間歇式造氣爐綜合改造

周生賢，肖廣苓

（山東濟氮研究所，山東微山 277600）

在我國合成氨、甲醇生產(chǎn)中，大多數(shù)中小型合成氨、甲醇企業(yè)仍然采用間歇式造氣爐制氣。為了進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高裝置的生產(chǎn)能力，特別是生產(chǎn)甲醇的廠家對造氣爐提出更高的要求。對煤氣中氧含量、氮含量均有更嚴(yán)格的指標(biāo)。絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)對造氣系統(tǒng)進(jìn)行了各種改造，并取得了明顯效果。

山東濟氮研究所經(jīng)過深入研究，考慮到甲醇企業(yè)對降低氧、氮的特殊要求，并經(jīng)過多家企業(yè)生產(chǎn)實踐驗證，對關(guān)鍵部位作了較大的改造。為有利于操作，增設(shè)了部分測溫點?，F(xiàn)總結(jié)如下，供廣大甲醇（合成氨）企業(yè)參考、選用。

1 造氣爐頂部改造

1.1 將上行煤氣出口由側(cè)面偏出改為頂部高出

將上行煤氣出口由側(cè)出改為頂部高出，上行煤氣閥改放在爐口旁，相當(dāng)于加高了爐體，增加了高徑比。優(yōu)點是可提高有效炭層高度，乃至滿爐炭層，減少下吹蒸汽死角空間，增加制氣時間，節(jié)約蒸汽，減少吹風(fēng)和上吹高溫氣體的帶出熱，可將上行煤氣由300℃降至150℃左右，預(yù)熱低溫原料，緩解煤炭粉化，減少帶出物。

1.2 將爐頂蓋下彎型內(nèi)襯改為平頂

采用此項改造，可提高爐內(nèi)周邊的有效高度，約600mm左右；吹風(fēng)和上吹帶出的小顆粒煤碰撞到頂部平面，所受反作用力便于小顆粒煤下落、沉降、分離。有利于減少帶出物，相應(yīng)降低了煤的消耗。

1.3 增設(shè)爐內(nèi)除塵設(shè)施

在爐頂上行煤氣出口處，增設(shè)角鋼式碰撞分離除塵器。可將吹風(fēng)、上吹帶出的煤顆粒分離，靠重力返回炭層。這個除塵器也是下吹蒸汽預(yù)熱器，回收吹風(fēng)和上吹高溫氣的帶出熱，加熱下吹蒸汽。它同時還是吹風(fēng)、上吹的均勻集氣器，可引導(dǎo)氣體沿著正確的方向垂直均勻通過爐膛。

1.4 增設(shè)下吹蒸汽分布器

在炭層頂部增加兩道環(huán)形蒸汽分布器，讓下吹蒸汽均勻分布后進(jìn)入炭層。該分布器又是高效熱交換器，當(dāng)吹風(fēng)和上吹時它被加熱（蓄熱器），下吹時其蓄存的熱量由低溫蒸汽帶入氣化層，多產(chǎn)煤氣。在此通氣口處增加擋板，煤粉碰撞擋板后垂直落下，因此，該分布器兼有除塵作用。

2 關(guān)鍵部位增設(shè)測溫點

已由江蘇省邳州興亞公司定型生產(chǎn)。

2.1 風(fēng)帽頂增設(shè)測溫點

測溫點鑄造在風(fēng)帽頂上，測溫準(zhǔn)確。

優(yōu)點：距離氣化層較近，僅15±5cm，能較準(zhǔn)確測定氣化層相應(yīng)的溫度，故可稱為氣化層的定位指標(biāo)。

由于測溫點套管鑄造在風(fēng)帽頂內(nèi)，該測溫點背向吹風(fēng)，極少受吹風(fēng)的低溫影響，同時上下氣流切換頻繁，時間甚短，受氣流溫度變化影響的只是它的表面。風(fēng)帽頂上部測溫點尚未波及到，流動氣流又切換了。因為該測溫點離氣化層很近，影響它的主要熱源是輻射熱和傳導(dǎo)熱，以及下吹高溫煤氣，所以此點溫度接近氣化層溫度，反應(yīng)靈敏、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、無誤，是可靠的基礎(chǔ)指標(biāo)。如果該點溫度升高，則證明氣化層下移；如果該點溫度下降，則證明氣化層上移；如果該點穩(wěn)定，則證明氣化層穩(wěn)定（控制適宜位置）。

