富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的方法及装置

摘要

本发明涉及富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的方法及装置，将小粒度焦炭和大颗粒焦炭放入不同的料仓，调节控制两料仓底部出来的焦炭配比，将小粒度焦炭与大粒度焦炭的比例控制在3：7，输送到造气炉焦仓；焦仓内的焦炭加入造气炉内，加热，从造气炉底部按照体积比例0.38～0.46：1送入氧气和二氧化碳的混合气，混合气经炉篦及气体分布器均匀分配入灰渣层、氧化层、还原层，与炽热的焦炭反应，生成粗一氧化碳气。本发明操作简单、设备改造容易实现、费用投入低、生产成本低、不影响生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的方法及装置，属于燃料利用技术 领域。

背景技术

纯氧连续气化又分为纯氧加CO₂气化和纯氧加蒸汽气化两种。其中纯氧加CO₂气化技术称 为焦(煤)部分氧化还原法。利用纯氧和CO₂作为气化剂，通过常压固定床以焦(煤)为原料 连续气化的方法制备高纯CO气体，煤气中CO为65％～70％，通过后面的净化、压缩、精脱 硫提纯等工序，最终得到纯度大于97％的CO气体，可用于生产甲酸、醋酸、甲胺羰基合成等 产品。此技术是一种较新型的气化技术，在国内有数十家近60台Ф2400～Ф3600mm煤气炉 使用，单炉发气量3000～10000m³/h。这种CO造气炉具有结构设计先进、焦炭燃烧完全、无 吹风阶段、热损失小等优点，但是由于制气工艺的限制，这种造气炉对原料质量要求苛刻， 制气成本受原料价格影响大，在工业化拓展上存在难度。

自2009年以来，国内醋酸市场持续低迷，2010年醋酸价格最低跌至2800元/吨，到2011 年年初醋酸价格依然维持在3000元左右，各大企业苦苦维持在生产成本线附近，利润空间大 幅降低。尤其是兖矿国泰化工有限公司醋酸Ⅰ生产装置，采用的是典型的纯氧加CO₂气化技 术，利用七台直径为2740mm的造气炉制备粗煤气，随着原料焦炭价格的升高和醋酸价格的降 低，利润空间锐减。与2009年相比，兖矿国泰化工有限公司2010年醋酸制造成本增加了91.21 元/吨，而醋酸耗CO的成本比2009年升高93.3元/吨，显然，醋酸用CO原料气成本的升高是造 成醋酸生产成本增加最主要的因素，而原料焦炭的成本份额占CO精制气生产成本的60％以上， 因此，富氧造气炉突破价格高昂的大粒度焦炭垄断的技术壁垒，利用价格低廉的小粒度焦炭 进行部分代替十分必要。

小颗粒焦炭与大颗粒焦炭相比最主要的区别是粒度的不同。因粒度较小，小粒度焦炭的 部分或全部使用容易造成造气炉内部阻力增大，易出现局部通风不均匀，从而使造气炉单点 温度高，炉况恶化，炉内结疤、结块、形成挂壁，造气炉炉底超温，导致炉篦、破渣筋等的 损坏，同时随着炉况变差，造气炉生产能力降低，有效气体成分不能得到有效控制，炉况恶 化严重时将导致造气炉熄火。小粒度焦炭比表面积小，堆密度大，增加了加焦装置的运行负 荷，加剧了加焦装置的磨损，对备料阀和加料阀连接部件的使用寿命也带来了一定的冲击。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术不足，提供一种富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的 方法及装置，操作简单、设备改造容易实现、费用投入低、生产成本低、不影响生产效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的方法，包括步骤如下：

(1)将小粒度焦炭和大颗粒焦炭放入不同的料仓，调节控制两料仓底部出来的焦炭配比， 将小粒度焦炭与大粒度焦炭的比例控制在3：7，输送到造气炉焦仓；所述的小粒度焦炭的粒 径为10-25mm，大颗粒焦炭的粒径为大于25mm小于等于40mm；

(2)焦仓内的焦炭从造气炉顶部加入造气炉内，氧气和二氧化碳的混合气按照体积比 例0.38～0.46：1从造气炉底部送入炉内，混合气经中央灰箱气体分布器及炉篦均匀分配后 依次进入灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层，在炉内与炽热的焦炭反应，生成粗一 氧化碳气体(CO 63-67％、O₂＜0.5％)。

上述方法中步骤(2)炉中部测温点温度控制600℃—800℃。

造富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的装置，包括焦仓、加焦装置、造气炉，加焦装 置由备料斗、受料斗和加料斗组成，备料斗和加料斗内设有备料阀和加料阀，焦仓内的焦炭 依次加入备料斗、受料斗和加料斗，经两阀交替下落或提起进行加焦；造气炉中央灰箱内设 置气体分布器，破渣筋为方钢，炉箅子为骏豪七层六边全铸钢节能炉箅。

