煤气炉优化控制的指导思想:力求工艺参数合理,达到两个最佳平衡(热量平衡、物料平衡),实现一高一低一稳定,即碳利用率高、蒸汽消耗低、工艺操作指标稳定和经济运行。欲达到上述目的,首先要掌握影响热量平衡的因素,主要是入炉风量和蒸汽量的改变而引起气化层温度的变化。在原来的基础上,炉内热平衡发生了变化,可以相应调节蒸汽量或入炉风量,达到新的平衡。所以,充分了解季节不同、昼夜温差和大气压力的变化以及料层、系统阻力的变化对风量的影响,便于及时调节工艺参数,实现煤气炉长周期稳定运行。煤气生产是一项复杂的系统工程,只有综合优化气化条件、运行工艺和操作方法,才能实现真正意义上的炉况优化。为此,必须掌握好影响煤气炉优化运行的几个主要问题。
风量是煤气炉运行过程中的入炉空气量,其波动和变化对煤气炉的正常操作及稳定运行影响极大。因此,煤气炉操作人员熟悉和掌握影响风机风量的因素,对指导日常操作,及时调节运行工艺,确保煤气炉的稳定运行非常重要。
1.掌控好入炉风量
离心鼓风机工作原理:离心鼓风机的工作原理和离心泵相似,依靠叶轮的旋转运动产生离心力,以提高气体的压强。
离心鼓风机的主要性能参数有风量、风压、轴功率和效率。风量是单位时间内从风机出口排出的气体体积,并以风机进口处气体的状态计,以Qv表示,单位为m3/s或m3/h。风压是单位体积气体流过风机时所获得的能量,以Ht表示,单位为mm水柱或Pa。由于Ht的单位与压强的单位相同,所以称为风压。离心鼓风机的风压为静风压与动风压之和,又称全风压。
离心鼓风机的风压是随所输送气体的密度而变化的,密度越大,风压越高,风量越大。风机性能表上所列的风压,一般都是在
它们的换算关系是:
风机的铭牌风量并不是煤气炉的入炉风量。煤气炉入炉实际风量是由风机的额定风量、风压(铭牌风量、风压)和煤气炉吹风阶段系统阻力以及空气的密度等决定的。一般情况下,煤气炉的实际入炉风量低于额定风量,并呈不稳定性。当系统阻力较大,入炉风量就比额定风量小得多,反之系统阻力小,入炉风量就会提高很多,或接近额定风量;因气温高空气密度小,入炉风量就远低于额定风量,而气温低空气密度大,入炉风量则会有很大提高。因此,掌握影响风量的变化因素,采取相应措施,尽量减少系统阻力,是提高入炉风量较为有效的措施。
2.影响风机风量的因素
影响离心鼓风机风量、风压的因素较多。比如,气温高低、炭层阻力和系统阻力的大小、因海拔高度不同而出现的气压差异等都可影响鼓风机的风压和风量。下面分别阐述气温、大气压、及阻力变化对风压、风量的影响。
空气温度变化的影响:我国幅员辽阔,南北纬度和冬夏极端气温差异较大,因此,在选用造气鼓风机时,要综合考虑,因厂制宜,以适应优化煤气炉运行工艺和操作的需要。比如:东北地区的哈尔滨,极端气温夏天
大气压高低对风量的影响:我国东西经度相差悬殊,海拔高度亦相差几千米,悬殊的海拔高度导致大气压力的差别较大,如北京地区海拔高度
该风机设计条件气温
风量为
北京与昆明温度均为
求北京区风机风量m3/h:
北京与昆明同一型号风机风量相差4737(Nm3/h)
式中:Q吹—设计状态下风量,m3/h;
Q吹实1-2—不同工作状态下的实际风量,Nm3/h。
以上计算可知,在相同温度下,同一风机北京比昆明气量高出20%左右。由此可见,大气压力的差异对鼓风机的实际风量影响较大,因此在风机选型时,须充分考虑所处地理方位,根据实际需要,选择符合本厂客观条件的造气鼓风机。
