純氧連續式氣化爐改造小結

(安陽九天精細化工有限責任公司 ， 河南 安陽 455133)

煤氣化技術是高效清潔的潔凈煤技術，目前常用的純氧焦炭制備CO的氣體發生爐的爐壁主要分為兩種形式：一種為耐火磚結構，一種為水冷壁結構。對于耐火磚壁面來說，在實際運行過程中，氣化產生的熔渣對耐火磚產生持續的浸蝕，使用壽命短，需要定期更換；對于水冷壁壁面來說，傳統氣化爐采用的水冷壁主要為水冷壁盤管，有的為螺旋盤管，有的為豎直管加鰭片，耐壓性能較低，焊縫多，不安全。而且傳統氣化爐存在水冷壁高度和氣化爐高徑比設置不合理的問題。水冷壁高度設置不合理導致氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度高于灰熔點，使得焦炭溫度超過灰熔點時在爐壁上產生結焦掛疤的現象；高徑比設置不合理，導致反應熱無法充分利用，焦炭消耗量高。關于CO的制備，安陽九天精細化工有限責任公司采用純氧連續氣化生產一氧化碳技術，以焦炭為原料，氧氣和二氧化碳為氣化劑，采用固定床連續氣化工藝，自動加炭，連續制氣，得到粗煤氣(CO含量為65%左右)，經凈化、壓縮、變壓吸附提純等工序得到純度≥97%的CO送往DMF工序。本次對純氧連續式氣化爐進行改造的目的在于克服現有技術中的不足，從而實施一種高效節能氣化爐。

1 工藝流程

粒度為25～60 mm的合格焦炭由料倉經給料機加入到自動加焦機內，自動加焦機定時將焦炭加入氣化爐內。氣化劑CO2與O2通過各自的調節閥按一定比例經過混合器從氣化爐底部進入，與爐內熾熱的焦碳發生氧化還原反應，生成的粗煤氣(即原料氣)從氣化爐頂部引出，經旋風除塵器除去灰塵，在廢熱鍋爐、洗氣塔回收熱量降溫后進入PSA一段、二段，得到純度為97%以上的CO產品氣。

2 存在問題

氣化車間目前有Ф2 400 mm CO氣化爐4臺，爐體總高8 m(爐頂上法蘭至爐體大法蘭下平面)，水夾套為全低壓水夾套，上筒體筑爐以下部分水夾套高2 m；爐箅為四層寶塔形，三層風道，總高1.02 m；條狀破渣條，尺寸400 mm×50 mm×40 mm，凈空間距0.15 m。由于原造氣爐設計是常規固定床間歇爐的形式進行設計的，不適應純氧制氣的需要，主要存在以下問題：①上筒體筑爐以下部分水夾套高度只有2.1 m，造成夾套以上嚴重結焦，結焦厚度達到800 mm以上，嚴重影響氣化爐的正常穩定生產。②爐箅設計不合理，只有三層風道，總高僅1.02 m，布風不均，面積不夠，破渣條破渣能力嚴重不足。③爐底總成設計不合理，提高氣量時嚴重流碳跨碳。④自動加焦機設計不合理，嚴重漏氣，造成安全隱患并且消耗增大。⑤水夾套為低壓夾套，產生冷壁效應，使消耗增加，產生0.08 MPa低壓蒸汽不能進入蒸汽管網，現場放空，造成嚴重能源浪費和污染。⑥旋風除塵器除塵效果不好，導致大部分煤灰被帶到后系統。

3 裝置系統改造

針對氣化爐裝置系統存在的問題，主要從以下幾個方面進行改造。

3.1 原造氣爐整體更換

采用提升型固定床連續氣化CO發生爐CY-Ф2 800 mm直筒煤氣爐，該爐整體配置合理，防流措施完善，氣化強度840 m3/h，單爐發氣量≥5 500 Nm3/h，灰渣殘炭量≤5%，有效氣體成分含量高，操作彈性大、工況穩定，節能降耗效益高。水冷壁高度增加到5.5 m，使氣化爐內氧化層和還原層高溫區位于水冷壁范圍內，通過控制水冷壁鍋爐蒸汽壓力控制水冷壁內循環循環水溫度，使氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度低于灰熔點，解決焦炭溫度超過灰熔點時在氣化爐壁上結焦掛疤問題。在有效地提高碳層高度，加大氣化強度，增加發氣量的同時，還能有效地控制上氣道溫度，減少熱損失，降低煤耗。同時碳層高度的提高，可以有效地減少爐上帶出物，延長氣化時間，提高了CO的含量。同時提高爐內碳層高度，還可以減少火層下移，避免“吹翻”和“空洞”，保護爐箅，保證氣化生產的安全連續穩定運行。

