0 引 言
近年來由于無煙塊煤市場(chǎng)價(jià)位居高不下，煤炭生產(chǎn)企業(yè)和煤化工企業(yè)重新整合，使80％以上煤化工企業(yè)失去了穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)無煙塊煤原料基地。雙重困難使以塊煤焦為原料的煤化工企業(yè)選擇了型煤氣化的道路。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，不同企業(yè)型煤氣化的效果卻有天壤之別。好的企業(yè)，噸氨耗入爐型煤≤1.6 t，差的企業(yè)高達(dá)2.0 t以上。一些企業(yè)靠型煤氣化每年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益上億元，有的企業(yè)卻被型煤拖入泥潭，勞民傷財(cái)，見不到效益�？偨Y(jié)幾十家以型煤為原料的煤化工企業(yè)成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，我們發(fā)現(xiàn)：型煤氣化造氣工程的設(shè)計(jì)是生產(chǎn)經(jīng)營效益好壞的根源，是影響企業(yè)生存和發(fā)展的重要問題。本文就型煤氣化工程設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行分析。
1 煤氣爐
型煤氣化的特點(diǎn)與塊煤焦差距較大。型煤氣化生產(chǎn)的原料氣中CO2含量較高，一般在9％～11％，要把CO2含量降低到9％左右，必須提高氣化層中的還原層，因此需要把煤氣爐爐膛加高；另外，型煤熱穩(wěn)定性較差，需要把爐面溫度降低，也需要提高炭層進(jìn)而加高爐膛。但是，爐膛高度并不是越高越好，高度超過了實(shí)際需要反而會(huì)帶來負(fù)面影響。同時(shí)，不同型號(hào)的煤氣爐，實(shí)際設(shè)計(jì)“高徑比”也會(huì)不一樣�！案邚奖取睉�(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)工程的要求設(shè)計(jì)，而不是所有爐型、所有企業(yè)的煤氣爐千篇一律。
型煤煤氣爐破排渣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與塊煤差別較大。型煤氣化煤氣爐要求排渣能力要強(qiáng)，破渣能力不要求太強(qiáng)；因?yàn)樾兔夯曳州^高，灰渣量大，但渣塊較松軟，不易過度破碎，否則碎渣粉增多，反而增加灰層阻力。這樣，對(duì)爐箅、破渣條(板)、灰犁、排灰口的設(shè)計(jì)也應(yīng)較塊煤爐有相應(yīng)改動(dòng)。型煤氣化強(qiáng)度較塊煤低，且氣化溫度范圍偏窄，這一特性要求爐風(fēng)管、爐箅、通風(fēng)面積要大，風(fēng)道布風(fēng)更均勻，否則會(huì)造成局部超溫和局部燒不透。塊煤的爐箅用于型煤，風(fēng)道的分布是不適宜的，只能限制型煤氣化的強(qiáng)度，造成工藝不穩(wěn)定。
2 除塵器
型煤氣化過程中粉塵較多，并且氣流中焦油含量較高，對(duì)煤氣爐吹風(fēng)氣和煤氣除塵要求比塊煤高得多。
固定層煤氣爐型煤氣化一般采用旋風(fēng)除塵器。塊煤氣化氣流中的塵粒組成與型煤氣化氣流中的塵粒組成差別很大，因此在除塵器的設(shè)計(jì)選材上是有所差異的。燒塊煤、塊焦煤氣爐配套的旋風(fēng)除塵器可以用防磨、防沖刷能力較強(qiáng)的鑄鐵內(nèi)襯，氣流切線運(yùn)動(dòng)時(shí)，粗糙的鑄鐵內(nèi)襯形成的渦流和減速對(duì)大顆粒粗塵的分離影響不大。而燒型煤就不同了，其氣流含塵量大，粉塵粒徑較塊煤粉塵小，微塵含量高，如果采用鑄鐵內(nèi)襯，筒體內(nèi)表面粗糙，形成氣體渦流和切線運(yùn)動(dòng)速度大幅度下降，對(duì)粉塵的沉降是非常不利的。因此，為型煤氣化工程設(shè)計(jì)的旋風(fēng)除塵器，其內(nèi)襯應(yīng)該盡量選用表面光滑、不易形成渦流并且氣阻較低的材料，同時(shí)考慮造價(jià)和使用周期等因素，以設(shè)計(jì)“龜甲網(wǎng)剛玉內(nèi)襯”為佳。
