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    熱烈慶祝興亞爐箅改版成功!
         邳州市興亞爐箅有限公司,由我國著名爐箅設計專家秦興亞高工于2001年創辦,本公司主要從事造氣技術研究和爐箅及煤氣系統設備的研制生產。主要產品有∮1600-∮3600系列爐箅、自動加煤機、滾動底盤總成、水夾套、錐形水夾套、爐底、灰倉、油壓爐口、灰盤、齒圈、爐條機總成及配件、鼓風箱、灰渣箱、灰犁、熱管廢鍋、熱管空氣預熱器、熱管水加熱器等!              [更多]
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    深入分析UGI煤氣爐和造氣系統技術改造概況及發展方向
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                 深入分析UGI煤氣爐和造氣系統技術改造概況及發展方向

                   田守國

                                        全國造氣技術咨詢部

                                      邳州市興亞爐箅有限公司

    關鍵詞:UGI煤氣爐是多功能氣化爐  煤氣爐技改  造氣系統改造  回顧  總結  創新  展望

    摘  要:分析UGI煤氣爐及系統配置目前的技術狀態;綜述UGI煤氣爐歷次技改的方法及很失;小氮肥行業與中氮肥行業造氣技術改造多處相通;進一步擴大煤氣爐直徑是UGI氣化技術的發展出路。

    前序

    生產力的發展和技術進步的過程必需要有文字記載,這是新一代從業人員的歷史責任。幾十年的發展歷程,伴隨著不斷的技術創新和技術改造,其中有成功的喜悅,也有難言的悲哀之處。

    今天,我們很有必要客觀的回顧、總結、分析這段堅辛而又不平凡的發展歷程,從中可以使我們找出成功的經驗和失敗的教訓,可以從中得到很多啟發,可以幫助我們明晰思路,建立全新的理念。對指導今后的造氣技術改造工作、促進造氣技術發展、促進行業的節能降耗工作有著十分重要的意義。

    我國煤化工行業及玻璃、建陶和城市燃氣以及特種化工等行業廣泛使用的UGI煤氣爐,是以美國聯合氣體改進公司命名的固煤氣化爐,是一種常壓固定床、固渣排灰的煤氣化設備。起初的氣化原料通常采用焦炭或無煙塊煤,當今原料路線已經逐步擴展為;焦炭、無煙塊煤、非標的小粒度無煙塊煤、型煤(煤球、煤棒)、型焦、半焦(也稱“蘭炭”、 “汽焦”)等。

    人們通常將UGI煤氣爐簡稱為“固定床間歇式煤氣爐”,而實際上UGI煤氣爐并不是只有間歇氣化的單一功能。而且具有其獨有的特點和優勢,可以采用間歇或連續的操作運行方式和若干種成份不同的氣化劑進行氣化作業,生產出不同成份含量的符合不同碳基化工產品工藝要求的原料氣。生產應用中可以根據氣化劑的不同含氧量轉換運行模式,選用連續氣化或間歇氣化,而且不論連續氣化或間歇氣化都可以生產富氮煤氣或貧氮煤氣。

    氣化劑可選擇;純氧+蒸汽氣化、純氧+蒸汽+脫碳放空氣氣化、純氧+蒸汽+煤層氣氣化、富氧+蒸汽氣化、空氣氣化、空氣與蒸汽間歇氣化?芍迫;水煤氣、半水煤氣、空氣煤氣、高一氧化碳水煤氣、高氫水煤氣。隨著新興的碳基化工產品不斷開發,對煤氣成份還會出現特殊要求,新的氣化劑必將會不斷被發掘使用。那么,UGI煤氣爐氣化劑種類還將進一步豐富,該氣化爐的功能還會增加。如此多樣化的氣化方式使UGI煤氣爐使用價值進一步提高,這一點是其它氣化方式所不能及的。

    UGI煤氣爐,在采用空氣氣化、純氧氣化、富氧氣化、純氧加脫碳放空氣氣化、純氧加煤層氣氣化時,可采用連續運行操作方法,即氣化劑從煤氣爐底部連續進入爐內,有序的通過氣化層并穿過床層,生成氣體從煤氣爐頂部引出經除塵、降溫(回收余熱)、洗滌后進入系統。

    如果在富氧氣化時供氧不足,可改為富氧吹風或富氧加氮的方式消化利用現有的氧氣,其氣化效率和熱效率均高于空氣吹風間歇氣化方式。以空氣、蒸汽為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時,都采用間歇式運行方式。而采用純氧氣化、純氧加脫碳放空氣氣化等都是新生事物,它是為近些年新開發的碳基化工產品生產系統配套的,應用廠家并不多。

    目前,富氧連續氣化在化肥、化工行業應用廠家也比較少。原因是以往制氧成本過高,運行不經濟。隨著科學技術的進步制氧成本降低,近些年富氧連續氣化應用廠家開始逐步增加。而在玻璃、建陶、城市燃氣行業,絕大部分仍用連續式生產空氣煤氣(即發生爐煤氣)。

