基于提高煤氣發(fā)生爐煤氣化率的分析與設(shè)計(jì)

王嬌君

摘 要：針對(duì)煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其中的氣化裝置——爐篦進(jìn)行了詳細(xì)的分析，指出爐蓖的結(jié)構(gòu)對(duì)煤氣發(fā)生爐的煤氣化率有很大影響，并提出一種針對(duì)爐蓖結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案。新的爐蓖結(jié)構(gòu)可顯著提高煤氣化率。采用3.6 m煤氣發(fā)生爐對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，并將驗(yàn)證結(jié)果與在實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，不同類(lèi)型爐篦的設(shè)計(jì)改進(jìn)可以提高煤氣產(chǎn)率，從而提高煤氣化率，使煤的利用率提高，達(dá)到節(jié)約能源和提高煤氣產(chǎn)量的目的，從而證明了爐篦結(jié)構(gòu)改進(jìn)的可行性與實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)生爐；煤氣化率；偏心爐篦；正心爐篦

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ546.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.105

煤氣發(fā)生爐是將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的生產(chǎn)設(shè)備。在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，將固體燃料氣化或燃燒時(shí)使用的裝置稱(chēng)為“爐篦”。爐篦不僅在結(jié)構(gòu)上有其獨(dú)特的性能，而且在風(fēng)的分布上要體現(xiàn)布風(fēng)得體、出風(fēng)均勻的特點(diǎn)。爐篦的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)對(duì)煤氣化率有很大的影響。近年來(lái)，煤氣爐生產(chǎn)廠家為發(fā)揮爐篦的重要作用，對(duì)其進(jìn)行了多方面的研究：唐爾祺等人以傳統(tǒng)2.4 m直徑的煤氣發(fā)生爐為研究對(duì)象，針對(duì)該型號(hào)爐篦在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上存在的缺陷，對(duì)爐篦進(jìn)行了改造。改造后的爐篦顯著降低了使用成本，減少了維修費(fèi)用，提高了綜合經(jīng)濟(jì)效益。李海平設(shè)計(jì)了一種針對(duì)氣化爐爐篦的傳動(dòng)方案，并論證了該設(shè)計(jì)的精巧獨(dú)特所在，并論證了其具有可靠的工作性能。安建華通過(guò)分析Dg3.8 m碎煤加壓氣化爐的爐篦結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了爐篦的工作機(jī)理，并對(duì)爐篦進(jìn)行了機(jī)構(gòu)分析，確定了爐篦轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩。李連仲針對(duì)1.6 m水煤氣兩段爐爐篦的結(jié)果進(jìn)行了分析和革新。結(jié)果證明，改進(jìn)后的爐篦結(jié)構(gòu)具有一定的先進(jìn)性。在對(duì)爐篦進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)的同時(shí)，研究者也在材料（比如鑄鐵變?yōu)殍T鋼）、工藝（比如鑄件變焊件）和外觀（比如破渣耳朵增減）方面對(duì)爐篦進(jìn)行了研究。

1 傳統(tǒng)爐篦

以如圖1和圖2所示的3.6 m煤氣發(fā)生爐為研究對(duì)象，對(duì)其傳統(tǒng)爐篦進(jìn)行分析。爐篦的作用主要有以下4方面：①支持物料，即氣化過(guò)程中加入的煤炭、氣化過(guò)程中生成的中間物料焦炭及氣化后產(chǎn)生的灰渣都由爐篦來(lái)承擔(dān)。②通風(fēng)布風(fēng)。氣化用的空氣和飽和蒸汽都是通過(guò)爐篦進(jìn)入爐膛的。它不僅是通道，且還起著氣體分配作用。③部分爐篦有帶動(dòng)料層移動(dòng)的作用，比如旋轉(zhuǎn)爐篦能帶動(dòng)料層作螺旋狀下降。④部分爐篦由于其本身偏心于爐體中心線，同時(shí)帶有條筋，所以能起到破渣作用。

從外形上分析，爐篦一般包括分別如圖1和圖2所示的偏心爐篦和正心爐篦。

在實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)客戶(hù)的要求提供相應(yīng)的爐篦裝置，具體分為以下2種情況：①偏心爐篦在組合后，其中心線與發(fā)生爐爐體的中心線有要求距離，有利于渣的移動(dòng)及破渣。在偏心的情況下，爐篦與爐膛邊的間隙是變動(dòng)的，即有時(shí)間隙大，有時(shí)

