0 引 言
近年来由于无烟块煤市场价位居高不下，煤炭生产企业和煤化工企业重新整合，使80％以上煤化工企业失去了稳定的优质无烟块煤原料基地。双重困难使以块煤焦为原料的煤化工企业选择了型煤气化的道路。但是在实际生产中，不同企业型煤气化的效果却有天壤之别。好的企业，吨氨耗入炉型煤≤1.6 t，差的企业高达2.0 t以上。一些企业靠型煤气化每年实现经济效益上亿元，有的企业却被型煤拖入泥潭，劳民伤财，见不到效益。总结几十家以型煤为原料的煤化工企业成功的经验和失败的教训，我们发现：型煤气化造气工程的设计是生产经营效益好坏的根源，是影响企业生存和发展的重要问题。本文就型煤气化工程设计中的问题进行分析。
1 煤气炉
型煤气化的特点与块煤焦差距较大。型煤气化生产的原料气中CO2含量较高，一般在9％～11％，要把CO2含量降低到9％左右，必须提高气化层中的还原层，因此需要把煤气炉炉膛加高；另外，型煤热稳定性较差，需要把炉面温度降低，也需要提高炭层进而加高炉膛。但是，炉膛高度并不是越高越好，高度超过了实际需要反而会带来负面影响。同时，不同型号的煤气炉，实际设计“高径比”也会不一样。“高径比”应该根据系统工程的要求设计，而不是所有炉型、所有企业的煤气炉千篇一律。
型煤煤气炉破排渣系统的设计与块煤差别较大。型煤气化煤气炉要求排渣能力要强，破渣能力不要求太强；因为型煤灰分较高，灰渣量大，但渣块较松软，不易过度破碎，否则碎渣粉增多，反而增加灰层阻力。这样，对炉箅、破渣条(板)、灰犁、排灰口的设计也应较块煤炉有相应改动。型煤气化强度较块煤低，且气化温度范围偏窄，这一特性要求炉风管、炉箅、通风面积要大，风道布风更均匀，否则会造成局部超温和局部烧不透。块煤的炉箅用于型煤，风道的分布是不适宜的，只能限制型煤气化的强度，造成工艺不稳定。
2 除尘器
型煤气化过程中粉尘较多，并且气流中焦油含量较高，对煤气炉吹风气和煤气除尘要求比块煤高得多。
固定层煤气炉型煤气化一般采用旋风除尘器。块煤气化气流中的尘粒组成与型煤气化气流中的尘粒组成差别很大，因此在除尘器的设计选材上是有所差异的。烧块煤、块焦煤气炉配套的旋风除尘器可以用防磨、防冲刷能力较强的铸铁内衬，气流切线运动时，粗糙的铸铁内衬形成的涡流和减速对大颗粒粗尘的分离影响不大。而烧型煤就不同了，其气流含尘量大，粉尘粒径较块煤粉尘小，微尘含量高，如果采用铸铁内衬，筒体内表面粗糙，形成气体涡流和切线运动速度大幅度下降，对粉尘的沉降是非常不利的。因此，为型煤气化工程设计的旋风除尘器，其内衬应该尽量选用表面光滑、不易形成涡流并且气阻较低的材料，同时考虑造价和使用周期等因素，以设计“龟甲网刚玉内衬”为佳。
为了确保旋风除尘器的除尘效率，出口管的插入深度要严格控制，保证出口管的下沿略低于进口，控制在300mm之内，这是型煤气化特点决定的。
3 余热锅炉
型煤气化工程选择余热锅炉主要考虑防粉尘附着和避免堵塞换热元件，影响换热效率。设计时要确保换热器内气体状态和流速(＞3 m／s)；换热翅片按纵片设计能够实现较好的防附着、防堵效果。
4 洗气塔
洗气塔的设计不仅要求除尘效果好，同时又要防止粉尘对洗气塔形成填料堵塞，使阻力升高。一般而言，空塔喷淋可以有效地防止型煤气化中粉尘聚集形成的阻力升高，但容易导致除尘效果达不到理想状态；填料塔除尘效果好，但却容易造成阻力升高。
根据生产实践经验，笔者认为：型煤气化系统中的洗气塔应该吸取空塔喷淋技术中的优点，如喷头设计技术，同时吸取填料塔气液充分接触的优点，设计一种新型洗气塔——防堵高效洗气塔。采用这种塔不会出现阻力升高、洗涤效果下降的情况，非常适合型煤气化工程采用。
5 空气鼓风机