     UGI氣化技術是建國前上世紀1935年引入我國開始工業化生產應用的,首次引進的是美國產∮2745煤氣爐(即∮3米系列煤氣爐的母本),至今已經有70余年歷史了。該氣化技術建設投資省、建設周期短、一般性的操作控制技術容易掌握。因此,非常適合我國的國情和資源狀況,幾十年的應用中對我國相關行業的建設和發展發揮了十分重要的作用。

        UGI氣化技術在我國70余年的生產應用中,經過幾代造氣專業工作者的不懈努力,其核心技術和技術裝備水平均得到了極大的進步、發展、創新、完善和提高。以往,常有人提到的熱效率低、能耗高、環境污染嚴重等這些似乎是評價 UGI氣化技術的專用詞匯,已經與UGI化爐目前的運行狀況極不合乎了,充其量也只是代表了它的過去。如今,該氣化技術的應用技術方面如工藝技術指標、操作方法已經達到了相對完善的水平,出氣溫度、灰渣含碳量相比上世紀80年代降低了50%以上,氣化強度實現了成倍增加。技術裝備水平、自動化程度、熱效率等方面已經有了極大的提高。

    環保方面;因為普遍應用了濕法排灰,使下灰過程中塵灰飛揚的場面不復存在,普遍應用的吹風氣余熱回收裝置基本上燃盡了吹風氣中的CO、H2、CH4和煤粉,加上配套完善的除塵、除焦設備和造氣污水全閉環零排放技術,使該氣化技術的環保水平已經達到了國家環評標準要求。絕大部分生產企業的造氣生產環境已得到極大的改善,灰頭垢面的造氣工人特有形象已經不存在了。

    為了更細致的分析這段歷史,需要分為三個階段來分析。也就是將國家發展計劃的“九五”和“十五”兩個階段作為兩個重要段落來分析,把進入“十一五”之后的幾年作為一個段來落分析。為什么將1996-2005年定為10年分析的重要段落哪?因為當時隨著國家經濟體制改革的不斷深入,市場競爭日趨激烈,因此嚴重刺激了煤化工行業特別是小氮肥行業節能降耗的積極性,迫使造氣節能技術改造進入沖刺性階段。因此這兩個階段期成為我國固定床間歇氣化技術快速完善和創新發展的重要歷史階段。

    1.∮1980煤氣爐本身就是創新型產品:

    小氮肥行業廣泛應用的∮2米系列煤氣爐采用的是UGI氣化方法!1980煤氣爐是∮2米系列煤氣爐的母本,1958年上;ぱ芯吭涸跒樾⌒秃铣砂毖b置設計∮1980煤氣爐及造氣系統時,就屏棄了一些進口裝置所存在的缺陷,是完全國產化的創新型產品,從而使小氮肥造氣技術裝備從原本基礎上就有了一次質的飛躍。、

    原版的∮1980煤氣爐爐體總高度(夾套+爐體)4025mm,水夾套高度1834mm,夾套高度占爐體總高度的45.6%,高徑比> 1:2,灰盤直徑∮2820mm,延流距離420mm。該設計方案不論是煤氣爐高徑比還是水夾套高度占爐體總高度的比例等方面,都是十分合理的,當今仍然可以作為煤氣爐技術改造的參照數據。

    原版的∮1980煤氣爐系統流程均統一采用了單爐獨立流程,采用單系統配置燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣塔,下行集塵器,簡稱“單爐一鍋一塔流程”。但是,下行煤氣不經廢熱鍋爐(采用的也是仿中氮肥下行煤氣溫度≤200℃的造氣工藝)。

    全部配置了上、下吹加氮。

    煤氣系統均采用鑄鐵管道,初次設計的系統流程與中氮肥∮3米系列煤氣爐系統流程相比只有三大區別:

    一是用上、下行煤氣閥取代了煤氣三通閥。

    二是洗氣塔底部附加洗氣箱并設水封,取代了單設的洗氣箱和六瓣或八瓣分布器。

    三是工藝管線通徑相應縮小。

    ∮1980煤氣爐底盤部分在排灰口寬度和高度等方面區別于∮2745煤氣爐底盤,而基本上與∮3600煤氣爐底盤部分相似,只是上部灰倉部分定型在400mm高度,區別于∮3600煤氣發生爐的爐裙。

    ∮1980煤氣爐應用的第一代爐箅是星型塔式爐箅,通風面積0.452㎡,高度1085mm。

    小氮肥造氣流程中的燃燒室,在應用較短時間后就開始陸續地取消了,從這一點上就可以看出小氮肥行業在技術改造方面存有認識和發現問題快糾錯汛速的優點。

    2.小氮肥行業的第一次煤氣爐擴徑改造:

    為了提高單爐生產能力節省擴產投資,上世紀70年代末小氮肥行業在∮1980煤氣爐基礎上進行了第一次擴徑改造,煤氣爐直徑由∮1980mm擴大到∮2260mm,外徑保持∮2740mm沒有變。

