兩段煤氣發(fā)生爐在豎罐煉鋅中的應(yīng)用新

1、兩段煤氣發(fā)生爐在豎罐煉鋅中的應(yīng)用柳州鋅品有限責(zé)任有限公司：楊友平摘 要介紹了兩段煤氣發(fā)生爐在國內(nèi)豎罐煉鋅行業(yè)的應(yīng)用，兩段爐與單段爐相比所具有的優(yōu)點(diǎn)和兩段爐的性能、構(gòu)造、工藝流程及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞干餾 煤氣爐 豎罐煉鋅 氣化1. 概述兩段煤氣發(fā)生爐技術(shù)是國外在六七十年代首先開發(fā)研究并投入生產(chǎn)使用的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。國內(nèi)于八十年代首先在建材行業(yè)花巨資引進(jìn)該技術(shù)，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試運(yùn)行和消化研究，成功地開發(fā)了國產(chǎn)化的兩段煤氣發(fā)生爐，并經(jīng)國家有關(guān)部門以新技術(shù)節(jié)能在全國范圍內(nèi)推廣,目前已在冶金、機(jī)械、建材、化工等行業(yè)成功使用。重有色金屬提取冶煉大量需要煤氣燃燒產(chǎn)生熱能以達(dá)到冶煉還原所需的化學(xué)反應(yīng)溫度要求，特

2、別是作為鋅冶煉主要方法之一的豎罐煉鋅中的團(tuán)礦干燥熱風(fēng)爐、焦結(jié)爐、豎罐蒸餾爐和粗鋅提純精餾爐等爐體需要大量的煤氣。過去國內(nèi)的豎罐煉鋅系統(tǒng)除少數(shù)曾用過重油燃燒供熱外，都無一例外地使用固定床煤氣發(fā)生爐煤氣，在較長時(shí)間里都采用普通單段煤氣爐生產(chǎn)煤氣。九十年代初，鞍山焦耐院和葫蘆島鋅廠共同在原AD-13型煤氣發(fā)生爐的基礎(chǔ)上改進(jìn)制成的3M兩段煤氣發(fā)生爐取得成功！至今已推廣到多數(shù)的豎罐煉鋅系統(tǒng)中，完全取代了單段煤氣發(fā)生爐。兩段煤氣發(fā)生爐由于在單段煤氣發(fā)生爐上增加了另一段干餾段(如圖一)，使得入爐燃煤自上而下經(jīng)過干餾段和氣化段，在干餾段內(nèi)先完成煤的干燥和干餾等過程，產(chǎn)出上煤氣，形成半焦落入氣化段，股入混有飽和

3、水蒸氣的空氣（飽和度為50-65），在550-750條件進(jìn)行氣化和燃燒產(chǎn)生下煤氣，上下煤氣的比例可以通過下煤氣出口擋板開啟度大小來調(diào)節(jié)。較單段煤氣爐相比，兩段煤氣發(fā)生爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.1 由于增加了干餾段，回收煤的揮發(fā)份形成上煤氣，煤氣產(chǎn)量可大幅增加。某廠在年產(chǎn)1.25萬噸豎罐系統(tǒng)上只開一臺(tái)3.0M兩段煤氣發(fā)生爐就可滿足全系統(tǒng)的一臺(tái)熱風(fēng)爐、一臺(tái)焦結(jié)爐（5m3）、五臺(tái)2768型豎罐蒸餾爐和三臺(tái)1260毫米鋅精餾爐同時(shí)用氣，煤氣產(chǎn)量接近10000Nm3/h。1.2 增加了高度達(dá)四米的干餾段，煤層高、容量大、燃煤在爐內(nèi)停留時(shí)間加長、氣化反應(yīng)徹底、氣化率高達(dá)75%以上，煤氣熱值明顯增加（見表一）。

