进,二是油压座板阀的改进。经过两项技术改造,油压阀门的结构强度提高,定位精确,密闭性能提高,可靠性提高,总体质量有了一次较大的进步。

然而,由于进入“十五”期间随着技术改造的快速深入发展,一些方面的技术改造出现失控,一部分厂家系统流程降低阻力的改造跨越了极限,由此出现了负面影响。

从“十五”末期开始,中氮肥行业开始了“上马小炉型,拆除大炉型∮3200左右的煤气炉(∮3000、∮3200、∮3300)”的改建热朝。从此,∮3200左右的煤气炉保有量逐年减少。∮2610左右煤气炉(∮2600∮2610∮265, 0)和锥形(∮2600/2800)煤气发生炉批量的进入中氮肥行业(某厂还建成3台∮2680煤气炉)。

总体来说“十五”期间造气技术处于一个快速发展阶段,通过技术改造煤气炉气化强度有了大幅度的提高。特别是对煤气炉主体部分进行了高径比了合理改造的企业,煤气炉内有效床层厚度增加,加之系统整体配套条件的改善,煤气炉的气化强度部分厂家达到了≥1500m3/㎡.h ,一般条件的也达到了1300 m3/㎡.h左右。

通过技术改造,造气系统的平衡配套问题逐步被得到完善,煤气炉运行状态逐步改观,单炉气化能力有了突破性的提高,氮肥工业经济效益快速提高。

5.进入“十一五”期间这几年的造气技改形势:

    进入“十一五”时期,由于原料煤价格上涨过猛,节煤降耗的紧迫性进一步加剧。而且,在全行业都在争相扩大生产能力的大环境下,各生产企业系统配套的理念基本上都是后工序扩产、造气少上煤气炉,要求造气工序通过提高单炉生产能力来消化系统配置上的不平衡,对造气工序的工作要求进一步提高。因此,对各企业对煤气炉进一步挖潜改造的工作全面展开。

    (1)小氮肥行业自1991年进行第二次煤气炉扩径改造开始(∮2260扩径∮2400),实际上只是进行着一步步简单的直径扩大,而煤气炉高径比和底盘部分没有改动,等于是延续着中氮肥行业已经出现过的错误。进入“十一五”阶段,才从因改造不彻底制约煤气炉生产效率的教训中醒悟过来。

    从进入“十一五”开始,由于煤气炉高径比问题被广泛关注,造气技术改造的重点由流程改造转向煤气炉主体部分的技术改造,而且煤气炉的技术改造由单纯扩大煤气炉直径转化为同时增加煤气炉高度。从“十一五”初开始,高径比改造工作全面展开。甚至有的厂家放弃了对建设初期上马的煤气发生炉技术改造,直接推倒重建,在新建系统中全面应用了现行的新技术、新装备、新配置,实现了跨越式发展。截止目前,煤气炉高径比达标率约占75%左右(高度达到1:2),水夹套高径比达标率约占65%左右(高度达到1:1)。 

然而,由于∮2米系列煤气炉上仍然是普遍使用∮1980煤气炉的底盘部分,受此条件制约,前几年小氮肥行业煤气炉的扩径改造也有回头现象。据新建煤化工工程煤气炉选型情况和近期改扩建工程的煤气炉选型情况的粗略统计,选用量最多的炉型是∮2610左右的煤气炉(∮2600-∮2610-∮2650),约占新上或新改建煤气炉总数的80%左右。受此影响,中氮肥行业煤气炉改型也指向了∮2610左右的煤气炉。

(2)水夹套高度进一步增加。煤化工行业一直重视煤气炉水夹套热损失的问题,并且从没有放弃尝试对煤气炉水夹套结构形式进行改进。然而,无奈的是进入“十一五”后,为了应对入炉原料质量下降和单炉生产任务进一步提高的实际困难,水夹套高度又出现了再一次增加,∮2610左右煤气炉水夹套高度增加到了 2700mm,∮2800煤气炉水夹套高度增加到了2800-2900mm。对消化劣质煤和型煤气化的条件下在操作方面是十分有利的。