    在這一時期新上馬的小型合成氨裝置直接裝備了∮2260煤氣爐。進入上世紀80年代小氮肥行業應用的煤氣爐已經基本上全部定型為∮2260煤氣爐。小氮肥行業的第二代爐箅在∮2260煤氣爐上裝配使用,即傘型爐箅,通風面積0.548㎡,高度1180mm,后來改為傘型改裝型,通風面積擴大為0.64㎡,該爐箅破渣能力較差。

    從此開始一直到1992年十幾年內小氮肥行業應用的煤氣爐全部是∮2260煤氣爐,這是小氮肥行業煤氣爐直徑最統一的一段時期。行業考核和對比常用的“單爐發氣量”、“單爐日產(合成氨)量”、“單爐氣化能力”等全行業統一的專業考核詞匯,就是這個時期在∮2260煤氣爐基礎上提出來的。

    該時期煤氣爐的操作方法已經由在系統內配有燃燒室時的上行煤氣溫度≥650℃,進化為摘除燃燒室后的≤500℃。下行煤氣溫度仍然是延續≤200℃來保護爐底設備和下行系統鑄鐵管道免受高溫影響,從而保證使用壽命,該時期單位面積的氣化強度僅為700-800m3/m2.h。

    本次的小氮肥行業的煤氣發生爐擴徑改造,也是受中氮肥行業煤氣爐擴徑改造形勢的啟發和影響。當時中氮肥行業已經嘗試了在進口原版∮2745煤氣發生爐基礎上的擴徑改造,改造步驟是分三步走的,第一步由∮2745擴大為∮3000mm,第二步擴徑為∮3200mm,第三步達到∮3300mm,經歷了三步擴徑改造而底盤部分沒有變化。此期間中氮肥行業已經擁有了∮2745mm、∮3000mm、∮3200mm、∮3300mm和1959年從前蘇聯引進的∮3600煤氣發生爐共五種爐型。

    1988年小氮肥行業為了進一步回收系統余熱,又對系統流程進行了一次技術改造。較為普遍的在單爐系統中(在廢熱鍋爐后面)增加了一臺立式軟水加熱器,使流程更加復雜化系統阻力進一步增加。

    1991年開始,小氮肥行業少數廠家開始嘗試∮2260煤氣爐擴徑為∮2400。這是煤氣爐的第二次擴徑改造,不過本次擴徑改造只是擴大了煤氣爐內部直徑,煤氣爐外部直徑和高徑比等方面沒有變化。

    該時期,小氮肥行業的第三代、第四代和第五代爐箅相繼問世。

    第三代RBA塔型均布爐箅,后改為RBD型和RB破渣刀型,通風面積0.8㎡,高度1450mm,該爐箅破渣能力較強。

    第四代L2螺旋錐型爐箅問世,高度1100mm,通風面積大,但是破渣能力差。后改為螺旋錐均風爐箅,爐箅各層面上分布有108個通風孔,高度改為1420mm,通風面積0.9㎡。

    第五代均風百頁窗型爐箅,高度1400mm,通風面積1.0㎡,破渣能力差,通風面積過大,與當時的爐徑、煤氣爐高徑比、炭層高度等方面條件不相符,不適合高風速大風量、下行帶出物多。該爐箅層頁表面為百頁窗式結構形式,與∮3米系列煤氣爐用的扇型爐箅相似。

    3.“九五”期間造氣技術裝備的發展情況:( 1996~2000年):

    進入“九五”初期,為了進一步提高單爐發氣量,提高煤氣爐的熱效率,適應后系統擴大生產能力的需要,小氮肥行業煤氣爐第二次擴徑改造,即∮2260煤氣爐擴徑為∮2400煤氣爐全面普及。

    此次擴徑改造∮2400煤氣爐擴徑改造過程中,系統流程沒有進行相應的平衡配套改造,仍然使用傳統流程,單爐系統工藝管線還是∮400-500mm。

    此次改造中,可貴的一點是同時進行了煤氣爐底盤部分作了二項重要改造,一是灰盤轉動機構由原有的滑環、支承環滑動運轉,改為滑道鋼球支承滾動運轉,從而大幅度的降低了運轉阻力,爐條機負荷降低。二是爐條機由往復式拉桿傳動改造為變頻調速的鏈條閉式傳動,灰盤運轉由脈沖竄動變為連續運轉。這二項改造是煤氣爐底盤部分的一次革命,從此至2007年此型煤氣爐底盤部分(即配置∮2820灰盤的爐底)再沒作創新改造,只是隨再次擴徑改造增加防流措施而已。

    此次擴徑改造,水夾套高度增加300mm,(由1834mm增加到2134mm)灰渣過渡區進一步縮小,延流距離由420mm縮小至210mm。該時期,正值造氣控制系統水壓改油壓的高峰期,傳統的ZK8-57型水壓自動控制機結束了它的歷史使命,取而代之是油壓傳動、程序控制的自控機系統,本次改進大幅度的提高了造氣控制系統的運行可靠性。同時期,油壓控制系統同時也取代了帶有空氣站和二級放大的氣動控制系統。

