純氧連續(xù)式氣化爐改造小結(jié)

(安陽(yáng)九天精細(xì)化工有限責(zé)任公司 ， 河南 安陽(yáng) 455133)

煤氣化技術(shù)是高效清潔的潔凈煤技術(shù)，目前常用的純氧焦炭制備CO的氣體發(fā)生爐的爐壁主要分為兩種形式：一種為耐火磚結(jié)構(gòu)，一種為水冷壁結(jié)構(gòu)。對(duì)于耐火磚壁面來(lái)說(shuō)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，氣化產(chǎn)生的熔渣對(duì)耐火磚產(chǎn)生持續(xù)的浸蝕，使用壽命短，需要定期更換；對(duì)于水冷壁壁面來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)氣化爐采用的水冷壁主要為水冷壁盤管，有的為螺旋盤管，有的為豎直管加鰭片，耐壓性能較低，焊縫多，不安全。而且傳統(tǒng)氣化爐存在水冷壁高度和氣化爐高徑比設(shè)置不合理的問題。水冷壁高度設(shè)置不合理導(dǎo)致氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度高于灰熔點(diǎn)，使得焦炭溫度超過灰熔點(diǎn)時(shí)在爐壁上產(chǎn)生結(jié)焦掛疤的現(xiàn)象；高徑比設(shè)置不合理，導(dǎo)致反應(yīng)熱無(wú)法充分利用，焦炭消耗量高。關(guān)于CO的制備，安陽(yáng)九天精細(xì)化工有限責(zé)任公司采用純氧連續(xù)氣化生產(chǎn)一氧化碳技術(shù)，以焦炭為原料，氧氣和二氧化碳為氣化劑，采用固定床連續(xù)氣化工藝，自動(dòng)加炭，連續(xù)制氣，得到粗煤氣(CO含量為65%左右)，經(jīng)凈化、壓縮、變壓吸附提純等工序得到純度≥97%的CO送往DMF工序。本次對(duì)純氧連續(xù)式氣化爐進(jìn)行改造的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，從而實(shí)施一種高效節(jié)能氣化爐。

1 工藝流程

粒度為25～60 mm的合格焦炭由料倉(cāng)經(jīng)給料機(jī)加入到自動(dòng)加焦機(jī)內(nèi)，自動(dòng)加焦機(jī)定時(shí)將焦炭加入氣化爐內(nèi)。氣化劑CO2與O2通過各自的調(diào)節(jié)閥按一定比例經(jīng)過混合器從氣化爐底部進(jìn)入，與爐內(nèi)熾熱的焦碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成的粗煤氣(即原料氣)從氣化爐頂部引出，經(jīng)旋風(fēng)除塵器除去灰塵，在廢熱鍋爐、洗氣塔回收熱量降溫后進(jìn)入PSA一段、二段，得到純度為97%以上的CO產(chǎn)品氣。

2 存在問題

氣化車間目前有Ф2 400 mm CO氣化爐4臺(tái)，爐體總高8 m(爐頂上法蘭至爐體大法蘭下平面)，水夾套為全低壓水夾套，上筒體筑爐以下部分水夾套高2 m；爐箅為四層寶塔形，三層風(fēng)道，總高1.02 m；條狀破渣條，尺寸400 mm×50 mm×40 mm，凈空間距0.15 m。由于原造氣爐設(shè)計(jì)是常規(guī)固定床間歇爐的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不適應(yīng)純氧制氣的需要，主要存在以下問題：①上筒體筑爐以下部分水夾套高度只有2.1 m，造成夾套以上嚴(yán)重結(jié)焦，結(jié)焦厚度達(dá)到800 mm以上，嚴(yán)重影響氣化爐的正常穩(wěn)定生產(chǎn)。②爐箅設(shè)計(jì)不合理，只有三層風(fēng)道，總高僅1.02 m，布風(fēng)不均，面積不夠，破渣條破渣能力嚴(yán)重不足。③爐底總成設(shè)計(jì)不合理，提高氣量時(shí)嚴(yán)重流碳跨碳。④自動(dòng)加焦機(jī)設(shè)計(jì)不合理，嚴(yán)重漏氣，造成安全隱患并且消耗增大。⑤水夾套為低壓夾套，產(chǎn)生冷壁效應(yīng)，使消耗增加，產(chǎn)生0.08 MPa低壓蒸汽不能進(jìn)入蒸汽管網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)放空，造成嚴(yán)重能源浪費(fèi)和污染。⑥旋風(fēng)除塵器除塵效果不好，導(dǎo)致大部分煤灰被帶到后系統(tǒng)。