燃料层阻力和系统阻力对风机的影响:流体通过固定床时,压力降(阻力)的产生,主要有以下原因:第一,由于流体与炭层颗粒表面发生摩擦;第二,流体流动过程中,通过截面积的突然收缩和扩张;第三,流体对炭粒的撞击和再分布。在低流速时,压力降主要受表面摩擦的影响,高流速时则收缩、扩大起着一定的作用,特别是炭的粒度、炭间空隙率和气体的流速对压力降影响最大。计算炭层压力降比较复杂,但是通过计算公式可以看出影响压力降的主要因素。计算固定床压力降有许多公式,以下利用较为简单的固定床压力降公式,分析其主要矛盾。
式中:ΔP—通过床层压力降kg/m2,mmH2O;
ρ—气体在操作状态下的密度,kg/m2;
w0—操作状态下的直线流速,m/s;
g—重力加速度,
ε—炭层空隙率;
L—炭层高度,m;
de—炭粒的当量直径,m;
fm—修正摩擦系数(该系数由雷诺数求得,与操作状态的气体粒度气体质量、流速等密切相关)。
设:fm=1.75;密度=
如空隙率为0.4,其它系数不变,
则 ΔP=1.75×30.6×9.37×2.0=1003(kg/m2)=1003(mmH2O)。
炭层空隙率0.4与0.3相比,压力降相差2.7倍,以上计算虽然是近似值,但可以看出影响压力降的主要因素是流速,空隙率及炭层的高度。而空隙率的大小主要是与原料粒径和均匀度密切相关。
管径和阀门通径及配管方式对压力降的影响:
直管的阻力由下式表示:
式中:ΔP直管—压力降损失(阻力),kg/m2(mmH2O);
λ—摩擦损失,与管内粗糙度和流动状态(根据雷诺数确定)有关。
Re—雷诺数;
g—重力加速度,
d—管内径,m;
l—管子计算长度,m;
ρ—流体的密度,kg/m3;
u2—流体流速的平方。
流体在管路上的进口、出口、弯头、阀门、扩大、缩小和流量计等局部位置流过时的阻力,称为局部阻力。局部阻力可用当量长度法计算。此法是流体流过管件、阀门等所产生的局部阻力,折合成相当于流体流过长度为le的同直径的管道时所产生的阻力le,此折合长度,称为当量长度。可用下式计算:
式中:ΔPf—局部压力降(阻力)损失,kg/m2或mmH2O;
λ—摩擦系数;
le—当量长度,m;
d—管内径,m;
u2—流体流速的平方(m/s)2;
ρ—流体的密度,kg/m3;
g—重力加速度,
管路的总能量损失(阻力)可用下式计算:
Δ∑ΔPf—管路总能量(阻力)损失,kg/m2或mmH2O;
∑le—总局部阻力相当于当量长度,m。
从直管压力降损失公式看出,当管子内表面粗糙度、流体流动状态相同时,压力降损失和管子长度及流体的流速平方成正比,而与管径大小成反比。即管子加长两倍,其压力降损失加大两倍。气体的流速增加,则压力降(阻力)的增加是以平方的关系递增。
因此,在选择管径、管路配置和连接方式时,须根据煤气生产系统不同的部位、温度和体积变化等具体情况,使之符合工艺设计要求,努力降低系统阻力,为保持入炉气化剂适宜的流速创造条件。根据理论和实践认为,煤气炉出口至气体洗涤塔入口阶段,气体流速宜控制在
总之,影响煤气炉入炉风量的因素较多,同一型号风机,随气温和大气压的不同,料层和系统阻力的变化,入炉风量也发生改变,所以,煤气生产人员须切实掌握变化因素,及时调整工艺参数,尽量保持工艺条件相对稳定,力求达到炉况、气体成份、下灰质量和产气量的稳定,实现理想的气化强度和节能降耗的目的。
3.掌控好入炉蒸汽总量和上、下吹时间及上、下吹蒸汽用量