    對∮2400煤氣爐行業中有較高的評價。目前,∮2400煤氣爐在∮2米系列煤氣爐中已經屬于最小爐型,但是它的單位面積的氣化強度在現有的∮2米系列煤氣爐中是最高的(指∮2400-2800煤氣爐),操作彈性最大,煤氣爐運行的穩定性最高。因此,目前一些中小型煤化工系統中仍然有∮2400煤氣爐在使用,特別是我國東北、西北和江南地區(特別是云、貴、川和兩廣地區)。

    1993年煤氣爐第三次擴徑改造快速興起,∮在2400煤氣爐基礎上內徑擴大為∮2600的技術改造快速推廣,此次改造煤氣發生爐外徑同時擴大,由∮2740mm擴大為∮2970mm,淘汰了原有的外徑為∮2740mm的爐體部分。

    “九五”中后期在∮2600煤氣爐基礎上派生了∮2610和2650煤氣爐,水夾套高度由2134mm增加到2345mm。到目前2345mm的水夾套高度仍然被人們稱之為標準高度的水夾套。

    但是,此次擴徑改造中煤氣爐底盤部分仍沒有進行改造;以^渡區又一次縮小,延流距離由210mm縮小至110mm,煤氣爐運行的穩定性變小了,操作彈性也同時變小,防流問題開始被廣泛重視,防流圈、防流板相繼廣為應用。

    從此時起,在原工藝流程的基礎上改造的∮2600煤氣爐,系統阻力制約煤氣爐生產能力的問題越來越顯的嚴重。于是,從此全行業開始了當時條件下第一次一般性的降低系統流程阻力的技術改造,具體方法是;

    (1)降低洗氣塔水封高度。

    (2)降低氣柜壓強。

    (3)破除造氣系統的“三級余熱回收”流程,從單爐系統中摘除軟水加熱器簡化流程,初步解決了流程繁瑣、系統阻力大的問題。(當時單爐系統有“三級余熱回收”,①蒸汽過熱器、②廢熱鍋爐、③軟水加熱器

    (4)上、下行煤氣管道由∮400~500mm加粗至∮600mm。

    (5)工藝閥門由只有下行煤氣閥采用座板閥其它全部使用閘板閥,發展為大量使用座板閥。

    (6)工藝閥門位置初步調整并且初步合理定位后,應用效果顯著。

    (7)為了克服吹風阻力,加大入爐空氣量提高氣化強度,D系列風機(D300、D350、D400)開始推廣應用,10-19型風機從此摘掉了“高效風機”的桂冠。

    受“三高一短”( 高風量、高炭層、高爐溫、短循環)操作方法的影響,當時對風機的性能要求是“高壓頭大風量”。然而,在當時煤氣爐現有高徑比的條件下何來“高炭層”?可見當時人們對風機性能的選擇存是有認識上的錯誤。

    (8)專用爐箅的優勢逐漸被認識,并且其設計理念逐步被接受,而且有了一定的市場。

    (9)第二版的中燃式吹風氣余熱回收裝置開始推廣應用,同時由熱管鍋爐改為水管鍋爐。

    (10)DCS系統開始逐步推廣應用,逐步取代第一二代自控機。

    (11)簡易式加煤機大量推廣應用。

    (12)部分廠家恢復使用上吹加氮,配置應用量逐步占到煤氣爐總數的65%左右。一系列的技術改造,使煤氣爐單爐發氣量明顯提高,多數廠家比改造前氣化強度提高了近20%,達到1100m3/㎡.h左右。

        (13)腐植酸煤棒技術在湖南省開花結果,湖北省也快速興起,并且逐步在兩省遍地開花。

    (14)∮2600煤氣發生爐繁衍成∮2610左右的煤氣爐(即∮2600、∮2610、∮2650

     “九五”期間雖然煤氣爐的運行狀態有了明顯改觀,但由于當時系統平衡配套程度還不夠,而且對煤氣爐防流問題雖然認識充分,但是防流方法不完善。加之造氣應用技術方面還沒有適應爐型逐步擴大的設備配置條件,特別是煤氣爐高徑比改造還沒有被廣泛認識,并未著手改造。因此,多數廠家仍存在爐況的穩定性較差,氣化強度沒有得到應有的提高。

    “九五”期間中氮肥行業開始認識到中氮傳統造氣流程中存在的問題,在小范圍內開始嘗試取消煤氣三通閥改用上、下行煤氣閥,停止使用燃燒室,逐步摸索改進工藝指標的工作。到“九五”末期,中氮肥行保有∮3000以上爐共285臺。

    4.回顧“十五”期間造氣技術裝備的發展情況:(2001-2005年):

    (1)系統工藝流程改造:小氮肥行業簡化造氣流程、加粗工藝管線、加大除塵設備能力、降低系統阻力等項工作,成為該時期造氣技術改造的主題。集中余熱回收流程開始推廣而且量大面廣,絕大多數傳統工藝流程改為集中余熱回收流程。

    (2)小氮肥行業第四次煤氣爐擴徑改造開始,在∮2100左右煤氣爐(∮2600、∮2610、∮2650)煤氣爐之后,2003年∮2800煤氣爐開始推廣應用,煤氣爐灰渣過渡區降為10mm。