為了確保旋風(fēng)除塵器的除塵效率，出口管的插入深度要嚴(yán)格控制，保證出口管的下沿略低于進(jìn)口，控制在300mm之內(nèi)，這是型煤氣化特點(diǎn)決定的。
3 余熱鍋爐
型煤氣化工程選擇余熱鍋爐主要考慮防粉塵附著和避免堵塞換熱元件，影響換熱效率。設(shè)計(jì)時(shí)要確保換熱器內(nèi)氣體狀態(tài)和流速(＞3 m／s)；換熱翅片按縱片設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的防附著、防堵效果。
4 洗氣塔
洗氣塔的設(shè)計(jì)不僅要求除塵效果好，同時(shí)又要防止粉塵對(duì)洗氣塔形成填料堵塞，使阻力升高。一般而言，空塔噴淋可以有效地防止型煤氣化中粉塵聚集形成的阻力升高，但容易導(dǎo)致除塵效果達(dá)不到理想狀態(tài)；填料塔除塵效果好，但卻容易造成阻力升高。
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為：型煤氣化系統(tǒng)中的洗氣塔應(yīng)該吸取空塔噴淋技術(shù)中的優(yōu)點(diǎn)，如噴頭設(shè)計(jì)技術(shù)，同時(shí)吸取填料塔氣液充分接觸的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新型洗氣塔——防堵高效洗氣塔。采用這種塔不會(huì)出現(xiàn)阻力升高、洗滌效果下降的情況，非常適合型煤氣化工程采用。
5 空氣鼓風(fēng)機(jī)
較長時(shí)間以來人們有一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)：型煤氣化易在吹風(fēng)時(shí)“吹翻”，因此空氣鼓風(fēng)機(jī)不易選擇高風(fēng)壓大流量的型號(hào)。但經(jīng)過最近多家企業(yè)實(shí)踐驗(yàn)證，以型煤為原料造氣，吹風(fēng)階段的空氣流量要比以塊煤為原料大。如江西氨廠以煤棒為原料，φ3.0m爐一次風(fēng)流量達(dá)到35000 m3／h左右，而塊煤爐僅為30000 m3／h左右；洛陽氮肥廠改造后的造氣爐以煤球?yàn)樵希?/SPAN>D800空氣鼓風(fēng)機(jī)在吹風(fēng)時(shí)控制閥全開，而燒塊煤卻達(dá)不到全開。
設(shè)計(jì)以型煤為原料的新煤氣爐要求一次風(fēng)流量比塊煤大，主要原因是型煤的透氣性好，但蓄熱能力低，必須采用高炭層、高風(fēng)量工藝才能滿足氣化要求。因此，在空氣鼓風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)選型時(shí)，必須走出原來型煤選風(fēng)機(jī)的誤區(qū)。
一般而言，φ2.65m型煤氣化爐應(yīng)選用風(fēng)壓28 kPa、風(fēng)量600m3／min、電機(jī)功率440kW的鼓風(fēng)機(jī)組；φ3.0m～φ3.2 m型煤氣化爐應(yīng)選用風(fēng)壓28kPa、風(fēng)量800m3／min、電機(jī)功率630kW的鼓風(fēng)機(jī)組；φ3.6 m型煤氣化爐應(yīng)選用風(fēng)壓28kPa、風(fēng)量1100m3／min、電機(jī)功率800kW的鼓風(fēng)機(jī)組。3種煤氣爐比較理想的風(fēng)量分別為：26000m3／h，35000m3／h，45000m3／h，即煤氣爐氣化強(qiáng)度達(dá)到4700m3／(h·m2)。
6 加氮空氣系統(tǒng)
型煤氣化如果用于生產(chǎn)半水煤氣，則應(yīng)該充分考慮上吹階段加氮空氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因?yàn)樾兔簹饣碉L(fēng)需求的空氣量較大，全靠一次風(fēng)供給難度較大，所以一部分空氣要靠上吹加氮空氣供給。要有足夠的上加氮空氣入爐，就必須有高效能的噴射器來實(shí)現(xiàn)。一般而言，φ2.65m型煤氣化爐選擇PS-Ⅱ型加氮噴射器可確保達(dá)到上吹蒸汽7 t／h，空氣0～7000 m3／h；φ3.0 m～φ3.2m型煤氣化爐選擇PS-Ⅱ型加氮噴射器，可確保達(dá)到上吹蒸汽9t／h，空氣0～10000m3／h；φ3.6 m型煤氣化爐選擇PS-Ⅲ型加氮噴射器，可確保達(dá)到上吹蒸汽11 t／h，空氣0～12000m3／h。
