造气基础知识学习

造气基础知识学习
Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
目录
一.工艺指标及工艺条件的选择
二.主要设备参数
三.控制要点
四.阀门开关情况
五.造气开停炉及开停车操作要点
六.事故案例原因分析及防范措施
一.造气工艺指标
一、循环时间及百分比
1、循环时间
目前我们一个循环周期为120秒，也可调为135秒一个制气周期。

2、各循环阶段百分比
吹风28% 上吹21% 下吹40% 二次上吹7% 吹净4%
二、炉温
1、小块炭：上行温度180-220℃
下行温度220-300℃
2、中块炭：上行温度200-250℃
下行温度200-280℃
3、灰仓温度：≤250℃，温差≤50℃
4、蒸汽温度:180-240℃
三、气体成分
1、半水煤气
CO2 CO 29-34% H2 43-48% N2 10-20% O2≤% 2、惰气
O2≤%
CO+H2：5-7%
CO2：15-17%
四、压力
1、蒸汽方面
压前蒸汽压力≥ Mpa
压后蒸汽压力≤ Mpa
蒸汽缓冲罐压力≤ Mpa
夹套汽包压力≤ Mpa
2、油泵站压力:
3、蓄能器： Mpa
4、软水压力: 五、电机温度
D600风机电机≤120℃
KD600风机电机≤120℃
油泵电机温度≤65℃
工艺条件的选择
固定层间歇式煤气炉的工艺操作条件的选择，必须合乎科学规律，才能实现生产的安全、稳定、高产和低耗。

否则，就会使气体
的产量和质量降低，或发生设备和人身安全事故，直至生产无法正常进行。

(1)吹风率和吹风时间
吹风率是指单位时间内的入炉空气量。

在吹风率一定的情况下，入炉空气总量则是由吹风时间决定的。

煤气炉生产负荷高低，实际上就是入炉空气量的多少。

在确立煤气炉的运行负荷以后，吹风率与吹风时间，即成为反比关系。

吹风阶段理想的情况是力求多生成二氧化碳。

在气化层里生成二氧化碳的化学反应速度，比二氧化碳还原反应的速度快得多，而且二氧化碳还原反应与接触时间有关。

适当增加吹风率，空气在燃料层内流速加快，有利于生成二氧化碳的化学反应。

因空气流速的提高，相应缩短了二氧化碳与碳的接触时间，减少一氧化碳的生成，同时由于生成二氧化碳的反应放出大量的热量，使燃料层具有比较高的温度，增加了炉内热量的积蓄，提高了吹风效率，制气阶段的蒸汽用量可相应增加，从而提高了煤气炉的气化强度。

但是，在空气流速已达到设备性能、燃料性质及工艺操作条件的允许范围高限时，其吹风时间的确定，须以确保燃料层具有较高的温度（1150℃～1300℃）为原则。

(2)制气阶段入炉前的蒸汽压力和温度
制气阶段入炉前蒸汽压力（即煤气炉气化生产的低压蒸汽管网压力）的高低与入炉蒸汽量的多少并无直接关系。

上、下吹阶段入炉蒸汽量，一般是用人工调节阀门来确定的。

但入炉蒸汽压力需有
一个低限，就是必须能足够克服炉内床层和管道设备阻力，以便使蒸汽穿越燃料层，并使得制取的水煤气顺畅送入气柜。

入炉前蒸汽压力选择多高较为适宜呢实践证明，还是选择较高一些有利于气化生产。

第一，在蒸汽流量一定的情况下，总管内压力越高，蒸汽温度越高，对保持蒸汽过热度，提高蒸汽质量大有益处。

第二，选择较高入炉前蒸汽压力，可相对稳定入炉蒸汽量。

在日常生产过程中，追求入炉前蒸汽压力稳定是重要的努力方向之一。

但是实际操作中，不可能保持蒸汽压力的绝对稳定，肯定要出现大小不一的波动现象，很显然，一旦出现波动，保持蒸汽压力相对较高，对入炉蒸汽量的影响会相应减少。

比如，±和±是七分之一和十分之一的波动差别。

第三,大部分厂家煤气炉夹套锅炉和废热锅炉自产低压饱和蒸汽,均与入炉前蒸汽管网相通,保持较高的蒸汽总管压力,相应地提高了夹套锅炉和废热锅炉的饱和蒸汽外送压力和温度,一方面提高系统蒸汽质量,一方面因夹套锅炉内的压力和温度相应提高,减少了夹套水冷壁对炉内热量的吸收,从而降低了热量损失,相应地提高了气化效率 ,有利于原料消耗的下降。