    (3)防流措施隨爐徑擴大而強化;假灰盤、加寬破渣條、利用破渣條向下延伸降低排灰口高度等措施應運而生。

    (4)加粗工藝管道:更大力度的降低系統阻力的改造逐步升級。

    (5)煤氣爐高徑比問題開始被廣泛認識,并且著手進行了大批的煤氣爐高徑比改造,不同程度的增加了爐體高度。

    (6)隨著全行業系統擴產形勢逐步展開,單爐生產負荷被迫逐步增加,上火、掛壁問題成為制約生產的一大難題。為適應逐步增加的單爐生產任務,創造有利于強負荷生產的條件,減少上火、掛壁的問出現,大多數廠家采取了在標準高度水夾套的基本上,進一步提高夾套高度的有效措施。水夾套高度打破了標準高度,達到了2500mm、2600mm,對減少煤氣爐掛壁的幾率穩定爐況起到了很大作用。

    (7)“十五”末期,帶測溫點的爐箅開始逐步推廣應用。

    (8)DCS控制系統大量推廣應用。

    (9)三廢混燃爐成動開發并推廣應用。

    (8)簡易式加煤機發展放緩,自動加煤機推廣速度加快。

    (9)由于原料煤價格上漲,小粒度原料開始大量應用,并且打破了只有少數廠家能應用小粒煤的格局,大量應用致使小粒煤價格上漲,從而失去價格優勢。

    (10)隨著煤氣系統技術改造的不斷深入,人們對風機性能的認識上出現了觀念轉變。加之經過降低系統阻力的改造后,高壓頭大風量風機應用量減少,低壓頭大風量的鼓風機快速推廣應用。

    (11)原料煤分級利用和入爐煤二次過篩問題受到廣泛關注,大多數廠家實現了入爐煤二次過篩,而且大多數廠家都采用了振動篩,當然包括成套購買的彈性桿振動篩和自制簡易的振動篩。

    (12)“十五”中期,中氮肥行業認識到了∮3米系列煤氣爐在節能降耗方面存在的一些不足,初步展開了尚嘗試上馬∮2600左右煤氣爐(∮2600∮2610∮2650)試用的工作。該時期中氮肥行業完全接受了小氮肥造操作方法和工藝指標,中氮肥造氣流程也加大了技術改造力度,方案就是仿小氮肥造氣流程,燃燒室全面停止使用,從而使中氮肥行業造氣運行狀態水平有了一定的提高。

    (13)“十五”末期南北兩地有二家小氮肥廠選擇新上了部分∮3200和∮3300煤氣爐,其中一個廠家上馬8臺、另一個廠家上馬3臺,系統配置均采用了小氮肥流程。由此足以證明小氮肥行業追求煤氣爐大型化和提高單爐生產能力的理念由來已久而且深入人心,這一舉動與當時中氮肥行業的煤氣爐改造形勢是相背的。然而,小氮肥行業直接選擇中氮肥行業獨有的∮3200-∮3300煤氣煤氣爐的廠家只有這二家。

        (14)型煤技術及加工設備有了較快的發展提高,而且應用企業快速增加。

    (15)“十五”末期推出了中壓水夾套,改變了單一使用傳統水槽式水夾套的局面。

    (16)“十五”末期出現了錐形水夾套的煤氣爐,即∮2600/2800錐形煤氣爐和∮2400/2600錐形煤氣爐,而且推廣應用曾經掀起短時期的高潮。

    (17)同時期帶有復合式爐體的錐形煤氣爐(2600/2800)開始生產銷售,后來復合式爐體應運到了直筒型∮2800煤氣爐上(復合式爐體即:爐體部分及煤氣爐頂蓋為夾套型)。

    (18)也是在同時期,南、北兩地生產的造氣工藝閥門(油壓閥門)技術創新出現兩項新成果,對提高工藝閥門的質量和性能作用很大。一是油壓閘板閥內件改進,二是油壓座板閥的改進。經過兩項技術改造,油壓閥門的結構強度提高,定位精確,密閉性能提高,可靠性提高,總體質量有了一次較大的進步。

    然而,由于進入“十五”期間隨著技術改造的快速深入發展,一些方面的技術改造出現失控,一部分廠家系統流程降低阻力的改造跨越了極限,由此出現了負面影響。

    從“十五”末期開始,中氮肥行業開始了“上馬小爐型,拆除大爐型∮3200左右的煤氣爐(∮3000、∮3200、∮3300)”的改建熱朝。從此,∮3200左右的煤氣爐保有量逐年減少!2610左右煤氣爐(∮2600∮2610∮265, 0)和錐形(∮2600/2800)煤氣發生爐批量的進入中氮肥行業(某廠還建成3臺∮2680煤氣爐)。

    總體來說“十五”期間造氣技術處于一個快速發展階段,通過技術改造煤氣爐氣化強度有了大幅度的提高。特別是對煤氣爐主體部分進行了高徑比了合理改造的企業,煤氣爐內有效床層厚度增加,加之系統整體配套條件的改善,煤氣爐的氣化強度部分廠家達到了≥1500m3/㎡.h ,一般條件的也達到了1300 m3/㎡.h左右。

