苑衛(wèi)軍 蘇亞斌 東海 王輝

（唐山科源環(huán)保技術(shù)裝備有限公司 唐山 063300）

0 引言

發(fā)生爐煤氣站作為玻璃熔窯的燃料供應(yīng)單元，應(yīng)用極為廣泛。雖然近幾年國(guó)家環(huán)保形勢(shì)趨緊，“煤改氣”政策頻出，但基于國(guó)家現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及目前的能源安全形勢(shì)分析，煤氣發(fā)生爐作為潔凈煤轉(zhuǎn)化的技術(shù)裝備，符合我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)要求，輔以先進(jìn)技術(shù)的發(fā)生爐煤氣站可以達(dá)到或優(yōu)于國(guó)家的現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求［1,2］，故而，煤氣發(fā)生爐在玻璃行業(yè)仍然具有其合理性的發(fā)展需求。對(duì)煤氣發(fā)生爐先進(jìn)技術(shù)的研究和探討，具有現(xiàn)實(shí)性和儲(chǔ)備性的意義?；谝陨峡紤]，本文就KM5Q發(fā)生爐熱煤氣站在水玻璃熔窯的工業(yè)化應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行總結(jié)和分析，旨在探究先進(jìn)的發(fā)生爐工藝技術(shù)在玻璃行業(yè)的應(yīng)用，繼而不斷提高煤氣發(fā)生爐的技術(shù)水平。

1 KM5Q兩段式發(fā)生爐熱煤氣站的工業(yè)化應(yīng)用

1.1 煤氣站基本情況

福建南平某水玻璃生產(chǎn)企業(yè)選用KM5Q3.2兩段式發(fā)生爐熱煤氣站，為水玻璃熔窯供應(yīng)煤氣。KM5Q兩段式發(fā)生爐［3,4］結(jié)構(gòu)如圖1所示，其氣化段產(chǎn)生的煤氣M全部上行，進(jìn)入干餾段對(duì)煤進(jìn)行干餾和干燥，同時(shí)生成干餾煤氣M'和焦油，M和M'匯總后導(dǎo)出爐外。

發(fā)生爐熱煤氣站工藝流程如圖2所示。KM5Q兩段爐爐出煤氣（煤氣溫度420 ℃）經(jīng)旋風(fēng)除塵器捕除粉塵后，經(jīng)過(guò)隔斷水封，然后通過(guò)廠區(qū)煤氣管道輸送至煤氣交換機(jī)后供熔窯燃燒。煤氣交換機(jī)前煤氣溫度約為300 ℃，煤氣交換機(jī)后煤氣溫度約為240 ℃。

煤氣站以神府煤田的弱粘結(jié)性煙煤作為氣化用煤，其工業(yè)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。發(fā)生爐煤氣成分化驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 氣化用煤工業(yè)分析數(shù)據(jù)

表2 發(fā)生爐煤氣分析數(shù)據(jù) （體積分?jǐn)?shù)）/%

實(shí)測(cè)灰渣含碳量為5.5%～6.6%，依據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行碳平衡計(jì)算，結(jié)果顯示該煤的產(chǎn)氣率約為3.1 Nm3/kg。煤氣發(fā)生爐單爐耗煤量為40 t/d，單爐產(chǎn)氣量約為5 200 Nm3/h（單爐生產(chǎn)負(fù)荷約為70%）。煤氣站裝機(jī)功率及實(shí)際耗電情況如表3所示。

表3 煤氣站裝機(jī)功率及實(shí)際運(yùn)行耗電

1.2 煤氣析出物清理

煤氣站系統(tǒng)的煤氣析出物清理節(jié)點(diǎn)包括旋風(fēng)除塵器、隔斷水封、廠區(qū)煤氣管道沉降室及煤氣交換機(jī)。旋風(fēng)除塵器每8 h清理一次，清理出的物質(zhì)為經(jīng)過(guò)干燥和熱解后的焦粉；隔斷水封每8 h清理一次，其清理物以焦粉為主，并混有少量焦油；廠區(qū)煤氣管道沉降室每隔7天清理一次，其主要物質(zhì)是焦油；煤氣交換機(jī)每8 h清理一次，由于此節(jié)點(diǎn)處煤氣溫降較大，焦油析出量也比較多，其清理物質(zhì)為焦油。表4所列為各清理節(jié)點(diǎn)的物質(zhì)清理基本情況。