为了达到炉内热量平衡,在入炉风量确定以后,必须有相应的入炉蒸汽量作保障。要实现炉况优化控制,首先要创造一个稳定的外来蒸汽条件,即设计一套合理灵敏的蒸汽减压和缓冲装置及科学的管路阀门配置。炉况优化的基本条件,最重要的是稳定气化层位置、厚度、温度。要使气化层位置、厚度、温度稳定在适宜区域内,须充分做好以下三方面的工作:
(1)上、下吹百分比例和上、下吹蒸汽量分配得当。
(2)入炉气化剂分布要求均匀。
(3)炉条机转速及开停时间(即排灰量)与炉内成灰量须达到平衡。
保持煤气炉气化层处于最佳区域,并具备良好的蓄热状态,除了合理调节上、下吹百分比例外,还必须使上、下吹蒸汽量分配合理并保持稳定。若外来蒸汽管网配置不合理,蒸汽压力波动大,上、下吹入炉蒸汽流量难以稳定,会造成气化层位置失常移动,气化层温度也出现波动,炉内气化反应必将受到影响。严格控制入炉蒸汽流量,使上、下吹蒸汽流量稳定在合理指标范围内,是保持煤气炉正常运行的重要措施之一。入炉蒸汽用量的多少,是一个重要的控制指标。在吹风总量确定后,蒸汽用量过大,会造成气化层温度过低,蒸汽分解率和气化效率降低,消耗增高;蒸汽用量过小,易造成气化层温度过高,引起炉内结疤,致使气化不均匀,气化强度降低,气体质量下降。蒸汽总用量控制的原则:在保持煤气炉内不致结大块、结疤的前提下,尽可能少一些,使气化剂在高限温度下充分反应,以获得较高的气化强度和蒸汽分解率及较好的气体质量。
上、下吹蒸汽用量及上、下吹百分比是否适宜,一般从以下几个方面来判断:
(1)上、下吹制气阶段气体成份。
(2)上、下吹制气阶段炉顶炉底压力降的变化。
(3)下灰质量分析:灰中细灰多,可认为上吹蒸汽量偏大或上吹时间过长;灰渣中大块多而坚硬,则说明气化层温度高,上吹蒸汽过小或下吹蒸汽量偏大。在炉条机转速稳定排灰适宜的前提下,质量好的灰渣,成渣率在65%以上,细灰和返炭少,块度适中且不硬,说明蒸汽总量及上、下吹蒸汽用量分配较为适宜。
(4)炉底、炉顶温度的高低及变化波动幅度,夹套上方六点温度,灰仓出渣两点温度高低和均匀度。
4.掌控好上下行煤气、夹套上方空层和灰仓两点温度
因各厂煤气炉高径比、炭层高度、原料粒度、蒸汽质量及运行工艺等操作条件的不同,各厂控制各点温度指标也不同。
炉内气化层温度及各阶段的变化情况,目前的测温手段很难确切地测出,要达到煤气炉在理想状态下运行,实现高产低耗的目的,只能从各点温度的变化趋势,间接判断炉内温度及变化情况。
间歇式煤气炉理想的操作条件:维持气化层温度于较高范围,而上行煤气和下行煤气温度处于较低状态下运行。气化层温度和蒸汽分解率较高,煤气质量好,炉上、炉下出气温度低,说明气化层位置适宜,炉内各区层分布也相对合理。采用观察分析炉上、炉下温度的方法,只能大致判断炉内状况。近几年来,有部分厂家在夹套上方炉壁
炉上出气温度高,说明上行气体带出的显热多(上行煤气气量大);炉底温度高,不仅危及炉底设备,同时下吹出气亦造成显热损失。采取有效措施,确保气化层位置及温度控制在适宜范围内,并力求气化层分布均匀,是煤气生产人员在日常操作中的努力方向。
因为气化层储蓄的热量是以吹风耗炭为代价提供的,所以,在保持适宜的气化强度和较好的气体质量前提下,尽量降低炉上、炉下温度,减少热量损失,是充分提高碳的有效利用率,降低原料煤消耗的一项重要措施。
为实现煤气炉长周期经济稳定运行的目的,首先要稳定入炉风量和蒸汽用量等重要气化条件,力求炭层高度、气化层位置、气化层温度(一个循环周期间最高最低稳定在一定区间)、灰渣层厚度和气体成份相对稳定,只有如此,方可能使炉况长期处于最佳的状态,实现气体质量好,产气量和碳利用率高,两煤消耗低的最终目标。