4、1.3 兩段爐污染少。由于煤氣分上、下兩段產(chǎn)出，可根據(jù)需要分開單獨(dú)或混合使用。上煤氣溫度較低但含揮發(fā)份較多，大部分焦油成分在上煤氣系統(tǒng)圖一：兩段煤氣爐設(shè)備外型圖 冷凝沉積而進(jìn)一步凈化回收，下煤氣基本不含焦油，除含較多夾帶煤粉成分外（可通過旋風(fēng)收塵器處理），煤氣比較潔凈，較單段爐相比對環(huán)境污染相對較少。上下煤氣混合后可不經(jīng)凈化直接以粗熱煤氣形式輸送到豎罐蒸餾爐、焦結(jié)爐、熱風(fēng)爐或精餾爐使用，可直接利用煤氣中高達(dá)300-400的顯熱能量；如采用雙豎管洗滌電捕器（捕集焦油和細(xì)小灰塵）空塔脫水加壓機(jī)加壓煤氣儲(chǔ)藏（或直接用戶）的凈化工藝流程，則所產(chǎn)出的煤氣比較干凈，利于遠(yuǎn)距離輸送和對煤氣質(zhì)量要求較高的用戶

5、，所產(chǎn)生的有機(jī)廢水可采用沉淀、過濾或濃縮焚燒處理，對環(huán)境所造成的污染較少。表一：兩段煤氣發(fā)生爐煤氣成份成 份COH2CO2CnHmO2CH4N2Q低(kJ/m3)上煤氣下煤氣混合煤氣28.430.229.619.18.210.63.83.03.60.60.40.60.20.40.42.40.82.045.549.649.07218426564882. 工藝流程2.1 工藝流程簡介（圖二）燃料煙塊煤，經(jīng)破碎篩分到粒度為1560mm，運(yùn)到中轉(zhuǎn)煤倉，由橋式抓斗吊吊到運(yùn)輸皮帶的煤斗上，經(jīng)兩級皮帶機(jī)（中間有條篩過濾下粒度小于15mm的粉煤），運(yùn)送圖二：豎罐煉鋅行業(yè)兩段煤氣爐工藝流程到高度22m的煤氣爐頂

6、部的貯煤斗中，再經(jīng)過輥式加煤機(jī)和旋轉(zhuǎn)布煤器均勻加入爐內(nèi)。隨著干餾和氣化過程進(jìn)行，塊煤緩慢下移，經(jīng)過34小時(shí)的低溫干餾過程后進(jìn)入下方的氣化段。經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)輸送的空氣混入飽和蒸汽后經(jīng)進(jìn)風(fēng)管并鑄鋼風(fēng)帽均分散到爐下部。在氣化段中，在550750的溫度范圍內(nèi)，塊煤發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)，生成CO氣體。所產(chǎn)生的氣體大部分從下部周邊氣孔通道和中間十字隔墻孔匯集于下煤氣出口，經(jīng)過旋渦除塵器后形成下煤氣；另一部分氣體向上經(jīng)過干餾層，把位于干餾層中的塊煤中的揮發(fā)物經(jīng)低溫加熱分解揮發(fā)了熱值較高的煤氣和輕質(zhì)焦油，從爐內(nèi)的上部出口引出，經(jīng)隔離水封后形成上煤氣。上下煤氣的比例可通過下煤氣旋渦除塵器上部的蝶閥的開啟度調(diào)節(jié)來控制。3

7、. 設(shè)備的構(gòu)造及性能3.1 爐體兩段煤氣發(fā)生爐由加煤系統(tǒng)、干餾段、氣化段、出灰系統(tǒng)、水套及蒸汽系統(tǒng)和煤氣凈化系統(tǒng)等附屬裝置組成。3.1.1 加煤系統(tǒng)兩段爐的加煤系統(tǒng)采用原單段中通用輥格式加煤機(jī)，由電機(jī)、棘瓜傳動(dòng)、減速器驅(qū)動(dòng)，其進(jìn)爐處位于爐頂正中央，設(shè)有400mm水柱水封防止漏氣。塊煤入爐后經(jīng)旋轉(zhuǎn)布料器，均加入爐內(nèi)，爐頂蓋有四個(gè)氣封探釬孔，可作探測爐內(nèi)料面高度和插釬處理用。 干餾段干餾段為鋼制外殼，殼內(nèi)由粘土磚砌成十字隔墻分成四室，其下部有8個(gè)氣封口，供探視爐內(nèi)煤炭氣化情況而用，每個(gè)氣封上方配置有一個(gè)測溫?zé)犭娕?，以測量爐內(nèi)溫度分布狀況。十字耐火隔墻及周邊砌體內(nèi)均布有41個(gè)垂直通道，周邊通道內(nèi)安裝