在外供蒸汽流量一定的情况下，入炉前蒸汽管网的压力和温度成正比。

入炉蒸汽有它的两重性，首先它是通过吸收吹风阶段积蓄于炉内的热量产生水煤气，同时它也是一个热源。

入炉蒸汽温度的选择，可极大地影响到煤气炉的气化效率和气体质量。

入炉蒸汽温度低，就需相应增大入炉风量来保持炉内热量平衡。

在吹风率一定的
情况下，由于吹风时间的延长，相应减少了制气时间，降低了煤气炉生产能力，导致原料煤消耗升高。

选择温度较高的过热蒸汽，可缩短吹风时间，相应延长制气时间，利于炉况的稳定和炉温的提高，增加有效气体成份，提高蒸汽分解率，减轻设备腐蚀，降低炉渣可燃物和原料煤消耗。

但是，采用的蒸汽温度过高，会直接影响到炉上、炉下温度的实效性，导致炉上、炉下温度偏高，易给操作人员带来误导。

另外，还会造成一定的热量损失。

因此选择使用蒸汽的温度并非越高越好，一般控制在200℃±20℃较为合适。

(3)制气阶段的蒸汽流量和流速
制气阶段的目的，是通过吹风后燃料层内炽热的碳与蒸汽反应生成氢气和一氧化碳，并有效降低气化层的温度，避免因燃料熔融结块而影响正常气化生产。

蒸汽流量的确定，主要取决于燃料的特性、燃料层温度和煤气炉生产负荷。

灰熔点较高的燃料，有利于维持较高的燃料层温度和选择较大的生产负荷，显然，蒸汽流量需要增大。

随着燃料层温度提高，适当增大蒸汽流量，可提高生产能力；燃料层温度下降，需减少蒸汽流量，以达到炉内热量平衡，此时虽然生产能力降低，但可以保持气体质量变化不大。

化学活性比较好的燃料，在同样温度下，蒸汽分解率比较高，即反应吸收热量大，因而应适当减少蒸汽用量。

劣质煤和粒度较小的燃料，虽然不能期望有较大的产气量，但不宜选择过小的蒸汽流量。

雨雪天气或其它原因造成燃料水份较高，燃料层温度不易提高，理应蒸汽流量不宜过大，但是，此时一般伴随燃料表面粘附细末煤，易造成燃料层阻力增大，因而蒸汽流量又不能太小。

蒸汽流量与蒸汽流速成正比。

无论什么情况下，蒸汽流速不宜过高，由于它与燃料相互接触时间缩短，蒸汽分解率、产气量和气体质量均会下降，并且造成一定的热量损失，增加消耗定额。

(4)系统阻力的影响
在煤气生产过程中，系统阻力大体分为吹风阶段和制气阶段的阻力。

由于二个阶段的气体去向不同，其系统阻力也有差异。

吹风阶段的生成物——空气煤气，或送去吹风气余热回收装置燃烧利用，或经烟囱放空，从碳与氧的反应机理得知，此阶段系统阻力的降低，有利于吹风效率的提高。

制气阶段（包括：上吹、下吹、二次上吹、空吹、回收）的系统阻力增大，虽然因气化剂与炉内燃料接触时间长，蒸汽分解率较高，燃料气化较为完全，但也存有以下弊端：第一，制气阶段系统阻力增大，相应地提高了炉内压力，在上、下吹制气阶段相互转换时，积存于炉上、炉下设备管道空间的蒸汽和煤气量相对增加。

