煤炭汽化炉改造技术研究

（苏世博设计研究院有限公司，江苏 连云港 222002）

自21世纪以来，我国在煤气化技术方面不断取得突破，这也使煤化工企业所使用的固定床气化技术正逐渐被更加新型的煤气化技术所代替，从而大大推动了合成氨的生产效率，并且新型的煤气化技术是以非无烟煤作为生产原料的，这能够节约大量的成本。不过，由于我国对新型煤气化技术的研究时间较短，这使其还需要较长时间才能真正应用于合成氨生产之中，而在氮肥行业中还主要是利用固定床间歇式气化技术来进行生产的，据相关数据表明，截至2018年年底，我国煤化工产业当年的合成氨产能为6689万吨，这其中有将近70%的产能是采用固定式间歇气化床来生产的。因此，对固定式间歇气化床进行技术改造，势必会大大推动煤化工产业的发展。

1 煤炭汽化炉改造项目介绍

安徽晋煤中能化工股份有限公司是我国发展规模最大的煤化工企业之一，全国约有1/5的合成氨是由该企业所生产的，并且绝大部分产能都是利用无烟块煤原料来生产的，而在合成氨、甲醇以及尿素的生产则主要是通过间隙式煤炭汽化炉等设备来实现的。发展至今，安徽晋煤中能化工股分有限公司已经发展至19家旗下企业，生产厂多达58个，所使用的煤炭汽化炉设备数量已经达到954台。目前，该公司所使用的煤炭汽化炉绝大多数都为UGI汽化炉，在UGI气化炉中还安装了半夹套、全自动加煤、旋风除尘、管式高压夹套、自动下灰等相关配套装置，并且在DCS体系的完善下，大幅提高了UGI汽化炉的自动化与智能化水平。UGI煤炭汽化炉现如今在各个煤化工企业中的应用非常广泛，为了使UGI煤炭汽化炉满足煤化工企业的生产需求，诸多企业纷纷对UGI煤炭汽化炉进行优化升级，包括煤炭输送、排灰系统、汽化炉内部构造等，通过对煤炭汽化炉进行改造，能够在提高合成氨产生效率的同时，显著降低能耗。为此，有必要对煤炭汽化炉的相关改造技术进行深入研究。

2 煤炭汽化炉的主要改造技术研究

2．1 自动加煤技术与下灰技术

自动加煤技术是利用自动加煤机来实现煤炭的循环添加，以此避免在加煤过程中热量从炉口中大量损失，同时也能避免煤炭汽化炉出现炉温波动，进而达到节约煤炭消耗的目的，可显著延长制气时间，从而使煤炭汽化炉的单炉发气量得以显著提高。现在，在市面上已经出现了多种类型的自动加煤机，其中以座板阀式自动加煤机的实践效果最好，其可有效地解决布料器密封性不好、普通加煤机存在较大气化阻力、在加煤过程中发生泄漏等一系列的问题。除了自动加煤技术以外，煤炭汽化炉还可实现自动下灰，通过自动下灰装置，可确保煤炭汽化炉在不停炉的情况下实现自动下灰，进而确保炉况稳定，提高单炉发气量。因煤炭汽化炉在造气生产循环时，不需要在停炉的情况下才能加煤与下灰，因此不会出现烟气放空问题，并且在自动下灰技术中，还将油路安全互锁以及程序连锁两个装置安装于上灰门与下灰门，从而防止在下灰时上、下灰门出现同时打开的问题。自动加煤与自动下灰技术的出现，使传统的固定床间歇式煤炭汽化炉转变成可以进行连续生产的煤炭汽化炉。

2．2 蒸汽递减技术

煤炭汽化炉在合成氨生产中是利用吸热反应来实现的，在吸热反应中，气化层温度也会随之降低，在气化层温度的作用下，蒸汽用量以及反应速率也会随之降低。当蒸汽流量不发生变化时，过多的蒸汽会穿透气化层，从而使气化层中的大量热量被蒸汽携带出去，这不仅会加大蒸汽的损耗量，而且也难以保证气化层的温度，这势必会给煤炭汽化炉的运行带来极为不利的影响。而通过蒸汽递减技术，则可在炉况工艺不变的基础上，依据具体的循环时间，利用蒸汽递减阀门来实现对蒸汽量的有效调节，进而使蒸汽得到高效的利用，这不仅对气化反应有利，可节约大量蒸汽，而且也可使蒸汽的分解率进一步提高，使原料煤得以被有效利用，进而从根本上提高气量和气质，这会给企业带来更大的效益。将蒸汽自动调节阀安装于入炉蒸汽的总管上，可结合炉气炉的具体运行工况，降低上、下吹后半段炉温，通过蒸汽调节阀可对蒸汽流入煤炭汽化炉中的流量进行精准调节，进而降低气化层的温度波动速度，使蒸汽分解率得到有效提高，大量节约能耗。在选择蒸汽递减阀门时，需要确保其满足蒸汽调节的线型控制要求，以便于通过DCS控制系统来实现精准调节。