3 裝置系統(tǒng)改造

針對(duì)氣化爐裝置系統(tǒng)存在的問題，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改造。

3.1 原造氣爐整體更換

采用提升型固定床連續(xù)氣化CO發(fā)生爐CY-Ф2 800 mm直筒煤氣爐，該爐整體配置合理，防流措施完善，氣化強(qiáng)度840 m3/h，單爐發(fā)氣量≥5 500 Nm3/h，灰渣殘?zhí)苛俊?%，有效氣體成分含量高，操作彈性大、工況穩(wěn)定，節(jié)能降耗效益高。水冷壁高度增加到5.5 m，使氣化爐內(nèi)氧化層和還原層高溫區(qū)位于水冷壁范圍內(nèi)，通過控制水冷壁鍋爐蒸汽壓力控制水冷壁內(nèi)循環(huán)循環(huán)水溫度，使氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度低于灰熔點(diǎn)，解決焦炭溫度超過灰熔點(diǎn)時(shí)在氣化爐壁上結(jié)焦掛疤問題。在有效地提高碳層高度，加大氣化強(qiáng)度，增加發(fā)氣量的同時(shí)，還能有效地控制上氣道溫度，減少熱損失，降低煤耗。同時(shí)碳層高度的提高，可以有效地減少爐上帶出物，延長(zhǎng)氣化時(shí)間，提高了CO的含量。同時(shí)提高爐內(nèi)碳層高度，還可以減少火層下移，避免“吹翻”和“空洞”，保護(hù)爐箅，保證氣化生產(chǎn)的安全連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 爐底采用七層六邊形新型爐底

兩個(gè)出灰口都設(shè)置了防流板與爐底一次澆鑄而成，耐熱、抗磨、不變形，使用周期長(zhǎng)。同時(shí)增大了底盤強(qiáng)度，合理的排渣角度，設(shè)計(jì)堆積角控制在40°左右，無(wú)需加內(nèi)防流，徹底杜絕了煤氣爐流炭、垮炭現(xiàn)象，煤氣爐的工藝更加穩(wěn)定，爐渣返焦率可以穩(wěn)定地保持在理想水平，保證不流炭。滾動(dòng)導(dǎo)環(huán)兩側(cè)配有4道填料密封，阻止導(dǎo)環(huán)進(jìn)灰，確?；纼?nèi)清潔，滑道內(nèi)四點(diǎn)連續(xù)注油，減少機(jī)件磨損，降低轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。爐條機(jī)采用閉式傳動(dòng)，變頻調(diào)速，立軸設(shè)注油點(diǎn)，使用周期長(zhǎng)。CO發(fā)生爐7層六邊塔形高效節(jié)能爐箅，層間間距小，氣化劑分布均勻合理。六邊形尖角破渣，破渣部位堆焊耐磨耐高溫材料，加各環(huán)區(qū)灰渣下降速度均衡，使?fàn)t內(nèi)熱量分布均勻，灰渣殘?zhí)苛康?爐箅A、B、C、D四層為耐熱鑄鋼，下部各層添加了錳,提高鋼的抗沖擊力和耐磨性能，延長(zhǎng)了使用周期。 破渣條采用梯形破渣條，規(guī)格尺寸合理、間距科學(xué)布置，合理定位，兼顧了提高破渣能力、防流、保護(hù)水夾套三種作用。底盤設(shè)計(jì)降低氣化劑入爐流速，設(shè)計(jì)中心管直徑、爐底中心入口、灰盤進(jìn)風(fēng)口直徑逐漸增大，氣體逐漸擴(kuò)散，風(fēng)速逐漸降低，優(yōu)化氣化劑入爐狀態(tài)。狀態(tài)為分散扇面狀氣流，有利于形成均勻的布風(fēng)條件，局部偏流和偏灰偏火現(xiàn)象得到了有效地控制。底盤總成整體采用耐高溫設(shè)計(jì)，更適應(yīng)燒多種煤質(zhì)，操作彈性提高。有利于強(qiáng)化生產(chǎn)，更有利于發(fā)揮原料優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗。

