型煤气化煤气炉的设备技术改造

第4期中氮肥No.42007年7月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressJul.2007设备管理与改造型煤气化煤气炉的设备技术改造赵乐群(江西昌昱实业有限公司，江西南昌330013)[摘要] 分析了旧有的固定层气化炉烧型煤气化效率低、难控制的原因;由此提出了对型煤气化炉的基本要求;提出了具体的改进设计方案。用型煤气化炉来气化型煤已经在- - 些厂获得成功，取得了较好的经济效益。[关键词]型煤气化炉;固定层;改造;要求[中图分类号] TQ546 [文献标识码] A [文章编号] 1004-9932(2007)04-0047-03Revamping Fixed-bed Gasifier for Shaped-coal GasificationZHAO Le-qun(Jiangxi Changyu Industrial C., Ltd , Nanchang 330013, China)Abstract: In this paper, the author analyzes the reasons causing shaped-coal gasification efficiency low withfixed-bed gasifier originally for lump∞oal gasification, lists the basic requirement for shaped-coal gasifier,puts forward design scheme for improving. Some plants have successfully revamped fixed-bed lump coalgasifier into shaped-coal gasifier and benefits a lot.Key Words: shaped-coal gasifier; fixed-bed; revamping; demand固定床间歇气化炉，无论是美国的UGI炉1概述型，前苏联的03.6 m炉型，还是我国土生土长近年来，由于无烟块煤、焦炭价格攀升,众的02.6 m炉型，都是以块煤焦为原料进行设计多以固定床间歇气化炉进行煤气化的企业为了生的。煤气炉的高径比、夹套锅炉、灰犁、排灰存和发展，纷纷采用型煤代替块煤焦进行气化,口、灰碴过渡区、中央灰箱、上部气道等处设计生产半水煤气和水煤气。时的参数、工艺模型、模拟试验、工业试验采用在实际生产中，原有的煤气炉不进行改造,的气化原料均为冶金焦和优质块煤，与型煤的工烧型煤的效果往往难以达到预期目的。现状是:业性质相差非常大。产量下降，消耗上升，生产稳定性差，虽然型煤型煤的发热量偏低，相当于冶金焦或优质块价格较低，但综合效益并不理想。在这种情况煤的70%~80%;型煤的堆积密度相当于块煤下，大多数企业简单地把这种现象归结为型煤气的75%，冶金焦的105%。改烧型煤，如果仍采化效果差，没有找到合理的工艺条件,过多地从用原设计煤气炉型，炉内炭层高度必须比烧冶金操作方面找原因，而忽略了更重要的问题:原煤焦、块煤高得多才能满足正常气化需要的热量。气炉的设计是烧块煤、焦炭的，改烧型煤，煤气因此，原煤气炉以型煤为原料不可能把气体质量炉设备本身存在着不适应。提高中国煤化工2%，产气量也较低，[HCN MH G(m2.h)左右。[收稿日期] 2007-01-29冶金焦热稳足性达到98%，优质块煤为[作者简介]赵乐群(1949- ),男,河南清丰人,江西昌昱实92%，而型煤的热稳定性、热强度比块煤焦低得业有限公司总工程师。.48●中氮肥.