所述的气体分布器为带孔的圆形钢板。

加焦装置的销子分为备料阀销子和加料阀销子，分别位于备料阀阀杆与锥形阀体的连接 处、加料阀阀杆与锥形阀体的连接处，销子的直径为16mm，经过淬火加高温回火的双重热处 理。

本发明在保证造气炉不超温、气体成份达标的前提下，进行试烧试验，确定最佳掺烧比 例。氧气和二氧化碳的混合比例依据造气炉炉体的温度、粗煤气气体成份来确定，通过调整 氧气自调阀和二氧化碳气自调阀的开度实现；造气炉炉体处温度，其中上部处测量干燥层、 干馏层温度，中部处测量氧化层、还原层温度，下部处测量灰渣层温度，可在DCS系统实现 在线监控。

对富氧造气炉中央灰箱、炉箅子、破渣筋、加焦装置销子等进行改造，克服小粒度焦掺 烧带来的设备磨损、气流分布不均等对造气炉温度控制及设备运行周期造成的不利影响。两 种焦炭分开单独存放，用抓斗吊将焦炭抓至不同的料仓，利用料仓底部电动扇形阀的开度调 节受料斗的出料量，达到按比例均匀混合的目的；混合后的焦炭经过皮带称称量后，通过皮 带输送至焦仓。

本发明的有益效果是：它是在现有富氧造气炉运行状态不变情况下，在25-40mm的大粒 度焦炭中掺入10-25mm的小粒度焦炭，通过对造气炉加焦装置、布风及排破渣装置进行改造， 以满足小粒度焦炭掺烧的目的。该技术投资及开发费用低，能够在确保造气炉温度指标的前 提下生产出合格的粗煤气，可降低CO精制气的生产成本，对富氧连续造气技术的工业拓展也 具有一定的参考价值。

附图说明

图1为气体分布器结构布置图，a为中央灰箱中的位置，b为气体分布器俯视图；

图2为破渣筋结构示意图；

图3为JH型炉箅示意图；

图4为加焦装置的销子的结构示意图；

图5为富氧造气炉及加焦装置结构示意图。a为造气炉结构图，b为加焦装置结构图；

图6为本发明工艺流程图。

其中，1.气体分布器，2.中央灰箱，3.备料斗，4.受料斗，5.加料斗，6.煤气出口， 7.上部测温点，8.中部测温点，9.下部测温点，10.水夹套，11.上灰箱，12.下灰箱，13.中 央灰箱，14.造气炉。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明。

实施例

1、造富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的装置，包括焦仓、加焦装置、造气炉，加 焦装置由备料斗3、受料斗4和加料斗5组成，备料斗3和加料斗5内设有备料阀和加料阀， 焦仓内的焦炭依次加入备料斗3、受料斗4和加料斗5，经两阀交替下落或提起进行加焦；造 气炉中央灰箱2内设置气体分布器1，破渣筋为方钢，炉箅子为骏豪七层六边全铸 钢节能炉箅。

小粒度焦炭掺烧问题预判，改造设备，提升装置性能。小颗粒焦炭与大焦相比最主要的 区别是粒度的不同。因粒度较小，容易造成造气炉内部阻力增大，极易出现局部通风不均匀， 从而使造气炉单点温度高，炉况恶化、生产能力降低、有效气成份降低等问题。由于小度焦 炭比较面积小，堆密度大，焦炭在经由炉体备料斗、受料斗和加料斗时，阀头的承重增加， 磨损度也随之增加。为此，需对富氧造气炉中央灰箱、炉箅子、破渣筋、加焦装置销子等进 行改造，以适应小粒度焦炭的掺烧。

中央灰箱13改造：在造气炉中央灰箱增加气体分布器1，解决混合气分布不均的问题。 小粒度焦炭粒度小、炉内炭层堆密度增加，气体流通阻力增加、出现偏流；O₂与CO₂的混合气 进入造气炉中央灰箱后由炉箅子进行分布，混合气经直角管道进入中央灰箱时会发生折流， 气流偏向北侧，导致造气炉北侧通过气量偏大，焦炭燃烧充分，出现造气炉北侧温度点超温 的现象。为了避免偏流，在中央灰箱内增加一带孔的圆形钢板，厚度为10mm，表面均匀分布 21个直径为100mm的圆孔，该带孔的钢板为新增的分布器，起到初次均布混合气的作用。

炉箅子改造：炉箅子改型，通风面积增加，增强布风及破渣能力。炉箅子由DL型炉箅子 改为骏豪七层六边全铸钢节能炉箅，设备高度由1300mm增加到1320mm，内总通风 面积由原来的0.71m²提高到0.73m²，装置排渣能力及布风效率大幅度提高。(附图2)骏 豪七层六边全铸钢节能炉箅，设有外齿式破渣筋条，在材质上选用低合金全铸钢， 参照ZG35CrMnSi(企业标准特殊配方)，底座选用ZG35或ZG35CrMnSi，使炉箅子的耐热温度 可达800℃以上。最大旋转层上六只破渣筋均采用D256、D266、D608对焊焊条进行三面堆焊， 使其表面硬度达HRC50以上，提高耐磨强度，因此，炉箅的使用寿命可达2-3年。JH型炉箅 与DL型炉箅的对比见表1。