一方面，未能及时地将制得的煤气尽量送入气柜，减少了产气量。

另一方面，增加了炉内和设备空间的存留蒸汽量，导致了蒸汽的浪费。

第二，依据理论上分析，制气阶段生成物是体积增大的反应，制气阶段系统阻力增大，不利于气化效率的提高。

第三，由于制气阶段系统阻力的增大，导致了空吹、回收和加氮阶段的入炉空气量
减少，直接影响到炉温稳定和气化强度的提高。

另外，系统阻力偏大，增加了生产系统的跑、冒、滴、漏现象，浪费了有效气体，并给工作环境和人身健康带来不利影响。

总之，制气阶段系统阻力偏大，弊多利少。

因此，在间歇法煤气生产装置设计时，应以适度降低系统阻力为努力方向。

首先应做好硬件设施的配套和确立。

比如：生产工艺流程、附属设备及工艺阀门的选择和煤气总管等相关管路的科学选用和合理配置，都是有效降低制气阶段系统阻力的关键之处。

另外，还必须注重日常生产过程中的设备管道清理工作，防止炉渣灰尘堵塞设备和管道而增加系统阻力。

一般情况下，制气阶段的系统阻力在5KPa——10 KPa为宜。

下面针对某企业新老装置的煤气炉，产气量与系统阻力状况的对比，分析系统阻力对煤气生产的影响。

老装置系统∮2610mm型煤气炉，炉均产气量为5000Nm3/h～6000Nm3/h，各运行阶段压力显示如表所示。

煤气炉各运行阶段压力状况
新装置系统∮2650mm型煤气炉，炉均产气量为7000Nm3/h～8000Nm3/h，各运行阶段压力显示如表所示。

煤气炉各运行阶段压力状况
上表中所罗列数据是在如下条件下测得：
所配置鼓风机性能参数，D500—；四炉为一套单元生产系统；
炭层高度（炉箅风帽顶至料层表面），2500mm～3000mm；
原料为晋城混合块，10mm～100mm；
空气总管和上行煤气管通径是∮800mm；
上行煤气阀、下行煤气阀DN700；吹风阀和放空阀配置为
DN600；
蒸汽阀为DN250；加氮阀为DN200；吹风气回收阀煤总阀是DN700。

从以上二套煤气生产装置的产气量与系统阻力状况比较，可以大致看出系统阻力对产气量的影响。

老装置系统的阻力较大，制约了产气量的提高，从而降低了煤气炉的气化效率；因其产气量相对较低，势必采用多启用煤气炉台数的方式来满足下工序的生产用气，直接影响了煤气生产系统的经济运行，各项消耗定额也难以控制在较为理想水平。

当然，以上二套装置的产气量差别，可能还存
有其它方面的原因，但毫无疑问，系统阻力的差异是造成产气量相差悬殊的主要因素。

(5)稳定入炉蒸汽压力和流量的重要性
固定层煤气炉在气化生产过程中，入炉蒸汽压力和流量成正比关系。

采取措施创造条件，保证入炉蒸汽压力和流量的相对稳定，是确保煤气炉炉温、气体质量和气化效率稳定的重要工作之一。

在煤气炉的吹风强度和吹风时间确定以后，入炉蒸汽压力和流量偏少，短时间内虽然可使蒸汽分解率上升，气体质量提高，但时间过长，会造成炉内燃料层热量失衡，吹风阶段放热量大于制气过程中的吸热量，致使气化层温度升高，轻则炉内结大块、结疤，破坏了燃料层内的正常气化条件，重则因疤块难以有效破碎排出，导致炉况极度恶化，极大地影响正常生产。

入炉蒸汽压力和流量增大，初始阶段可以增加发气量，而时间一长，随之而来的是因炉温下降蒸汽分解率明显降低，气体成份中二氧化碳含量上升，严重影响气化效率；时间过长，会出现炉渣质量下降，可燃物含量增高。

由于成渣率的降低，增大了燃料层阻力，继而使吹风强度降低，对吹风效率产生不利影响。

因此，适合于煤气炉生产条件的入炉蒸汽压力和流量一经确立，务必需保持较为稳定。

首先是保证入炉前蒸汽总管压力和蒸汽温度在允许范围内相对稳定；其次，调节入炉蒸汽阀门时，切忌幅度过大，避免入炉蒸汽压力和流量波动太大而出现矫枉过正的现
象。

总之，固定层间歇式煤气炉的气化生产稳定与否，保持入炉蒸汽压力和流量相对稳定，起着极为关键的作用。

二.主要设备性能参数
设备一览表
1）动力类
2）、容器类
A. 锥形煤气炉
我厂所有煤气发生炉均为锥形结构。

锥形煤气发生炉有以下特点：
一、改造方便，节约费用；
二、有利于通风，提高炉温，增加产气量；
三、煤种适应性强，操作弹性大；
四、气体质量好，消耗低，残炭低；
五、安全节能；
六、使用周期长，维修方便。

