分类号：TE 963 文献标识码：B
文章编号：1000-7466(2000)02-0028-03▲
造气是合成氨厂生产的首道工序，煤气炉是为合成氨制造原料气的主要设备。最近我厂制造的J28型
3.3 m煤气炉集中地体现并代表了国内目前的制造水平。
1 操作工艺与改进目标
煤气炉的能耗占合成氨厂的60%以上，降低能耗是设备制造厂与合成氨厂共同努力的目标。设备的良好性能与先进的操作工艺是紧密结合在一起的。其造气效率高，能耗低：一是煤与气化剂反应充分。二是炉渣能及时破碎并顺利排出，没有挂壁现象，不需要熄火打疤或落炉清灰。三是煤气无外泄。要做到第一点，各厂总结出来并普遍推行的操作工艺是三高一低操作法，即高风量，高炭层、高炉温及低二氧化碳含量。高风量是指在保证不吹翻炭层的前提下，尽量提高单位时间内的吹风量(吹风强度)。高炭层是指风帽以上炭层厚1500～2000mm(炭层表面距上汽道下沿还有约400mm)，该厚度有利于CO2的还原反应，有利于制造出量多质好的煤气。高炉温是指气化层保持在1200～1300℃(低于煤块灰熔点)，该炉温可提高制气效率和气化强度。低二氧化碳指CO2含量在5.5%～6.5%，该工艺对炉膛的改造提出了要求。要做到第二点，需对炉底组件及炉篦进行改进。要做到第三点，应当安装加焦机，并在设计、制造时保证炉子的密封性。
2 设计改进
2.1 炉膛
扩大炉膛直径并确定水夹套的高度。扩大炉膛直径就是增加气化面积，可直接提高煤气炉的产量，效果十分明显。将炉膛直径由3m扩大到3.3m，则炉膛截面积从7.07m2扩大到8.55m2，同时将锅炉下体外径相应增大至4300mm，水夹套厚为0.43m。使水夹套：保持一定的高度(炉膛高度)，对保持炭层有足够的高度起到重要作用，并且抑止上吹带出物，减少上行管道及设备的冲刷，减少造气过程热损失，避免挂壁，提高生产能力。但是若高度过大，当下吹气时，下吹气化剂进入火层时间延长，过热蒸汽遇到低温夹套反而会降低温度，导致炉内蓄热能力下降，影响吹风，降低了煤气炉的生产能力。我们在研究众多用户的基础上，确定空程高度为2315mm，在3m基础上增加了250mm。
2.2 炉底组件
炉底组件包括底盘、灰盘、大齿轮及上下导环等，见图1。改动有2点：①将炉底齿轮传动的V型滑动轴承改为滚动轴承，与其有关的零件也作相应改动。V型滑动轴承虽然承载能力大，但摩擦因数也大，f=0.1，炉条机转动困难，蜗轮及蜗杆磨损快，蜗杆架经常开裂，有的单位几个月就要落炉一次。采用滚动轴承可大为改善这一状况，滚动轴承摩擦因数减小，f=0.005，于是减轻部件之间的摩擦，有效延缓部件摩擦损坏，降低工作电流，使大修周期延长。但是，滚动轴承对工作环境比滑动轴承要求高，密封很重要。原结构是迷宫密封，由于迷宫密封间隙过大，在下吹时携带粉尘的气体能通过迷宫间隙经灰渣箱并沿灰盘和炉底之间间隙进入炉底积存起来，只进不出，日积月累，塞死了上下导环以及大小齿轮的间隙。为此在原迷宫密封的基础上，在灰盘与底盘之间及底盘与炉篦之间的2处进灰点都设置了密封圈，见图1(件号3和件号10)。又在滚动轴承的上下导环之间也设置了密封圈(件号4和件号7)。②扩大灰盘直径。煤气炉夹套内壁下部离灰盘边缘(即排渣口位置)应有一段，距离即灰盘外径减炉膛内径的一半，形成一条环状区域，称为炉渣过渡区，可以起到稳定燃料层，使其均匀下移，防止漏炭、垮炭和滑炭的作用。2745mm煤气炉有255.5mm过渡区，3000mm煤气炉有225.5mm过渡区，3600mm煤气炉有375mm过渡区。该过渡区要确保有一定的宽度，将3300mm煤气炉灰盘外径设计成3500mm，底盘也相应扩大，形成100mm过渡区。
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1.底盘 2.炉篦 3.密封Ⅳ(底盘与炉篦) 4.密封Ⅲ
(上下导环) 5.上导环 6.钢球(s 90) 7.密封Ⅱ(上下导环)
8.下导环 9.大齿轮 10.密封Ⅰ(灰盘与底盘) 11.灰盘
图1 炉底组件
2.3 炉篦