较长时间以来人们有一个认识误区：型煤气化易在吹风时“吹翻”，因此空气鼓风机不易选择高风压大流量的型号。但经过最近多家企业实践验证，以型煤为原料造气，吹风阶段的空气流量要比以块煤为原料大。如江西氨厂以煤棒为原料，φ3.0m炉一次风流量达到35000 m3／h左右，而块煤炉仅为30000 m3／h左右；洛阳氮肥厂改造后的造气炉以煤球为原料，D800空气鼓风机在吹风时控制阀全开，而烧块煤却达不到全开。
设计以型煤为原料的新煤气炉要求一次风流量比块煤大，主要原因是型煤的透气性好，但蓄热能力低，必须采用高炭层、高风量工艺才能满足气化要求。因此，在空气鼓风机的设计选型时，必须走出原来型煤选风机的误区。
一般而言，φ2.65m型煤气化炉应选用风压28 kPa、风量600m3／min、电机功率440kW的鼓风机组；φ3.0m～φ3.2 m型煤气化炉应选用风压28kPa、风量800m3／min、电机功率630kW的鼓风机组；φ3.6 m型煤气化炉应选用风压28kPa、风量1100m3／min、电机功率800kW的鼓风机组。3种煤气炉比较理想的风量分别为：26000m3／h，35000m3／h，45000m3／h，即煤气炉气化强度达到4700m3／(h·m2)。
6 加氮空气系统
型煤气化如果用于生产半水煤气，则应该充分考虑上吹阶段加氮空气系统的优化设计。因为型煤气化吹风需求的空气量较大，全靠一次风供给难度较大，所以一部分空气要靠上吹加氮空气供给。要有足够的上加氮空气入炉，就必须有高效能的喷射器来实现。一般而言，φ2.65m型煤气化炉选择PS-Ⅱ型加氮喷射器可确保达到上吹蒸汽7 t／h，空气0～7000 m3／h；φ3.0 m～φ3.2m型煤气化炉选择PS-Ⅱ型加氮喷射器，可确保达到上吹蒸汽9t／h，空气0～10000m3／h；φ3.6 m型煤气化炉选择PS-Ⅲ型加氮喷射器，可确保达到上吹蒸汽11 t／h，空气0～12000m3／h。
为确保煤气中氮含量不超标，有条件的企业可以把富氧空气用加氮喷射器在上吹时加入，或用加氮喷射器实现连续富氧气化。用后一种方法可以实现固定床间歇气化煤气炉向富氧连续气化的改造。三明化工用这种技术已经实现了型煤富氧连续气化。
7 油压控制系统和阀门
7.1 基本要求
型煤气化煤气炉的油压控制系统和其他煤气炉是一致的，其主要内容如下。
(1)系统油压低，总管油压在4.0MPa。
(2)油压驱动阀门变向快。所有油压控制阀的变向应在2.0～2.5 s完成。其中：φ2.65 m
煤气炉在2s内完成，φ3.0m～φ3.6m煤气炉在2.5 s内完成。
(3)油压波动小，不超出±0.2 MPa。
(4)夏季压力油温度≤60℃。
要满足上述要求，油压系统的设置就必须做到如下几点。
(1)DN500以上的阀门，包括DN500，要用电液阀控制，通油口径≥18 mm；其他阀可用电磁阀控制。
(2)DN250-DN700自控阀门的油缸应选择80／40缸；DN700～DN1000自控阀门的油缸应选择90／50～100／55缸。为了避免系统高油压，所有自控阀不能用63／45油缸。
(3)系统油压总管储能器应适当选大。
(4)油冷器换热面积≥10m2。
(5)油压泵站的配备：φ2.65m炉配80L／min泵站；φ3.0m～φ3.6m炉配140L／min泵站。
7.2 工艺阀门的配备
φ2.65 m炉 一般大阀为DN600～DN800阀门，蒸汽、氮空气为DN250～DN300阀门。
φ3.0m～φ3.2m炉 一般大阀为DN700～DN900阀门，蒸汽、氮空气为DN300～DN400
阀门。
φ3.6 m炉 一般大阀为DN900～DN1000阀门，蒸汽、氮空气为DN300～DN400阀门。
8 蒸汽缓冲罐
φ2.65m炉应为3～4台炉1组；φ3.0m～φ3.2m炉、φ3.6m炉应为3台炉1组。各组煤气炉蒸汽缓冲罐尽量安装在该组炉的中间位置，容积≥20m3。
9 自动加煤机
型煤气化炉自动加煤机与块煤炉自动加煤机区别很大，设计时应充分考虑其区别。
(1)型煤加煤体积大，要求自动加煤机容煤槽≥1.2 m3；