表1 JH型炉箅与DL型炉箅基本参数对比

破渣筋改造：破渣筋的耐磨强度直接影响其使用寿命，其破渣强度直接影响到造气炉内 碳层的分布。将破渣筋由圆钢()改为方钢(50×50×500mm)，方钢采用耐高温 的材质，与灰渣接触面积比圆钢大，且有棱角能够提高挤渣、破渣能力，对稳定控制造气炉 的温度有着重要的作用。

加焦装置的销子改造：改良加焦装置阀头与阀杆的连接销子，延长使用周期。造气炉料 仓内的焦炭经插板阀控制首先进入备料斗，备料阀下落时焦炭经受料斗沿加料斜管落入加料 斗，然后备料阀提起，加料阀下落，焦炭落入炉膛后提起从而完成完成一个加焦循环。正常 生产期间，造气炉每小时要完成四到六次加焦过程，备料阀和加料阀频繁启闭必然会磨损阀 杆与阀头的连接销子。特别是在掺烧小粒度焦炭之后，由于小粒度焦炭的粒度小的比表面积 大，因此其表面粘附的焦沫量增加，堆密度也增加。根据估算每小时单炉焦炭的消耗量要比 未掺烧前增加约150kg，在加焦频次不变的情况下，焦炭负荷的增加必然会加大连接销子的 剪切应力，从而导致连接销子使用寿命已从原来的半年降至3个月。加焦装置销子的原始设 计尺寸为ф＝10mm、H＝80mm，材质为45#钢。为了提高其使用寿命，对销子进行了改良。首先， 对销子进行扩径，将销子的直径由10mm增加到16mm；其次，对销子进行调质处理，调质是 淬火加高温回火的双重热处理，调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、 塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。

2、富氧造气炉掺烧10-25mm小粒度焦炭的方法：

选取造气炉进行试烧试验，确定掺烧比例。大颗粒焦炭的粒径为大于25mm小于等于40mm。 首先对小粒度焦炭进行全烧即用小粒度焦炭完全替代大粒度焦炭，造气炉在全烧15-25mm小 粒度焦炭时，造气炉中部单点温度高达1000℃，远远超过800℃的指标值，且不易控制，造 气炉内阻力增加约0.4kpa，气体成份降低2.5％，氧含量超过0.5％的安全指标，因此富氧造 气炉全烧小粒度焦炭是不可行的。其次分别按照大颗粒焦炭与小粒度焦炭5：5、6：4和7： 3的掺烧比例进行掺烧试验，通过试验发现按照5：5和6：4的比例进行试烧时，造气炉中 部单点温度会有超标情况，灰渣返焦率较高，气体成份降低1％-1.5％左右，而按照大颗粒焦 炭与小颗粒焦炭7：3的比例进行掺烧时炉温能够稳定控制，灰渣返焦率低，气体成份降低 0.3％，因此，按照7：3的比例掺烧能在稳定造气炉炉况的前提下最大限度地创造效益。

七台造气炉按照30％的比例全面掺烧小粒度焦炭，全面推广。工艺流程流程为：二氧化 碳气(≥96％)由调节阀FV1201、氧气(≥99.6％)由调节阀FV1202按设定比例(O₂/CO₂＝0.38～ 0.46)在混合槽(V1201)混合，经混合气鼓风机(C1201ABC)加压至40kPa进入混合气总管， 由各台造气炉混合气调节阀FV1209A-G调节后，经热管换热器(E1202A～G)预热至130℃， 由底部进入造气炉，经炉篦均匀分配入灰渣层、氧化层、还原层，与炽热的焦炭反应，生成 粗一氧化碳气(CO 63-67％、O₂＜0.5％)。粗一氧化碳预热干馏层、干燥层原料后，550℃ 左右的粗一氧化碳气由造气炉上部排出，经显热回收器(E1201A～G)、热管换热器(E1202A～ G)换热至160℃，进入各炉洗气塔(T1201A～G)，洗涤降温除尘至40℃，由煤气总管进入总 洗气塔(T1202)进一步除尘降温至35℃，进入气柜(V1204)。

富氧造气炉掺烧价格低廉的小粒度焦炭是固定床富氧炉在原料拓展上的重大探索，它打 破了兖矿国泰化工有限公司富氧炉长期依赖大粒度焦炭的被动局面，不但有利于降低生产成 本，而且焦炭的掺烧对富氧连续造气技术的工业拓展也具有一定的参考价值，在富氧造气炉 运行上具有现实指导意义。