锥筒型煤气发生炉在我公司的应用
    
    山东瑞星化工有限公司 王志勇
    
    山东瑞星化工有限公司是2003年改制的民营企业，国家级重点高新技术企业，企业总体规划是做大做强化肥主业，大力发展热电产业和生物化工产业，使尿素达到年产100万吨的生产规模。围绕这一目标，2004年投资4亿元，实施年产40万吨合成氨60万吨尿素项目建设；2005年投资5亿元，实施年产100万吨尿素项目建设。在项目建设中，与之配套的造气工艺依然是常压固定床间歇式气化工艺。新增炉型为山东淄博昊科机械有限公司生产的φ2800锥筒型煤气发生炉，在实施“4060”项目工程中，造气工段具备了φ2400、φ2610、φ2650和φ2800四种炉型，共计35台煤气发生炉；在实施年产100吨尿素项目工程中，再新增35台炉型为φ2800锥筒型煤气发生炉，致使造气工段届时将形成70台常压固定床间歇式煤气发生炉的生产局面。下面谈一谈我公司对选用锥形常压固定床间歇式煤气发生炉的认识：常压固定床间歇式煤气发生炉是当今氮肥行业的关键设备之一，研究并探索出流体在常压状态下和固定床层中的气化特性，对提高煤气发生炉生产负荷、强化生产、降低消耗，起着至关重要的作用。众所周知，常压间歇式固定床煤气发生炉的反应物为气态的空气、水蒸汽和固态的燃料煤中的固定碳，而空气与水蒸汽这两种气化剂沿煤气炉的径、轴向穿过燃料煤固定床时，进行一系列的气固非均相气化反应。在煤气炉的床层中，既然存在着有流体参与的气固非均相气化反应，那么一方面就需要采取流体均布措施，另一方面还要满足流通面积大、床层流体流速适宜、流程短，床层压降低的需求。
    
    空气、蒸汽在煤气发生炉的燃料层中的径向、轴向分布，多半取决于煤气炉中燃料层的形态、燃料的理化性质及其核心部件—炉箅的性能。如果流体分布不合理，将会影响床层的温度分布、床层的阻力分布、煤气浓度的分布，进而影响到碳的转化率和选择性。那么，煤气炉的设计与制造必须符合流体力学特性，以满足空气、蒸汽两大气化剂在煤气发生炉这种常压式固定床中所进行的气固非均相气化反应。
    
    固定床的形态与流体在多孔通道中的变质量流动则又是流体力学中的重要组成部分。空气、水蒸汽以及生成物—煤气，均是在燃料层进行流动的。燃料层中燃料的粒度大小、均匀性及其理化性质，燃料层的厚度及其阻力大小与均匀性，燃料层高径比，燃料层的形态（锥度的大小）无不时时影响着流体的流动。空气、水蒸汽以及生成物—煤气在直筒型固定床煤气炉中的流动存在着分流和合流两种形式。空气与上吹蒸汽在炉箅中分流流动时，不断通过层孔流出，然后穿过灰渣层再次分布，在气化层中发生反应后，依次通过干馏层、干燥层、空层，汇入上行煤气管进而合流；下吹蒸汽在穿过干燥层、干馏层，进入气化层与碳反映产生的煤气，通过灰渣层，越过炉箅在中心管（风箱）中合流流动时，不断有流体（煤气）通过炉箅小层孔流入，汇入中心管，在下行煤气管形成主流。空气、水蒸汽以及生成物—煤气在锥筒型固定床煤气炉中的流动不仅存在着分流和合流两种形式，而且流体受锥形水夹套锥度大小的影响，产生不同程度的紊流。这种紊流进一步改善了气相、固相的接触次数及时间，进而改善了主流体的质量。在锥筒型固定床煤气炉中，吹风阶段空气中的氧受锥型的影响，未反应的氧增加了与碳的接触时间和次数，提高了气化层的温度。经测量与分析，气化层的温度同比上升了至少50度，氧含量同比下降了0.1—0.2% 。制气阶段水蒸汽受锥型的影响，未反应的水蒸汽增加了与碳的接触时间和次数，煤气产量和浓度大为提高。经测量与分析，蒸汽分解率同比上升了5—8%。
    
    因此，由于受多种因素的影响，管内主流体的质量是在不断变化的，随着管内主流体流速的变化和流体的阻力损失，主流体的压力也是不断变化的，而且这种压力变化又具有很强的规律性，为此借助主流体的质量及压力的变化，可以判断煤气炉工况的优劣，进而达到优化工况的目的。
    
    那么要使固定床煤气炉具有良好的性能，必须依据燃料的性质、床层的特点，并通过实验计算，得出分流流道和合流流道适宜的截面积之比，与床层的锥度比及其截面积之比，测定出分流和合流流动时侧流穿孔阻力的系数，然后结合分流和合流流道间的静压差别的大小，来确定煤气炉的高径比和锥度比、轴向炉箅层数的多少和径向孔层宽度及流道面积，从而实现流体在煤气炉燃料层中心区、内环区、外环区的合理流量值。这也是要求我们根据不同的实际状况，来设置多层多边及不同孔层宽度及流道面积炉箅和不同高径比及锥度比煤气炉的目的之所在。为此，还要注意以下几个方面：
    
    1、分流有利于流体的合理均匀分布。燃料层高度对流体分布的影响是由沿气体流动的阻力的大小所决定，床层总高度的增加，将使流体分布更加不合理、均匀。这就要求煤气炉的高径比存在一个最佳值。
    
    2、适当加大固定床锥度，有利于流体与固体的再次接触，进而加大固体的吸附能力，推动气固相气化反应能力。
    
    3、流道流动阻力应小于床层流动阻力。上气道直径、中心管直径、环形流道的宽度和床层的直径对流体的分布有着不同程度的影响，为满足流道流动阻力小于床层流动阻力的要求，上气道截面积、中心管截面积于环隙截面积和床层截面积，四者之间要存在一个最佳值，而增加环形流道和采用开孔的手段加以调节，都有利于流体的分布和满足流道流动阻力小于床层流动阻力的要求。
    
    4、分流、合流流道的静压的分布应尽可能小。
    
    5、气化剂进口与煤气出口之间的线形距离极限差要尽可能的小。
    
    鉴于以上对固定床煤气炉的认识，我公司计划除新增系统增设φ2800锥筒型煤气发生炉外，还要对系统的直筒型煤气发 生炉进行锥筒型的改造，以充分发挥煤气炉的生产能力。