(2)型煤机械强度偏低，要求料斗设计能减少跌落、碰撞，使型煤入炉破碎率降至最低；
(3)型煤最怕吸水，要求型煤在自动加煤机中与炉内漏出的蒸汽隔离；
(4)型煤在输送中易产生煤粉，且产生的煤粉黏度大，因此型煤自动加煤机必须设计防堵型的固定筛，以减少入炉型煤带粉率。
10 工艺及管系
10.1 造气系统
型煤气化一般应选用较简短的“小氮流程”，即“四炉一机一站一锅一塔”流程；但对
φ3.0m以上炉，应选用“三炉一机一站一锅一塔”流程；φ3.6m炉，应选用“三炉一机一站三锅一塔”流程。
有人认为煤气炉系统在气化过程中阻力越小越好，因此在设计煤气系统管道时尽量加大直径，这无疑是个误区。笔者以为首先要把概念分清，煤气炉的系统压力和系统阻力是两个概念，前后压力差为阻力，而不是压力。煤气炉在气化过程中增大压力是有利于气化的，而不是增大阻力有利于气化，同时，一定的阻力也是气化所必须的，只要有设备、管道存在就会形成一定的阻力。煤气系统管道的设计原则是要满足煤气在适当流通范围内的流量，煤气总管直径如果超过这个范围，不但浪费投资，对工艺也没有好处。
为了确保煤气炉生产中的安全，所有进入煤气炉的油压控制阀门都应该高进低出，以防止油压突然降低后工艺气体把阀门(如：蒸汽总阀、一次风阀、加氮空气总阀等)冲开。
吹风气回收阀、上行煤气阀和下行煤气阀如果安装位置为低进高出，则禁止采用油压差动联接方式，以防止漏气。
控制高温气体的二通阀，如吹风气回收阀，上、下行煤气阀，煤气总阀等，尽量要让阀门密封面背对来气方向，以防止直接冲刷密封面，造成阀门使用周期下降。
10.2 蒸汽系统
下行蒸汽入炉位置近年来有逐步靠近煤气炉炉顶的趋势，这无疑是一进步。但是，越靠近炉顶，越应该解决蒸汽带水问题以及蒸汽的均匀分布问题，否则会产生新的问题(如：炉上部耐火层损坏导致停炉检修)，影响正常生产。
蒸汽系统要按每组煤气炉1台蒸汽缓冲罐设计，自产蒸汽过热后进入蒸汽缓冲罐。减压阀每套最多供2组煤气炉，超过2组，煤气炉必须增设减压阀1套，并且要从煤气炉蒸汽总管的中间部位接入。蒸汽系统压力波动应不超过±0.001MPa。各组炉低压蒸汽总管管径：φ2.65 m炉，管径应≥DN500；φ3.0m～φ3.2m炉，管径应≥DN600；φ3.6 m炉，管径应≥DN800。上述措施是确保型煤气化炉生产中蒸汽流量和压力适应型煤气化的需要。
10.3 空气系统
多台炉生产系统，空气风机与空气总管的连接不能设置在某一端，应从空气总管中间接入，以防止出现“弱势”煤气炉。
一次风阀采用二通座板阀的情况下，可以取消安全挡板阀(或称安全放散阀)。空气总管：
φ2.65 m炉应为φ630 mm×8 mm管；φ3.0 m～φ3.2m炉应为φ770mm×10mm管；φ3.6m
炉应为φ920mm×10mm管。
煤气炉中央灰箱：φ2.65 m炉应为φ1000mm/1200mm，φ3.0m或φ3.2m炉应为φ1200
mm／1400mm或φ1200mm／1600mm；φ3.6m炉应为φ1620mm／2000mm。
优化空气系统管道可以使煤气炉在烧型煤的情况下，以最小的风速获得最大的空气流量，稳定吹风。一次风入炉箅气室风速应控制在7 m／s之内。
10.4 其 他
(1)系统其他设备的关键部位按系统大修周期≥24月设计。
(2)气柜内导轮及导轮轴材料建议选用1Cr18Ni9Ti，确保运行30个月以上。
(3)电除尘采用间断热水冲洗，重点冲洗煤焦油。
(4)煤气炉下气道设重力除尘器，下气道管内壁喷涂耐冲刷材料。
(5)罗茨风机设足够备机，确保及时清理、维修。
11 结束语
型煤气化造气的设计是个系统工程，它的每个系统都要适应和支持整个工程。也正是一点一滴的优化形成了整个工程的优化。希望以型煤为气化原料的企业都能逐步优化系统，真正从型煤气化中获得经济效益。