水夹套高度增加的同时增加了一定的热损失是客观现实,单就这一点来讲是无可厚非的,这一点不用专家分析人们也都知道。但是,夹套高度增加是 “利”远大于“弊”的改造方法,这个结论是勿容质疑的。这是一个经众多人反复权衡利弊之后作出的极其无奈的明智选择,应用厂家绝非是草率盲动,而是在客观条件制约生产、影响能耗和配套设备技术开发等方面没有新突破的条件下作出的十分明智的选择,这一点同样是无可厚非的。

长期以来,人们从未放弃的苦苦求索一种即防止煤气炉挂壁又不增加热损失的双全措施。早在上世纪80年代初期至中期,就有厂家尝试将夹套内壁浇铸耐火材料试图起到隔热作用。但是,因为当时选材等问题未能成功而放弃。同时期某厂尝试在水夹套内壁上整体覆加一层钢板套层,同样试图借助此套层起到一定的隔热作用。但是,因种种原因也没能成功而放弃。

当今,新技术、新材料已经今非昔比,从“十一五”初期开始,随着设计技术的提高和新材料、新材质的不断涌现,陆续出现了几种新的煤气炉夹套隔热方式;a. 导热油介质的夹套; b.熔盐介质的夹套;c.水夹套内壁上喷涂隔热材料层;d.水夹套内壁上粘贴隔热层,并且这几项技术措施已经都有了使用厂家。

希望本次水夹套的隔热技术改造,能够真正起到即防止煤气炉挂壁又不增加热损失的双全效果。如果能够达到如此效果,那就是UGI气化炉的又一次重大技术突破,煤气炉的热效率肯定有相应程度提高。

    (3)“十一五”初期,2米系列煤气炉炉箅及整个底盘部分的材质有了“本质的改变”,特别是铸钢材质炉箅快速推广,炉箅使用寿命加长。

(4)带测温点的炉箅推广应用,使用炉箅温度测量能通过此测量值了解灰渣层灰的变化趋势,非常有利于气化层位置的控制,它的显示比下行煤气温度要提前1小时左右。

(5)时下可喜的是小氮肥行业煤气炉高径比问题深入人心,多年来的遗留问题逐步得到完全解决。然而,这项工作又出现了过头现象,有的单位不顾客观需要,将煤气炉总高度搞的远远超出合理的高径比,过大的炉内空间无法充分利用,不但造成投资浪费也导致原料撒播入炉落差大破损率增加,同时致使炉上空间过大蒸汽消耗增加,成品气回炉量增加,浪费加大付反应增多,煤气成份受到一定的影响而变差。

(6)进入2006年下半年后锥形煤气炉保有量再没有新的增加。

(7)目前,煤气炉本体的技术改造逐步深入,大部分煤气炉的有效床层高度达到或超过了合理的床层高径比,床层阻力普遍的不同程度,一些厂家出现了因原配风机压头过低风量不足而造成;气体成份差、灰渣含碳量高、发气量差的问题,原配的低压头风机的性能已经不适合现有的床层高度和床层阻力。因此,对配套风机的选择理念又到了转变的时候。

6.中氮肥与小氮肥炉型选择的认识上存有很大差异:

固定床间歇气化炉必需向大型化发展,只有进一步提高单炉生产能力才能适合与大型生产装置配套,才能进一步降低单位能耗。否则,该气化方法的应用价值将不会提升。

前二年,∮2800煤气炉应用量有一定扩展,经过一段时间的使用,很多人认为∮2800煤气炉不是“节能型”煤气炉,又返回到∮2610mm左右的煤气炉(∮2600、∮2610、∮2650),并且称之为“节能型煤气炉”。