    通過技術改造,造氣系統的平衡配套問題逐步被得到完善,煤氣爐運行狀態逐步改觀,單爐氣化能力有了突破性的提高,氮肥工業經濟效益快速提高。

    5.進入“十一五”期間這幾年的造氣技改形勢:

        進入“十一五”時期,由于原料煤價格上漲過猛,節煤降耗的緊迫性進一步加劇。而且,在全行業都在爭相擴大生產能力的大環境下,各生產企業系統配套的理念基本上都是后工序擴產、造氣少上煤氣爐,要求造氣工序通過提高單爐生產能力來消化系統配置上的不平衡,對造氣工序的工作要求進一步提高。因此,對各企業對煤氣爐進一步挖潛改造的工作全面展開。

        (1)小氮肥行業自1991年進行第二次煤氣爐擴徑改造開始(∮2260擴徑∮2400),實際上只是進行著一步步簡單的直徑擴大,而煤氣爐高徑比和底盤部分沒有改動,等于是延續著中氮肥行業已經出現過的錯誤。進入“十一五”階段,才從因改造不徹底制約煤氣爐生產效率的教訓中醒悟過來。

        從進入“十一五”開始,由于煤氣爐高徑比問題被廣泛關注,造氣技術改造的重點由流程改造轉向煤氣爐主體部分的技術改造,而且煤氣爐的技術改造由單純擴大煤氣爐直徑轉化為同時增加煤氣爐高度。從“十一五”初開始,高徑比改造工作全面展開。甚至有的廠家放棄了對建設初期上馬的煤氣發生爐技術改造,直接推倒重建,在新建系統中全面應用了現行的新技術、新裝備、新配置,實現了跨越式發展。截止目前,煤氣爐高徑比達標率約占75%左右(高度達到1:2),水夾套高徑比達標率約占65%左右(高度達到1:1)。 

    然而,由于∮2米系列煤氣爐上仍然是普遍使用∮1980煤氣爐的底盤部分,受此條件制約,前幾年小氮肥行業煤氣爐的擴徑改造也有回頭現象。據新建煤化工工程煤氣爐選型情況和近期改擴建工程的煤氣爐選型情況的粗略統計,選用量最多的爐型是∮2610左右的煤氣爐(∮2600-∮2610-∮2650),約占新上或新改建煤氣爐總數的80%左右。受此影響,中氮肥行業煤氣爐改型也指向了∮2610左右的煤氣爐。

    (2)水夾套高度進一步增加。煤化工行業一直重視煤氣爐水夾套熱損失的問題,并且從沒有放棄嘗試對煤氣爐水夾套結構形式進行改進。然而,無奈的是進入“十一五”后,為了應對入爐原料質量下降和單爐生產任務進一步提高的實際困難,水夾套高度又出現了再一次增加,∮2610左右煤氣爐水夾套高度增加到了 2700mm,∮2800煤氣爐水夾套高度增加到了2800-2900mm。對消化劣質煤和型煤氣化的條件下在操作方面是十分有利的。

    水夾套高度增加的同時增加了一定的熱損失是客觀現實,單就這一點來講是無可厚非的,這一點不用專家分析人們也都知道。但是,夾套高度增加是 “利”遠大于“弊”的改造方法,這個結論是勿容質疑的。這是一個經眾多人反復權衡利弊之后作出的極其無奈的明智選擇,應用廠家絕非是草率盲動,而是在客觀條件制約生產、影響能耗和配套設備技術開發等方面沒有新突破的條件下作出的十分明智的選擇,這一點同樣是無可厚非的。

    長期以來,人們從未放棄的苦苦求索一種即防止煤氣爐掛壁又不增加熱損失的雙全措施。早在上世紀80年代初期至中期,就有廠家嘗試將夾套內壁澆鑄耐火材料試圖起到隔熱作用。但是,因為當時選材等問題未能成功而放棄。同時期某廠嘗試在水夾套內壁上整體覆加一層鋼板套層,同樣試圖借助此套層起到一定的隔熱作用。但是,因種種原因也沒能成功而放棄。

    當今,新技術、新材料已經今非昔比,從“十一五”初期開始,隨著設計技術的提高和新材料、新材質的不斷涌現,陸續出現了幾種新的煤氣爐夾套隔熱方式;a. 導熱油介質的夾套; b.熔鹽介質的夾套;c.水夾套內壁上噴涂隔熱材料層;d.水夾套內壁上粘貼隔熱層,并且這幾項技術措施已經都有了使用廠家。

    希望本次水夾套的隔熱技術改造,能夠真正起到即防止煤氣爐掛壁又不增加熱損失的雙全效果。如果能夠達到如此效果,那就是UGI氣化爐的又一次重大技術突破,煤氣爐的熱效率肯定有相應程度提高。