2．3 造气增氧制气技术

造气增氧制气技术是将多余的氧气进行利用，其通过和炉内的空气进行配比，以此制成空分富余气，并利用鼓风机加压输送至造气炉内。该技术可显著提高煤炭汽化炉的氧气浓度，使入炉空气总量减少的同时，降低热量损失，使炉渣残炭率得以有效降低。造气增气制气技术可使煤炭利用率显著提高，进而节约合成氨的生产成本，并且还可减少温室气体及有害气体的排放。考虑到不同的煤种有着不同的活性，在应用造气增气技术时，需要结合煤炭种类及活性，确定最佳的氧浓度，以此保障生产安全与稳定。

2．4 炉篦改造技术

炉篦改造技术是将现有的炉篦结构进行优化与改造，从使其从原来的六层或七层升级至八层，该技术可显著提高煤炭汽化炉的布风效果，使气化剂能够得到均匀分布，进而实现对煤炭的全方位燃烧，同时还能减少下吹风带出物，使气化强度得以显著增强。炉篦结构在升级改造后，可提高3%的产气量，每吨合成氨所消耗的煤炭量可节约3%左右。

2．5 末煤制型煤技术

考虑到以往的固定式煤炭汽化炉只能利用块煤，但却无法利用末煤，因此，需要在煤炭汽化炉中应用末煤制型煤技术，该技术可通过对末煤进行加工，以此制备煤棒来加以利用，进而达到节约成本的目的。因无烟煤具有较长的黏结性，在通过末煤制造型煤时还要添加一定剂量的粘结剂，这样可使制造出的型煤具有良好的稳定性与冷热强度。当型煤质量不达标时，还可将其与小块煤进行混合燃烧，以此实现两种煤种优势的有效结合。

2．6 炉况优化技术

煤耗高低在很大程度上是由煤炭汽化炉的造气稳定性所决定的，而煤炭汽化炉在造气过程中会受到许多因素的影响，并且在煤炭汽化炉中，其内部气化及燃烧状况是非常复杂的，如果仅仅采用传统的控制方法，势必无法难以取得理想的控制效果，而且在出现异常炉况时也难以进行有效的处理。炉况优化技术的出现，使其能够利用造气寻优微机来帮助煤炭汽化炉对炉况进行自适应与自调节，造气寻优微机主要是通过模糊控制理论以及现代仪控技术来进行工况控制的，该系统不仅兼具查询、数据显示以及数据存储等DCS功能，企业还可利用该系统中的专家软件来进行实时的人机对话与指导生产，从而使企业在造气生产时过程中的工艺调试与生产波动周期大幅缩短。

2．7 煤炭汽化炉的环保改造技术

为了降低合成氨在生产过程中的蒸汽消耗量，自20世纪80年代起，人们便尝试将贮缸气和弛放气进行合成放空，并利用吹风机内的可燃气体，通过燃烧来产生蒸汽，并取得了较为理想的应用效果。随着生产工艺的不断改进，人们又将合成两气、吹风气、旋风除尘器飞灰、造气炉渣以及沉淀池内的炉灰共同送入煤炭汽化炉中进行充分燃烧，以此形成蒸汽返回系统，这样既可产生蒸汽，而且也能大幅降低灰渣含炭比例，进而为煤化工企业带来了巨大的经济效益。除此之外，还可通过废旧气柜来引入脱碳放空气，然后利用风机进行加压处理后输送至三废混燃炉中进行燃烧，以此产生蒸汽，该技术改造可使能源利用率进一步提高的同时，还能减少能量损耗，有效减少了废气排放量，减轻了大气污染。在造气废水中还可将脱硫污水单独循环系统、微涡流除泥装置以及脱硫循环水系统旁滤装置应用于其中，这样可改进造气与脱硫处理流程，在此基础上，通过对污水进行分流、分级处理，可使污水处理质量完全达到排放要求，进而在给企业带来经济效益的同时，还要防止污水排放给自然环境造成的污染。最后，通过对造气后残留的煤渣进行分拣处理，然后利用三废混燃炉来对这些分拣煤渣进行燃烧利用，或可将其与粉煤灰混合后应用于建筑工程中，不仅可使废渣得到有效利用，还能为企业带来不菲的经济效益。

3 结语

总而言之，历经多年的发展，煤炭汽化炉经过不断的改造，其原有的高碳排放、高污染与高耗能问题已经得到了彻底解决，在降低了合成氨生产能耗的同时，也为煤化工企业带来了巨大的经济效益。随着科学技术的不断进步，将有越来越多的改造技术被应用于煤炭汽化炉中，这必将进一步推动煤化工产业的发展。