第4期多，- -般煤球热稳定性为70%，煤棒为75%。8%， 而目前大部分型煤炉0O2体积分数在9%冶金焦热强度达到1.15X 103 N/cm2,优质块煤~12%，明显偏高。如果能提高气化层，则可以为1x 103 N/cm2,而煤球仅为400 N/cm2,煤棒使0O2体积分数降到9%以下，有利于提高气化为350 N/cm2。强度。上述差别造成工艺指标控制截然不同。炉上2.3提高吹风量的 同时不发生吹翻温度指标，冶金焦可以达到750 C,优质块煤可型煤气化层提高后，床层阻力升高，影响吹以达到550 C，型煤仅能在400 C以下操作。风强度。而型煤气化要求吹风时风量要比块煤气型煤的灰熔点和灰分含量与煤焦差别很大，化大得多。实际情况是:烧型煤吹风流量普遍偏因此，炉算、灰犁、排灰口，灰碴过渡区等处的低。这一矛盾是制约型煤气化的关键所在。怎样设计相差也很大。如果不改变,势必造成煤气炉才能在型煤气化时床层阻力较高的情况下，既大炉下灰盘、排灰口部位不是灰碴结死，就是粉末幅度提高吹风流量,满足气化要求，又不致吹翻状流生，难以稳定生产。呢?答案是必须对煤气炉进行技术改造，重新进根据经验数据，固定床煤气炉以优质块煤为行设计。原料，每0.95~1.05 m3人炉空气生产1 m3半3煤气炉改造水煤气。而以型煤为原料，因其热值偏低，炭层.中蓄热量相对偏低,往往每1.15~1.25 m3空气3.1 适应型煤特性，使入炉风量提高，流量加才能生产1 m3合格半水煤气。因此，型煤气化.大，流速降低要达到理想的生产强度，提供热量的空气量要比烧型煤容易吹翻，所以要求人炉空气分布必块煤高，即吹风空气需求量相对块煤偏大。但在须合理，杜绝出现“偏流”、“走短路”。 除去炉实际生产中，固定床煤气炉以型煤为原料气化，箅各通 风道合理布置以外，还必须实现中央灰箱吹风量反而降低，否则会吹翻。要使型煤气化达横截面积大于炉算有效通风面积，只有这样，才到理想的生产强度，必须重新设计煤气炉吹风系能保证炉箅气室始终压力均衡稳定，避免空气统，比块煤- -次风量高,并确保不吹翻。“偏流”。由以上对比可知，型煤气化的工艺条件与块实际生产中--些炉型并没有达到上述要求,煤焦差别非常大，用以块煤焦为原料的煤气炉烧如: J-28 煤气炉中央灰箱横截面积比炉算的有效型煤肯定会出现不适应，无法进- -步 发挥型煤价通风面积小，经常造成炉箅各通风道之间通风不格低的优势。这正是部分烧型煤的企业效益不理均衡，特别是造成中风偏大。过去过多地考虑从想的根本原因所在。要烧好型煤，必须有适合烧炉箅风道上调整中风偏大的问题，忽略了中央灰型煤的煤气炉。这种煤气炉的特性应与型煤的特箱对炉箅气室的柱状气流布风影响的问题，先天性相一致。已经造成中风偏大，所以效果不理想。要做到风量加大，流速降低，最有效的办法2型煤气化炉的要求就是使中央灰箱横截面积加大，并且形成逐级加2.1煤气炉 的高径比应符合型煤特性要求大的喇叭口状，让空气形成扩散状人炉箅气室,与块煤相比，型煤的热值低，堆积密度小，既增大了流量又降低了流速。每1 m3优质块煤约相当于1.35~1.5 m3以腐殖3.2炉算要适合型煤特性， 通风面积大，布风酸为粘结剂、固定碳含量在68%以上的干基型合理，排灰碴能力强煤。因此，烧型煤的煤气炉要比原设计煤气炉高几种型煤的特性有差别。得多。以块煤焦为原料的煤气炉的高径比一般为(1)腐殖酸煤棒2:1,型煤炉则应在2.2:1以上。化学活性好,水分含量高，必须有完全上吹2.2半水煤气 CO2体积分数不能过高共|中国煤化工人炉的煤棒因水分型煤的气化层比块煤的气化层高，主要目的CNMHG在一起， 影响透气是利用还原层把半水煤气中0O2的体积分数降率，易形成气化个均匀。