為確保煤氣中氮含量不超標(biāo)，有條件的企業(yè)可以把富氧空氣用加氮噴射器在上吹時(shí)加入，或用加氮噴射器實(shí)現(xiàn)連續(xù)富氧氣化。用后一種方法可以實(shí)現(xiàn)固定床間歇?dú)饣簹鉅t向富氧連續(xù)氣化的改造。三明化工用這種技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了型煤富氧連續(xù)氣化。
7 油壓控制系統(tǒng)和閥門
7.1 基本要求
型煤氣化煤氣爐的油壓控制系統(tǒng)和其他煤氣爐是一致的，其主要內(nèi)容如下。
(1)系統(tǒng)油壓低，總管油壓在4.0MPa。
(2)油壓驅(qū)動(dòng)閥門變向快。所有油壓控制閥的變向應(yīng)在2.0～2.5 s完成。其中：φ2.65 m
煤氣爐在2s內(nèi)完成，φ3.0m～φ3.6m煤氣爐在2.5 s內(nèi)完成。
(3)油壓波動(dòng)小，不超出±0.2 MPa。
(4)夏季壓力油溫度≤60℃。
要滿足上述要求，油壓系統(tǒng)的設(shè)置就必須做到如下幾點(diǎn)。
(1)DN500以上的閥門，包括DN500，要用電液閥控制，通油口徑≥18 mm；其他閥可用電磁閥控制。
(2)DN250-DN700自控閥門的油缸應(yīng)選擇80／40缸；DN700～DN1000自控閥門的油缸應(yīng)選擇90／50～100／55缸。為了避免系統(tǒng)高油壓，所有自控閥不能用63／45油缸。
(3)系統(tǒng)油壓總管儲(chǔ)能器應(yīng)適當(dāng)選大。
(4)油冷器換熱面積≥10m2。
(5)油壓泵站的配備：φ2.65m爐配80L／min泵站；φ3.0m～φ3.6m爐配140L／min泵站。
7.2 工藝閥門的配備
φ2.65 m爐 一般大閥為DN600～DN800閥門，蒸汽、氮空氣為DN250～DN300閥門。
φ3.0m～φ3.2m爐 一般大閥為DN700～DN900閥門，蒸汽、氮空氣為DN300～DN400
閥門。
φ3.6 m爐 一般大閥為DN900～DN1000閥門，蒸汽、氮空氣為DN300～DN400閥門。
8 蒸汽緩沖罐
φ2.65m爐應(yīng)為3～4臺(tái)爐1組；φ3.0m～φ3.2m爐、φ3.6m爐應(yīng)為3臺(tái)爐1組。各組煤氣爐蒸汽緩沖罐盡量安裝在該組爐的中間位置，容積≥20m3。
9 自動(dòng)加煤機(jī)
型煤氣化爐自動(dòng)加煤機(jī)與塊煤爐自動(dòng)加煤機(jī)區(qū)別很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮其區(qū)別。
(1)型煤加煤體積大，要求自動(dòng)加煤機(jī)容煤槽≥1.2 m3；
(2)型煤機(jī)械強(qiáng)度偏低，要求料斗設(shè)計(jì)能減少跌落、碰撞，使型煤入爐破碎率降至最低；
(3)型煤最怕吸水，要求型煤在自動(dòng)加煤機(jī)中與爐內(nèi)漏出的蒸汽隔離；
(4)型煤在輸送中易產(chǎn)生煤粉，且產(chǎn)生的煤粉黏度大，因此型煤自動(dòng)加煤機(jī)必須設(shè)計(jì)防堵型的固定篩，以減少入爐型煤帶粉率。
10 工藝及管系
10.1 造氣系統(tǒng)
型煤氣化一般應(yīng)選用較簡短的“小氮流程”，即“四爐一機(jī)一站一鍋一塔”流程；但對(duì)
φ3.0m以上爐，應(yīng)選用“三爐一機(jī)一站一鍋一塔”流程；φ3.6m爐，應(yīng)選用“三爐一機(jī)一站三鍋一塔”流程。