間隙小。間隙大時(shí)，渣進(jìn)入多。間隙小時(shí)，渣受擠壓，因此有破渣作用。同時(shí)，由于落入和擠出，造成煤的圓周方向移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)整個(gè)料層作螺旋形下降。螺旋形的下降比直線形的下降所走的距離要長(zhǎng)，物料與氣化劑的接觸時(shí)間也較長(zhǎng)，因而能達(dá)到比較完全的氣化。但長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，偏心爐篦中間出氣較多，布?xì)獠粔蚓鶆?，容易發(fā)生“燒穿”現(xiàn)象。②正心爐篦在組合后，其中心線與發(fā)生爐爐體的中心線重合。其采用寶塔式結(jié)構(gòu)，布風(fēng)均勻，通風(fēng)量大，煤氣化率相對(duì)較高。其從上到下的結(jié)構(gòu)分布緩解了上面“燒穿”，下面“黒層”的現(xiàn)象。正心爐篦與爐膛邊的間距較大，它利用每一層爐條上均勻布置的灰刀（凸起部分）及爐座四周的大小耳朵破渣除渣，但其容易出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。

但當(dāng)兩種爐篦被應(yīng)用于3.6 m的煤爐的實(shí)際生產(chǎn)中時(shí)，傳統(tǒng)的偏心6層與正心8層，對(duì)比比3.6 m小的煤爐，其在煤氣化過(guò)程中更容易出現(xiàn)布風(fēng)不均、出灰不利的情況，導(dǎo)致燒穿、黒層、開(kāi)裂、結(jié)渣等現(xiàn)象的增多，致使煤爐的生產(chǎn)效率下降，影響了廠家的效益。

2 改進(jìn)爐篦

常壓固定床煤氣發(fā)生爐的氣化是在2個(gè)特定的條件下進(jìn)行的，即氣化是在常壓下進(jìn)行和料層堆放在爐篦上。在氣化過(guò)程中，料層要維持一定的高度，其固定的料層厚度是以動(dòng)態(tài)的加煤和出灰來(lái)維持的，即在氣化過(guò)程中，一邊出灰，一邊加料，以此方式來(lái)維持料層的相對(duì)固定。

煤氣發(fā)生爐中最主要作用發(fā)生于氣化層。在氣化過(guò)程中，煤的幾個(gè)主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：C+O2→CO2；2C+O2→2CO；C+H2O→CO+H2；C+2H2O→CO+2H2；C+CO2→2CO；CO+H2O→CO2+H2.

對(duì)比氣化過(guò)程中各氣體成分在各層次內(nèi)的消耗及生成情況可發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，即氧的耗用與二氧化碳的生成是一消一漲的關(guān)，二氧化碳與一氧化碳是一消一漲的關(guān)系。因此，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，在鼓風(fēng)量一定，用碳量一定，及其他因素一定的情況下，我們需考慮爐篦的結(jié)構(gòu)特性對(duì)煤氣化率的影響。

在煤氣發(fā)生爐中，爐截面各個(gè)區(qū)域的通風(fēng)有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不均勻的現(xiàn)象。這是由先天條件（設(shè)備）和后天因素（操作工況）兩方面造成的。先天條件主要與所用的爐篦有關(guān)——如果煤爐直徑變大，則所需通風(fēng)面積也將增大。這樣有利于灰渣含碳量的降低。因此，增多爐篦中爐條層數(shù)，可以使?fàn)t膛通風(fēng)面積增大，將進(jìn)風(fēng)布置得更為均勻，使供氧量更為充足。但爐篦的總高度一般不宜超過(guò)灰層。如果爐篦過(guò)高，將會(huì)導(dǎo)致火落爐篦上，出現(xiàn)變形或開(kāi)裂等燒爐現(xiàn)象。針對(duì)3.6m煤氣發(fā)生爐中煤氣化率低的問(wèn)題，在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)上提出改進(jìn)方案后，對(duì)比改進(jìn)前、后的實(shí)際生產(chǎn)情況，最終確定在原先爐篦層數(shù)上增加一層爐條為最適合的解決方法。

對(duì)改進(jìn)后爐篦進(jìn)行計(jì)算，擬對(duì)每一層的氣體分布面積進(jìn)行計(jì)算，并算出其在總氣體分布面積中所占的百分比（將每層曲線展開(kāi)，形成近似直線，高度為相鄰兩層間實(shí)際展開(kāi)線，可計(jì)算出間隙的面積）。對(duì)比改進(jìn)前、后的煤氣發(fā)生爐裝置，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的煤氣產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)煤氣產(chǎn)率的變化分析煤氣化率的變化。

