分享

深入分析固定床煤气炉的防流措施问题,中国造气网,煤气化,造气,固定层,水煤浆,粉煤气化,富...

 ywhdywhd 2011-09-05
目前,虽然已经有一些使用∮2米系列煤气炉的厂家更换为加大的煤气炉底盘,从根本上解决了从煤气炉扩径改造后出现的底盘部分不配套的问题,而改造过底盘的这一部分煤气炉仅占煤化工行业拥有煤气炉总数的3%左右。因此绝大多数厂家的造气生产仍然受到该问题的困扰,探讨和完善煤气炉防流问题仍然是很有必要的。
    煤气化技术广泛应用于化工、冶金、机械、建材等行业和城市煤气的生产。目前,我国拥有UGI系列煤气炉约10000台左右,其中煤化工行业拥有煤气炉4000余台,而且以固定层间歇气化为主,富氧连续气化所占比例很小。      
    我国煤化工行业现有煤气炉的系列分支来源于三个方面;一是1935年引进美国设计的∮2745煤气炉;二是1959年引进前苏联∮3600煤气炉。三是1958年我国自主开发的∮1980煤气炉,这就是前期煤化工行业定型的三种煤气炉。经过几十年的发展,目前∮2745煤气炉和∮1980煤气炉已经发展成系列炉型。∮3600煤气炉只有部分厂家进行了水夹套增加高度、水夹套与炉裙连接形式改、停用燃烧室、五边扇型炉箅更换为塔形炉箅和破渣条形状改进等项技术改造。另外也是只有一部分厂家进行了将“倒锥形”水夹套改为“直筒型”水夹套的技术改造。∮3600煤气炉必竟在煤气炉总数里边是占极少数的,但它总体的运行状况是好于∮2745~∮3300煤气炉。
    ∮2745煤气炉和∮1980煤气炉在逐步扩径改造的历程中,走的是先扩大后完善的道路,扩径进程中走了不少的弯路。单就2米系列煤气炉来讲,至今还有些设备方面的缺陷有待于进一步完善,例如煤气炉的防流问题。
    防流问题在造气理论和技术改造方面都是比较新课题,上世纪90年代中期以前,行业里根本没有煤气炉防流这个词汇。这项工作任务和这个词汇的起源始于∮2米系列煤气炉的扩径改造进程中,1993年开始煤气炉第三次扩径改造,∮2400煤气炉改为∮2600煤气炉,或∮在2260基础上直接扩径为∮2600以后,防流问题已显突出,最先出现的防流措施是防流圈。2003年煤气炉直径扩大到∮2800以后,防流问题成为迫切需要解决的问题,造气理论方面防流问题提的更多了、叫的越来越响。一时间防流措施成为煤化工行业的共同攻关项目,交流防流方法和摸索试验防流措施成为该时期的重要任务,并且一直忙活到现在。
    当然,∮2600煤气炉不采取措施防流就会增加操作难度,塌炭流生的几率高,煤气炉操作弹性降低。而∮2800煤气炉如果不采取防流措施是寸步难行的。然而,率先掌握了防流技术要点的厂家煤气炉的运行状态确实是得到了明显改善,大多数厂家也得到了不同程度的改善,而有一些厂家至今处还在摸索阶段。好多年来,一些厂家甚至把自己掌握的防流措施看作自主的技术机密,并且禁止参观和交流,搞的极具神密感。诚然,防流措施虽然只有简单的几点变化,看似十分简单。但是,能否把握细微的变化,使之适合自身原料条件、系统配置条件和操作条件,其中当然不乏技巧。
定型的成套设备为何需要使用单位改来改去,是何原因哪?问题就出在对煤气炉底盘的使用越来越偏离使用的合理值,越来越向极限接近,直至超越极限后,煤气炉的运行工况因此而遭到破坏性的影响,防流措施是被迫对炉底缺陷进行的补救性措施。是为了防止排灰口流灰、流生炭而保证床层均匀下降,保持灰渣层在稳定的前提下均匀下降,从而稳定炉内工况、稳定操作条件而采取的补救措施,并非治本之策。

    1.∮1980煤气炉底盘部分的配置情况:
    1.1.∮1980煤气炉设计配套的底盘部分,原始设计配备了∮2820mm的灰盘,本身安息角是合理的,而且灰盘边缘环灰仓部分的灰渣过渡区容积是合理的,对保证灰渣有序、均衡、稳定的下降,从而稳定炉况、降低排渣温度是有保障的。 
   ∮1980煤气炉与国外原始引进的煤气炉底盘数据比较: 
     
