纯氧连续式气化炉改造小结

2021-01-08

河南化工 2021年3期

(安阳九天精细化工有限责任公司，河南安阳 455133)

煤气化技术是高效清洁的洁净煤技术，目前常用的纯氧焦炭制备CO的气体发生炉的炉壁主要分为两种形式：一种为耐火砖结构，一种为水冷壁结构。对于耐火砖壁面来说，在实际运行过程中，气化产生的熔渣对耐火砖产生持续的浸蚀，使用寿命短，需要定期更换；对于水冷壁壁面来说，传统气化炉采用的水冷壁主要为水冷壁盘管，有的为螺旋盘管，有的为竖直管加鳍片，耐压性能较低，焊缝多，不安全。而且传统气化炉存在水冷壁高度和气化炉高径比设置不合理的问题。水冷壁高度设置不合理导致气化炉水冷壁周围的焦炭温度高于灰熔点，使得焦炭温度超过灰熔点时在炉壁上产生结焦挂疤的现象；高径比设置不合理，导致反应热无法充分利用，焦炭消耗量高。关于CO的制备，安阳九天精细化工有限责任公司采用纯氧连续气化生产一氧化碳技术，以焦炭为原料，氧气和二氧化碳为气化剂，采用固定床连续气化工艺，自动加炭，连续制气，得到粗煤气(CO含量为65%左右)，经净化、压缩、变压吸附提纯等工序得到纯度≥97%的CO送往DMF工序。本次对纯氧连续式气化炉进行改造的目的在于克服现有技术中的不足，从而实施一种高效节能气化炉。

1 工艺流程

粒度为25～60 mm的合格焦炭由料仓经给料机加入到自动加焦机内，自动加焦机定时将焦炭加入气化炉内。气化剂CO2与O2通过各自的调节阀按一定比例经过混合器从气化炉底部进入，与炉内炽热的焦碳发生氧化还原反应，生成的粗煤气(即原料气)从气化炉顶部引出，经旋风除尘器除去灰尘，在废热锅炉、洗气塔回收热量降温后进入PSA一段、二段，得到纯度为97%以上的CO产品气。

2 存在问题

气化车间目前有Ф2 400 mm CO气化炉4台，炉体总高8 m(炉顶上法兰至炉体大法兰下平面)，水夹套为全低压水夹套，上筒体筑炉以下部分水夹套高2 m；炉箅为四层宝塔形，三层风道，总高1.02 m；条状破渣条，尺寸400 mm×50 mm×40 mm，净空间距0.15 m。由于原造气炉设计是常规固定床间歇炉的形式进行设计的，不适应纯氧制气的需要，主要存在以下问题：①上筒体筑炉以下部分水夹套高度只有2.1 m，造成夹套以上严重结焦，结焦厚度达到800 mm以上，严重影响气化炉的正常稳定生产。②炉箅设计不合理，只有三层风道，总高仅1.02 m，布风不均，面积不够，破渣条破渣能力严重不足。③炉底总成设计不合理，提高气量时严重流碳跨碳。④自动加焦机设计不合理，严重漏气，造成安全隐患并且消耗增大。⑤水夹套为低压夹套，产生冷壁效应，使消耗增加，产生0.08 MPa低压蒸汽不能进入蒸汽管网，现场放空，造成严重能源浪费和污染。⑥旋风除尘器除尘效果不好，导致大部分煤灰被带到后系统。

3 装置系统改造

针对气化炉装置系统存在的问题，主要从以下几个方面进行改造。

3.1 原造气炉整体更换

采用提升型固定床连续气化CO发生炉CY-Ф2 800 mm直筒煤气炉，该炉整体配置合理，防流措施完善，气化强度840 m3/h，单炉发气量≥5 500 Nm3/h，灰渣残炭量≤5%，有效气体成分含量高，操作弹性大、工况稳定，节能降耗效益高。水冷壁高度增加到5.5 m，使气化炉内氧化层和还原层高温区位于水冷壁范围内，通过控制水冷壁锅炉蒸汽压力控制水冷壁内循环循环水温度，使气化炉水冷壁周围的焦炭温度低于灰熔点，解决焦炭温度超过灰熔点时在气化炉壁上结焦挂疤问题。在有效地提高碳层高度，加大气化强度，增加发气量的同时，还能有效地控制上气道温度，减少热损失，降低煤耗。同时碳层高度的提高，可以有效地减少炉上带出物，延长气化时间，提高了CO的含量。同时提高炉内碳层高度，还可以减少火层下移，避免“吹翻”和“空洞”，保护炉箅，保证气化生产的安全连续稳定运行。

