專利名稱：上下吹風(fēng)制氣法的制作方法
“上下吹風(fēng)制氣法”主要用于合成氨工業(yè)中制取半水煤氣。該法在傳統(tǒng)的固定層間歇制氣循環(huán)六階段(吹凈，吹風(fēng)，回收，上吹，下吹，二次上吹)的上吹與下吹之間，插進(jìn)二次下吹，下吹凈，下吹風(fēng)下回收等四個(gè)循環(huán)階段，從而提高平均爐溫，提高氣化層高度，改善通風(fēng)條件，達(dá)到大幅度降低造氣爐的消耗。大幅度提高單爐產(chǎn)氣量的一項(xiàng)技術(shù)改革。本制氣法只需在傳統(tǒng)的固定層間歇造氣爐的基礎(chǔ)上，增加三個(gè)工作閘閥及相應(yīng)管道，更改自動(dòng)機(jī)，予計(jì)單爐改造費(fèi)用6萬(wàn)元。本制氣法比傳統(tǒng)制氣法予計(jì)噸氨耗標(biāo)煤降低10%以上，噸氨耗入爐蒸汽降低15%以上，單爐產(chǎn)氣量提高20%以上，這將為我國(guó)中，小化肥行業(yè)節(jié)約標(biāo)煤1260萬(wàn)噸/年。創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益12.6億元/年。
一、工作循環(huán)固定層間歇制氣法傳統(tǒng)的工作循環(huán)各階段為二次上吹-吹凈-吹風(fēng)放空-回收-上吹-下吹。本制氣法的工作循環(huán)各階段為二次上吹-上吹凈-上吹風(fēng)放空-上回收-上吹-二次下吹-下吹凈-下吹風(fēng)放空-下回收-下吹。帶黑點(diǎn)的字是本制法同傳統(tǒng)制氣法的根本區(qū)別，這就是說(shuō)，在傳統(tǒng)的6個(gè)循環(huán)階段中，即上吹與下吹階段之間，連續(xù)插進(jìn)了四個(gè)階段，使本制氣法的工作循環(huán)共分十個(gè)階段。
為了實(shí)現(xiàn)本制氣法的十個(gè)階段動(dòng)作，須在傳統(tǒng)間歇制氣法的七個(gè)閥門(mén)的基礎(chǔ)上，再增加三個(gè)閥門(mén)，分別取名為吹風(fēng)總閥(1)下行吹風(fēng)閥(8)，下行煙囪閥(10)，本制氣法單爐工藝流程見(jiàn)圖三。圖中黑體閥門(mén)，是本制氣法增加的閥門(mén)，圖中省略了換熱設(shè)備，目的是突出主題。
為了完成安全停車。制取半水煤氣，制取惰氣等三項(xiàng)任務(wù)，自控機(jī)須設(shè)5個(gè)換向閥，分別取名為吹風(fēng)總換向閥(Ⅰ)，蒸汽總換向閥(Ⅱ)，制氣換向閥(Ⅳ)上行煙氣換向閥(Ⅵ)下行煙氣換向閥(Ⅴ)，5個(gè)換向閥與十個(gè)工作閘閥氣缸聯(lián)結(jié)線路見(jiàn)圖四，其中制氣換向閥控制6個(gè)氣缸的動(dòng)作，因此，制氣換向閥須考慮取較大口徑或采取兩個(gè)制氣換向閥并聯(lián)，二者共同擔(dān)負(fù)6個(gè)工作閘閥的控制任務(wù)。這六個(gè)工作閘閥分為兩組上行吹風(fēng)閥，上行蒸汽閥上行煤氣閥等三個(gè)工作閘閥為一組，這組閥門(mén)的三個(gè)氣缸的控制氣進(jìn)口同相并聯(lián)，下行吹風(fēng)閥，下行蒸汽閥。下行煤氣閥等三個(gè)工作閘閥為另一組，這組閥門(mén)的三個(gè)氣缸的控制氣進(jìn)口也同相并聯(lián)，這兩組閥門(mén)的氣缸的控制進(jìn)口再反相并聯(lián)。
采用組內(nèi)同相并聯(lián)，組間反相并聯(lián)，共用一個(gè)制氣換向筒狀的聯(lián)結(jié)線路，其主要目的是保障生產(chǎn)安全。由圖四可見(jiàn)，采用這種聯(lián)結(jié)線路能夠絕對(duì)保證在上吹階段。下行吹風(fēng)閥關(guān)閉，因?yàn)樯洗嫡羝y和上行煤氣閥與下行吹風(fēng)閥在氣缸的控制氣進(jìn)口上就是反相并聯(lián)，所以在上吹階段，下行吹風(fēng)閥絕對(duì)開(kāi)不了;在下吹階段亦然。當(dāng)然，這種聯(lián)結(jié)線路也為自控機(jī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化創(chuàng)造了條件。與傳統(tǒng)制氣法相比，自控機(jī)的換向閥只增加了一個(gè)。
洗氣箱水封的阻力，被利用作減少閥門(mén)的動(dòng)作，并減少了換向閥的配備個(gè)數(shù)。減少閥門(mén)的動(dòng)作，能減少設(shè)備的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。在煙囪閥開(kāi)啟狀態(tài)下，煙氣或煤氣(制惰氣時(shí)須放空煤氣)走阻力小的煙囪閥放空，而不會(huì)走有水封阻力的洗氣箱，盡管此時(shí)上行煤氣閥或下行煤氣閥開(kāi)著，也不必關(guān)閉它們;在煙囪閥關(guān)閉狀態(tài)下，煙氣或煤氣被逼走洗氣箱。沖破水封的阻力而進(jìn)入洗氣塔。當(dāng)然，洗氣箱水封的利用，也簡(jiǎn)化了自控機(jī)的程序設(shè)計(jì)。
吹風(fēng)總閥氣缸與蒸氣總閥氣缸各占用一個(gè)換向閥是為了實(shí)現(xiàn)安全停車動(dòng)作。由圖四可見(jiàn)，如果將吹風(fēng)總閥氣缸控制氣進(jìn)口與蒸汽總閥氣缸控制氣進(jìn)口反相并聯(lián)，共用一個(gè)換向閥，則不能實(shí)現(xiàn)吹風(fēng)總閥與蒸汽總閥同時(shí)關(guān)閉的安全停車動(dòng)作。所以，必須將它們兩個(gè)閥門(mén)氣缸分開(kāi)，各占用一個(gè)換向閥。
本制氣法工作循環(huán)分三類1安全停車;2制半水煤氣;3制惰氣。三類工作循環(huán)各階段換向閥及工作閘閥的動(dòng)作列于表一。
表一、自動(dòng)機(jī)換向閥及制氣閘閥動(dòng)作表<
p><p>二、理論依據(jù)高強(qiáng)度，低消耗制取半水煤氣的條件很多，例如然料的質(zhì)量，氣化層的溫度及高度，工藝及設(shè)備，操作及管理水平……等等。上下吹風(fēng)制氣法著重于制氣工藝的改革，通過(guò)工藝改革提高爐內(nèi)氣化層溫度及高度，改善爐內(nèi)通風(fēng)條件，從而使制取煤氣的“高強(qiáng)度、低消耗”有新的突破，或稱飛躍。
在其它條件下相同的情況下，氣化層的溫度及高度、爐內(nèi)的通風(fēng)條件等三項(xiàng)工藝指標(biāo)，對(duì)傳統(tǒng)的制氣工藝來(lái)說(shuō)，幾乎發(fā)揮到頂點(diǎn)的程度提高氣化層的溫度，受到了燃料灰熔點(diǎn)的限制;提高氣化層的高度，受到了工藝的限制;改善爐內(nèi)通風(fēng)條件，受到了爐篦、灰渣層及氧化層的限制。
燃料灰熔點(diǎn)是客觀存在的約束條件，上下吹風(fēng)制氣法是怎樣在不違背這一約束條件下大幅度提高氣化層溫度的呢？讓我們先分析一下傳統(tǒng)制氣法還原層溫度動(dòng)態(tài)變化曲線，見(jiàn)圖一圖中縱坐標(biāo)是還原層溫度，橫坐標(biāo)是一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。圖中上方虛線是燃料的灰熔點(diǎn)界線。由圖可見(jiàn)，在吹凈(A)，吹風(fēng)，(B)，回收(C)三個(gè)階段，還原層溫度逐漸升高，這是因?yàn)樵诖巳齻€(gè)階段，爐內(nèi)正在進(jìn)行四個(gè)反應(yīng)，綜合熱效應(yīng)為強(qiáng)烈放熱。此三個(gè)階段，還原層處于蓄熱時(shí)期，因此溫度逐漸升高。當(dāng)還原層的溫度升高到接近燃料灰熔點(diǎn)界線附近時(shí)，便不能再提溫了，否則有結(jié)疤的危險(xiǎn)。此時(shí)停止送風(fēng)，通蒸汽，爐內(nèi)進(jìn)行三個(gè)反應(yīng)綜合熱效應(yīng)是吸熱。通蒸汽分三個(gè)階段上吹(D)、下吹(E)、二次上吹(F)。此三個(gè)階段，還原層發(fā)生吸熱反應(yīng)，因此溫度逐漸降低當(dāng)還原層溫度降低到900℃左右時(shí)，此時(shí)停止通蒸汽，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)周期，爐內(nèi)還原層的溫度又重復(fù)圖一所示的動(dòng)態(tài)變化曲線。
之所以將爐內(nèi)還原層的溫度動(dòng)態(tài)變化曲線畫(huà)出來(lái)，是因?yàn)闇囟仁俏覀兩舷麓碉L(fēng)制氣法的核心，而改善溫度在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化，盡可能地提高平均爐溫，則是我們上下吹風(fēng)制氣法的精髓。
無(wú)論從反應(yīng)的化學(xué)平衡觀點(diǎn)來(lái)看，還是從蒸汽與炭反應(yīng)速度的觀點(diǎn)來(lái)看，都可以認(rèn)定提高氣化層的溫度是煤氣優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的關(guān)建。關(guān)于這一結(jié)論，許多專家、許多生產(chǎn)實(shí)踐者、許多技術(shù)刊物和資料。已經(jīng)作了詳盡的論述，本文勿需重復(fù)。本文只照搬其中的兩個(gè)圖。作為說(shuō)明問(wèn)題的論據(jù)，見(jiàn)圖七和圖八。
由圖八可見(jiàn)，當(dāng)氣化層溫度在1300℃時(shí)，既使接觸時(shí)間為1秒，蒸汽分解率也在75%左右。而氣化層溫度在1000℃時(shí)，既使接觸時(shí)間為4秒，蒸汽分解率也只有15%左右，氣化層溫度對(duì)蒸汽分解率影響之大，實(shí)在可觀。
我們?cè)賮?lái)分析傳統(tǒng)制氣法氣化層溫度的動(dòng)態(tài)變化曲線。
傳統(tǒng)制氣法從上吹開(kāi)始到二次上吹結(jié)束，這個(gè)過(guò)程所占的時(shí)間，占了整個(gè)循環(huán)周期的64%左右，在這一過(guò)程中，氣化層溫度由1300℃直線下降，直降到900℃左右。依據(jù)圖八，我們粗略地考查一下傳統(tǒng)制氣法的蒸汽分解率。將這一過(guò)程平分成兩段，分別取前后兩個(gè)半段的氣化層溫度曲線的平均值，再由兩個(gè)溫度平均值查圖八，可得到前后兩個(gè)半段的蒸汽分解率，其結(jié)果列于表二。
表二、兩種制氣法的還原層溫度及蒸汽分解率比較
由表二可知，傳統(tǒng)制氣法的制氣階段，前半段的蒸汽分解率為57.5%，后半段的蒸汽分解率為140%，兩者平均蒸汽分解率為35.75%。
氣化層在制氣階段(通蒸汽階段)的溫度下降是間歇制氣法的固有規(guī)律，無(wú)法改變，問(wèn)題是能不能采取一定的措施，使氣化層溫度降到1100℃左右時(shí)，就開(kāi)始吹風(fēng)提溫，以維持氣化層較高的平均溫度，從而達(dá)到高強(qiáng)度，低消耗制氣的目的。
傳統(tǒng)制氣法在這點(diǎn)上所采取的措施已接近頂點(diǎn)。因?yàn)?，可供傳統(tǒng)制氣法選擇的，主要有三條路1、縮短循環(huán)周期。
這一措施受到閥門(mén)動(dòng)作的限制，閥門(mén)的每一次動(dòng)作時(shí)間，約為00.5秒，縮短循環(huán)周期，相對(duì)提高了閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)所占的比重，相對(duì)降低了有效制氣時(shí)間。目前，傳統(tǒng)制氣法的循環(huán)周期普遍選用150秒左右，很少見(jiàn)到低于這個(gè)數(shù)值的，其原因在于此當(dāng)然，縮短循環(huán)周期，閥門(mén)動(dòng)作的頻率增高，設(shè)備的磨損加劇，設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是制止循環(huán)周期進(jìn)一步縮短的原因之一。
2、取消下吹及二次上吹。
這一措施對(duì)固定層間歇制氣法來(lái)說(shuō)，不容易做到。固定層間歇制氣法為什么要用下吹階段？為的是維持氣化層的位置。如果不做下吹氣化層在純吹風(fēng)和上吹作用下，位置會(huì)逐漸上移，以至移到制氣過(guò)程無(wú)法往下進(jìn)行。為什么要用二次上吹？為的是生產(chǎn)安全。在經(jīng)過(guò)下吹階段之后，再?gòu)臓t下往上通二次上吹蒸汽，能將爐下空間內(nèi)的煤氣驅(qū)入氣柜，讓蒸汽占領(lǐng)整個(gè)爐下空間，此時(shí)再通空氣，就不會(huì)產(chǎn)生爆炸。
