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本文由 马后炮化工论坛 转载自互联网
在我国的中、小氮肥企业，大多是以煤为原料，采用固定层间歇制气的煤气化方法，固定层煤气发生炉（造气炉）作为造气工段的龙头设备，它的稳定运行对企业的生产具有很大影响。下面就炉栅与造气炉的结构搭配问题，对造气炉稳定运行的机理和运行过程进行了分析。
① ①
② ②
对于螺旋锥形或扇形炉栅来讲，炭和灰渣在炉膛内的运动大致可分为两个过程(如图一)：
①
炉膛内环区的炭和灰渣在炉栅推灰器(排渣筋)的推动下向斜下方移动，直至进入灰道(灰盘上面被灰犁扫过的环形空间，包括排灰口处的部分)。
②
炉膛外环区的炭和灰渣，随其下部承托层(炭或灰渣)的气化或下降而下移，接近灰道时，在炉栅的拨碾下靠重力落入灰道。
要实现造气炉的稳定运行，就必须使过程①与过程②达到动态平衡。也就是说：过程①排出的灰渣应基本等于内环区生成的灰渣；过程②排出的灰渣应基本等于外环区生成的灰渣。如果过程①弱于过程②，就会有大量灰渣积存在炉膛的内环区，进而造成造气炉生成负荷低，炭层高居不下，外环区反应不均匀，返炭率高等问题。如果过程①强于过程②，内环区排灰加快，则会使气化层中部下凹或气化层下移，燃烧的红炭直接与炉栅接触，与吹风阶段的强风流接触。在吹风阶段，炉栅风道口附近区域的温度会急剧升高，温度波动极大。在这种情况下，即使上、下吹阶段的蒸气在理论上能够把吹风阶段产生的热量带走，使整个气化反应达到热量平衡，但吹风阶段风道口附近的阶段性高温，也足以造成熔渣结疤、烧坏炉栅等后果。
过程①与过程②的相对强弱是由炉栅，炉底及炉体的结构参数共同决定的，具体的影响因素有：
1、炉栅底座以上部分的高度。
高度越大，炉栅的排灰倾角就越大，从而加强过程①的排灰作用，也就削弱了过程②；反之，这个高度变小，就会削弱过程①而加强过程②。
2、排渣筋的高度和螺旋角度。
如果加大排渣筋的高度和螺旋角度，排渣筋向斜下方排灰的能力就会加强，从而加强了过程①而削弱了过程②；反之，如果减小排渣筋高度和螺旋角度,就会削弱过程①而加强过程②。
3、炉栅的布风特性。
如果增加炉栅内环区的开孔率和通风强度，则会在内环区产生较多的灰渣，从而在灰渣的生成和排出平衡方面相对削弱了过程①而加强了过程②；反之，如果减小内环区的开孔率，则会相对加强过程①而削弱过程②。
4、灰道的截面积和长度。
炉膛底部半环行灰道的截面积越大，长度越短，其清灰排灰能力越强，就会加强过程②，而且可降低炉条转速，从而抑制了过程①。反之，细长的灰道则会抑制过程②而加强过程①。
5、炉膛(夹套)内径的锥度特性。
若夹套内径从上往下逐渐收缩，形成倒锥形，就会削弱过程②而加强过程①；反之，内径上小下大的夹套会加强过程②而削弱过程①。
二、
关于本厂的Φ3.3m造气炉改造
先前，本厂的Φ3.3m造气炉明显地存在着过程①强于过程②的不平衡迹象，尤其是2#-5#炉。1#炉由于灰道截面积较大，炉栅较矮(排灰能力较弱)，削弱了过程①，使两个排灰过程比较接近于平衡状态，操作工艺性较好。针对本厂Φ3.3m造气炉的结构现状，炉栅结构的改造应包括以下几个方面(在德化机1700mm高的LD型炉栅基础上进行改造)：
1、对于3#-5#炉：
(1)
将C、D、E层材质改用铸钢，去掉B、C、D层外折边，在保持通风面积不变的情况下使炉栅底座以上高度降低80mm。
