基于提高煤气发生炉煤气化率的分析与设计

材料（比如铸铁变为铸钢）、工艺（比如铸件变焊件）和外观（比如破渣耳朵增减）方面对炉篦进行了研究。

1 传统炉篦

以如图1和图2所示的3.6 m煤气发生炉为研究对象，对其传统炉篦进行分析。炉篦的作用主要有以下4方面：①支持物料，即气化过程中加入的煤炭、气化过程中生成的中间物料焦炭及气化后产生的灰渣都由炉篦来承担。②通风布风。气化用的空气和饱和蒸汽都是通过炉篦进入炉膛的。它不仅是通道，且还起着气体分配作用。③部分炉篦有带动料层移动的作用，比如旋转炉篦能带动料层作螺旋状下降。④部分炉篦由于其本身偏心于炉体中心线，同时带有条筋，所以能起到破渣作用。

从外形上分析，炉篦一般包括分别如图1和图2所示的偏心炉篦和正心炉篦。

在实际中，应根据客户的要求提供相应的炉篦装置，具体分为以下2种情况：①偏心炉篦在组合后，其中心线与发生炉炉体的中心线有要求距离，有利于渣的移动及破渣。在偏心的情况下，炉篦与炉膛边的间隙是变动的，即有时间隙大，有时

间隙小。间隙大时，渣进入多。间隙小时，渣受挤压，因此有破渣作用。同时，由于落入和挤出，造成煤的圆周方向移动，进而带动整个料层作螺旋形下降。螺旋形的下降比直线形的下降所走的距离要长，物料与气化剂的接触时间也较长，因而能达到比较完全的气化。但长期生产实践表明，偏心炉篦中间出气较多，布气不够均匀，容易发生“烧穿”现象。②正心炉篦在组合后，其中心线与发生炉炉体的中心线重合。其采用宝塔式结构，布风均匀，通风量大，煤气化率相对较高。其从上到下的结构分布缓解了上面“烧穿”，下面“黒层”的现象。正心炉篦与炉膛边的间距较大，它利用每一层炉条上均匀布置的灰刀（凸起部分）及炉座四周的大小耳朵破渣除渣，但其容易出现结渣现象。

但当两种炉篦被应用于3.6 m的煤炉的实际生产中时，传统的偏心6层与正心8层，对比比3.6 m小的煤炉，其在煤气化过程中更容易出现布风不均、出灰不利的情况，导致烧穿、黒层、开裂、结渣等现象的增多，致使煤炉的生产效率下降，影响了厂家的效益。

2 改进炉篦

常压固定床煤气发生炉的气化是在2个特定的条件下进行的，即气化是在常压下进行和料层堆放在炉篦上。在气化过程中，料层要维持一定的高度，其固定的料层厚度是以动态的加煤和出灰来维持的，即在气化过程中，一边出灰，一边加料，以此方式来维持料层的相对固定。

煤气发生炉中最主要作用发生于气化层。在气化过程中，煤的几个主要反应的热化学方程式如下：C+O2→CO2；2C+O2→2CO；C+H2O→CO+H2；C+2H2O→CO+2H2；C+CO2→2CO；CO+H2O→CO2+H2.

对比气化过程中各气体成分在各层次内的消耗及生成情况可发现一些规律，即氧的耗用与二氧化碳的生成是一消一涨的关，二氧化碳与一氧化碳是一消一涨的关系。因此，在设计生产中，在鼓风量一定，用碳量一定，及其他因素一定的情况下，我们需考虑炉篦的结构特性对煤气化率的影响。

在煤气发生炉中，炉截面各个区域的通风有时会产生不均匀的现象。这是由先天条件（设备）和后天因素（操作工况）两方面造成的。先天条件主要与所用的炉篦有关——如果煤炉直径变大，则所需通风面积也将增大。这样有利于灰渣含碳量的降低。因此，增多炉篦中炉条层数，可以使炉膛通风面积增大，将进风布置得更为均匀，使供氧量更为充足。但炉篦的总高度一般不宜超过灰层。如果炉篦过高，将会导致火落炉篦上，出现变形或开裂等烧炉现象。针对3.6m煤气发生炉中煤气化率低的问题，在实际经验上提出改进方案后，对比改进前、后的实际生产情况，最终确定在原先炉篦层数上增加一层炉条为最适合的解决方法。

