王嬌君

摘 要：針對煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)特點，對其中的氣化裝置——爐篦進行了詳細的分析，指出爐蓖的結(jié)構(gòu)對煤氣發(fā)生爐的煤氣化率有很大影響，并提出一種針對爐蓖結(jié)構(gòu)的改進方案。新的爐蓖結(jié)構(gòu)可顯著提高煤氣化率。采用3.6 m煤氣發(fā)生爐對新結(jié)構(gòu)進行驗證，并將驗證結(jié)果與在實際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)進行對比分析。結(jié)果表明，不同類型爐篦的設(shè)計改進可以提高煤氣產(chǎn)率，從而提高煤氣化率，使煤的利用率提高，達到節(jié)約能源和提高煤氣產(chǎn)量的目的，從而證明了爐篦結(jié)構(gòu)改進的可行性與實用性。

關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)生爐；煤氣化率；偏心爐篦；正心爐篦

中圖分類號：TQ546.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.105

煤氣發(fā)生爐是將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃氣體的生產(chǎn)設(shè)備。在轉(zhuǎn)化過程中，將固體燃料氣化或燃燒時使用的裝置稱為“爐篦”。爐篦不僅在結(jié)構(gòu)上有其獨特的性能，而且在風的分布上要體現(xiàn)布風得體、出風均勻的特點。爐篦的結(jié)構(gòu)及特點對煤氣化率有很大的影響。近年來，煤氣爐生產(chǎn)廠家為發(fā)揮爐篦的重要作用，對其進行了多方面的研究：唐爾祺等人以傳統(tǒng)2.4 m直徑的煤氣發(fā)生爐為研究對象，針對該型號爐篦在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上存在的缺陷，對爐篦進行了改造。改造后的爐篦顯著降低了使用成本，減少了維修費用，提高了綜合經(jīng)濟效益。李海平設(shè)計了一種針對氣化爐爐篦的傳動方案，并論證了該設(shè)計的精巧獨特所在，并論證了其具有可靠的工作性能。安建華通過分析Dg3.8 m碎煤加壓氣化爐的爐篦結(jié)構(gòu)，說明了爐篦的工作機理，并對爐篦進行了機構(gòu)分析，確定了爐篦轉(zhuǎn)動的扭矩。李連仲針對1.6 m水煤氣兩段爐爐篦的結(jié)果進行了分析和革新。結(jié)果證明，改進后的爐篦結(jié)構(gòu)具有一定的先進性。在對爐篦進行技術(shù)改進的同時，研究者也在材料（比如鑄鐵變?yōu)殍T鋼）、工藝（比如鑄件變焊件）和外觀（比如破渣耳朵增減）方面對爐篦進行了研究。

1 傳統(tǒng)爐篦

以如圖1和圖2所示的3.6 m煤氣發(fā)生爐為研究對象，對其傳統(tǒng)爐篦進行分析。爐篦的作用主要有以下4方面：①支持物料，即氣化過程中加入的煤炭、氣化過程中生成的中間物料焦炭及氣化后產(chǎn)生的灰渣都由爐篦來承擔。②通風布風。氣化用的空氣和飽和蒸汽都是通過爐篦進入爐膛的。它不僅是通道，且還起著氣體分配作用。③部分爐篦有帶動料層移動的作用，比如旋轉(zhuǎn)爐篦能帶動料層作螺旋狀下降。④部分爐篦由于其本身偏心于爐體中心線，同時帶有條筋，所以能起到破渣作用。

從外形上分析，爐篦一般包括分別如圖1和圖2所示的偏心爐篦和正心爐篦。

在實際中，應根據(jù)客戶的要求提供相應的爐篦裝置，具體分為以下2種情況：①偏心爐篦在組合后，其中心線與發(fā)生爐爐體的中心線有要求距離，有利于渣的移動及破渣。在偏心的情況下，爐篦與爐膛邊的間隙是變動的，即有時間隙大，有時

間隙小。間隙大時，渣進入多。間隙小時，渣受擠壓，因此有破渣作用。同時，由于落入和擠出，造成煤的圓周方向移動，進而帶動整個料層作螺旋形下降。螺旋形的下降比直線形的下降所走的距離要長，物料與氣化劑的接觸時間也較長，因而能達到比較完全的氣化。但長期生產(chǎn)實踐表明，偏心爐篦中間出氣較多，布氣不夠均勻，容易發(fā)生“燒穿”現(xiàn)象。②正心爐篦在組合后，其中心線與發(fā)生爐爐體的中心線重合。其采用寶塔式結(jié)構(gòu)，布風均勻，通風量大，煤氣化率相對較高。其從上到下的結(jié)構(gòu)分布緩解了上面“燒穿”，下面“黒層”的現(xiàn)象。正心爐篦與爐膛邊的間距較大，它利用每一層爐條上均勻布置的灰刀（凸起部分）及爐座四周的大小耳朵破渣除渣，但其容易出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象。

但當兩種爐篦被應用于3.6 m的煤爐的實際生產(chǎn)中時，傳統(tǒng)的偏心6層與正心8層，對比比3.6 m小的煤爐，其在煤氣化過程中更容易出現(xiàn)布風不均、出灰不利的情況，導致燒穿、黒層、開裂、結(jié)渣等現(xiàn)象的增多，致使煤爐的生產(chǎn)效率下降，影響了廠家的效益。

2 改進爐篦

常壓固定床煤氣發(fā)生爐的氣化是在2個特定的條件下進行的，即氣化是在常壓下進行和料層堆放在爐篦上。在氣化過程中，料層要維持一定的高度，其固定的料層厚度是以動態(tài)的加煤和出灰來維持的，即在氣化過程中，一邊出灰，一邊加料，以此方式來維持料層的相對固定。

煤氣發(fā)生爐中最主要作用發(fā)生于氣化層。在氣化過程中，煤的幾個主要反應的熱化學方程式如下：C+O2→CO2；2C+O2→2CO；C+H2O→CO+H2；C+2H2O→CO+2H2；C+CO2→2CO；CO+H2O→CO2+H2.

對比氣化過程中各氣體成分在各層次內(nèi)的消耗及生成情況可發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律，即氧的耗用與二氧化碳的生成是一消一漲的關(guān)，二氧化碳與一氧化碳是一消一漲的關(guān)系。因此，在設(shè)計生產(chǎn)中，在鼓風量一定，用碳量一定，及其他因素一定的情況下，我們需考慮爐篦的結(jié)構(gòu)特性對煤氣化率的影響。

在煤氣發(fā)生爐中，爐截面各個區(qū)域的通風有時會產(chǎn)生不均勻的現(xiàn)象。這是由先天條件（設(shè)備）和后天因素（操作工況）兩方面造成的。先天條件主要與所用的爐篦有關(guān)——如果煤爐直徑變大，則所需通風面積也將增大。這樣有利于灰渣含碳量的降低。因此，增多爐篦中爐條層數(shù)，可以使爐膛通風面積增大，將進風布置得更為均勻，使供氧量更為充足。但爐篦的總高度一般不宜超過灰層。如果爐篦過高，將會導致火落爐篦上，出現(xiàn)變形或開裂等燒爐現(xiàn)象。針對3.6m煤氣發(fā)生爐中煤氣化率低的問題，在實際經(jīng)驗上提出改進方案后，對比改進前、后的實際生產(chǎn)情況，最終確定在原先爐篦層數(shù)上增加一層爐條為最適合的解決方法。

對改進后爐篦進行計算，擬對每一層的氣體分布面積進行計算，并算出其在總氣體分布面積中所占的百分比（將每層曲線展開，形成近似直線，高度為相鄰兩層間實際展開線，可計算出間隙的面積）。對比改進前、后的煤氣發(fā)生爐裝置，對實際生產(chǎn)中的煤氣產(chǎn)量進行檢測，通過煤氣產(chǎn)率的變化分析煤氣化率的變化。

在偏心爐篦中，原爐篦由6層組成，表面呈鱗狀，爐篦與爐體偏心150 mm。結(jié)構(gòu)改進后，增加6#爐條，改變7#爐條的結(jié)構(gòu)分布，使爐篦與爐體的偏心距離仍保持150 mm。根據(jù)計算可知，第一層與第二層之間的面積為50 868 mm2，第二層與第三層之間的面積為67 259 mm2，第三層與第四層之間的面積為100 323 mm2，第四層與第五層之間的面積為125 098 mm2，第五層與第六層之間的面積為168 806 mm2，第六層與第七層之間的面積為208 087mm2，總布氣面積為720 441 mm2。各層之間布氣面積占總布氣面積的百分比依次是7.06%，9.34%，13.93%，17.36%，23.43%和28.88%.改進后，爐篦增加了28.88%的布氣面積。改進后的爐篦結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在正心爐篦中，原爐篦由8層組成，表面呈風車狀，爐篦與爐體中心線重合。結(jié)構(gòu)改進后，增加9#爐條，使得布風更為合理均勻。根據(jù)計算可知，第一層與第二層之間的面積為11 304 mm2，第二層與第三層之間為17 898 mm2，第三層與第四層之間為34 289 mm2，第四層與第五層之間為53 066 mm2，第五層與第六層之間為55 264 mm2，第六層與第七層之間為104 562 mm2，第七層與第八層之間為126 228 mm2，第八層與第九層之間為146 952 mm2，總布氣面積為549 563 mm2。各層之間布氣面積占總布氣面積的百分比依次是2.06%，3.24%，6.24%，9.67%，10.06%，19.03%，22.97%和26.73%.改進后，爐篦增加了26.73%的布氣面積，如圖4所示。

3 實際應用

將改進后的爐篦裝置在某公司的煤氣化發(fā)生爐中。安裝煤氣發(fā)生爐后，對比改造前后的數(shù)臺爐篦裝置，在爐出口利用流量計監(jiān)測煤氣產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)在同一時間相對相同狀況下，改進后煤爐的煤氣產(chǎn)率由原先的8 850 N·m3/h左右上升至10 260 N·m3/h左右，煤氣產(chǎn)率提升了13.7%.從側(cè)面證明改進后的煤氣化率也在提升。這說明，在3.6 m煤氣發(fā)生爐中，改進爐篦可以提升煤氣化率。

4 結(jié)論

根據(jù)傳統(tǒng)煤氣化爐爐篦結(jié)構(gòu)在實際應用中存在的問題，對其結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析。分析結(jié)果表明，在爐膛直徑增大時，傳統(tǒng)爐篦結(jié)構(gòu)存在著通風不利、布風不均、燒穿、開裂等不良現(xiàn)象。因此，通過改變其結(jié)構(gòu)——增加一層爐條來彌補這些缺陷。實際結(jié)果表明，當爐膛直徑增大時，對應增加爐篦中爐條數(shù)量，可以在很大程度上解決這些問題。這種對爐篦結(jié)構(gòu)的改進提高了煤氣化率，增加了煤炭的利用率，節(jié)約了能源，并且由于煤的燃燒充分，相對減少了大氣有害氣體的排放，從而達到了節(jié)能、環(huán)保的目的。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