王嬌君

摘 要：針對煤氣發(fā)生爐的結構特點，對其中的氣化裝置——爐篦進行了詳細的分析，指出爐蓖的結構對煤氣發(fā)生爐的煤氣化率有很大影響，并提出一種針對爐蓖結構的改進方案。新的爐蓖結構可顯著提高煤氣化率。采用3.6 m煤氣發(fā)生爐對新結構進行驗證，并將驗證結果與在實際生產中的數據進行對比分析。結果表明，不同類型爐篦的設計改進可以提高煤氣產率，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量的目的，從而證明了爐篦結構改進的可行性與實用性。

關鍵詞：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)生爐是將煤炭轉化為可燃氣體的生產設備。在轉化過程中，將固體燃料氣化或燃燒時使用的裝置稱為“爐篦”。爐篦不僅在結構上有其獨特的性能，而且在風的分布上要體現布風得體、出風均勻的特點。爐篦的結構及特點對煤氣化率有很大的影響。近年來，煤氣爐生產廠家為發(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構和材質上存在的缺陷，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，提高了綜合經濟效益。李海平設計了一種針對氣化爐爐篦的傳動方案，并論證了該設計的精巧獨特所在，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構，說明了爐篦的工作機理，并對爐篦進行了機構分析，確定了爐篦轉動的扭矩。李連仲針對1.6 m水煤氣兩段爐爐篦的結果進行了分析和革新。結果證明，改進后的爐篦結構具有一定的先進性。在對爐篦進行技術改進的同時，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。其采用寶塔式結構，布風均勻，通風量大，煤氣化率相對較高。其從上到下的結構分布緩解了上面“燒穿”，下面“黒層”的現象。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，但其容易出現結渣現象。

但當兩種爐篦被應用于3.6 m的煤爐的實際生產中時，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布風不均、出灰不利的情況，導致燒穿、黒層、開裂、結渣等現象的增多，致使煤爐的生產效率下降，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的消耗及生成情況可發(fā)現一些規(guī)律，即氧的耗用與二氧化碳的生成是一消一漲的關，二氧化碳與一氧化碳是一消一漲的關系。因此，在設計生產中，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構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)域的通風有時會產生不均勻的現象。這是由先天條件（設備）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——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，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，出現變形或開裂等燒爐現象。針對3.6m煤氣發(fā)生爐中煤氣化率低的問題，在實際經驗上提出改進方案后，對比改進前、后的實際生產情況，最終確定在原先爐篦層數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，對實際生產中的煤氣產量進行檢測，通過煤氣產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。結構改進后，增加6#爐條，改變7#爐條的結構分布，使爐篦與爐體的偏心距離仍保持150 mm。根據計算可知，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。改進后的爐篦結構如圖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。結構改進后，增加9#爐條，使得布風更為合理均勻。根據計算可知，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，對比改造前后的數臺爐篦裝置，在爐出口利用流量計監(jiān)測煤氣產量，發(fā)現在同一時間相對相同狀況下，改進后煤爐的煤氣產率由原先的8 850 N·m3/h左右上升至10 260 N·m3/h左右，煤氣產率提升了13.7%.從側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 結論

根據傳統(tǒng)煤氣化爐爐篦結構在實際應用中存在的問題，對其結構進行了詳細的分析。分析結果表明，在爐膛直徑增大時，傳統(tǒng)爐篦結構存在著通風不利、布風不均、燒穿、開裂等不良現象。因此，通過改變其結構——增加一層爐條來彌補這些缺陷。實際結果表明，當爐膛直徑增大時，對應增加爐篦中爐條數量，可以在很大程度上解決這些問題。這種對爐篦結構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〕