    几种煤气炉的灰盘直径都比炉膛直径多出了387.5—420mm。这是有科学道理的,∮2745煤气炉虽然与∮1980和∮3600煤气炉相比灰盘与煤气炉直径的比值小一点,但是它的炉裙高度是300mm,排灰口高度只能在300mm以下,因此排灰口安息角是合理的。这些原始参数就是当今煤气炉防流措施设计的参照依据。
    ∮1980煤气炉的扩径改造和∮2745煤气炉的扩径改造犯了同样的错误,就是一开始只是简单的扩大直径,第二步才发现了防流问题,最后才察觉到高径比问题。
    1.2.∮2米系列煤气炉逐步扩径造成的灰渣过渡区变化: 
   
    ∮2米系列煤气炉技术改造中,煤气炉直径不断扩大排灰口安息角逐步走向不合理:∮1980=43o、∮2260=55o、∮2400=62o、∮2600=74o、∮2800=88o。
而灰渣的安全堆积角是动态安息角=35度、静态安息角=45度,这是资料显示的通用理论数据。笔者实测20~100mm混合粒度无烟块煤安全堆积角(即安息角)为41o,从数据分析可以清晰的看出,煤气炉扩径后确实需要增加防流措施解决排渣口的排渣角度问题。
    不同物理特性的原料煤安全堆积角也是不一样的,特别是无烟块煤粒度级别多样化,加之因产地不同块煤表光泽度区别很大,安全堆积角自然也不一样。因此设计排渣角度时不能只区分无烟块煤或煤球、煤棒。  
    灰渣安全堆积角,因其成渣率和成渣形态相差较大一般安全堆积角大于原料煤3o左右,而设计排渣角度时不能只按照灰渣安全堆积角去决定,否则一但灰渣层损坏继而就会出现流炭。
煤气炉防流问题一直倍受关注,各厂家都在积极摸索实践,于是就出现了五花八门的防流方法。然而,无非只是在炉内或排渣口范围内进行挡、堵、阻三种方法,只是防流设施采用哪种方式或尺寸不同而已。防流措施的使用,确实不同程度的达到了防止灰渣塌方流出的作用,而不能从根本上解决优化煤气炉工艺,提高煤气炉气化强度的问题。反而一些厂家却因为挡、堵、阻措施作的过了头,塌方流炭现象没有了,但是排灰能力下降了,因而导致煤气炉气化能力降低了。
    有一个问题需要反思,煤气炉单位面积的气化强度,为什么炉型越大气化强度却出现逐步递减的曲线哪?例如∮2800煤气炉不是已经通过采取防流措施而使之不流炭了吗?为什么气化强度提不上去?另外,炉型越大下行煤气温度越高,这不单纯是煤气炉负荷加大后的必然反应,为什么小型煤气炉单位面积的气化强度高于大煤气炉而出气温度却低于大型煤气炉哪?
重要的一点是灰渣过渡区的容量对稳定炉况和降低出气温度是起很大作用的,而扩径改造的后果是炉径越大,灰渣过渡区宽度越窄。
就煤气炉炉底部分的条件而言,∮2米系列煤气炉内径从∮1980扩大到∮2800mm。而底盘部分却没有改进,只是扩大一次直径就减小一次灰渣过渡区,灰仓部分一直往外扩展,整个底盘部分的利用己超过极限。己经基本失去了灰渣过渡区。夹套内壁与灰盘外缘基本垂直(只差l0 mm)。形成这种状态,一是对灰渣层的稳定性极为不利,本身就是出现塌炭流生的主要因素。二是因为灰渣过渡区容量太小,造成排灰温度偏高,下行温度不容易降下来。 
    ∮2米系列煤气炉灰渣过渡区(灰仓内)存灰量: 