(2)
减小炉栅底座外径，其最大回转直径由2700mm减小至2550mm，炉栅底座的高度增加100mm，以增大灰道截面积(相应增大灰犁尺寸)。
(3)
将B、C、D层的排渣筋高度各减去25%。
2、对于1#炉和2#炉：
(1)
将C、D、E层材质改用铸钢，去掉B、C、D层外折边,在保持通风面积不变的情况下将炉栅底座以上高度降低80mm。
(2)
将B、C、D层的排渣筋高度各减去20%。
(3)
2#炉的炉底结构仿照1#炉进行改造，增大环形灰道的截面积和容灰、排灰能力。
3、另外，前面曾经提到，增大炉栅内环区的开孔率(即增加炉渣生成量)也可令过程①相对削弱而趋近于平衡状态，但是在目前本厂Φ3.3m造气炉排灰已很不均匀的情况下不能采用这种方法，因为这样会使炉膛圆周上的排灰更加不均匀，气化层更加容易零乱，失去可操作性。另外，加大炉膛下口内径也可加强排渣过程②，但是由于本厂Φ3.3m造气炉灰盘直径较小（仍采用原有Φ3m造气炉灰盘，排灰口的排灰角度大，为减小流炭的趋势，该方法也不宜采用。
4、改造效果1998～2000年，结合造气炉的大、中修工作，分别对1#～5#Φ3.3m造气炉进行了上述结构改造，效果良好。1998年，2#炉曾在半年内连续发生过三次恶性结疤事故，高负荷运行时的可操作性很差。改造完成之后，除了在2000年上半年因系统原因使3#、4#炉产生了一次局部结疤外，各炉的运行基本正常，出色完成了本公司下达的高负荷生产任务。为本公司应付化肥市场疲软，完成盈利目标打下了坚实的基础。
三、造气炉结构的搭配和炉栅的设计与选型
造气炉的稳定运行依赖于过程①与过程②的动态平衡。由于两个排渣过程不禁与炉栅有关，还要受炉底与炉体结构的影响，所以在设计和选择炉栅时，必须根据具体的使用条件综合考虑，而不能将各方面本来密切相关的参数和条件进行孤立的分析。
在目前的炉栅生产厂家，对炉栅进行设计和优化时，一般只考虑到炉栅本身参数之间的关系，而且往往试图将同样的炉栅推广使用到不同的造气炉上。这样做的结果是同样的炉栅在不同的厂家使用时，表现出的性能产生很大的差异。实际上，对于炉栅生产商来说，在他们推广其成型产品的同时，应该使生产工艺具有更大的弹性，具有“量体裁衣”的能力------即根据用户的造气炉结构制作出结构匹配合理的炉栅。
由于对①、②两个排渣过程的强弱关系进行理论上的量化计算比较困难，所以，如果只根据气化反应中物料平衡和能量平衡的理论计算结果，来确定炉栅和整个造气炉的结构配置不很现实。比较可行的办法是：选择一个或几个有经验的使用单位的造气炉作为模型炉，在模型炉实际运行数据的基础上进行设计和改进，从而获得成功的结构搭配，提高造气炉的稳定性和易操作性。
在炉栅的使用厂家，炉栅选型的任务就是使炉栅的参数与该厂造气炉的炉体、炉底结构合理匹配，使现有的造气炉在生产中能够实现过程①与过程②的平衡，从而提高造气炉的生产稳定性和易操作性，实现稳定生产。
当然，在实际选择炉栅时，还要考虑到通风面积与通风阻力(影响生产负荷)，下吹带出物多少，耐高温性，抗裂性等，由于不是主要的相关参数，不是本文所讨论的重点，在此不做细论。 |
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发表于 1970-1-1 08:00:00
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