在偏心爐篦中，原爐篦由6層組成，表面呈鱗狀，爐篦與爐體偏心150 mm。結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，增加6#爐條，改變7#爐條的結(jié)構(gòu)分布，使?fàn)t篦與爐體的偏心距離仍保持150 mm。根據(jù)計(jì)算可知，第一層與第二層之間的面積為50 868 mm2，第二層與第三層之間的面積為67 259 mm2，第三層與第四層之間的面積為100 323 mm2，第四層與第五層之間的面積為125 098 mm2，第五層與第六層之間的面積為168 806 mm2，第六層與第七層之間的面積為208 087mm2，總布?xì)饷娣e為720 441 mm2。各層之間布?xì)饷娣e占總布?xì)饷娣e的百分比依次是7.06%，9.34%，13.93%，17.36%，23.43%和28.88%.改進(jìn)后，爐篦增加了28.88%的布?xì)饷娣e。改進(jìn)后的爐篦結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在正心爐篦中，原爐篦由8層組成，表面呈風(fēng)車(chē)狀，爐篦與爐體中心線重合。結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，增加9#爐條，使得布風(fēng)更為合理均勻。根據(jù)計(jì)算可知，第一層與第二層之間的面積為11 304 mm2，第二層與第三層之間為17 898 mm2，第三層與第四層之間為34 289 mm2，第四層與第五層之間為53 066 mm2，第五層與第六層之間為55 264 mm2，第六層與第七層之間為104 562 mm2，第七層與第八層之間為126 228 mm2，第八層與第九層之間為146 952 mm2，總布?xì)饷娣e為549 563 mm2。各層之間布?xì)饷娣e占總布?xì)饷娣e的百分比依次是2.06%，3.24%，6.24%，9.67%，10.06%，19.03%，22.97%和26.73%.改進(jìn)后，爐篦增加了26.73%的布?xì)饷娣e，如圖4所示。

3 實(shí)際應(yīng)用

將改進(jìn)后的爐篦裝置在某公司的煤氣化發(fā)生爐中。安裝煤氣發(fā)生爐后，對(duì)比改造前后的數(shù)臺(tái)爐篦裝置，在爐出口利用流量計(jì)監(jiān)測(cè)煤氣產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)在同一時(shí)間相對(duì)相同狀況下，改進(jìn)后煤爐的煤氣產(chǎn)率由原先的8 850 N·m3/h左右上升至10 260 N·m3/h左右，煤氣產(chǎn)率提升了13.7%.從側(cè)面證明改進(jìn)后的煤氣化率也在提升。這說(shuō)明，在3.6 m煤氣發(fā)生爐中，改進(jìn)爐篦可以提升煤氣化率。

4 結(jié)論

根據(jù)傳統(tǒng)煤氣化爐爐篦結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。分析結(jié)果表明，在爐膛直徑增大時(shí)，傳統(tǒng)爐篦結(jié)構(gòu)存在著通風(fēng)不利、布風(fēng)不均、燒穿、開(kāi)裂等不良現(xiàn)象。因此，通過(guò)改變其結(jié)構(gòu)——增加一層爐條來(lái)彌補(bǔ)這些缺陷。實(shí)際結(jié)果表明，當(dāng)爐膛直徑增大時(shí)，對(duì)應(yīng)增加爐篦中爐條數(shù)量，可以在很大程度上解決這些問(wèn)題。這種對(duì)爐篦結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提高了煤氣化率，增加了煤炭的利用率，節(jié)約了能源，并且由于煤的燃燒充分，相對(duì)減少了大氣有害氣體的排放，從而達(dá)到了節(jié)能、環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]唐爾祺，閻新生，張惠東.直徑2.4 m煤氣發(fā)生爐爐篦的改造[J].煤氣與熱力，1999（1）：11-12.

[2]李海平.氣化爐爐篦傳動(dòng)裝置[J].山西能源與節(jié)能，2010（3）：77-78.

[3]安建華.Dg3.8 m碎煤加壓氣化爐爐篦結(jié)構(gòu)淺析[J].煤化工，1998（4）：38-40.

[4]李連仲.水煤氣兩段爐新型高效爐篦[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1996（11）：18-20.

[5]戴國(guó)團(tuán)，龍金福.湘鋼燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板和爐篦條材質(zhì)的改進(jìn)[J].燒結(jié)球團(tuán)，1994（4）：53-55.

[6]魯志武，胡祥永，徐素峰.加壓氣化爐爐篦鑄件的研發(fā)[J].鑄造設(shè)備與工藝，2011（2）：37-39.

〔編輯：劉曉芳〕