8、有蝶閥調(diào)節(jié)開啟度，以調(diào)節(jié)爐內(nèi)上下煤氣比例。整個(gè)砌體由112種粘土磚（少量為高鋁磚）分成34層砌筑而成，總砌體重量為70噸。3.1.3 氣化段氣化段位于干餾段的正下方，主要部件有風(fēng)帽爐篦、鼓風(fēng)空腔、迷宮隔離水封、爐壁水套等，是一個(gè)直徑3m的中空爐腔。爐篦材質(zhì)為鑄鋼，由六層堆疊而成，其使用壽命比原鑄鐵爐篦延長較多，可達(dá)5年以上。水套所產(chǎn)生的低壓蒸汽經(jīng)集汽罐匯集后供汽封及鼓風(fēng)飽和蒸汽用汽。氣化段的高度為3米。3.1.4 排灰裝置排灰裝置主要由灰盤及傳動(dòng)裝置構(gòu)成?；冶P為鑄鐵材質(zhì)，直徑比爐體略大，內(nèi)壁焊有大小灰腳、除灰斜板。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由調(diào)速電機(jī)、減速機(jī)、蝸輪蝸桿組成，無級調(diào)速。3.1.5 附屬裝置由于上下

9、煤氣分別由兩個(gè)煤氣出口引出，兩種煤氣溫度成份不同，所以分別是采用隔離水封和旋渦器處理。上煤氣用隔離水封，主要作用是利用高度約為500毫米的水封在停爐時(shí)與煤氣管道隔絕，并帶有重力除塵作用；下煤氣由于溫度較高，含有煤粉等顆粒物較多，所以采用旋渦收塵器處理，其材料為不銹鋼制作，壁腔襯筑輕質(zhì)保溫材料，上部配置有煤鐘罩閥，下部設(shè)有放塵閘閥及水封，每班定期放塵。4. 兩段煤氣發(fā)生爐的運(yùn)行從九十年代初，兩段煤氣發(fā)生爐在豎罐煉鋅行業(yè)試用成功后，至今已推廣到柳州鋅品集團(tuán)，江蘇徐州鋅廠、錫礦山礦務(wù)局煉鋅廠、昆明萬通冶金化學(xué)公司、曲靖創(chuàng)苑鋅廠、陜西鳳縣鋅廠和長沙鋅廠等數(shù)家豎罐煉鋅廠的生產(chǎn)中（見表二），并都取得成功。

10、表二：國內(nèi)十年來采用兩段煤氣爐的豎罐煉鋅企業(yè)序號(hào)單 位 名 稱兩段爐臺(tái)數(shù)規(guī) 格投產(chǎn)時(shí)間使用燃料煤氣凈化1234567柳州鋅品集團(tuán)江蘇徐州鋅廠錫礦山礦務(wù)局煉鋅廠昆明萬通公司曲靖創(chuàng)苑鋅廠陜西鳳縣鋅廠長沙鋅廠2臺(tái)2臺(tái)3臺(tái)2臺(tái)2臺(tái)4臺(tái)3.0m3.0m3.0m3.0m3.0m3.0m2.4、3.0m93年93年96年98年99年98年2000年大同煤大同煤大同煤羅木村煤云南煤大同煤無凈化無凈化兩級凈化無凈化無凈化兩級凈化兩級凈化上述表中的使用兩段煤氣發(fā)生爐的單位，單臺(tái)爐的產(chǎn)氣量最小值5000-6500Nm3/h，最大值為近10000 Nm3/h，而且基本每次煤氣爐的運(yùn)行時(shí)間可長達(dá)6個(gè)月以上。從兩段煤氣發(fā)