3.2 爐底采用七層六邊形新型爐底

兩個出灰口都設置了防流板與爐底一次澆鑄而成，耐熱、抗磨、不變形，使用周期長。同時增大了底盤強度，合理的排渣角度，設計堆積角控制在40°左右，無需加內防流，徹底杜絕了煤氣爐流炭、垮炭現象，煤氣爐的工藝更加穩定，爐渣返焦率可以穩定地保持在理想水平，保證不流炭。滾動導環兩側配有4道填料密封，阻止導環進灰，確保滑道內清潔，滑道內四點連續注油，減少機件磨損，降低轉動阻力。爐條機采用閉式傳動，變頻調速，立軸設注油點，使用周期長。CO發生爐7層六邊塔形高效節能爐箅，層間間距小，氣化劑分布均勻合理。六邊形尖角破渣，破渣部位堆焊耐磨耐高溫材料，加各環區灰渣下降速度均衡，使爐內熱量分布均勻，灰渣殘炭量低,爐箅A、B、C、D四層為耐熱鑄鋼，下部各層添加了錳,提高鋼的抗沖擊力和耐磨性能，延長了使用周期。 破渣條采用梯形破渣條，規格尺寸合理、間距科學布置，合理定位，兼顧了提高破渣能力、防流、保護水夾套三種作用。底盤設計降低氣化劑入爐流速，設計中心管直徑、爐底中心入口、灰盤進風口直徑逐漸增大，氣體逐漸擴散，風速逐漸降低，優化氣化劑入爐狀態。狀態為分散扇面狀氣流，有利于形成均勻的布風條件，局部偏流和偏灰偏火現象得到了有效地控制。底盤總成整體采用耐高溫設計，更適應燒多種煤質，操作彈性提高。有利于強化生產，更有利于發揮原料優勢實現高產低耗。

3.3 對自動加煤系統給料部分進行改造

取消了現有的給料機、料斗、容焦槽，采用了封閉式油壓插板閥和小布料器組合，保證了密封的可靠性。大小布料器閥芯閥座密封面堆焊1Cr18Ni9Ti不銹鋼，增強抗腐蝕抗磨損。同時，充分考慮原料煤對其密封面的沖刷，從運動力學角度出發，設計防物料沖刷結構，使密封面使用周期大幅度延長，密封效果得到有效地改變，杜絕內漏。大分布器閥桿密封采取雙填料密封，上下填料函形成儲油室注潤滑脂，潤滑閥桿，濕潤填料，增強密封效果，增加保護套，避免了原料煤對閥桿的沖刷，徹底解決了分布器閥桿漏氣問題，延長了整體使用壽命。在改造給料部分的同時，取消原有的給料機裝置，增加重力除沫裝置，改善現場工作環境。同時對油路系統進行改造，其中包括：①調整電磁閥的通徑；②依據工藝需求，增加電磁閥閥位；③增加主油路蓄能器的體積，保障事故停車安全。為減少操作人員勞動強度，使用自動碳層檢測裝置，信號傳送至微機，由主操作進行統一控制。

3.4 氣化爐增加汽包

夾套鍋爐壓力提高至1.6 MPa，操作壓力為1.3 MPa，每臺氣化爐增加至1臺汽包。夾套副產的蒸汽可以回收，并入公司蒸汽管網。改造前，單爐每小時蒸汽產量約1 t，壓力0.08 MPa，無法回收利用，全部放空，白白浪費了大量的熱量。改造后，單爐每小時蒸汽產量約1.5 t，壓力1.00 MPa，全部回收至0.5 MPa蒸汽管網。夾套蒸汽全部回收，隨著夾套壓力、溫度提高，減少了熱量損失，降低了原料消耗。

旋風除塵器更換為干式下灰除塵器，減少煤灰帶入循環水系統，進而減少灰分對水泵的摩擦。

4 改造前后的效果對比

4.1 擴產

CO外送量由6 800 m3/h增加至8 500 m3/h。

4.2 降耗

千立方米CO耗焦炭由780 kg降至650 kg；提升氣化爐夾套產蒸汽品質，壓力由0.08 MPa提至1.3 MPa，全部并入0.5 MPa蒸汽管網。

4.3 環保節能

①除塵器改為干式下灰，焦粉全部回收，減少了進入回水池焦粉，減少了循環水用量；②氣化爐給料采用雙布料器加焦，消除了煤氣泄漏；同時，氣化爐原給料機拆除，利用位差給料，降低了電耗；③下級灰箱加裝了噴水裝置，消除了下灰期間粉塵對環境的污染。

4.4 解決結焦掛壁

由耐火磚和水冷壁組合布置形成氣化爐壁面，通過設置合理的水冷壁高度，使得氣化爐內氧化層和還原層高溫區位于水冷壁范圍內，通過控制水冷壁鍋爐蒸汽壓力控制水冷壁內循環水溫度，使氣化爐水冷壁周圍的焦炭溫度低于灰熔點，解決焦炭溫度超過灰熔點時在氣化爐壁上結焦掛疤問題。

4.5 保證爐溫穩定

采用合理的氣化爐高徑比，增加碳層高度，利用反應后剩余的熱量預熱入爐焦炭，實現反應熱的充分利用，降低焦炭消耗，設置多個氣化爐測溫點，可及時反饋爐溫變化情況，保證了爐溫穩定。

4.6 改善現場環境

采用了七層六邊形寶塔型焦炭純氧制備CO專用爐篦，其布風均勻，排渣，破渣能力強，氣化層高度更加容易控制，爐況穩定，采用雙布料器代替原單布料器加焦，消除下料期間煤氣泄漏，改善現場環境。