只要控制該溫度不波動，氣化層就穩(wěn)定，爐況就會很理想?？刂圃擖c溫度不低于600℃，造氣爐便不會結(jié)疤；控制該點溫度不高于700℃，爐箅便不會燒壞。

控制該點穩(wěn)定在適宜的范圍內(nèi)（650± 50℃），爐渣中便不會有返炭，也不會有大疤塊，大部分形成均勻的小渣塊（蜂窩狀的碎塊）。

所以，造氣爐操作便可簡化成一個指標(biāo)操作法，能達(dá)到一穩(wěn)應(yīng)多變的目的。

2.2 灰犁右上側(cè)表面增設(shè)測溫點

該測溫點鑄造在灰犁右上側(cè)外表面。實際位置是在灰層的上沿，離氣化層近，為10±5cm，能準(zhǔn)確反映造氣爐周圍的氣化層是否規(guī)整。

如果對應(yīng)的兩個測溫點溫度相等，證明氣化層不偏，氣化層規(guī)整。

如果兩邊的灰犁溫差相當(dāng)大，證明氣化層高低偏斜。

生產(chǎn)中，如發(fā)現(xiàn)兩邊灰犁上的測溫點溫差大，應(yīng)立即將高溫一側(cè)推遲一次下灰。一般情況下，推遲高溫一側(cè)下灰即可將兩灰犁溫度扳平，趨近相等，便可避免偏爐，下紅火，溜生炭等。

這兩點溫度也能準(zhǔn)確、靈敏反映出氣化層上下移動情況。如果兩點溫度均有升高，說明氣化層下移；如果兩點溫度均有下降，說明氣化層上移；如果兩點溫度均不波動，說明氣化層穩(wěn)定。

嚴(yán)格控制兩灰犁測溫點處溫度在適宜的范圍內(nèi)，即600℃左右，便可使氣化層穩(wěn)定在合理恰當(dāng)?shù)奈恢?。氣化層形態(tài)不波動，爐況穩(wěn)定。

2.3 在水夾套上沿和下沿分別增設(shè)測溫點（對稱設(shè)兩組測溫點）

造氣爐水夾套的位置就是氣化層的位置。在水夾套的上沿和下沿對稱設(shè)置測溫點，最能靈敏反映氣化層變化情況。此處共設(shè)兩對測溫點。測溫點均面向氣化層，受溫度低的蒸汽、空氣的影響極小。主要受氣化層的熱輻射、熱傳導(dǎo)的影響，所以對氣化層的測定非常準(zhǔn)確。能準(zhǔn)確反映出氣化層的實際溫度，便于指導(dǎo)調(diào)節(jié)氣化層溫度。通過對該處測溫點的溫度控制，可使氣化層穩(wěn)定，保證氣化層不上移，造成翻爐，也可保證氣化層不下移，避免結(jié)大疤塊，保證碎炭不下漏，或返炭多等造成消耗增高。

3 爐底增設(shè)氣化劑均勻分布器

造氣爐運行不穩(wěn)，有時波動較大。特別是直徑較大的造氣爐，如φ3 600mm造氣爐與φ2 600mm造氣爐相比，φ2 600mm造氣爐反而比φ3 600mm造氣爐穩(wěn)定。氣化爐穩(wěn)定運行的影響因素較多，氣化劑分布不夠均勻也是不可忽視的重要因素。直徑小的造氣爐氣化劑較易分布，直徑大的造氣爐就難以分布。爐箅子雖然有分布?xì)饣瘎┑淖饔?，但中心一、二、三層通氣阻力小，氣化劑要通過周邊，必須向周邊擴散，然后才能垂直向上行。如果不對通氣截面嚴(yán)格控制，是無法實現(xiàn)均勻布風(fēng)的，特別是對于直徑大于φ3 000mm的大爐子更是這樣。氣化劑的分布還受風(fēng)量大小、煤的粒度、炭層高度等的影響。

為此，山東濟氮研究所研發(fā)出了一種均勻氣化劑分布器，裝設(shè)在爐箅子底部，按風(fēng)箱和造氣爐截面積比例分成六層、七層，使氣化劑按每層爐箅對應(yīng)的爐膛截面積成等比例均勻分配。吹風(fēng)時，無論風(fēng)機的風(fēng)量如何變化，造氣爐何種規(guī)格的高徑比及爐徑的大小都是均勻分布，絕對不會偏風(fēng)，不產(chǎn)生風(fēng)洞。上吹制氣時，蒸汽分布同樣也是均勻的。對于特別大的造氣爐，氣化劑的分布也是十分均勻的。