11、生爐產(chǎn)出的上下煤氣，有部分單位采用煤氣方箱混合直接以粗熱煤氣形式使用，這樣可利用煤氣中的近300的溫度顯熱，提高煤氣的熱利用率，這對中小型豎罐煉鋅系統(tǒng)比較合適，但同時(shí)產(chǎn)出煤氣中含焦油和顆粒物成分較多，對煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)和冶金爐帶來了較多麻煩。有時(shí)，煤氣總管或支管僅使用三個(gè)月便發(fā)生堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)影響到生產(chǎn)及安全。對于大型豎罐煉鋅系統(tǒng)，所使用的發(fā)生爐煤氣需經(jīng)過雙豎管洗滌、電濾器、電捕器捕集焦油等多級洗滌凈化后加壓送到煤氣管網(wǎng)中，煤氣壓力可自由調(diào)節(jié)，這有利于后續(xù)冶金爐清潔使用。兩段煤氣發(fā)生爐由于爐內(nèi)燃料料柱高度較高，為防止?fàn)t內(nèi)燃料燒結(jié)粘結(jié)，一般所使用的燃料選用不粘性或弱粘性的煙煤，在豎罐煉鋅行業(yè)已經(jīng)運(yùn)

12、用成功的煤種有山西大同煤、內(nèi)蒙東勝煤、云南羅木材煤等。其主要指標(biāo)見表三，表四為兩段煤氣發(fā)生爐正常主要技術(shù)指標(biāo)。表三：兩段煤氣發(fā)生爐用燃料指標(biāo)項(xiàng) 目 指 標(biāo)項(xiàng) 目 指 標(biāo)揮發(fā)份 2540%灰份 14%水份 10%固定碳 50%發(fā)熱值 23000kJ/kg灰份熔點(diǎn) 1150自由膨脹指數(shù) 2.5羅加指數(shù) 20粘結(jié)指數(shù) G 30粒度 1560mm表四：兩段煤氣發(fā)生爐主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目 數(shù) 據(jù)項(xiàng) 目 數(shù) 據(jù)床能力 354kg/m2·h氣化效率 75%熱效率 90%渣含碳 15%空氣單耗 2.1Nm3/kg（煤）蒸汽單耗 200Kg/103Nm3電耗 7.5kwh/103Nm3水耗 700kg/

13、103Nm3煤氣熱值 62006600kJ/Nm3爐底鼓風(fēng)壓力 4500Pa空氣飽和溫度 5065加煤量 22.5t/h上煤氣溫度 100200下煤氣溫度 550700上煤氣壓氣 400800 Pa 下煤氣壓氣 8001500 Pa灰層厚度、火層厚層 300500mm料面高度 2.02.5米5. 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)5.1 強(qiáng)化安全設(shè)計(jì)由于煤氣具有易燃爆性，在煤氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意防泄露和防爆，應(yīng)該在上煤氣隔離水離上和煤氣總管末端設(shè)置放散系統(tǒng)，以便開停爐時(shí)吹趕爐內(nèi)和管道系統(tǒng)內(nèi)空氣，保證安全。在爐底鼓風(fēng)管道內(nèi)安裝有逆止閥，以防止在意外停電時(shí)煤氣倒流發(fā)生意外。鼓風(fēng)機(jī)應(yīng)配置二套系統(tǒng)，開一備一，并在供配電方面考

14、慮兩路供電，與豎罐煉鋅的焦結(jié)煙氣風(fēng)冷凝廢氣洗滌機(jī)（或煤氣加壓機(jī)）互為聯(lián)鎖。在使用粗熱煤氣的管道系統(tǒng)及凈化裝置前的爐出口管道中，多開設(shè)管道清掃口和水封裝置，以便方面清掃管道中的沉積焦油和煤粉，并在清掃口附近配置蒸汽取汽口，在帶煤氣負(fù)荷時(shí)用蒸汽作安全保證。另外，在爐底鼓風(fēng)管及上、下煤氣出口及煤氣輸送管道上各需設(shè)立一個(gè)防爆炸鋁板封口，以保護(hù)煤氣爐本體、管道系統(tǒng)及操作人員的安全。5.2 嚴(yán)格筑爐質(zhì)量兩段煤氣發(fā)生爐內(nèi)砌體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，磚型多達(dá)112種，且多數(shù)為異型和特異型磚。加上爐體高度較高，爐內(nèi)裝燃料達(dá)60多噸，對爐體筑爐及質(zhì)量要求較嚴(yán)。為了保證砌筑質(zhì)量，砌前必須逐層預(yù)安裝，每層砌體水平誤差不大于3m