对改进后炉篦进行计算，拟对每一层的气体分布面积进行计算，并算出其在总气体分布面积中所占的百分比（将每层曲线展开，形成近似直线，高度为相邻两层间实际展开线，可计算出间隙的面积）。对比改进前、后的煤气发生炉装置，对实际生产中的煤气产量进行检测，通过煤气产率的变化分析煤气化率的变化。

在偏心炉篦中，原炉篦由6层组成，表面呈鳞状，炉篦与炉体偏心150 mm。结构改进后，增加6#炉条，改变7#炉条的结构分布，使炉篦与炉体的偏心距离仍保持150 mm。根据计算可知，第一层与第二层之间的面积为50 868 mm2，第二层与第三层之间的面积为67 259 mm2，第三层与第四层之间的面积为100 323 mm2，第四层与第五层之间的面积为125 098 mm2，第五层与第六层之间的面积为168 806 mm2，第六层与第七层之间的面积为208 087mm2，总布气面积为720 441 mm2。各层之间布气面积占总布气面积的百分比依次是7.06%，9.34%，13.93%，17.36%，23.43%和28.88%.改进后，炉篦增加了28.88%的布气面积。改进后的炉篦结构如图3所示。

在正心炉篦中，原炉篦由8层组成，表面呈风车状，炉篦与炉体中心线重合。结构改进后，增加9#炉条，使得布风更为合理均匀。根据计算可知，第一层与第二层之间的面积为11 304 mm2，第二层与第三层之间为17 898 mm2，第三层与第四层之间为34 289 mm2，第四层与第五层之间为53 066 mm2，第五层与第六层之间为55 264 mm2，第六层与第七层之间为104 562 mm2，第七层与第八层之间为126 228 mm2，第八层与第九层之间为146 952 mm2，总布气面积为549 563 mm2。各层之间布气面积占总布气面积的百分比依次是2.06%，3.24%，6.24%，9.67%，10.06%，19.03%，22.97%和26.73%.改进后，炉篦增加了26.73%的布气面积，如图4所示。

3 实际应用

将改进后的炉篦装置在某公司的煤气化发生炉中。安装煤气发生炉后，对比改造前后的数台炉篦装置，在炉出口利用流量计监测煤气产量，发现在同一时间相对相同状况下，改进后煤炉的煤气产率由原先的8 850 N·m3/h左右上升至10 260 N·m3/h左右，煤气产率提升了13.7%.从侧面证明改进后的煤气化率也在提升。这说明，在3.6 m煤气发生炉中，改进炉篦可以提升煤气化率。

4 结论

根据传统煤气化炉炉篦结构在实际应用中存在的问题，对其结构进行了详细的分析。分析结果表明，在炉膛直径增大时，传统炉篦结构存在着通风不利、布风不均、烧穿、开裂等不良现象。因此，通过改变其结构——增加一层炉条来弥补这些缺陷。实际结果表明，当炉膛直径增大时，对应增加炉篦中炉条数量，可以在很大程度上解决这些问题。这种对炉篦结构的改进提高了煤气化率，增加了煤炭的利用率，节约了能源，并且由于煤的燃烧充分，相对减少了大气有害气体的排放，从而达到了节能、环保的目的。

参考文献

[1]唐尔祺，阎新生，张惠东.直径2.4 m煤气发生炉炉篦的改造[J].煤气与热力，1999（1）：11-12.

[2]李海平.气化炉炉篦传动装置[J].山西能源与节能，2010（3）：77-78.

[3]安建华.Dg3.8 m碎煤加压气化炉炉篦结构浅析[J].煤化工，1998（4）：38-40.

[4]李连仲.水煤气两段炉新型高效炉篦[J].煤炭科学技术，1996（11）：18-20.

[5]戴国团，龙金福.湘钢烧结机台车栏板和炉篦条材质的改进[J].烧结球团，1994（4）：53-55.

[6]鲁志武，胡祥永，徐素峰.加压气化炉炉篦铸件的研发[J].铸造设备与工艺，2011（2）：37-39.

〔编辑：刘晓芳〕

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