中氮肥行业这些年一直在做着淘汰“能耗高的”∮3米系列煤气炉,新建小氮肥行业使用的“节能型煤气炉”的工作,仅个别厂选用了锥形(∮2600/2800)煤气炉。

(1)当前煤气炉扩径改造的新形势:

小氮肥行业对煤气发生炉一步步的扩径改造,都是对该气化技术有了更深的理解以后才做出的正确选择。虽然在一步步的扩径改造中,某些原有的配套部件一步步的偏离平衡,但也正是在技术改造中暴露了问题、发现了问题。因此才有了对该技术更深刻的理解,才使我们感悟出以往技术改造中的失误,才能准确的找出下一步平衡改造的关健点。

    在中氮肥行业加紧建设∮2米系列煤气炉,淘汰∮3米系列煤气炉的同时,小氮肥行业先是开发出两款加大的新型底盘,用于煤气炉扩径的平衡配套,后来在2007年又推出了仍然具有∮2米系列煤气炉特点的∮3000煤气发生炉,湖北某厂首批上马24台用于型煤气化。

小氮肥行业自∮2610左右的煤气炉普遍应用后,特别是在∮2800煤气炉上,一直在传统的煤气炉底盘上千方百计的摸索防流措施,虽然产生了一定作用,但是发现总不是治本之策,效果仍然不理想。例如;过度防流致使排灰受阻,影响气化能力。灰渣过渡区过小,致使排灰温度过高,灰仓温度高于下行煤气温度,灰渣质量差,热损失大等。在一些行业专家多少次的乎吁和昌导下,终于拉开了煤气发生炉底盘重新设计整体扩大的帷幕。由此,又一次坚定了小氮肥行业追求煤气炉大型化的信心。

目前,∮2米系列煤气炉底盘,已经有了三次直径扩大;第一次是将灰盘扩大为3070mm,第二步扩大为3120mm,第三步扩大为灰盘直径3440mm,第三次扩大已经接近了∮3200左右的煤气炉(∮3000、∮32000、∮3300)通用的直径为∮3520mm灰盘直径。

就现有炉型的运行情况相比较,∮2800煤气炉单位面积的气化强度低于∮2610左右的煤气炉,更低于∮2400煤气炉,灰渣返焦率高于∮2米系列的其它煤气炉,最重要的一大因素是∮2800煤气炉底盘部分的灰仓内没有灰渣过渡区。并非说煤气炉不能扩径到∮2800,而是∮2800煤气炉与现用的老式底盘配套极端的不平衡。也可以说;∮1980煤气炉和∮2745煤气炉的扩径改造,都是极端的挖掘了原有底盘部分的潜力而失败的,对于这个问题已有广泛共识。

目前,部分厂家已经开始应用了整体放大了的底盘部分,例如∮2610煤气炉配∮3120mm的灰盘,灰渣过渡区达到了255mm,灰渣过渡区也有了相应程度的增加。

对照一下煤气炉底盘的原设计;

∮1980煤气炉的配套灰盘∮2820mm,灰渣过渡区420mm。

∮2745煤气炉的灰盘∮3520mm, 灰渣过渡区 390mm。

∮3600煤气炉的灰盘∮4400mm, 灰渣过渡区420mm。

为什么原设计的底盘灰渣过渡区都是400mm左右,这里面饱含了科学处理灰渣安息角和延流距离的技术要领,其中不乏技术原理,这就是今后煤气炉底盘部分进一步改进的参照物。

(2)分析∮2米系列煤气炉各炉型的特性:

在∮2米系列煤气炉中,单位面积的气化强度最高、操作弹性最大的是∮2400煤气炉,∮2400煤气炉虽然优点较多,但必竞是气化截面积小,不符合提高单炉气化能力的要求。

∮2610煤气炉气化截面积大于∮2400煤气炉0.85㎡,单位面积的气化强度如果与∮2400煤气炉同在1400m3/㎡.h,就可增加发气量812m3/h。因其对灰盘部分潜力的挖掘程度介于∮2400与∮2800之间,操作弹性和运行的稳定性相比∮2800煤气炉好一些,发气量又大于∮2400煤气炉,因此人们左右权衡利弊后才认为∮2610左右的炉型是“节能炉型”。那么,∮2米系列煤气炉只能定型在∮2610左右而不能再发展了吗?小氮肥行业追求了多少年的煤气炉大型化就功亏一篑了吗?

