维普资讯 http://www.cqvip.com 冶金能源 Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．５ ＥＮＥＲＧＹ ＦＯＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＤＵｓ豫Ｙ Ｓｅｐｔ．２００７ 发生炉煤气站的设计及其工业应用 蒋 琼 胡小兵 （河北承德华泰工程设计有限公司） （承德天工建筑安装有限公司） 摘要介绍了承钢钒化工厂回转窑燃料系统和燃烧系统的改造方案，阐述了发生炉煤气站 的工艺特点和热煤气在实际应用中取得的良好使用效果。 关键词煤气站煤气化热煤气 回转窑燃烧系统 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｇａｓ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｊｉａｎｇ Ｑｉｏｎｇ （Ｈｅｂｅｉ Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ Ｈｕａｍｉ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｐａｎｙ） Ｈｕ Ｘｉａｏｂｉｎｇ （Ｈｅｂｅｉ Ｃｈｅｎｇｄｅ Ｔｉａｎｇｏｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏ＿ ｔａｒｙ ｋｉｌｎ ｉｎ Ｃｈｅｎｇｇａｎｇ Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｌａｎｔ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｇａｓ ｓｔａ— ｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｎｅ ｒｅｓｅｔｓ ａｃｈｉｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｍｃｆｉｃＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｏｔ ｇａｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｇａｓ ｓｔａｔｉｏｎ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｈｏｔ ｇａｓ ｒｏｔａｒｙ ｋｉｌｎ ｉ ｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ Ｉ概述 发生炉热煤气站在中小企业应用较多，是一 项非常成熟、经济、实用的煤气生成工艺。发生 承德钢铁集团（新新钒钛股份）有限公司 炉热煤气站及热煤气应用系统由原料系统、气化 钒化工厂位于承德市的东面，距离承钢主厂区约 剂系统、煤气生成系统、旋风除尘系统、煤气输 ５０公里，无法将主厂区内冶炼副产物煤气引至 送系统、回转窑燃烧系统组成。工艺流程见图１ 钒化工厂，原回转窑一直采用重油作为燃料用于 所示。 焙烧钒渣。 ２．２工艺布置 对于多煤少油的我国，原油价格居高不下， 煤气站设置两台发生炉，并排布置，两台鼓 油价远远高于煤价；同时，由于重油在使用过程 风机，均为一开一备；每台发生炉各配置一台钟 中，用户环境污染比较严重，时常出现燃烧器堵 罩阀、旋风除尘器、盘形阀。配设两台斗式提升 塞现象，影响窑炉的正常生产。基于以上种种原 机，一用一备，每台提升机配有两条上料皮带。 因，且考虑建造冷煤气站投资巨大，经多方论证 其工艺平面布置见图２所示。 决定在钒化工厂建造热煤气站，用热发生炉煤气 ２．３设计条件及技术特点 代替重油作为回转窑焙烧钒渣用燃料。 （１）设计条件 ２改造方案 回转窑最大热煤气用量６０００ｍ ／ｈ 回转窑常用热煤气用量５０００ｍ ／ｈ ２．１工艺流程 燃料煤种 焦丁 燃料粒度 １３～２５，２５～５０ｍｍ 收稿日期：２００７—０４—１１ 蒋琼（１９６８～ ），工程师；０６７００２河北省承德市。 煤气发热值 ５．２３～５．４４ＭＪ／ｍ 维普资讯 http://www.cqvip.com
Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．５ 冶金能源 ＳｅｐＬ ２００７ ＥＮＥＲＧＹ ＦＯＲ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ４５ 图ｌ 发生炉热煤气站及热煤气应用工艺流程图 图２发生炉热煤气站工艺平面布置图 １——爆破膜装置；２——空气放散装置；３——电动蝶阀；４——调节蝶阀；５——逆止阀；６——煤气发生炉；７——钟罩阀； ８——旋风除尘器；９——吹扫装置；１０——排灰斗；１１——人孔；１２——热煤气总管；１３——流量孔板；１４——鼓风机 （２）主要技术特点 斗式提升机中，提升机将料提升到厂房顶部，卸 煤气发生炉型式 ＴＧ—ＧＪ组合型 入布置在房顶的皮带机上，由皮带机将料运送到 煤气发生炉炉膛内径 ３ｍ 发生炉顶部的倒锥体形料斗里，经发生炉加煤机 煤气发生炉产量 ６５００—８５００ｍ ／ｈ 进入发生炉炉膛里。 煤气出炉温度 ５５０￣Ｃ ２．５气化剂系统 煤气出炉压力０．６一１．５ｋＰａ 制取发生炉煤气所用的气化剂是空气和水蒸 上料方式 机械化上料 气，空气由两台离心式鼓风机供给，一用一备。 ２．４上料系统 每台鼓风机出口设有空气切断蝶阀，空气总管上 发生炉所用燃料为承钢剩余焦丁，粒度为 设有流量孔板，末端设有爆破膜装置和放散装 ｌ３—２５、２５—５０ｍｍ，根据场地情况，在煤气发 置。总管在主厂房内分成两路，分别与两台发生 生站厂房南建一１５ｍ 料仓，两台给料机，两台 炉的空气进口管相接，在每一路的空气分管上设 斗式提升机，四条上料皮带。焦丁由给料机装入 有电动蝶阀、流量调节阀、止回阀等。具体路径 维普资讯 http://www.cqvip.com 冶金能源 ＶｏＩ．２６ Ｎｏ．５ Ｓｅｐｔ．２００７ ＥＮＥＲＧＹ ＦＯＲ ＭＥＴＡＩ．Ｉ．ＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＤＵｓ豫Ｙ 为： 在旋风除尘器后的ＤＮ１２００热煤气分管上， 鼓风机一空气总管一消音器一流量调节阀一 空气分管一电动蝶阀一流量调节阀一止回阀一炉 膛 设置有发生炉本体煤气放散用钟罩阀和煤气切断 用盘形阀，盘形阀后管道上设有清理管道用吹扫 装置，而后汇入ＤＮ１６００煤气总管。为了充分利 用热煤气的物理热，煤气输送管内砌有厚 １１３ｍｍ的漂珠砖及２０ｍｍ厚的硅酸铝纤维毡保 温层。在煤气总管上每间隔一定距离设有排灰 斗、清理孔汽封，用以进一步减少煤气中的含尘 为保证发生炉在水套非正常工作，所产水蒸 气不能满足炉内气化工艺要求时，在发生炉的饱 和蒸汽管上接有外界蒸汽管道。 ２．６煤气生成系统 发生炉内的焦丁与气化剂为逆流接触，焦丁 在发生炉内从上到下大致分为于燥层、于馏层、 还原层、氧化层、灰渣层。气化剂在灰渣层中不 发生化学反应，仅与灰渣进行热交换，气化剂入 炉后先在此被预热，灰渣则被冷却。 在氧化层里气化剂与焦丁主要发生碳的燃烧 反应，为气化反应过程提供热量，反应方程式 为： Ｃ＋０２一ＣＯ２＋Ｑ 煤气主要是在还原层里生成的，在还原层里 主要发生二氧化碳的还原和水蒸气汽化等气一固 相反应，同时还进行生成甲烷的放热等反应。主 要反应方程式为： Ｃ＋ｃｏ２—２ＣＯ—Ｑ Ｃ＋Ｈ２ ０（ ）－－＊ＣＯ＋Ｈ２一Ｑ ｃｏ＋３Ｈ２一ＣＨ４＋Ｈ２ ０（ ）＋Ｑ 进入发生炉内的焦丁首先在于燥层吸收上升 气流中的显热而脱水于燥，于燥后的焦丁在于馏 层温度进一步升高，发生热解反应而逸出焦丁中 的挥发物，被析出的挥发物有时还会发生裂解和 聚合反应，生成高度粘稠并富含残碳的焦油，以 雾状形式夹带于生成的煤气中，一起从发生炉中 引出。 ２．７除尘系统 从发生炉中产生的热煤气含有较多大颗粒 尘，不利于燃烧器更好的燃烧和回转窑钒渣焙烧 质量，同时由于热煤气的出口压力不高，为保证 煤气到达回转窑烧嘴前的压力，在发生炉煤气出 口管上设置一０２３２０旋风除尘器，除去出炉煤 气的带出物（焦粉、煤粉等）。由于煤气具有一 定温度且含尘量较大，故在除尘器内砌有厚 １１３ｍｍ的耐火粘土砖及１５ｍｍ厚的硅酸铝纤维 毡保温层。 ２．８煤气输送系统 量和查看管道中积灰情况，以便适时对管道进行 清理；为便于对热煤气管道进行清理和维护工 作，在管道拐弯处和管道末端均设有人孔¨】， 总管末端设有放散装置。 ２．９燃烧系统 回转窑是窑头供热、出料，窑尾排烟、进 料，钒渣随回转窑转动，从窑尾经烟气预热、高 温加热、窑头均热后，直接落入装有溶液的浆化 池里，进入到制取Ｖ ０ 的下一步工序中。回转 窑的燃烧系统是由燃烧器、窑前空煤管道、窑尾 排烟机组成。由于发生炉煤气为热脏煤气，在煤 气管道上设有高温尘气调节切断阀、煤气逆止水 封、泄爆阀；在空气管道上设有电动蝶阀、调节 蝶阀、泄爆阀。由于回转窑自身的加热特点，在 窑头设置一长５．１７２ｍ的不锈钢热煤气套筒式烧 嘴 。 ２．１０热工检测与控制 热工检测包括对温度、压力、流量的检测。 温度的检测有发生炉出口煤气温度、饱和蒸汽温 度的显示、记录、超低温和超高温报警，窑前煤 气温度的显示、记录。压力的检测包括发生炉前 空气压力、饱和蒸汽压力、发生炉出口煤气压 力、软水总管软水压力、蒸气总管蒸气压力的显 示、记录、超低压报警，窑前空煤气压力的显 示、记录。流量的检测包括发生炉前空气流量及 窑前空气流量的显示、记录。 发生炉煤气站的自动控制由计算机实现，该 系统将发生炉出口煤气温度与加煤系统进行连 锁；当煤气温度高于最高设定值５５０℃时 ，打 开加煤机上插板阀，焦丁进入煤锁筒里；关闭上 插板阀，同时打开下插板阀，焦丁进入发生炉 里，关闭下插板阀。出口煤气压力与炉前空气调 节蝶阀连锁；当煤气压力低于最低设定值 ０．６ｋＰａ时 】，调节蝶阀开度，增大空气送风量。 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖ０１．２６ Ｎｏ．５ 冶金能源 Ｓｅｐｔ．２００７ ＥＮＥＲＧＹ Ｆ０・Ｒ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ４７ 为避免因发生炉炉况不稳定，煤气进入空气 管中，在发生炉进口空气管道上，设有止回阀。 ３结束语 ２．１ １ 煤气站及工业应用效果 钒化工厂通过本次以煤代油工程的改造，解 （１）煤气站生产煤气的能力完全满足回转 决了钒渣焙烧用重油紧缺、油价居高不下的现 窑焙烧钒渣用燃料量的要求。 状；改善了回转窑车间的生产环境。使用煤气作 （２）采用计算机自动控制，及时反映煤气 为回转窑用燃料后，易于燃料的燃烧控制，钒渣 生成系统的工作情况，确保生成煤气的质量。 加热质量进一步提高，降低回转窑燃料成本 （３）回转窑改用煤气作为燃料后，窑内温 ４２％，取得了显著的经济效益。 度场更加均匀，钒渣加热质量进一步改善。 实践证明，以煤代油工程改造后，煤气站达 （４）燃烧系统的燃料由重油改为煤气后， 到了煤气生产能力的设计要求，实现了降低产品 燃料的控制能力得到提高，工厂的生产环境得到 成本和解决问题的预期目的。 改善。 参考文献 （５）改造后回转窑内砌体的使用寿命提高１ ～１．５倍，采用煤气作为燃料，大大降低了窑内 １ 钢铁企业燃气设计参考资料．北京：冶金工业出版 集中受热度。 社，１９７８ （６）与改造前相比，消除了燃料来源的顾 ２王秉铨．工业炉设计手册．北京：机械工业出版社， 虑，２６个月回收工程投资（包括煤气生成用原 １９９６ 料费用、工人工资及煤气站维护费用等），降低 ３邓渊．煤气规划设计手册．北京：中国建筑工业出 回转窑燃料成本４２％。 版社，１９９２ 张长保编辑 （上接第３６页） （３）蓄热式燃烧系统是一个有机的结合体， 限度地收集从炉膛内需要排出的烟气。尤其是靠 任何一个部件出现问题都可能导致炉压升高，影 近炉头、炉尾和炉门处，更应该注意烧嘴的喷射 响节能效果及设备的正常运行。 角度和速度，防止火焰直接或间接射向这些开口 部位，防止烧嘴火焰之间相互干扰等。 参考文献 吕以清，孙玮，侯卫军．双预热蓄热式加热炉减小炉 ４结论 压的研究与应用．冶金能源，２００５，２４（６）：３６～３８ （１）蓄热式加热炉炉膛压力高意味着节能 ｚ 戚翠芬，张树海．加热炉基础知识与操作．北京冶金 效果不理想。 工业出版社，２００５ （２）可以采用本文提出的一种或几种方法 吕以清．蓄热式燃烧技术在轧钢连续加热炉应用的 降低炉压、提高空气和煤气的预热温度、提高该 合理性与适用性．工业炉，２００７，２９（２）：１７—２０ 技术的节能效果。 张长保编辑 节能减排，循环经济， 中国钢铁工业发展之路！