优点：原料煤在直筒形夹套中层层挤压，在气化层中灰渣在高温作用下变软、变粘，被上面的原料煤挤压后变实，气化层的通风效果差。

在锥形夹套内由于上小下大加之气化层内气化剂均匀通过，火层易控制在炉内的中下部，干燥层和干馏层温度偏低，这样既减少了热量损失，又防止了挂壁，故锥形煤气炉操作弹性大，不易炉翻、结疤、挂炉。

B. 水夹套
常压固定层间歇制气的过程，是一个燃料热量的有效利用问题。

燃料热量利用率的高低差别在于：制气过程所选用的工艺及造气炉本身的差异。

而造气炉的主要部件——水夹套的冷壁效益应是整个制气过程中热量损失的重要组成部分。

为搞好然了的热量利用，减少热量损失及降低吨氨消耗的最好途径应该是：将吹风过程中所产生的热量，最有效、最经济的利用途径是尽最大可能地将热量储蓄在炉内，而非在炉外进行回收，以及降低蒸汽制气过程对吹
风阶段热量地需求。

但是为了炉内燃料层在高温下制气时，不结巴挂炉，并确保造气炉长周期稳定运行，水夹套地冷壁效益——散失热又不得不存在。

为降低水夹套的散失热，又确保造气炉长周期稳定运行，我公司特采用新型水夹套——高压水夹套。

它由单面水冷壁，上环管、下环管及减温水冷管，高压汽包组成，使能够承受较高压力的水冷管，产出不同压力级别的饱和水蒸汽，所产饱和水蒸汽进入高压汽包后进行汽水分离，形成良好的水汽对流循环系统。

高压水夹套的特点主要有：
1. 承压效果好，选择性强
由于高压水夹套的结构形式，只要相应地改变上环管、下环管及减温冷水管，就能选取不同级别的工作压力，彻底改变了原槽式水夹套蒸发压力只能在下工作的局面。

有利于根据不同的实际要求，选取不同级别地饱和蒸汽压力及相应的饱和蒸汽温度。

2. 水汽对流循环可靠、安全性强
由于高压水夹套由单面水冷壁，上环管、下环管及减温水冷管，高压汽包组成，形成了比较完善分明的上升管、下降管及稳定汽水分离系统。

改变了原槽式水夹套所产蒸汽鼓泡升腾及内壁受压失衡的局面，避免了汽包的聚集区易过热、气阻造成内套鼓包凸起损坏及汽水难以分离蒸汽带水事故的发生。

3. 汽水分离效果好
在高压汽包内，改变了汽水分离装置，由于压力的提高，汽包内的汽液接触面波动小，汽水得到了有效分离，避免了蒸汽带水事故的发生。

采用高压水夹套的煤气炉可降低热量传导。

因高压水夹套工作压力比较高，所产的饱和水蒸汽的温度亦随着提高。

这就缩小了炉内燃料层与水冷壁的温差，使传热效果大大降低。

从而减少了炉内燃料层的热量损失，提高煤气炉的热效率，增强了燃料热量的有效利用。

C. 悬挂式炉底
新型悬挂式炉底总成从根本上杜绝了原滚动炉底的缺陷，使煤气发生炉各更加长周期地运行，检修方便。

它具有以下特点：
1. 将大齿圈移到炉外，脱离原工作环境，避免了因水质及有害气体地侵蚀，便于润滑，极大地延长其使用寿命。

同时解决了因大齿圈地损坏更换需要卸下底盘地被动现象，更直观地体现煤气炉地运行情况，为企业节约大量地人力、物力。

2. 取消原滑道、钢球为支撑地滚动结构，采用中心轴带动灰盘转动，解决了因滑道地损坏或径向力过大造成的灰盘移位现象，使用新型悬挂式炉底总成，灰盘不移位，使煤气发生炉更平稳，为企业稳定生产打下了坚实的基础。