        (3)“十一五”初期,2米系列煤氣爐爐箅及整個底盤部分的材質有了“本質的改變”,特別是鑄鋼材質爐箅快速推廣,爐箅使用壽命加長。

    (4)帶測溫點的爐箅推廣應用,使用爐箅溫度測量能通過此測量值了解灰渣層灰的變化趨勢,非常有利于氣化層位置的控制,它的顯示比下行煤氣溫度要提前1小時左右。

    (5)時下可喜的是小氮肥行業煤氣爐高徑比問題深入人心,多年來的遺留問題逐步得到完全解決。然而,這項工作又出現了過頭現象,有的單位不顧客觀需要,將煤氣爐總高度搞的遠遠超出合理的高徑比,過大的爐內空間無法充分利用,不但造成投資浪費也導致原料撒播入爐落差大破損率增加,同時致使爐上空間過大蒸汽消耗增加,成品氣回爐量增加,浪費加大付反應增多,煤氣成份受到一定的影響而變差。

    (6)進入2006年下半年后錐形煤氣爐保有量再沒有新的增加。

    (7)目前,煤氣爐本體的技術改造逐步深入,大部分煤氣爐的有效床層高度達到或超過了合理的床層高徑比,床層阻力普遍的不同程度,一些廠家出現了因原配風機壓頭過低風量不足而造成;氣體成份差、灰渣含碳量高、發氣量差的問題,原配的低壓頭風機的性能已經不適合現有的床層高度和床層阻力。因此,對配套風機的選擇理念又到了轉變的時候。

    6.中氮肥與小氮肥爐型選擇的認識上存有很大差異:

    固定床間歇氣化爐必需向大型化發展,只有進一步提高單爐生產能力才能適合與大型生產裝置配套,才能進一步降低單位能耗。否則,該氣化方法的應用價值將不會提升。

    前二年,∮2800煤氣爐應用量有一定擴展,經過一段時間的使用,很多人認為∮2800煤氣爐不是“節能型”煤氣爐,又返回到∮2610mm左右的煤氣爐(∮2600、∮2610、∮2650),并且稱之為“節能型煤氣爐”。

    中氮肥行業這些年一直在做著淘汰“能耗高的”∮3米系列煤氣爐,新建小氮肥行業使用的“節能型煤氣爐”的工作,僅個別廠選用了錐形(∮2600/2800)煤氣爐。

    (1)當前煤氣爐擴徑改造的新形勢:

    小氮肥行業對煤氣發生爐一步步的擴徑改造,都是對該氣化技術有了更深的理解以后才做出的正確選擇。雖然在一步步的擴徑改造中,某些原有的配套部件一步步的偏離平衡,但也正是在技術改造中暴露了問題、發現了問題。因此才有了對該技術更深刻的理解,才使我們感悟出以往技術改造中的失誤,才能準確的找出下一步平衡改造的關健點。

        在中氮肥行業加緊建設∮2米系列煤氣爐,淘汰∮3米系列煤氣爐的同時,小氮肥行業先是開發出兩款加大的新型底盤,用于煤氣爐擴徑的平衡配套,后來在2007年又推出了仍然具有∮2米系列煤氣爐特點的∮3000煤氣發生爐,湖北某廠首批上馬24臺用于型煤氣化。

    小氮肥行業自∮2610左右的煤氣爐普遍應用后,特別是在∮2800煤氣爐上,一直在傳統的煤氣爐底盤上千方百計的摸索防流措施,雖然產生了一定作用,但是發現總不是治本之策,效果仍然不理想。例如;過度防流致使排灰受阻,影響氣化能力;以^渡區過小,致使排灰溫度過高,灰倉溫度高于下行煤氣溫度,灰渣質量差,熱損失大等。在一些行業專家多少次的乎吁和昌導下,終于拉開了煤氣發生爐底盤重新設計整體擴大的帷幕。由此,又一次堅定了小氮肥行業追求煤氣爐大型化的信心。

    目前,∮2米系列煤氣爐底盤,已經有了三次直徑擴大;第一次是將灰盤擴大為3070mm,第二步擴大為3120mm,第三步擴大為灰盤直徑3440mm,第三次擴大已經接近了∮3200左右的煤氣爐(∮3000、∮32000、∮3300)通用的直徑為∮3520mm灰盤直徑。

    就現有爐型的運行情況相比較,∮2800煤氣爐單位面積的氣化強度低于∮2610左右的煤氣爐,更低于∮2400煤氣爐,灰渣返焦率高于∮2米系列的其它煤氣爐,最重要的一大因素是∮2800煤氣爐底盤部分的灰倉內沒有灰渣過渡區。并非說煤氣爐不能擴徑到∮2800,而是∮2800煤氣爐與現用的老式底盤配套極端的不平衡。也可以說;∮1980煤氣爐和∮2745煤氣爐的擴徑改造,都是極端的挖掘了原有底盤部分的潛力而失敗的,對于這個問題已有廣泛共識。

    目前,部分廠家已經開始應用了整體放大了的底盤部分,例如∮2610煤氣爐配∮3120mm的灰盤,灰渣過渡區達到了255mm,灰渣過渡區也有了相應程度的增加。

    對照一下煤氣爐底盤的原設計;