15、m，總體砌完后要對所有氣體孔道進(jìn)行清掃以保證通暢。5.3 煤種選擇由于兩段煤氣發(fā)生爐比固定床單段爐增加了干餾段，除對燃料的粒度、發(fā)熱量、灰熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度等常規(guī)指標(biāo)要求外，還需對衡量粘結(jié)性和膨脹性的粘結(jié)性指數(shù)、羅加指數(shù)和自由膨脹序數(shù)幾個(gè)指標(biāo)作重點(diǎn)考慮。目前豎罐煉鋅行業(yè)中的兩段煤氣發(fā)生爐基本采用不粘性或弱粘性的煙塊煤作為燃料，有資料顯示，在建材、機(jī)械等行業(yè)以進(jìn)口兩段煤氣發(fā)生爐為原型改造研制成的兩段煤氣發(fā)生爐所選用的燃料種類還有長焰煤和部分老年褐煤，如山東龍口褐煤、黑龍江東寧褐煤等。但總體來說，兩段爐要比單段爐的燃料種類選擇范圍要小，特別是豎罐煉鋅企業(yè)，基本以山西大同煤為主要選擇，在新煤種選型方面還

16、需進(jìn)一步試驗(yàn)。5.4 環(huán)保問題5.4.1 使用凈化煤氣的企業(yè)，由于增加有雙豎管、電濾器、間冷器、電捕器等凈化設(shè)備，可對煤氣中的高溫裂解焦油、煤粉顆粒及酚氰分解物進(jìn)行回收。對其中的焦油和酚氰分解物可設(shè)焚燒爐就地焚燒處理，可實(shí)現(xiàn)對外無污染。5.4.2 對使用粗熱煤氣的企業(yè)，所產(chǎn)出的煤氣只有簡單凈化裝置回收粗顆粒的煤粉和少量的焦油，大多數(shù)焦油和其他雜質(zhì)成份會(huì)沉積在后續(xù)的煤氣管網(wǎng)中，對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常維持及安全構(gòu)成很大危脅。由于豎罐煉鋅的連續(xù)性很強(qiáng)，使用大量煤氣的蒸餾爐和精餾爐會(huì)因?yàn)槊簹夤?yīng)不足而引起溫度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成碳化硅爐體開裂。報(bào)廢部分廠家在管道堵塞嚴(yán)重時(shí)只有冒險(xiǎn)采取明火焚燒方式清理，危險(xiǎn)性較大，所以有些企業(yè)被迫采取兩套煤氣管道輪流使用來克服。對從管道清理出來的焦油由于夾雜有大量的煤粉成分，無法直接利用，許多企業(yè)只有采取堆存的辦法，對環(huán)境影響較大，可采取加熱融化過濾提純焦油外賣。6. 結(jié)論從生產(chǎn)實(shí)踐證明，兩段煤氣發(fā)生爐操作簡便，煤氣熱值高、熱效率高，產(chǎn)氣量大，可方便調(diào)節(jié)，對環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)，特別是近十年國內(nèi)新建的豎罐煉鋅企業(yè)，無一例外的都采用兩段煤氣發(fā)生爐取代舊式的固定床單段爐?？梢哉f，兩段煤氣發(fā)生爐在豎罐煉鋅企業(yè)的生產(chǎn)是成功的。參考資料（1）朱大均，兩段爐的干餾段設(shè)計(jì)適用條件和性能評價(jià)，中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì)