一种加压气化炉旋转炉篦的制作方法

本实用新型涉及气化炉附件技术领域，尤其涉及一种加压气化炉旋转炉篦。

背景技术：

在碎煤加压气化技术中，碎煤(粒度13-50mm)从气化炉上部加入，中压蒸汽和氧气做气化剂，如图3所示，气化剂从气化炉底部进入旋转炉篦之后，从炉篦布气孔流入气化炉内，图中箭头表示气化剂流向。煤和气化剂逆流接触发生氧化、还原反应产生粗煤气。现有气化炉炉篦设计主要存在两个问题：

气化剂在气化炉反应时，由于煤种或入炉煤粒度变化，或者由于操作工况变化，使气化温度超过灰熔点，加压气化炉极易形成渣块。现有气化炉炉篦主要依靠第五层炉篦下的破渣环破除。由于形成渣块往往过大，现有的原设计五层的气化炉篦又缺乏破渣能力，导致渣块悬浮在五层炉篦上，挡住下灰通道。被迫气化炉停车，进行人工打渣处理。然后从新进行点火升温、制气。由于气化炉停车，增加了生产成本，影响了生产装置的长周期运行。

旋转炉篦由于进行气化剂分布，是气化操作能否顺利进行的关键，是气化炉的核心部件。煤气化剂的分布率及其流速对气化炉生产能力的影响较大，直径4米的碎煤加压气化炉旋转炉篦设计有四排不同高度和数量的布气孔。现有布气化剂布气主要存在两方面问题：1、依照原设计未变，气化剂流速低，同时各炉篦层布气量与气化炉主要设计数据不匹配，导致生产能力不能达到设计能力，负荷提不上来；同时由于分布不均，气化排出的灰渣中残炭高8％以上，造成能耗大。

2、目前碎煤加压气化由于大多使用年轻煤种(褐煤)机械强度、热稳定性不好。入炉后煤细粉量增加，而一些重新的二次布气设计，往往没有考虑带出物。片面追求气化强度。这就造成气化炉带出粉尘增加。特别是容易使变换、低温甲醇洗等后部工序阻力升高，污染甲醇溶液等问题存在。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、使炉篦布气更合理的加压气化炉旋转炉篦，能够有效改善气化炉的布气效果，使气化炉运行稳定，做到节能减排。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种加压气化炉旋转炉篦，所述炉篦为分散送气的塔式结构，包括自上而下呈梯锥状设置的第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板和第五炉篦板，所述第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板和第五炉篦板均设置在中心托架上，所述第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板和第五炉篦板内均设有弯曲的通气道，所述中心托架外壁上对应第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板的通气道环向设置若干布气孔。

优选的，第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板和第五炉篦板均通过螺栓与下方中心托架连接。

优选的，所述第五炉篦板的耐磨板上间隔设有破渣筋，所述破渣筋与炉篦下方刮灰刀同向设置。

优选的，所述第四炉篦板和第五炉篦板的耐磨板上均间隔设有破渣筋。

优选的，所述破渣筋为楔形，第四炉篦板和第五炉篦板上破渣筋长度分别为L₁和L₂，破渣筋高度均为H。

优选的，所述破渣筋分别与第四炉篦板和第五炉篦板上耐磨条一次浇注成型。

优选的，所述中心托架为分体式，包括上支撑架和下支撑架，所述上支撑架和下支撑架通过螺栓连接。

优选的，所述第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板的直径分别为951mm、1496mm、2051mm、2606mm，与水平面的夹角均为32°；所述第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板对应中心托架环形均布设置的布气孔分别为26、40、32、36个、且布气孔的直均径为40mm。

优选的，设置在第四炉篦板和第五炉篦板的破渣筋长度分别为L₁＝12mm、L₂＝16mm，H为4～8mm，第四炉篦板和第五炉篦板上的破渣筋分别为4块、6块。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型结构合理、使炉篦布气更合理，气化剂通过中心托架外壁上环向设置的若干布气孔进入第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板和第五炉篦板内的弯曲通气道，可以有效改善气化炉的布气效果，利用这种结构的炉篦使气化炉的操作弹性增大，布气均匀，运行稳定，特别是控制了带出物，避免了由于气化剂流速过大造成粗煤气带出过多，减少后系统堵的机会；同时适当的提高了气化强度，提高蒸气分解率，并减少废水的产量，做到节能减排。本实用新型尤其适用于直径为4米的加压气化炉。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中破渣筋处的放大图；

图3是现有气化炉旋转炉篦的结构示意图；

图中：1-第一炉篦板，2-第二炉篦板，3-第三炉篦板，4-第四炉篦板，5-第五炉篦板，6-中心托架，7-通气道，8-布气孔，9-破渣筋，10-刮灰刀，61-上支撑架，62-下支撑架。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示的一种加压气化炉旋转炉篦，所述炉篦为分散送气的塔式结构，包括自上而下呈梯锥状设置的第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5，所述第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5均设置在中心托架6上，所述第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5内均设有弯曲的通气道7，所述中心托架6外壁上对应第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4的通气道7环向设置若干布气孔8。

气化剂通过中心托架6外壁上环向设置的若干布气孔8进入第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5内的弯曲通气道7，可以有效改善气化炉的布气效果，利用这种结构的炉篦使气化炉的操作弹性增大，布气均匀，运行稳定，特别是控制了带出物，避免了由于气化剂流速过大造成粗煤气带出过多，减少后系统堵的机会；同时适当的提高了气化强度，提高蒸气分解率，并减少废水的产量，做到节能减排。

本实用新型的一种优选实施例中，所述第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5均通过螺栓与中心托架6连接。此种结构方便安装拆卸，同时也方便维修。

为了提高气化炉的破渣能力，所述第五炉篦板5的耐磨板上间隔设有破渣筋9，所述破渣筋9与炉篦下方刮灰刀10同向设置。利用破渣筋9使落到第五炉篦板5的渣块得以破碎，以提高破渣能力。

进一步的，所述第四炉篦板4和第五炉篦板5的耐磨板上均间隔设有破渣筋9；所述破渣筋9分别与第四炉篦板4和第五炉篦板5的耐磨条一次浇注成型。以便气化炉工况发生变化时，增大炉篦破渣能力，消除渣块对气化炉的影响。

可以依据使用煤种不同，决定在第四炉篦板4和第五炉篦板5的耐磨板上加铸破渣筋9，或只在第五炉篦板5的耐磨条上加铸破渣筋9。铸造完成后铸件应进行消除内应力的热处理。注意铸造破渣筋的方向及角度，未注明铸造圆角R5～8mm。破渣筋9与耐磨板一起浇注成型，即简化了制造工艺，又方便安装；同时当耐磨板破损时方便更换。

作为一种优选结构，所述破渣筋9为楔形，第四炉篦板4和第五炉篦板5上破渣筋9长度分别为L1和L2，破渣筋9高度均为H。破渣筋为楔形，采用渐收设计，使落到第四、五层的渣块，逐渐破碎。

为了方便安装拆卸，将中心托架6设计为分体式，包括上支撑架61和下支撑架62，所述上支撑架61和下支撑架62通过螺栓连接。

为了与直径为4米的加压气化炉配套使用，所述第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4的直径分别为951mm、1496mm、2051mm、2606mm，与水平面的夹角均为32°；所述第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4对应中心托架6环形均部设置的布气孔8分别为26、40、32、36个、且布气孔8的直均径为40mm。利用中心托架6内腔组成气化剂预分布空间，气化剂进入中心托架6内腔后，经布气孔8进入第一炉篦板1、第二炉篦板2、第三炉篦板3、第四炉篦板4和第五炉篦板5的通气道7，气化剂经弯曲的通气道7合理分散后，布气更均匀，运行更稳定。通过适当调整布气孔8直径，在不涉及调整炉篦布气出口环隙的负荷范围内，在加强了气化强度的同时控制带出物，使炉篦布气更加合理，气化床层均匀稳定，降低能耗。达到适应入炉煤种气化要求。

同样，为了与直径为4米的加压气化炉相匹配，设置在第四炉篦板4和第五炉篦板5的破渣筋9长度分别为L₁＝12mm、L₂＝16mm，H为4～8mm；第四炉篦板和第五炉篦板上的破渣筋分别为4块、6块。

为了便于理解本实用新型的技术方案，下面对气化炉的二次布风设计考虑因素解释如下：加压气化炉的生产能力主要取决于气化炉横断面积的大小和气化强度。气化强度不应单独由增加气流流速来提高，气流强度过分增加会给生产带来许多不良后果，增加燃料层的阻力及由于带出物的增加而使整个生产能耗增加，同时气体流速快，氧化层温度会过高易结渣，不利于二氧化碳的还原作用，煤气质量变坏，褐煤适合的气体流速为0.65m/s，高于烟煤0.58m/s。的气流速度。

布风设计要考虑原料煤的产气率和发热值，及入炉煤的气固流动基本特征。入炉煤在气化炉的停留时间为1.2-1.5小时，下落速度4.0-5.0米/小时。考虑到煤种的特性、同时考虑操作安全性，为防止回火，其速度值应大于粗煤气的燃烧速度值。为保证预分布空间对各层的可靠布气，气化剂在布气孔处的流动阻力应远大于在各层炉篦板下布气环隙中的流动阻力。

原气化炉设计布气孔流速及各层分配速率如下：

标准状况下，氧气体积流量Q氧：5500Nm3/h，密度ρ氧：1.429kg/m3，

质量流量M氧＝Q氧*ρ氧＝5500m3/h*1.429kg/m3＝7859kg/h。氧气物质的量：n氧＝7859/32＝245.59kmol/h；

在4.0MPa、350℃状态下，氧气的密度根据范式方程(P+a/Vm2)*(Vm-b)＝RT进行计算。

其中：

a＝0.138J·m3/mol2

b＝3.19*10-5m3/mol

P＝4.5*106Pa

R＝8.314J/(mol·K)

T＝623.15K

求得Vm＝1.157*10-3m3/mol

Q氧’＝Vm*n氧＝1.157*10-3m3/mol*245.59kmol＝284.15m3/h；

ρ氧’＝M氧/Q氧’＝7859/284.15＝27.66kg/m3；

中压蒸汽：

按汽氧比7.0计算可得，中压蒸汽的质量流量M汽＝38500kg/h。

4.0MPa 350℃状态下中压蒸汽的密度为ρ汽＝15.0539kg/m3，体积流量Q汽＝M汽/ρ汽＝38500/15.0539＝2557.4768m3/h。中压蒸汽物质的量：n汽＝38500/18＝2138.89kmol/h。

混合后的气化剂质量流量：M＝M氧+M汽＝46359kg/h；

气化剂中各组分的摩尔含量：

X氧＝n氧/(n氧+n汽)＝245.59/(245.59+2138.89)＝0.103；

X汽＝n汽/(n氧+n汽)＝2138.89/(245.59+2138.89)＝0.897；

气化剂平均密度：

ρ＝ρ氧’*X氧+ρ汽*X汽＝27.66*0.103+15.0539*0.897＝16.352kg/m3；

气化剂的体积流量Q＝M/ρ＝46359/16.352＝2835.07m3/h；

布气孔的面积S＝0.168m2；

布气孔的平均流速：u＝Q/S＝2835.07/0.168/3600＝4.688m/s；

各层分布孔布气率19.403％，29.851％，23.881％，26.865％。

由此可见，原设计气化炉旋转炉篦内气化剂流速低，气化反应时间长。炉篦稳压室静压力小。导致气化剂在气化炉内部有效扩散面积减小。上升的气化剂量与对应的煤层的环面积比例不对应，易使炉膛边缘没有气化剂通过。气化层易偏斜或者形成沟流，工况不易控制。提高负荷困难。

鉴于以上因素，需要结合煤种控制带出物，确定布气率与布气孔出口气化剂的平均流速。

依据煤种气化特性及炉内固相的基本移动特征，结合排灰情况及加压操作特征，以保证整个床层活塞状均匀下移。要达到即保证足够的气化强度，又要考虑强度过大，引起带出物过多的问题。

考虑到煤种的活性、产气率，结合入炉煤的粒度分布，通过试验得出氧耗数据，以煤的灰熔点及反应温度确定汽氧比为7∶1，以气化剂的总量为3287.2m/h，来确定布气方式。

碎煤加压气化炉旋转炉篦布气方式采用同心环面布气法划区。目前主要采用缩小布气孔孔径的方法来调整布气。通过布气孔的调整可适应不同煤种、负荷率、原料粒径、及炉内径向不同分布变化。同时达到控制带出物的目的。

依据各层炉篦板直径，既：第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板的直径分别为951mm、1496mm、2051mm、2606mm，确定布气同心环面直径分别是596mm、3064mm、2824mm和2585mm，修正调整后对应的布气截面积分别是φ14mm，φ17mm，φ18mm，φ17mm，134个布气孔截面积S2＝π(0.014/2)2×26+π(0.017/2)2×40+π(0.018/2)2×32+π(0.017/2)2×36＝0.029m2。各层布气率分别为：13.78％，31.25％，28.03％，28.12％.氧负荷为5500m3/h时，布气孔出口气化剂的平均流速为u2＝V气化剂/S2＝2835.07/0.029/3600＝27.15m/s。

应控制操作负荷大于50％，尽量减少70％负荷以下运行时间，确保炉篦的安全使用。

考虑碎煤气化后，由于热稳定性不好，利用气体扩散来布气，减少床层径向粒度不均的影响。

炉篦仍为四层布气孔，保持原位置不变，通过改变布气孔直径的办法来改变气化剂的布气率及气化剂流速，下表即为改造前后数据对比：

炉篦布气孔改造后相对提高了第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板对应布气孔的布气量，减小了最上层第一炉篦板对应布气孔的布气量，这样当氧负荷发生变化时使上升的气化剂的量与对应的煤层的环面积比例相当。

加压操作，利用一定的压差建立起分布阻尼成为可能。提高喷射速率，加强了中环区的通气量。布气要以定性分析与经验进行调整。目的是加强气化炉的床层稳定，工况良好。减小了反应时间。气化炉通过高负荷试验，气化炉各点温度、压力、粗煤气成分均比较稳定，后系统也没出现堵塞现象。

通过改变布气孔直径的办法，改变气化剂的分布率及流速，是炉篦布气孔更加均匀，即大大提高了气化炉的生产能力，又达到了控制带出物的目的。

经实践检验、在运行检验周期内，破渣效果、灰渣含碳量、产气率、气体成分及安全性，都达到预期效果。可见，本实用新型所做的设计是成功的。

由于目前国内碎煤加压气化所用煤种主要为劣质的褐煤、长焰煤，尤其在煤制天然气工艺路线上具有很强的竞争力，本实用新型尤其适用于鲁奇炉和碎煤加压气化炉旋转炉篦的改造，可以针对不同煤种和工艺要求按此改变气化剂的流速和布气率。而目前国内采用直径4米的鲁奇炉和碎煤气化炉的厂家有100多家，在直径4米的碎煤加压气化炉采用此种二次布气技术，解决了气化炉破渣难的问题，同时控制了带出物；同时每台气化炉年节约170余万元，推广潜力巨大。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

“布气同心环面直径”是根据“第一炉篦板、第二炉篦板、第三炉篦板、第四炉篦板的直径分别为951mm、1496mm、2051mm、2606mm”的数据得到的吗？