实际上,∮2米系列煤气炉的几种炉型只所以存在的不同的应用特点,完全是扩径改造对煤气炉底盘部分潜力的挖掘程度造成的。并非∮2800煤气炉存在扩径尺寸的错误,而是底盘部分的配置已经严重脱离实际需要而造成后果。只要底盘部分配套达到平衡,不但∮2800煤气炉能达产达效,而且∮2米系列煤气炉完全可以扩径到∮2900,甚至冲破∮2米系列步入∮3000。

    ∮2米系列煤气炉底盘部分扩大改造,必将引领∮2米系列煤气炉步入真正的煤气炉大型化。

(3)∮3米系列煤气炉主体的改造情况及发展方向

∮2米系列煤气炉和∮3200左右的(∮3000、∮3200、∮3300)煤气炉,都是经过多次扩径改造而形成现有状况的。随着中氮肥行业拆老炉换小炉的改造进程发展,∮2745煤气炉派生的系列炉型在逐步减少,目前已经拆除或停用接近或超过半数。

目前,只有1959年从前苏联引进的∮3600煤气炉配∮4400灰盘的母本还基本上存在。所谓基本上存在指的是∮3600煤气炉没有搞过扩径改造,只是一部分厂家对煤气炉高径比和水夹套高度及炉箅做过合理性改造。∮3600煤气炉总数量,原有资料数据表明只有34台,在20世纪末期又略有增加但是仍然不足40台。

从逐步扩径的系列煤气炉的运行效果分析,正如前文所述的那样;在原有的打底盘部分不变的条件下,炉径逐步扩大负面的问题随之而来。∮3600煤气炉未经扩径改造,而总体运行效益情况还是相对比较好的,先进的应用厂家日产(合成氨)可达120吨,其单位面积的气化强度与∮2600煤气炉不相上下。

总之,煤气炉大型化是固定床气化技术的重要节能改造措施,是该气化装置今后发展的主流方向,也是提升该气化技术使用价值的必由之路。煤化工行业规模效益是明显的,规模大单位能耗低,单位效益高,煤气炉的工作原理同样如此,因此煤气炉大型化也是提高煤化工行业技术装备水平的必由之路。

道理很简单;炉内物容量越大热容量同样越大,气化效率越高、气化能力越大,热损失越小。就象一热杯水和一桶热水相比,容器内介质温度虽然都是100℃,但是两个容器内介质的热函却截然不同,做功能力和做功量当然也截然不同。煤气炉气化能力大,热损失小,提高单炉气化能力是降低热损失,提高煤气炉热量转化利用率和节煤降耗的有效途径。

只要我们在改造过程中理念不被否曲,科学的把握和顺应主流。以科学、严谨、务实的态度保证健康发展,把握好局部改造的合理性与综合平衡的分寸关系处理,煤气炉进一步扩径改造必然获得应有的经济效益。 

回顾历史是为了用前人的成功启发后者,用前人的教训警示后者。尊重历史就是尊重前辈们的劳动和成果,能在教育我们自勉的同时激发我们的创新力。

回忆上世纪80年代初期,小氮肥行业处在小炉子(煤气炉)成群、小机子(压缩机)成队时代,那时候单炉生产能力和单位能耗是何等水平。是通过一步步的煤气炉扩径增容才使小氮肥行业单炉生产能力逐步提高,才使单位能耗一步步降低的。因此,这条不断延伸的成功之路不能中断,这方面的潜力和效益尚待进一步挖掘,我们绝不能放弃努力。

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