3.2 炉底采用七层六边形新型炉底

两个出灰口都设置了防流板与炉底一次浇铸而成，耐热、抗磨、不变形，使用周期长。同时增大了底盘强度，合理的排渣角度，设计堆积角控制在40°左右，无需加内防流，彻底杜绝了煤气炉流炭、垮炭现象，煤气炉的工艺更加稳定，炉渣返焦率可以稳定地保持在理想水平，保证不流炭。滚动导环两侧配有4道填料密封，阻止导环进灰，确保滑道内清洁，滑道内四点连续注油，减少机件磨损，降低转动阻力。炉条机采用闭式传动，变频调速，立轴设注油点，使用周期长。CO发生炉7层六边塔形高效节能炉箅，层间间距小，气化剂分布均匀合理。六边形尖角破渣，破渣部位堆焊耐磨耐高温材料，加各环区灰渣下降速度均衡，使炉内热量分布均匀，灰渣残炭量低,炉箅A、B、C、D四层为耐热铸钢，下部各层添加了锰,提高钢的抗冲击力和耐磨性能，延长了使用周期。破渣条采用梯形破渣条，规格尺寸合理、间距科学布置，合理定位，兼顾了提高破渣能力、防流、保护水夹套三种作用。底盘设计降低气化剂入炉流速，设计中心管直径、炉底中心入口、灰盘进风口直径逐渐增大，气体逐渐扩散，风速逐渐降低，优化气化剂入炉状态。状态为分散扇面状气流，有利于形成均匀的布风条件，局部偏流和偏灰偏火现象得到了有效地控制。底盘总成整体采用耐高温设计，更适应烧多种煤质，操作弹性提高。有利于强化生产，更有利于发挥原料优势实现高产低耗。

3.3 对自动加煤系统给料部分进行改造

取消了现有的给料机、料斗、容焦槽，采用了封闭式油压插板阀和小布料器组合，保证了密封的可靠性。大小布料器阀芯阀座密封面堆焊1Cr18Ni9Ti不锈钢，增强抗腐蚀抗磨损。同时，充分考虑原料煤对其密封面的冲刷，从运动力学角度出发，设计防物料冲刷结构，使密封面使用周期大幅度延长，密封效果得到有效地改变，杜绝内漏。大分布器阀杆密封采取双填料密封，上下填料函形成储油室注润滑脂，润滑阀杆，湿润填料，增强密封效果，增加保护套，避免了原料煤对阀杆的冲刷，彻底解决了分布器阀杆漏气问题，延长了整体使用寿命。在改造给料部分的同时，取消原有的给料机装置，增加重力除沫装置，改善现场工作环境。同时对油路系统进行改造，其中包括：①调整电磁阀的通径；②依据工艺需求，增加电磁阀阀位；③增加主油路蓄能器的体积，保障事故停车安全。为减少操作人员劳动强度，使用自动碳层检测装置，信号传送至微机，由主操作进行统一控制。

3.4 气化炉增加汽包

夹套锅炉压力提高至1.6 MPa，操作压力为1.3 MPa，每台气化炉增加至1台汽包。夹套副产的蒸汽可以回收，并入公司蒸汽管网。改造前，单炉每小时蒸汽产量约1 t，压力0.08 MPa，无法回收利用，全部放空，白白浪费了大量的热量。改造后，单炉每小时蒸汽产量约1.5 t，压力1.00 MPa，全部回收至0.5 MPa蒸汽管网。夹套蒸汽全部回收，随着夹套压力、温度提高，减少了热量损失，降低了原料消耗。

旋风除尘器更换为干式下灰除尘器，减少煤灰带入循环水系统，进而减少灰分对水泵的摩擦。