5.掌控好下灰的数量和质量
排灰适度是保持炉内物料平衡,维持煤气炉正常运行的重要方面。众所周知,灰渣层处于燃料层的最下部,它担负着支撑燃料层的骨架作用,同时又起着吸收下行气体显热、预热上行气化剂、保护炉底设备,延长其使用寿命的作用。气化剂均匀分布是炉况稳定的必备条件。灰渣层对气化剂的二次分布起着十分重要的作用,只有通过灰渣层的二次分布,才能建立起分布均匀而且温度较高的气化层,以达到高产低耗的目的。否则,就破坏了气化层的均匀度,将严重制约煤气炉最佳运行条件的形成。
理想的灰渣层是煤气炉稳定运行的基础,也是提高气化强度和碳有效利用率的关键。煤气炉运行过程中,出现的偏漏、塌炭、挂炉、风洞以及气化层偏移倾斜等异常现象,大都与没能构建起较为理想的灰渣层密切相关。因此,建立厚度合理均匀、结渣率适度的灰渣层,是煤气炉长周期稳定运行的根本保障,是实现降低上、下行气体带出物、原料煤和蒸汽消耗的必备条件。
下灰质量的优劣,两侧灰箱排渣数量和质量是否均衡,是判断煤气炉气化是否正常的主要依据。煤气炉气化正常的情况下,两侧灰箱下灰数量均匀,质量好。灰渣中返碳率小于15%(理想状态返焦率小于10%)、结渣率大于65%(理想值大于70%)、细灰量小,视为正常。影响下灰质量的因素较多,主要有以下几个方面:
(1)炉底防漏炭装置设计安装不合理,导致塌炭、灰质失衡、灰中返碳率高。如小氮肥厂煤气炉原为φ
实践证明,炉径扩大后,设计安装科学合理的防漏、阻漏装置,是确保煤气炉正常经济运行的关键,理应引起煤气生产人员的高度重视。
根据近几年多厂家实践得知:采取破渣条适当下伸阻漏与灰盘延径板相结合的防漏措施,效果较为理想。出灰口的高度(破渣条下端与灰盘上平面距离)控制在
(2)排灰速度对灰渣质量的影响
控制煤气炉灰渣层有一个合理的厚度,首先要维持好灰渣生成速度与排灰速度的平衡,即与炉条机运转速度相适应。严格掌握排灰速度与下灰次数,防止因下灰不及时,造成灰渣层失衡或灰渣层增厚现象。
(3)煤气炉运行工艺优化不到位
上、下吹百分比与上、下吹蒸汽流量的合理选择是控制气化层温度和位置、灰渣成渣率、灰中含碳量的主要手段,应认真优选,精心调节,使煤气炉达到最佳的经济运行状况。
综上所述,控制适宜厚度的灰渣层,保持较高的结渣率,减少灰渣中返碳率,是提高碳的有效利用率,降低原料煤消耗和蒸汽消耗的主要努力方向。各企业应根据实际情况,制定科学合理的工艺指标和管理措施,确保排灰质量,实现煤气炉在最佳工况下长周期稳定运行。
6.掌控好工艺控制指标的制定与考核
目前,小氮肥行业煤气炉大都采用φ
入炉蒸汽压力的控制(总蒸汽阀前),一般在0.08MPa~0.12MPa之间较为适宜。
入炉蒸汽采用过热蒸汽,对煤气炉气化层温度、气体质量、蒸汽分解率均优于饱和蒸汽,现大部分厂入炉过热蒸汽温度一般控制在
炉顶、炉底温度是煤气炉操作的重要工艺控制指标,控制适宜的上行出气温度和下行出气温度是降低消耗的一项重要措施。工艺参数控制较好的厂家,炉上出气温度和炉下出气温度均小于
蒸汽分解率是衡量蒸汽消耗和半水煤气质量的主要参数。采用过热蒸汽,并控制适宜的气化层温度和气化强度,较好厂家上、下吹蒸汽分解率平均值大于50%。