有人認(rèn)為煤氣爐系統(tǒng)在氣化過程中阻力越小越好，因此在設(shè)計(jì)煤氣系統(tǒng)管道時(shí)盡量加大直徑，這無疑是個(gè)誤區(qū)。筆者以為首先要把概念分清，煤氣爐的系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)阻力是兩個(gè)概念，前后壓力差為阻力，而不是壓力。煤氣爐在氣化過程中增大壓力是有利于氣化的，而不是增大阻力有利于氣化，同時(shí)，一定的阻力也是氣化所必須的，只要有設(shè)備、管道存在就會(huì)形成一定的阻力。煤氣系統(tǒng)管道的設(shè)計(jì)原則是要滿足煤氣在適當(dāng)流通范圍內(nèi)的流量，煤氣總管直徑如果超過這個(gè)范圍，不但浪費(fèi)投資，對(duì)工藝也沒有好處。
為了確保煤氣爐生產(chǎn)中的安全，所有進(jìn)入煤氣爐的油壓控制閥門都應(yīng)該高進(jìn)低出，以防止油壓突然降低后工藝氣體把閥門(如：蒸汽總閥、一次風(fēng)閥、加氮空氣總閥等)沖開。
吹風(fēng)氣回收閥、上行煤氣閥和下行煤氣閥如果安裝位置為低進(jìn)高出，則禁止采用油壓差動(dòng)聯(lián)接方式，以防止漏氣。
控制高溫氣體的二通閥，如吹風(fēng)氣回收閥，上、下行煤氣閥，煤氣總閥等，盡量要讓閥門密封面背對(duì)來氣方向，以防止直接沖刷密封面，造成閥門使用周期下降。
10.2 蒸汽系統(tǒng)
下行蒸汽入爐位置近年來有逐步靠近煤氣爐爐頂?shù)内厔?shì)，這無疑是一進(jìn)步。但是，越靠近爐頂，越應(yīng)該解決蒸汽帶水問題以及蒸汽的均勻分布問題，否則會(huì)產(chǎn)生新的問題(如：爐上部耐火層損壞導(dǎo)致停爐檢修)，影響正常生產(chǎn)。
蒸汽系統(tǒng)要按每組煤氣爐1臺(tái)蒸汽緩沖罐設(shè)計(jì)，自產(chǎn)蒸汽過熱后進(jìn)入蒸汽緩沖罐。減壓閥每套最多供2組煤氣爐，超過2組，煤氣爐必須增設(shè)減壓閥1套，并且要從煤氣爐蒸汽總管的中間部位接入。蒸汽系統(tǒng)壓力波動(dòng)應(yīng)不超過±0.001MPa。各組爐低壓蒸汽總管管徑：φ2.65 m爐，管徑應(yīng)≥DN500；φ3.0m～φ3.2m爐，管徑應(yīng)≥DN600；φ3.6 m爐，管徑應(yīng)≥DN800。上述措施是確保型煤氣化爐生產(chǎn)中蒸汽流量和壓力適應(yīng)型煤氣化的需要。
10.3 空氣系統(tǒng)
多臺(tái)爐生產(chǎn)系統(tǒng)，空氣風(fēng)機(jī)與空氣總管的連接不能設(shè)置在某一端，應(yīng)從空氣總管中間接入，以防止出現(xiàn)“弱勢(shì)”煤氣爐。
一次風(fēng)閥采用二通座板閥的情況下，可以取消安全擋板閥(或稱安全放散閥)�？諝饪偣埽�
φ2.65 m爐應(yīng)為φ630 mm×8 mm管；φ3.0 m～φ3.2m爐應(yīng)為φ770mm×10mm管；φ3.6m
爐應(yīng)為φ920mm×10mm管。
煤氣爐中央灰箱：φ2.65 m爐應(yīng)為φ1000mm/1200mm，φ3.0m或φ3.2m爐應(yīng)為φ1200
mm／1400mm或φ1200mm／1600mm；φ3.6m爐應(yīng)為φ1620mm／2000mm。
優(yōu)化空氣系統(tǒng)管道可以使煤氣爐在燒型煤的情況下，以最小的風(fēng)速獲得最大的空氣流量，穩(wěn)定吹風(fēng)。一次風(fēng)入爐箅氣室風(fēng)速應(yīng)控制在7 m／s之內(nèi)。
10.4 其 他
(1)系統(tǒng)其他設(shè)備的關(guān)鍵部位按系統(tǒng)大修周期≥24月設(shè)計(jì)。
(2)氣柜內(nèi)導(dǎo)輪及導(dǎo)輪軸材料建議選用1Cr18Ni9Ti，確保運(yùn)行30個(gè)月以上。
(3)電除塵采用間斷熱水沖洗，重點(diǎn)沖洗煤焦油。
(4)煤氣爐下氣道設(shè)重力除塵器，下氣道管內(nèi)壁噴涂耐沖刷材料。
(5)羅茨風(fēng)機(jī)設(shè)足夠備機(jī)，確保及時(shí)清理、維修。
11 結(jié)束語
型煤氣化造氣的設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)工程，它的每個(gè)系統(tǒng)都要適應(yīng)和支持整個(gè)工程。也正是一點(diǎn)一滴的優(yōu)化形成了整個(gè)工程的優(yōu)化。希望以型煤為氣化原料的企業(yè)都能逐步優(yōu)化系統(tǒng)，真正從型煤氣化中獲得經(jīng)濟(jì)效益。