3. 新型悬挂式炉底总成由于齿圈被移到炉外，使传动结构也脱离了原恶劣的工作环境，不会受高湿、灰尘及漏水地困扰，延长了
传动的使用周期，在运行过程中更容易直观地观察煤气炉地运行情况，使检修和更换更为方便。

4. 新型悬挂式炉底总成增加了主轴水冷却装置、润滑装置。

底盘内表面耐火材料涂层，降低了炉下温度，减少了表面腐蚀现象。

5. 加大了齿圈、蜗轮及小齿圈模数，大大提高了整个传统系统地可靠性，延长了更换周期，节约了维修费用。

D.旋风除尘器
旋风除尘器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备，如图1所示，其器体上部为圆筒形、下部为圆锥形。

含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向进入，获得旋转运动，分离出粉尘后从圆筒顶的排气管排出。

粉尘颗粒自锥形底落入灰斗。

气体通过进气口的速度为10 m/s ~25m/s，一般采用15 m/s ~25m/s，所产生的离心力可以分离出小到5μm的颗粒及雾沫。

因此旋风除尘器是化工生产中使用很广的设备，它的缺点是对气流的阻力较大，处理有腐蚀性的颗粒时易被磨损。

图1的侧视图上还描出来气体在器内的流动情况。

气体自圆筒上侧的切线进口进入后，按螺旋形路线向器底旋转，达到底部后折向上，成为内层的上旋气流，称为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。