炉篦是煤气炉实现稳产高产的关键，它要求通风面积能适应生产负荷的提高，破渣排渣能力强，破渣筋耐磨损，气化剂分布均匀。原宝塔型炉篦气化剂分布不均匀，局部过热，易结块，不能及时地破渣排渣，经常要人工打疤。这主要是宝塔型炉篦排灰倾角小(最小为13°)，排灰行程长(最长达800mm)，无有效的排渣装置，难以将渣块及时排到破渣区；即使进入破渣区，又因为炉篦到夹套内壁的间隙和排灰口尺寸设计不合理，并且炉篦对渣块只有挤压破碎功能，缺少切削破碎功能，对于直径小于出灰口而长度又大于出灰口的渣块不能破碎，造成煤气炉自身排灰困难，只有依靠人工频繁地辅助扒块，于是导致炉况恶化，稳定运行周期缩短，生产能力下降，消耗增加。宝塔型炉篦气化剂分布不均匀，还使灰量增大，火层位置上移，经常发生挂壁现象，为了保证煤气炉生产能力，又不可能过多降低炭层，所以处于夹套以上耐火砖区的炭层就随时有过热挂壁的现象发生，熄火打疤成为影响煤气炉长周期稳定生产的重要因素。
我们选用的是均布型炉篦基型，然后在此基础上，根据新的炉膛、炉底及炉篦本身的要求，在结构上作了改动，见图2。其特点是：①2、3、4、5层采用耐热、耐磨的铬铸铁，上面设置4条高强度破渣筋，因而具有良好的切削破碎功能。②排灰倾角35°，排灰长度420mm。③底座为多棱体，与夹套之间的间隙小于出灰口。④内通道面积为空气管道面积的1.6倍，外通道面积为内通道面积的2.8倍，即使外通道局部堵塞，仍不会影响吹风效果。炉膛截面积扩大了21%，外通道面积相应地扩大了13%，可使发气量大幅度提高。⑤高度1450mm，比原来降低了90mm，使有效炭层增高，易于建立和控制气化层。⑥如图2所示，各层之间间距合理，从下汽道进入的气化剂能通过层间间隙及顶孔中分布均匀地喷出。 |
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图2 炉篦
经改进后的炉篦，蒸汽分解率提高，由原53%提高到58%，吹风阻力减少，蒸汽用量增大，灰渣残量由16%降低到10%左右，因此不易产生结疤结块和风洞等现象。
2.4 炉前闭式传动
传动装置的传动链由电机、摆线针轮减速机、小链轮、蜗杆/蜗轮及小齿轮/大齿轮组成。炉前传动，即传动链中的蜗轮副传动，输入端装有大链轮，输出端装有小齿轮。过去的炉前传动是开式的，蜗轮副在灰尘中工作，传动阻力大，蜗轮副磨损快，更换频繁。现在改为完全密封整体安装的1个部件，除提高了使用寿命外，还提高了承载能力、传动效率和安装精度，方便了用户。
2.5 其它部件改进
①采用调速电机驱动，使炉篦转速能适应制气过程中不同转速的要求。②加焦机及下灰装置的执行机构采用油压连杆机构，其紧凑可靠，且油压系统便于微机控制。③夹套锅炉的夹套底移至炉体外部，且出灰口实行保护，避免夹套底的磨损及低温腐蚀。④采用自动加焦机，能使炉温和气体质量稳定，防止煤气外泄，增加制气时间，可增加产量3%～5％。而人工加焦，煤气外泄多，炉温波动大，气体质量不稳定，停炉时间长。⑤因为灰盘承受重力、挤压力和扭距等负荷，易于开裂，故灰盘的材质由铸铁改为铸钢。
3 炉篦制造
炉篦是铬铸铁制成，既耐高温又耐磨。含铬铸铁流动性差，充型较困难，我们采用均匀分布的浇口，适当多开内浇口，使型内热量均匀，并且采用深浇口以减少氧化以加大充型速度。用放大冒口的方法是不行的，那样会产生冒口下缩孔，即使缩孔不大或仅有凹陷，也会导致该处的组织疏松。对要求壁厚均匀的部位，一般都设置有出气冒口。在冶炼上控制2个环节，一是保证含铬量准确，加料时要注意块度适中、布料位置及入炉次序(提前或放在合适料层中)，以保证放出的铁水成分均匀、合格。二是进行炉前孕育处理，这对提高耐热性十分重要。
4 改进效果
我们对不同炉型的技术经济等主要指标进行了比较，见表1。其中，3.3m煤气炉综合效益最好，产气量大，制造成本低。
表1 煤气炉技术经济指标比较 |
5 结语
经改造的煤气炉，已遍布全国许多中型氮肥厂，并出口到越南及巴基斯坦等国，代表了国内90年代的制造水平。其显著的特点是，造气效率高，能耗低，运行周期正常，操作维修方便。大修时检查大齿轮及轨道均完好无损，炉底内没有惯常的积灰。
作者简介：彭小强(1956-)，男(汉族)，湖南攸县人，1982年毕业于中南林学院，工程师，从事工业炉设计及热力学研究。
作者单位：彭小强（株洲市机械工业研究所， 湖南 株洲 412000）
段光复（化工部湘东化工机械 厂，湖南 攸县 412300）
参考文献：
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［3］王宏磊.论固定层煤气发生炉的设计改进［J］.中氮肥，1997，(3)：10 -11.
［4］煤气设计手册编写组.煤气设计手册［M］.北京：化学工业出版社，1982 . |