表4 煤氣站各煤氣析出物清理節(jié)點(diǎn)物質(zhì)清理基本情況

1.3 終端煤氣當(dāng)量熱值及系統(tǒng)有效能源利用效率

1.3.1 終端煤氣當(dāng)量熱值計(jì)算

1.3.2 系統(tǒng)有效能源利用效率［7］計(jì)算

2 工業(yè)化應(yīng)用總結(jié)與分析

2.1 與3Q兩段爐熱煤氣站的應(yīng)用比較

目前，玻璃行業(yè)3Q兩段爐熱煤氣站的應(yīng)用相對(duì)較多，3Q兩段式煤氣發(fā)生爐結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。其爐內(nèi)煤氣導(dǎo)出流程與KM5Q兩段爐不同，其氣化段產(chǎn)生煤氣M分兩部分M1和 M2， 其中M1上行進(jìn)入干餾段對(duì)煤進(jìn)行干餾和干燥，同時(shí)生成干餾煤氣M3和焦油，M1和 M3組成上段煤氣導(dǎo)出爐外；M2則通過(guò)下段煤氣夾層通道，不經(jīng)過(guò)干餾段直接以下段煤氣的形式導(dǎo)出爐外。

3Q兩段爐熱煤氣站工藝流程如圖4所示。下段爐出煤氣（煤氣溫度450～470 ℃）進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，捕除煤氣中攜帶的粉塵后進(jìn)入隔斷水封，同時(shí)上段爐出煤氣（煤氣溫度80～120 ℃）也進(jìn)入隔斷水封，上下段煤氣在隔斷水封處匯合后，通過(guò)廠區(qū)煤氣管道輸送至煤氣交換機(jī)，然后進(jìn)入熔窯燃燒。

表5為煤氣發(fā)生爐副產(chǎn)煤焦油的餾程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，輕質(zhì)煤焦油的初餾點(diǎn)溫度為188 ℃，重質(zhì)煤焦油的初餾點(diǎn)溫度為177 ℃。3Q兩段式發(fā)生爐上段煤氣溫度范圍為80～120 ℃，此溫度范圍已遠(yuǎn)低于煤焦油的初餾溫度，說(shuō)明3Q兩段爐上段煤氣中攜帶的焦油已經(jīng)全部冷凝為液態(tài)，以液滴或霧滴狀態(tài)隨煤氣漂移。

表5 發(fā)生爐煤氣站煤焦油餾程試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3Q兩段爐上下段煤氣流通體積比一般為1∶2，假設(shè)上段煤氣溫度為120 ℃，下段煤氣溫度為470 ℃。在不考慮液態(tài)焦油汽化吸熱的前提下，假設(shè)上下段煤氣在隔斷水封處進(jìn)行絕熱狀態(tài)下的充分混合，混合后的煤氣溫度為353 ℃。實(shí)際情況是上下段煤氣在低于353 ℃的情況下，僅進(jìn)行短暫時(shí)間的混合，則上段煤氣攜帶的液態(tài)焦油絕大部分不可能得以汽化，仍然以液態(tài)形式存在于混合后的煤氣中。 即3Q兩段爐煤氣自發(fā)生爐出口開(kāi)始至熔窯前，其所含焦油絕大部分一直以液態(tài)形式存在。而KM5Q兩段爐爐出煤氣溫度為420 ℃，至煤氣交換機(jī)前煤氣溫度為300 ℃，煤氣中的焦油在煤氣輸送過(guò)程中，大部分時(shí)間是以氣態(tài)形式存在的。如此可以推斷：KM5Q兩段爐熱煤氣站的焦油清出量要低于3Q兩段爐熱煤氣站，其終端煤氣由于焦油含量高，其當(dāng)量熱值也高于后者。綜合以上分析，KM5Q兩段爐熱煤氣站在玻璃熔窯中的應(yīng)用，其效果應(yīng)該優(yōu)于3Q兩段爐熱煤氣站。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化措施

2.2.1 系統(tǒng)清理物利用

2.2.2 強(qiáng)化煤氣輸送過(guò)程的設(shè)備及管道保溫

3 結(jié)論

（1）綜合考慮干煤氣的低位發(fā)熱量、煤氣中焦油的熱量和煤氣物理顯熱等因素，KM5Q兩段式發(fā)生爐熱煤氣站入熔窯前煤氣的當(dāng)量熱值為7 305 kJ/Nm3干煤氣，煤氣站系統(tǒng)有效能源利用效率為81.2%。

（2）KM5Q兩段爐熱煤氣站的焦油清出量低于3Q兩段爐熱煤氣站，其終端煤氣的當(dāng)量熱值高于后者，其在玻璃熔窯中的應(yīng)用效果也優(yōu)于后者。

（3）將系統(tǒng)清理出的焦粉和焦油配以煤氣站篩下煤粉和少量灰渣，混合后壓制成氣化型煤，將其回爐氣化，系統(tǒng)的能源利用效率可以達(dá)到81.7%。

（4）強(qiáng)化煤氣輸送設(shè)備及管道的保溫效果，提高終端煤氣的溫度，可以有效提高系統(tǒng)的能源利用效率。在充分回收利用系統(tǒng)清理物的前提下，再將終端煤氣溫度提高60 ℃，則系統(tǒng)有效能源利用效率可以達(dá)到82.7%。