     
    灰渣过渡区的作用,就是让灰渣减缓排出速度,使之在离开灰渣层后再加一个过渡过程,灰渣落到灰盘上由多边形炉箅底座将其挤入灰仓内,让气化剂将灰渣夹带的热量进一步吸收,使排渣温度降低。而且该过程中过渡区内的灰渣还起到承托并稳定灰渣层,使之均匀下降的作用。∮2800煤气炉等于基本上减少了一个过渡和将灰渣深度降温的过程。而这个过程对稳定灰渣层使之均匀分布,从而稳定炉况也有很大作用。这样一来,一个降温过程和一个稳定灰渣层的作用都失去了。
    ∮2800煤气炉基本没有灰渣过渡区,因而灰渣排出的路线几乎是垂直下落的,灰渣不能有序的从过渡、降温到排出,灰渣层的形成到排到灰盘上呈直上直下的路径。而且炉型加大后总体的气化量增加,排灰量加大灰犁背后直至下一个排渣口的路线范围内,灰渣厚度相差很大,不只1~2倍的问题,这样外环区内气化层的分布也受此影响而不能规整。外环区占气化面积的60%,受此影响气化层位置也是呈有高有低的曲线状,低的范围内气化温度高、且火层下移,高的区域内火层上移并且散乱气化温度低。这就是大煤气炉局部结疤、偏火偏灰的几率高于小型煤气炉、下灰质量低于小型煤气炉的主要原因之一。

    2.分析当今的防流措施
    2.1.“挡”折流:即炉内防流,包括防流圈、挡灰板;
    a、防流圈是最早的防流措施,即用折流法改变物料下降路线,使之移动路线改变延缓流动。当时破渣条还是统一的原设计,防流圈是定位在破渣条下端环周向内延伸12mm左右的钢板环圈,目的是阻止灰渣沿夹套内壁下滑,有一定防壁流作用。在当时炉箅直径偏小的条件下,对稳定炉况起到了一定作用。
    b、挡灰板;挡灰板是在炉内出渣口上部,将灰仓上壳向炉内延伸一段,其长度1200mm,但是宽度不等。向内伸出的挡灰板占用了一定宽度的灰道面积,起到节制灰渣下落的作用,该法与防流圈是最传统的防流措施。挡灰板的防流原理属于折流法,作用是改变物料移动路线,阻止灰渣直接塌入排灰口而引发燃炭流入灰渣箱。该措施是只防关健部位而不顾及全局的方法,为什么有挡灰板的条件下,还会出现排灰时带出与灰渣温度相同生炭来哪?要知道灰渣塌陷的危险并不是只在排灰口范围内存在,灰仓范围内也会出现空穴填充所致的塌炭,塌陷进灰仓的燃炭经过渡降温后排出因此温度不高。
    设置挡灰板只是片面考虑到了阻止塌炭流生,却造成了炉内环周范围内灰渣不能均衡下降,挡灰板范围内灰渣不能正常排除。而且没有考虑到挡灰板对入炉气流分布的负面影响。挡灰板影响吹风阶段气流分布,挡灰板一般长1200mm,宽130—150mm,位置在排灰口上部与灰仓上壳对接,距灰盘400mm,正与炉箅最大层平行对齐,处在炉箅下层风道之上。挡灰板以上范围内,空气被挡灰板折挡而流向改变向内折回和流向挡灰板两侧,在排灰口上部一定范围内形成缺氧低温带。这部分煤、灰混合物被逆时针方向的物料移动力推离原位,陆续地落入灰犁背后的空档内进入灰渣过渡区,因此使返焦、返炭率升高。影响气化层同一截面热量均匀分布,制气效率受其影响相应降低。

    2.2.“堵”节流:破渣条下延降低排灰口高度节制出灰量;
    该方法是缩小排灰口的排灰面积,节制灰渣排出速度,同时利用降低排灰口高度缩小排灰口安息角。该方法单纯从防流作用上讲是立竿见影的,也可以说是行之有效的。但是因此而带来的负面影响也是显而易见的,甚至是危害性极大的。破渣条下伸只能作为与其它防流方法配合的附带措施,绝不能当做主要措施,降低排灰口高度更不能降的过了头。
    因为排灰口是灰渣代谢的唯一通道,降低排灰口高度等于减小了排灰通道的面积,直接减小了排灰能力。在所用原料煤质量较好,煤气炉生产负荷较轻的条件下该方法也可以采用。而原料煤质量较差或采用型煤作原料的条件下,或者煤气炉生产负荷重的条件下就不能单纯采用该方法了。
    目前,仍然有一些厂家经常出现排灰口被疤块堵塞,需要人工排除的现象。这些厂家很有可能是采用了降低排灰口高度的防流方法,甚至很有可能是排灰口降的太低了,如若不然那就必定是炉箅设计存在严重缺陷。
    煤气炉强负荷制气,先决条件是排灰机构有足够的破渣能力和排灰能力,并且必需有一定的余量应对特殊条件下加速使用。也可以说煤气炉有一定的排灰能力,才能有条件提高煤气炉的气化能力,降低了排灰能力就等于限制了气化能力。

    2.3.“阻”延流:增设“假灰盘”增加排灰口范围内的延流距离;
    增设不活动的外灰盘是模仿∮2745~∮3300煤气炉的防流措施,不过∮2745~∮3300煤气炉的外灰盘是原始设计就有,是制造底盘时同时铸造上去的。
    ∮2米系列煤气炉为了防流,在排灰口范围内灰盘外缘处增加一块钢制异型板,平行外扩一定宽度,其宽度不等。该方法原理上不同与以上两种方法,是通过增加灰渣的延流距离,加大灰渣排出时在延流区内自身产生的阻力起阻流作用,该法就是阻流法。阻流法在∮2米系列煤气炉上应用时间相比其它方法还比较短,但是与其它两种方法相比,却是最合理的一种防流措施。

    2.4.科学设计和使用破渣条:
    目前,破渣条在煤气炉上的作用已经由单纯保护夹套锅炉防止磨损,提高到同时起到保护水夹套、配合破渣、防流和决定出渣粒度等多种功能。人们从开始发现并重视破渣条的多重作用,到逐步改变破渣条的规格形状,是从2003年∮2800煤气炉推广应用以后开始的。
    起初,煤气炉的配置上没有“破渣条”这一词汇,是在水夹套内壁下部布置了金属条状物名谓“保护条”,∮2745~∮3300煤气炉原设计的保护条厚度只有20mm,分布在夹套下部的一定范围内。而且设计布局较为复杂,一般为:150×50 、δ=20mm 、60片×4层。并且保护条上端顺灰渣运动方向(即顺时针方向)倾斜15o,灰仓高度300mm,排灰口高度300mm。部分厂家为了防流排灰口高度改为240-280mm,排灰口宽度760mm而且灰犁(也称“刮灰刀”)固定在排灰口处的外灰盘上,占用了近 出灰面积,采用五边扇形炉箅配置这样的破渣条,破渣能力可想而知。
∮2米系列煤气炉起初是在水夹套内壁下部加焊一层保护板,保护条焊在保护板上,原设计破渣条形状、规格:300×40×30mm直型钢条。分布间隔30mm。目的是保护夹套不受磨损,延长使用周期。后来因为保护板容易变形脱落,于是又去掉保护板,将“保护条”直接焊接在夹套上,而且规格和焊接位置很长一段时间没有改变。
    以往因为炉箅破渣能力差,稍有结块结疤就要停炉人工处理的现象屡见不鲜,其根源有两个,一是炉箅的破渣能力差,二是与炉箅配合破渣的破渣条规格形状设计和分布定位都不合理。炉箅的破渣能力是由炉箅与破渣条配合而形成的,破渣条设计配置不合理,同样也是降低破渣能力的一个重要因素。目前,破渣条形状已经以“梯形破渣条”为主流了。
    破渣条采用梯形结构下部加宽,使煤气炉下部直径向内收小,例如,∮2800煤气炉破渣条上部宽30mm、下部宽80mm,定位后煤气炉下部直径缩小了160mm,使灰渣下降过程中不断向内收缩、压实。煤气炉下部向内收缩,符合固体原料不断气化体积不断缩小的气化原理,有利于灰渣层均匀下降,有一定防止灰渣顺夹套壁滑塌的作用。
    破渣条加宽的另一个作用是取代防流圈和取代挡灰板,而且作用优于防流圈和挡灰,板梯形破渣条是呈梯状逐步收缩的,渣块可以在向内收缩的同时易顺势下落,而防流圈和防流板呈“L”状直角,易托住死灰死疤。破渣条间隔区域可正常通风,而防流圈和挡灰板不但挡灰而且也挡风,对入炉空气有折流作用,致使其背后夹套壁下部区域进入的风量减少形成低温带。

    3.防流措施应用效果情况分析:
    各种防流方式有各自的优势和缺陷,煤气炉的防流措施与其它技改项目一样,有一个平衡点和一个“度”的问题。如果防流措施做的过了度就带来负面影响,而如果做的欠缺就达不到防流效果,不论单一采用哪一种防流方式都不会产生理想的效果。
    单一的防流方式其合理度很难把握。因为很少有煤种不变化的厂家,比方说煤质好的时候,采用了降低出渣口高度的防流方式使用效果不错,而煤质变差后,产生的疤块坚硬且粒度大就堵塞灰道,现在不少厂存有这种情况。所以说在确定防流措施时,要考虑到变量的因素。
    前段时期一些厂家煤气炉改造时,防流方式和程度把握不准,而且部分厂家选择的防流方式不适合本厂实际条件,并且防流装置设计的不够完善,煤气炉运行中出现排灰困难,形成因排灰能力不够,制约生产负荷提高。而且,经常出现疤块堵塞排灰口现象需要经常人工打疤,因而造成偏灰偏火,至使排渣速度与气化速度不平衡,原因就是阻流措施做的过了头,排灰太慢,物料平衡不能维持。因此已经有部分厂又根据自身条件进行了改造,将原用破渣条长度缩短,提高出渣口高度,改造后炉条机的转速降低,反而排灰能力增大,煤气炉生产负荷提高。
    对于∮2800煤气炉来讲,以往各个厂家特别注重了防流问题是正确的,而问题是在措施选择和方案设计方面,对现实条件缺少针对性,而且部分厂家存有照抄照搬的现象,后果是有时使防流措施做过了头,有时起不到理想的防流作用。那么,怎样的设计方案才是合理的哪?由于各厂家的种种条件差别很大这个问题绝不能公式化。应该这样讲:“适合了一个厂家具体情况的方案就是正确方案”。煤气炉防流设计这方面学问比较深,涉及的方面较多,如果只考虑防止炉内物料流出,就会出现前面提到的那种不理想的结果。

    4.防流方案必须与破渣条件的设计一起考虑:
    煤气炉装备上的破渣能力,同样决定了煤气炉的生产负荷。当今,为了降低灰渣含碳量都在追求提高成渣率,要知道渣块在床层内是成片或成团的。进入灰渣层后第一步被气化剂降温产生脆性;第二步被炉箅破渣筋产生的上下蠕动力折断成不规整片状或球状;第三步进入破渣区由炉箅和破渣条合力挤碎。
    如果破渣能力差渣块破碎速度慢或挤不碎、下不去,在灰道上部停留时间长了就形成偏灰偏火,气化条件被破坏何谈提高产量降低能耗。在此条件下为了避免频繁的生产波动,降低生产负荷成为了上策。
    破渣后的粒度过大,同样是制约生产的一大因素,堵塞排灰口的问题不单纯是排灰口高度不够。有的厂家曾经出现过为了防止排灰口堵塞,将排灰口的障碍物全部清除,但结果只是排灰口堵塞的几率降低了,堵塞问题并没有杜绝。这种现象就是破渣粒度过大所致,根源就在炉内破渣硬件的配置上。
    防流设计不能只看是不是起到防流作用了,必需顾及其它方面的影响,要根据本厂的具体客观条件综合分析、全面考虑。
    A、根据原料的理、化特性,主要是粒度、粘结性、灰份含量、熔点高低、结渣性特点等条件(结渣性、灰分特点;指灰份中金属物质含量,从中分析影响成渣率和渣块机械强度的因素)。
    B、根据单炉生产负荷,看单炉所需的气化强度、原料灰分含量和灰分特性共同决定的单位时间内的排渣量。根据排渣量和出渣粒度,确定出渣口高度和假灰盘规格,调整出适宜的出渣角度和延流距离。要遵循理论上灰渣安息角度,更关键的是要分析、掌握并依据现实条件。
    C、根据破渣能力和破渣粒度。
    要充分提高炉箅本身的防流作用,炉箅的最大旋转半径和排灰面积以及灰犁的长度,要适合该系统原料特性、单位时间内的排渣量、疤块的数量和软硬程度。根据需要设计好破渣条的形状和规格,以及分布位置和间隔距离,确定好破渣条与炉箅配合形成的破渣强度和破碎后的渣块粒度。 
    结束语:文中提到单一采用某一种防流方法其合理程度很难把握,因此应该要两种防流方法一起采用,使之各自稍发挥一点作用就足够了。这种方法称之为“复合型防流方法”。但是,如果同时采用多项防流措施让哪一种措施多起作用,哪一种措施适可而止这里面有一定技巧,自然是措施不同结果也当然不同。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多