下灰质量的好坏,对原料消耗影响很大。影响下灰质量的因素很多,既有运行工艺和操作方法不合理的影响,又有设备缺陷的影响。因此,根据各自的实际情况,做出相应的优选和改进,确保下灰质量,力求灰渣中可燃物含量降至15%以下(理想目标小于10%),结渣率≥65%以上,是煤气生产人员重要的努力目标。
制定符合企业实际情况的科学合理的工艺控制指标,并认真执行落实和严格考核,奖惩兑现,是稳定炉况,提高半水煤气质量,降低两煤消耗的关键。管理及操作人员,在制定工艺指标时,须通过理论分析和实践总结,努力探索出不同气化条件下的工艺控制指标,一旦确立工艺指标后,各班须严格遵守和执行,并在实践中发现矛盾和问题,不断改进提高,逐步优化运行工艺和操作方法。
所谓炉况稳定只是相对而言的,在日常操作中,只能追求动态气化条件下炉况的相对稳定。煤气生产人员,力求煤气炉内炭层高度、气化层位置、气化层温度、灰渣层厚度、上下行出气温度、气化剂分布、蒸汽压力及温度、入炉空气量、上下吹蒸汽流量及时间、下灰质量与数量、半水煤气成份等相对稳定,只有在以上各主要工艺指标和气化条件相对稳定的前提下,才能探索出煤气炉的最佳运行工艺,实现高产低耗的目的。
班组之间考核须以促进最佳炉况的稳定为目标,避免为本班“降低消耗”采用不正确的操作方法,而导致炉况出现波动。各班统一目标,统一操作,为创造稳定的最佳炉况而努力。对管理人员的考核也应以有利于炉况稳定为前提,指标制定要科学合理,考核要严肃认真,奖惩要兑现到位,最终达到煤气炉长周期安全稳定运行和高产低耗的目的。
7.掌控好各类人员主要工艺参数调节幅度和范围
要实现煤气炉在最佳状态下稳定运行,首先要根据气化条件的变化,如气温、天气、煤种及炉况变化,进行工艺参数的相应调节。各类人员调节幅度及范围须有明确规定,便于运行工艺的统一执行和规范管理。一般情况下,吹风和上、下吹时间,主要操作人员可在1~2秒内调节,蒸汽用量可在0~
循环阶段的百分比例、入炉蒸汽压力、鼓风机风量、半水煤气中CO2含量、炭层高度、炉上和炉下出气温度、夹套上方六点温度、灰仓出渣温度、炉条机转速、下灰间隔时间等主要指标及参数,都必须规定一定的调节幅度和范围。各级人员在规定的各自权限范围内进行适当调节。特殊情况下的调节幅度要做明确规定。较大幅度改变气化条件和运行工艺,必须向相关管理人员请示,批准后方可执行。规定的目的并非扼制有关人员主观能动性的发挥,而是确保科学合理的调整,避免调节失误,并能使各级人员有章可循,努力创造煤气炉稳定运行的最佳条件。
工艺调节状况应认真如实记录并交接清楚,严禁各行其是或隐瞒谎报。
8.掌控好煤气系统主要设备部件及阀门管路的选配
掌握好煤气系统主要设备、工艺阀门、管路及部件的合理选配,对煤气炉长周期安全稳定经济运行极其重要。各厂家由于所处的纬度、海拔高度、年平均气温的差异,所采用原料特性的不同,在选配主要设备及阀门管路时,一定要立足现实,统筹谋划,优选配置。
(1)风机的选配
风机的风量、风压与气温和大气压高低(空气密度的大小)密切相关。比如,济南海拔高度
(2)炉箅的选择
炉箅是煤气炉内重要部件之一。炉箅的功能是均匀分布气化剂,并有效地降渣、破渣、排渣,还要求其尽量减少下吹带出物。目前的炉箅呈多样化,有五层、六层、七层;四边、五边、六边型,炉箅高度
部分厂家多年实践认为:φ
(3)废热锅炉的选配
回收上行、下行煤气显热的换热器,称为废热锅炉。目前,水管和火管式结构的废热锅炉多数厂家不再使用,以热管废热锅炉替代。热管锅炉具有热回收率高、耐冲刷、耐腐蚀、使用寿命长的优点。现在已有各种规格形式的热管废热锅炉提供市场,主要以单体废热锅炉式和上层为蒸汽过热器、下层废热锅炉组合式,以双层联合余热回收装置较好。回收装置可利用上、下行煤气显热副产蒸汽并过热低压蒸汽达到