3.3 對(duì)自動(dòng)加煤系統(tǒng)給料部分進(jìn)行改造

取消了現(xiàn)有的給料機(jī)、料斗、容焦槽，采用了封閉式油壓插板閥和小布料器組合，保證了密封的可靠性。大小布料器閥芯閥座密封面堆焊1Cr18Ni9Ti不銹鋼，增強(qiáng)抗腐蝕抗磨損。同時(shí)，充分考慮原料煤對(duì)其密封面的沖刷，從運(yùn)動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)防物料沖刷結(jié)構(gòu)，使密封面使用周期大幅度延長(zhǎng)，密封效果得到有效地改變，杜絕內(nèi)漏。大分布器閥桿密封采取雙填料密封，上下填料函形成儲(chǔ)油室注潤(rùn)滑脂，潤(rùn)滑閥桿，濕潤(rùn)填料，增強(qiáng)密封效果，增加保護(hù)套，避免了原料煤對(duì)閥桿的沖刷，徹底解決了分布器閥桿漏氣問題，延長(zhǎng)了整體使用壽命。在改造給料部分的同時(shí)，取消原有的給料機(jī)裝置，增加重力除沫裝置，改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。同時(shí)對(duì)油路系統(tǒng)進(jìn)行改造，其中包括：①調(diào)整電磁閥的通徑；②依據(jù)工藝需求，增加電磁閥閥位；③增加主油路蓄能器的體積，保障事故停車安全。為減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使用自動(dòng)碳層檢測(cè)裝置，信號(hào)傳送至微機(jī)，由主操作進(jìn)行統(tǒng)一控制。

3.4 氣化爐增加汽包

夾套鍋爐壓力提高至1.6 MPa，操作壓力為1.3 MPa，每臺(tái)氣化爐增加至1臺(tái)汽包。夾套副產(chǎn)的蒸汽可以回收，并入公司蒸汽管網(wǎng)。改造前，單爐每小時(shí)蒸汽產(chǎn)量約1 t，壓力0.08 MPa，無(wú)法回收利用，全部放空，白白浪費(fèi)了大量的熱量。改造后，單爐每小時(shí)蒸汽產(chǎn)量約1.5 t，壓力1.00 MPa，全部回收至0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)。夾套蒸汽全部回收，隨著夾套壓力、溫度提高，減少了熱量損失，降低了原料消耗。

旋風(fēng)除塵器更換為干式下灰除塵器，減少煤灰?guī)胙h(huán)水系統(tǒng)，進(jìn)而減少灰分對(duì)水泵的摩擦。

4 改造前后的效果對(duì)比

4.1 擴(kuò)產(chǎn)

CO外送量由6 800 m3/h增加至8 500 m3/h。

4.2 降耗

千立方米CO耗焦炭由780 kg降至650 kg；提升氣化爐夾套產(chǎn)蒸汽品質(zhì)，壓力由0.08 MPa提至1.3 MPa，全部并入0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)。

4.3 環(huán)保節(jié)能

①除塵器改為干式下灰，焦粉全部回收，減少了進(jìn)入回水池焦粉，減少了循環(huán)水用量；②氣化爐給料采用雙布料器加焦，消除了煤氣泄漏；同時(shí)，氣化爐原給料機(jī)拆除，利用位差給料，降低了電耗；③下級(jí)灰箱加裝了噴水裝置，消除了下灰期間粉塵對(duì)環(huán)境的污染。

4.4 解決結(jié)焦掛壁

由耐火磚和水冷壁組合布置形成氣化爐壁面，通過設(shè)置合理的水冷壁高度，使得氣化爐內(nèi)氧化層和還原層高溫區(qū)位于水冷壁范圍內(nèi)，通過控制水冷壁鍋爐蒸汽壓力控制水冷壁內(nèi)循環(huán)水溫度，使氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度低于灰熔點(diǎn)，解決焦炭溫度超過灰熔點(diǎn)時(shí)在氣化爐壁上結(jié)焦掛疤問題。

4.5 保證爐溫穩(wěn)定

采用合理的氣化爐高徑比，增加碳層高度，利用反應(yīng)后剩余的熱量預(yù)熱入爐焦炭，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)熱的充分利用，降低焦炭消耗，設(shè)置多個(gè)氣化爐測(cè)溫點(diǎn)，可及時(shí)反饋爐溫變化情況，保證了爐溫穩(wěn)定。

4.6 改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

采用了七層六邊形寶塔型焦炭純氧制備CO專用爐篦，其布風(fēng)均勻，排渣，破渣能力強(qiáng)，氣化層高度更加容易控制，爐況穩(wěn)定，采用雙布料器代替原單布料器加焦，消除下料期間煤氣泄漏，改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。