    ∮1980煤氣爐的配套灰盤∮2820mm,灰渣過渡區420mm。

    ∮2745煤氣爐的灰盤∮3520mm, 灰渣過渡區 390mm。

    ∮3600煤氣爐的灰盤∮4400mm, 灰渣過渡區420mm。

    為什么原設計的底盤灰渣過渡區都是400mm左右,這里面飽含了科學處理灰渣安息角和延流距離的技術要領,其中不乏技術原理,這就是今后煤氣爐底盤部分進一步改進的參照物。

    (2)分析∮2米系列煤氣爐各爐型的特性:

    在∮2米系列煤氣爐中,單位面積的氣化強度最高、操作彈性最大的是∮2400煤氣爐,∮2400煤氣爐雖然優點較多,但必競是氣化截面積小,不符合提高單爐氣化能力的要求。

    ∮2610煤氣爐氣化截面積大于∮2400煤氣爐0.85㎡,單位面積的氣化強度如果與∮2400煤氣爐同在1400m3/㎡.h,就可增加發氣量812m3/h。因其對灰盤部分潛力的挖掘程度介于∮2400與∮2800之間,操作彈性和運行的穩定性相比∮2800煤氣爐好一些,發氣量又大于∮2400煤氣爐,因此人們左右權衡利弊后才認為∮2610左右的爐型是“節能爐型”。那么,∮2米系列煤氣爐只能定型在∮2610左右而不能再發展了嗎?小氮肥行業追求了多少年的煤氣爐大型化就功虧一簣了嗎?

    實際上,∮2米系列煤氣爐的幾種爐型只所以存在的不同的應用特點,完全是擴徑改造對煤氣爐底盤部分潛力的挖掘程度造成的。并非∮2800煤氣爐存在擴徑尺寸的錯誤,而是底盤部分的配置已經嚴重脫離實際需要而造成后果。只要底盤部分配套達到平衡,不但∮2800煤氣爐能達產達效,而且∮2米系列煤氣爐完全可以擴徑到∮2900,甚至沖破∮2米系列步入∮3000。

        ∮2米系列煤氣爐底盤部分擴大改造,必將引領∮2米系列煤氣爐步入真正的煤氣爐大型化。

    (3)∮3米系列煤氣爐主體的改造情況及發展方向

    ∮2米系列煤氣爐和∮3200左右的(∮3000、∮3200、∮3300)煤氣爐,都是經過多次擴徑改造而形成現有狀況的。隨著中氮肥行業拆老爐換小爐的改造進程發展,∮2745煤氣爐派生的系列爐型在逐步減少,目前已經拆除或停用接近或超過半數。

    目前,只有1959年從前蘇聯引進的∮3600煤氣爐配∮4400灰盤的母本還基本上存在。所謂基本上存在指的是∮3600煤氣爐沒有搞過擴徑改造,只是一部分廠家對煤氣爐高徑比和水夾套高度及爐箅做過合理性改造!3600煤氣爐總數量,原有資料數據表明只有34臺,在20世紀末期又略有增加但是仍然不足40臺。

    從逐步擴徑的系列煤氣爐的運行效果分析,正如前文所述的那樣;在原有的打底盤部分不變的條件下,爐徑逐步擴大負面的問題隨之而來!3600煤氣爐未經擴徑改造,而總體運行效益情況還是相對比較好的,先進的應用廠家日產(合成氨)可達120噸,其單位面積的氣化強度與∮2600煤氣爐不相上下。

    總之,煤氣爐大型化是固定床氣化技術的重要節能改造措施,是該氣化裝置今后發展的主流方向,也是提升該氣化技術使用價值的必由之路。煤化工行業規模效益是明顯的,規模大單位能耗低,單位效益高,煤氣爐的工作原理同樣如此,因此煤氣爐大型化也是提高煤化工行業技術裝備水平的必由之路。

    道理很簡單;爐內物容量越大熱容量同樣越大,氣化效率越高、氣化能力越大,熱損失越小。就象一熱杯水和一桶熱水相比,容器內介質溫度雖然都是100℃,但是兩個容器內介質的熱函卻截然不同,做功能力和做功量當然也截然不同。煤氣爐氣化能力大,熱損失小,提高單爐氣化能力是降低熱損失,提高煤氣爐熱量轉化利用率和節煤降耗的有效途徑。

    只要我們在改造過程中理念不被否曲,科學的把握和順應主流。以科學、嚴謹、務實的態度保證健康發展,把握好局部改造的合理性與綜合平衡的分寸關系處理,煤氣爐進一步擴徑改造必然獲得應有的經濟效益。 

    回顧歷史是為了用前人的成功啟發后者,用前人的教訓警示后者。尊重歷史就是尊重前輩們的勞動和成果,能在教育我們自勉的同時激發我們的創新力。

    回憶上世紀80年代初期,小氮肥行業處在小爐子(煤氣爐)成群、小機子(壓縮機)成隊時代,那時候單爐生產能力和單位能耗是何等水平。是通過一步步的煤氣爐擴徑增容才使小氮肥行業單爐生產能力逐步提高,才使單位能耗一步步降低的。因此,這條不斷延伸的成功之路不能中斷,這方面的潛力和效益尚待進一步挖掘,我們絕不能放棄努力。

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