气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。

直径很小的颗粒常在未达器壁前即被卷入上旋气流而被气流带出。

旋风除尘器内的压力，在器壁附近最高，往中心逐渐降低，到达气芯处常降到负压，低压气芯一直延伸到器底的出灰口。

因此，出灰口必须密封完善，以免漏入空气而使收集于锥形底的灰尘重新卷起，甚至从灰斗吸入大量粉尘。

旋风除尘器各部分的尺寸都有一定的比例，图2所示的一种类型的尺寸比例。

只要规定出其中一个主要尺寸（直径D或进气宽度B），则其他各部分的尺寸也确定。

由于气体通过进气口的速度变动不大，故每个尺寸已规定好的旋风分离器，所处理的气体体积流量（亦即其生产能力）可变动的范围较窄。

图1 图2 旋风除尘器能够分离出的颗粒大小是它的主要性能之一。

能够分离的最小颗粒直径称为临界直径d c。

理论上，所有大于或等于最小直径d c尘粒都可以完全沉降。

但实验结果表明，较大粒子的分离效率，并不是100%。

这是因为气体中有涡流，阻碍尘粒的离心沉降。

而且，已沉降到器壁的尘粒，还可能重新被卷起，发生返混现象。

反之，直径小于d c的尘粒，并不是完全不能被除去。

这是因为含尘气体中所有尘粒并不是都要通过气流的最大厚度，才能沉降到圆筒壁。

进入环隙的气流中本来就靠近圆筒壁的小于d c的粒子，也可能被分离。

而且，由于受到较大粒子的碰撞，小粒子还可能附在大粒子上沉降。

E. 气柜
因煤气炉的特点是间歇式制气，而后续工序却是连续用气，所以，必须设置半水煤气气柜，贮存气体以作缓冲。

其次，由于制气循环阶段不同，所产煤气的成份也有区别，需要于气柜内混合均匀。

另外，合成氨生产具有高度的连续性，为了在任何一道工序发生突发故障时，能有调节和处理的时间，应使气柜内保持一定的容积。

同时，因煤气在气柜内滞留一定的时间，可使煤气中的部分灰尘沉降，少量的硫化氢气体溶解于气柜水槽的水中。

用于贮存煤气的气柜，多选用湿式低压气柜，这种气柜又因其贮存量不同（容积），分为单罩式或多罩式。

根据活动罩的升降结构不同，还可以分为直立升降型和螺旋升降型两种。

选用螺旋升降轨道，可节约部分钢材，减小一次性投资额，但是，它不仅安装精度要求高，而且在使用过程中易于脱轨。

所以，目前多数厂家选用直立升降型单罩、多罩式气柜。

气柜的容积应与生产能力相匹配，拥有足够的贮气容积，一般要求气柜升起时气体停留时间不应小于15min～20min。

气柜容积过大，可造成氢氮比调节相应滞后。

为了减少系统阻力，提高煤气炉的产气量，气柜的静压以顶层钟罩升起不超过为宜。

我公司使用的气柜为多罩式螺旋气柜。

各层压力分别为：一层210KPa，二层 300KPa，三层 400KPa，目前使用状况良好，无脱轨等情况发生。

三.控制要点
1）.温度：煤气炉内O2与C的反应，C+O2=CO2+Q. 2C+O2=2CO+Q. O2+2CO=2CO2+Q等都是放热反应，且这些发生在吹风阶段，吹风阶段放的热积蓄于燃料层内，使燃料层的温度积聚升高且沿着燃料层高度变化，其中氧化层温度最高，被称为操作温度，此温度愈高，制气过程愈有利，不仅使碳与蒸气反应的平衡右移，提高煤气中CO和H2等有效成分的含量，降低H2O↑含量，而且能加快反应速度。

因此，操作温度越高，蒸气分解率越高，煤气产量高，质量也好，制气效率提高。

但是炉温高也加快了CO2还原成CO的反应速率，吹风气中CO含量增高，带走的热量增多，热损失大，吹风效率下降。

另外，炉温过高，超过燃料的灰熔点，会造成结疤挂炉，影响正常操作。

因此，造气炉温应低于灰熔点50℃左右，一般控制在1000---1200℃范围内。

在生产过程中炉温是不能直接测量的，只能从下灰情况、炉上气温，炉下气温及气体中CO2含量等表面特征间接进行判断。

2）.吹风速度：入炉空气总量的多少，决定煤气炉负荷的高低，可以利用改变吹风速度和吹风时间来控制入炉空气总量。

在吹风阶段应在尽可能短的时间内，将炉温升到气化过程所需要的温度，并尽量减少热损失，降低燃料消耗。

由于在氧化层中碳的燃烧反应速度很快，在还原层中CO2的还原反应较慢。

因此，提高风速，给氧化层提供更多的氧，加速了碳的氧化反应，使炉温迅速提高。

同时也缩短了二氧化碳在还原层的停留时间，降低了吹风气中一氧化碳含量，减少了热损失。

但吹风速度过大，容易将小颗粒燃料吹
出炉外，损失增加，并使燃料层出现风洞，气化条件恶化。

因此对于锥形炉吹风速度一般控制在Nm3/h.
3）.蒸汽用量：造气炉内蒸汽送入时间越长，流量越大，煤气产量越高但蒸汽送入过长，流量过大，炉温会迅速下降，对制气不利。

另外蒸汽流量过大。

与燃料接触时间短，蒸汽分解率降低，煤气中未分解的水蒸汽和二氧化碳增多，使煤气质量下降，且未分解的蒸汽从燃料层带出的热量多，热损失大。

蒸汽用量过少，虽然蒸汽与燃料层接触时间增加，煤气质量会好些，但降低了煤气炉的生产能力，且会造成结疤或挂炉。

因此对于锥型炉适宜的用量一般为5-6t/h.当炉温较高时，可适当增加蒸汽用量，反之应适当减少蒸汽用量，始终保持炉内热量的平衡。

4）．燃料层厚度：在制气阶段，燃料层高，蒸汽与燃料接触时间长，不但蒸汽分解率高，且利于煤气中CO2的还原，煤气质量高。

但在吹风阶段，燃料层高，空气与燃料接触时间长，二氧化碳易还原为一氧化碳。

热损失大，同时炉内阻力也会增大。

输送空气的动力消耗增加。

若燃料层太薄，吹风易形成风洞，影响煤气质量，对制气不利，对于锥型炉，燃料层高度一般控制在-1.8m。

燃料粒度在操作中对燃料层高度控制是个很重要的因素，若粒度大，热稳定性好，阻力小，应适当提高燃料层高度，反之则应降低燃料层高度。

5）．循环时间及其分配：循环时间长，则汽化温度、煤气产量、质量波动较大；循环时间短，汽化温度、煤气产量、质量较稳定，但阀门的开关占用的时间相对长，有效制气时间相对短，且阀。