(4)气体洗涤塔的选配
担负着煤气的洗涤和降温功能的气体洗涤塔,生产条件较为恶劣,洗涤塔的结构多为填料塔和空塔喷淋,以空塔喷淋式为好。由于煤气中焦油、粉尘较多,加之使用的冷却循环水悬浮物含量高,易使填料塔堵塞,降低洗涤效率,并形成阻力。
空塔喷淋结构,喷头不易堵塞,喷淋均匀,能够达到较高洗涤和降温效率,且阻力小。空塔喷淋塔体要有一定的高度,且设计多层喷淋,以增加气水的接触时间和空间。
洗涤塔入口侧箱高度要兼顾入口管与塔底及气体返出水面的流通距离(面积),避免形成阻力。塔底截面积(除去溢流堰区间面积),要尽量扩大,应超出入口气管截面积的10倍以上,当吹风阶段洗涤塔水面受压于煤气总管压力(气柜压力加总管阻力),使气体先入口管水位上升时,洗涤塔水位能保持基本稳定 (波动小),例如,入口管水位上升
气体洗涤塔冷却水溢流口应设挡板,挡板应适当加长,便于及时排水,降低堰上液流高度,稳定水位,降低阻力。
目前,气体洗涤塔内水封溢流结构基本上有三种形式,一是溢流堰式,二是垂直溢流管式,三是侧位溢流管式。
其溢流堰(管)上的液流高度由下式计算:
式中 how—平堰上的液流高度,m;
L—液流量,m3/h;
Lw—堰长,m;
E—液体收缩系数(一般为1)。
圆形溢流管液流高度计算公式:
式中 how—流管液流高度,m;
di—圆形溢流管内径,m;
l—液流量,m3/h。
举例:设〈1〉气体洗涤塔水封溢流选平堰
气体洗涤塔水量
堰上液流高度:
由计算可知,实际水封高度高于设计值,其数值与溢流堰的形式、长短、直径大小密切相关。所以,溢流堰长度的选取主要根据水量大小设计。若选取不当,塔内水位增高,将造成气体洗涤塔的阻力增大,影响煤气炉产气量。
溢流出水口水封,以插入式和“u”型管式为多,“u”型式较好。
气体洗涤塔涉及煤气的净化和降温、阻力和安全,现无标准设计,各厂家差异较大,出现问题较多,须引起工程设计人员和煤气生产管理人员的高度重视。
(5)煤气炉炉体高度的选择
炉体高度究竟确定多高为宜,目前尚无定论。近年来,业内人士多有高径比的探讨,但看法各异。实际上,高径比只是一个大体的范围,高径比的确定与炭层高度、原料粒度、炉箅高度、风压、风量息息相关,并要与工艺设备流程和系统阻力相适应。目前煤气生产流行的“三高一短”操作法,只是原则性的。“三高一短”的确定值,各厂均有差异。需特别指出的是,不顾本厂原料特性和设备配套状况,而一味地将炉体加高是不妥的。具体地讲,炉体高度主要是依据所选燃料层的高度而定。燃料层高度的确定与原料粒度特性、风机、炉箅等有关。根据目前小氮肥厂所用炉型的具体情况,炭层高度(风帽顶上炭层高度)一般应<
(6)夹套锅炉的选配
夹套锅炉的作用是防止因气化层高温熔融粘结而挂于炉壁。目前小氮肥企业φ
燃料层底部为灰渣层,一般小于
(7)蒸汽调节系统和低压蒸汽管路的选配
蒸汽是制气阶段的主要气化剂,要求入炉蒸汽压力和温度相对稳定,对稳定炉况,提高制气效率和蒸汽分解率非常重要。
煤气生产所用蒸汽,一般来源于夹套、废热锅炉和吹风气回收系统副产蒸汽及外来锅炉蒸汽。蒸汽调节系统由供汽源、蒸汽缓冲罐及蒸汽调节控制部分组成。适应制气要求的关键是高压蒸汽减压补入低压调节反馈系统的蒸汽要及时、灵敏,以稳定低压蒸汽系统的压力。