另外，煤棒成碴性能下来，块煤炉半水煤气CO2体积分数为6%~好, 灰碴过渡区相对短，对炉箅均匀排碴要求较第4期赵乐群:型煤气化煤气炉的设备技术改造●49.高。煤棒形成的灰碴较酥软，炉算的破碴功能不误区:烧型煤易“吹翻”， 不能用大流量高风压宜太强，否则易形成较多的碎粉灰，反而会影响的空气鼓风机，许多企业把鼓风机出口阀关闭工况。1/2，或者更换为小的鼓风机，力求在低生产水(2)腐殖酸煤球平下寻求平衡点，这显然是错误的。活性不如煤棒，热稳定性较差,但透气性较新的型煤气化炉恰恰相反，它要求大流量高好,控制炉上温度难度更大，炉下成碴性较差;功率的空气鼓风机，在吹风时能克服较高炭层产因此烧此煤球要以控制上部温度和炉下灰碴成碴生的阻力，为气化提供更大流量的空气，使炭层率为主，即:炉体高径比要达到要求，灰碴过渡积蓄足够的热量，完成气化。区要适当增加，炉下温度应提高，炉下装置应有-般情况下，03.6 m煤气炉配D 1100型鼓耐高温功能。风机，电机功率为800 kW; 03.2 m煤气炉配(3)碳化煤球D 800鼓风机，电机功率为630 kW; 02.6 m煤特性与腐殖酸煤球相差不多,可参照。气炉配D 600鼓风机，电机功率为440 kW。3.3出 炭层吹风气流速及流向控制传统设计煤气炉鼓风机配置为: 03.6 m炉型煤炭层表面破碎率较块煤焦高，因此吹风配风压22 kPa风机，电机功率为630 kW; 03.0时很容易“吹翻”，即大量带出物随吹风气流移m炉配风压25 kPa风机，电机功率为440 kW;走，达到一定程度,炭层表面就会出现气流“偏02.65 m炉配风压25 kPa风机，电机功率为.流”，使炭层出现严重高低位差,不能正常气化355 kW。这种配置在煤气炉吹风时“吹风时间利用率”较低。如: 03.6 m煤气炉，吹净和吹很明显，烧型煤在吹风时，出炭层吹风气的风时间为48 s,一次风阀打开后,充压阶段往往流速对煤气炉“吹翻”起决定作用。可以采取增需要1~2 s,吹风时间利用率仅能达到95%，加炉上部简体直径的办法降低出炭层吹风气的流每3 min减少有效吹风1~2s,每台炉全年将造速。实践证明，上简体直径扩大200 mm, 03.6成损失20万元以上; 1台风机供3台炉，共影m、03.0 m、02.65 m煤气炉吹风气出炭层流响效益60余万元;而电机功率从630 kW提高速都有明显降低，分别降低7%、12%和14%，到800 kW,全年多耗电最多达20万元。效果很明显。高功率、大流量的鼓风机在煤气炉吹风时可固定床煤气炉原设计是烧冶金焦的，炉顶部以迅速克服炭层阻力，提供足够的空气人炉;同没有考虑除尘功能，未设计气流沉降区和气流折时，吹风时间利用率较高，可以从原来的95%流角度。改烧型煤后，必须要考虑除尘和降低带提高到98%以上。与传统风机相比，提高气化出物问题，否则，不但不利于工艺稳定，还会造强度产生的效益比多消耗电能的价值高得多，因成消耗升高。此新型煤气炉配高功率鼓风机是经济的。对煤气炉出气口设计分两种情况: -种是上4结语气道从炉顶部出，插人管伸进炉膛300 ~ 500mm,可以大幅度降低带出物;另- -种是上气道型煤气化与块煤焦气化差距很大，难度也大侧出，出气口低于炉顶300~400 mm,使炉顶得多，煤气炉的结构、配置截然不同。目前，已形成沉降区。两种设计都有利于增加吹风流量,有许多企业率先进行了型煤气化煤气炉的根本改减少煤气炉“吹翻”现象。造，实现了用价格比较低的型煤获得较高的气化3.4空 气鼓风机的选择效率，取得了明显的经济效益。这种技术改造用正因为老的炉型烧型煤不适应，造成了-个于烧块煤焦，同样有较好的效果。中国煤化工TYHCNMHG