該分布器按設(shè)定的比例制作，并裝有導(dǎo)向圈，按爐膛截面積之比，氣化劑在風(fēng)箱管口處就強制導(dǎo)流通過，使氣化劑分布十分均勻，不受其他因素的影響。保證在任何情況下都是分布均勻的。該氣化劑分布器的設(shè)置還有以下用途。

（1）可作為下行煤氣的均勻集氣器。它能間接抑制下吹蒸汽偏流。

（2）也是低溫吹風(fēng)空氣和高溫下行煤氣的熱交換器，下行高溫煤氣將該分布器加熱，空氣鼓風(fēng)機送來的涼風(fēng)回收高溫煤氣傳導(dǎo)的熱量，成為熱風(fēng)，進(jìn)入氣化層，提高發(fā)氣量，降低煤耗。

（3）也填充了上吹蒸汽在爐箅下的空間死角，降低煤氣中的氧含量，節(jié)約蒸汽，使?fàn)t況穩(wěn)定，抑制偏流現(xiàn)象。

該氣化劑均勻分布器適合各種型號的間歇式煤氣爐，特別適用于中型廠φ3 000mm以上的造氣爐。φ3 000mm以上的爐子因為截面積大，氣體分布容易偏流不勻，更需增設(shè)氣化劑分布器。

4 改造自動加焦機

（1）將吹風(fēng)氣連接自動加焦機，作為吹風(fēng)氣（放空氣）回收的一個旁路，預(yù)熱、加熱低溫煤炭，烘干煤球、煤棒，并回收吹風(fēng)氣余熱。

（2）將下沉式開啟閥改為上提式開啟閥。

因為下沉式開啟閥導(dǎo)致炭層中心低，邊緣高，易形成鍋底式炭層，這種形式的炭層容易造成吹翻爐的事故。改成上提式開啟閥可使炭層分布均勻，呈墳頭狀，和爐箅形狀相似，炭層阻力均衡，不易吹翻爐。

上提式開啟閥可使大煤塊相對集中在爐中心，小塊煤散在周邊，大塊煤燃燒徹底。

5 水夾套的改造

（1）在水夾套內(nèi)表面上、中、下分別增設(shè)導(dǎo)流環(huán)

眾所周知，無論吹風(fēng)空氣還是上、下吹蒸汽均容易順?biāo)畩A套光滑的表面壁流，導(dǎo)致氣化效率低，未分解的蒸汽將爐內(nèi)熱量帶走，不僅造成煤耗增高，浪費蒸汽，還使煤氣中冷凝量增加，增大了排污量，給環(huán)保排放增加負(fù)擔(dān)。煤氣溫度難降，使洗氣塔冷卻水大量增加。

因此，在水夾套的內(nèi)表面上增設(shè)兩、三道防壁流環(huán)，是十分必要的。經(jīng)過部分廠家實驗，效果較為理想。明顯地提高了造氣爐的氣化強度，同時還節(jié)約了蒸汽，減少了蒸汽帶出熱的損失。防止煤塊沿壁下滑，減少返炭的產(chǎn)生。也防止空氣走近路而造成煤氣中氧含量增高給變換及甲醇帶來不利影響。

（2）在水夾套內(nèi)壁表面增設(shè)保溫層

在水夾套內(nèi)壁表面上增設(shè)一層薄薄的絕熱性能好的耐高溫光滑保溫層，不減少爐膛通氣截面積。以此盡量減少熱傳導(dǎo)，減少夾套蒸汽產(chǎn)量，減少氣化層內(nèi)的熱損失，增加煤氣產(chǎn)量。避免用無煙煤當(dāng)煙煤使用生產(chǎn)蒸汽的浪費。

該項改造，投資少，節(jié)能效果顯著，已在實驗廠運行一年多，證明是完全可行的，效果也是明顯的。

（3）增設(shè)破渣條內(nèi)表面保溫隔熱層

原設(shè)計的破渣條使水夾套的散熱表面成倍增加，造成水夾套內(nèi)的水移走熱量增加。因此，在原破渣條內(nèi)表面增加絕緣層隔熱，減少爐內(nèi)熱量散發(fā)。設(shè)計1～2mm的高效隔熱層，即可達(dá)到理想效果，該辦法簡單易行，立竿見影，值得推廣。