蒸汽缓冲罐是稳定蒸汽必不可少的设备。缓冲罐容积大小视配套炉数及蒸汽调节灵敏性而定。原则上缓冲罐容积大,则缓冲作用强,有利于低压蒸汽的稳定。蒸汽压力系统连接的管径应适当放粗,以蒸汽流速小于
(8)煤气系统设备、管路以及阀门的选择
提高煤气炉的气化强度和降低消耗主要途径之一是加大空气通过燃料层的流速,抑制吹风阶段生成 CO2还原为CO的反应,提高吹风效率。为此,吹风阶段要尽量降低系统阻力。煤气系统管路及阀门总体布局应突出吹风过程降低系统阻力的要求。比如:鼓风机风量为24000Nm3/h时(标态),出煤气炉吹风气温度为
上行煤气的体积亦较大(上吹加氮制气时),如果上行煤气阀安装在进废锅前,该阀门及管道亦应适当放大加粗。
表(1)不同炉型所配阀门和阀门通径的选择(参考值,单位mm)
设φ
表压为24kPa;吹风时炉上压力为3kPa;炉上温度
吹风选配闸板阀门,其通径为
吹风气回收阀阀径为
通过计算可以看出,以上阀门配置均超设计要求流速,若阀门通径再行扩大,炉上、炉下空间“死区”亦增大,对降低蒸汽消耗不利,所以,在设计过程中,应综合权衡,合理选取阀门与管径。
上行除尘器应尽量靠近楼体,以减少上行空间,同样下行煤气除尘器应安置于靠近炉体的楼房内,上、下行煤气阀应安装于除尘器之后,且尽量靠近炉体,以减少空间。炉底(下行除尘器内)应设蒸汽吹净管线,吹除吹风时残留炉下空间的空气,避免下吹阶段带入气柜而导致半水煤气中氧含量升高。
为减少制气阶段阻力,而去掉气体洗涤塔水封,增设煤气总阀,此做法欠妥。因为煤气总阀口径较大并远离油站,开关到位时间相对较长,阀门启闭期间易引发气体倒流至吹风气余热回收系统或烟囱放空。
采用综合余热回收的煤气系统(联合废锅),设置单炉煤气总阀是必需的。单炉煤气总阀开关时,亦同样存在倒气问题。煤气总管压力或联合废热锅炉处压力越高,阀门开关到位时间越长,倒气量越大。所以,应采取措施缩短阀门开关到位时间,减少倒气损失。
(9)配置必须的仪表及监控系统
完善生产仪表监测系统是安全生产、高产低耗必备的重要装置。监测装置缺失可导致工艺优化难度增加,当系统阻力增大、阀门开关不到位时,难以及时发现,甚至危及安全生产。操作人员仅仅凭感觉操作,维持低水平生产,在这种环境下,技术水平很难提高,管理没有科学的统计,亦难以做到公平公正。
完善的仪表监测应具备炉上、炉下、废热锅炉及气体洗涤塔进出口气体温度和压力的显示,夹套上方六点温度及灰仓两侧出渣温度的显示,装有上、下吹蒸汽实时流量及累积流量,外来蒸汽流量及煤气、空气流量,有外来蒸汽、软水、循环水、油泵及低压蒸汽等压力显示,炉条机、风机电流的显示。还应有气体自动分析仪,如半水煤气中氧含量、合成循环氢含量(H2/N2)、补充气H2含量等。部分仪表兼有自动统计考核的功能,便于管理人员的公正考核。总之,仪表的正确显示,对指导生产、优化工艺与操作、降低消耗具有十分重要的意义。
(10)煤气加氮方式的选配
煤气的配氮方法目前各厂不同。简单的方法是在吹风后期,将吹风气回收阀或烟囱阀提前关闭,回收吹风气中的氮气,这种加氮方法的缺点是气化层温度波动大,加氮占用一定的时间,相应缩短了制气时间。现在各厂家采用上吹加氮为多,上吹加氮方法,一是利用吹风阀延时关闭直接加氮法,此法山东明水化肥厂最早采用,是基于当时风机风压风量小,原料煤质量好,且采用水压控制系统可靠性差,宜尽量减少阀门数量,简化操作程序,在当时的气化条件下,起到很好的作用,目前仍有部分厂家在采用。二是采用专用加氮阀门配氮,加氮阀门选择DN