6 改造閥門

（1）在閥體內(nèi)下腔方塊盲板（檢查孔）處增設(shè)一個盲腸管式小除塵器。

具體做法是，將閥體下部小方塊盲板卸掉，換上一個法蘭盲腸管，尾部加球閥。使用時定期排灰塵，防止閥板和閥口密封面磨損及避免灰塵墊起閥板，造成密封不嚴(yán)而產(chǎn)生內(nèi)漏。

（2）在閥體內(nèi)增加閥頭腔，保護閥頭。

（3）改造坐板閥入、出口走向，與原相反。原設(shè)計為底進(jìn)上出，閥門關(guān)閉時容易關(guān)不嚴(yán)。現(xiàn)改為上進(jìn)下出，閥頭下落關(guān)閉閥門時，氣體在閥頭上部，越壓越緊，可使閥門關(guān)嚴(yán)不易內(nèi)漏。

（4）煙囪閥改為下開式，即將上提式開閥改為下沉式開閥。此項改造主要是從安全角度考慮，當(dāng)斷電時，閥頭自動下落開啟，確保安全。

7 消除死角

造氣爐制氣為間歇制氣。空氣、蒸汽、煤氣等各種介質(zhì)切換頻繁，原流程死角空間很大。如爐底下風(fēng)箱管和爐箅內(nèi)腔空間（容積）太大；下行煤氣閥、吹風(fēng)閥、上行蒸汽閥等離爐底較遠(yuǎn)，管道內(nèi)的死角容積也不小，吹風(fēng)之后的空氣余留在死角內(nèi)，即使做上吹吹凈，仍有一部分吹不徹底，轉(zhuǎn)下吹時將死角空氣帶至氣柜。造成雖然閥門等無泄漏，半水煤氣中氧含量仍有0.5%左右。為消除以上弊端，宜采取以下措施。

（1）將吹風(fēng)閥、上吹蒸汽閥、下行煤氣閥改移到爐底最近處。將爐底三通管改造為單管，即將下行煤氣管當(dāng)成主管道，吹風(fēng)閥接管蹲在下行煤氣管上部，緊靠下行閥；上吹蒸汽管道插口改移在下行煤氣閥板上。上吹蒸汽時徹底將空氣吹入爐內(nèi)燃燒掉。

因吹風(fēng)閥蹲在下行煤氣管上，O2系大分子，極易下落到主管線內(nèi)。變上吹時極易被蒸汽吹入造氣爐內(nèi)燃燒，可使氧含量降低0.2%～0.3%，同樣也減少了蒸汽死角，節(jié)約蒸汽。氧含量的降低，也減少了變換的蒸汽消耗，同時也避免了因過剩蒸汽冷凝水外排給環(huán)保帶來的負(fù)擔(dān)。

（2）同理，下吹蒸汽閥、上行煤氣閥、煙囪閥、回收閥等由旋風(fēng)除塵器出口改移到入口離造氣爐最近處，減少下吹蒸汽在上行管道和旋風(fēng)除塵器內(nèi)存在的龐大死角空間容積。避免變上吹時將這部分蒸汽吹到洗氣塔，造成蒸汽損失，蒸汽冷凝還要浪費大量的冷卻水。僅此一項就多浪費20%以上的蒸汽，炎熱夏天，煤氣溫度居高不下，也與此有關(guān)。

以上兩項死角空間（容積）在介質(zhì)切換過程中也耽誤了有效制氣時間，每個循環(huán)填充爐上、爐下大量死角（容積）空間，浪費達(dá)10%以上的有效制氣時間。

通過對造氣爐的改造，使操作更加方便；提高了原料的利用率；節(jié)能降耗；減少排放，保護環(huán)境；提高了煤氣中有效氣體成分，降低煤氣中的氧含量、氮含量（降氧的同時也降低了氮的含量）；保證安全生產(chǎn)。特別適合甲醇生產(chǎn)使用。以上改造，已在實驗廠和全國幾十家企業(yè)推廣應(yīng)用，均收到顯著的效果，現(xiàn)簡要作一總結(jié)，供同行參考，不當(dāng)之處，懇請?zhí)釋氋F意見。