3、再有采用上下吹時(shí)加氮(空氣)以減小制氣時(shí)爐溫下降幅度。但由于受到氫氮比制約，收效不大。
如此看來(lái)，傳統(tǒng)制氣法在維持氣化層較高的溫度上，已經(jīng)想盡了辦法，幾乎走到了頂點(diǎn)，再也沒(méi)有特別可觀的措施了。
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)制氣法氣化層溫度動(dòng)態(tài)變化曲線的分析，以及對(duì)傳統(tǒng)制氣法下吹階段的作用的分析，我們受到啟示。
能不在傳統(tǒng)制氣法的上吹階段之后，下吹階段之前，插進(jìn)一個(gè)下吹風(fēng)動(dòng)作，將下降的氣化層溫度先提升到燃料灰熔點(diǎn)附近，再做下吹？這一設(shè)想，從技術(shù)角度上說(shuō)，是可行的。其理由如下1、安全問(wèn)題這個(gè)問(wèn)題涉及三個(gè)方面①、閥門(mén)動(dòng)作的安全性這方面的問(wèn)題如第一章所述，上行吹風(fēng)閥與下吹蒸汽閥和下行煤氣閥反相并聯(lián)。絕對(duì)保證在上吹凈，上吹風(fēng)，上回收階段做不了下吹在下吹階段做不了上吹凈，上吹風(fēng)，上回收，下行吹風(fēng)閥與上吹蒸汽閥和上行煤氣閥反相并聯(lián)，絕對(duì)保證在下吹凈，下吹風(fēng)，下回收階段做不了上吹，在上吹階段做不了下吹凈，下吹風(fēng)，下回收?？梢?jiàn)，上下吹風(fēng)制氣法的這種聯(lián)鎖關(guān)系比傳統(tǒng)制氣法的聯(lián)鎖關(guān)系，安全性更可靠。
我們知道，傳統(tǒng)制氣法的吹風(fēng)閥與下吹蒸汽閥和下行煤氣閥之間的聯(lián)鎖，是在自控機(jī)上進(jìn)行的，倘若自控機(jī)的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)出了問(wèn)題，就容易發(fā)生吹風(fēng)閥與下吹蒸汽閥和下行煤氣閥同時(shí)開(kāi)的狀況。
上下吹風(fēng)制氣法的聯(lián)鎖，是在工作閥氣壓缸這一級(jí)進(jìn)行的，因而可以說(shuō)，在閥門(mén)動(dòng)作的安全性上，上下吹風(fēng)制氣法的安全級(jí)別，比傳統(tǒng)制氣法還高一級(jí)，這就是說(shuō)，如果上下吹風(fēng)制氣法的自控機(jī)聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)出了問(wèn)題，工作閥門(mén)也不會(huì)執(zhí)行危險(xiǎn)的動(dòng)作。
②、爐篦的安全性增加下吹風(fēng)動(dòng)作，會(huì)不會(huì)燒壞爐篦？這方面的問(wèn)題應(yīng)該從以下三個(gè)方面加以防范A、適當(dāng)加高灰渣層，擴(kuò)大爐篦頂端與氧化層之間的距離，可以降低爐篦的溫度。當(dāng)然，這一措施是有限的，增加灰渣層，會(huì)增加通風(fēng)阻力，也影響氣流的均勻分布。但是，上下吹風(fēng)制氣法的爐下溫度，肯定會(huì)比傳統(tǒng)制氣法的爐下溫度高200-300℃，適當(dāng)提高灰渣層的高度以保護(hù)爐篦，是必要的，也是可行的。
B、選擇耐高溫的材質(zhì)做爐篦關(guān)于這方面的措施，最好是將爐篦的頂部，俗稱爐篦帽子，換成耐高溫耐磨的材質(zhì)，以降低爐篦子的成本，最多也只考慮爐篦帽子下面的一層換成耐高溫的材質(zhì)。
C、加強(qiáng)試火工作，嚴(yán)格把握住火層位置操作不當(dāng)，就是傳統(tǒng)制氣法沒(méi)有下吹風(fēng)動(dòng)作，也難免燒壞爐篦。只有精心操作，加強(qiáng)試火工作，切實(shí)把握住火層的位置，就是增加下吹風(fēng)動(dòng)作，也能做到不燒壞爐篦子的。
③，循環(huán)階段之間的安全性循環(huán)階段之間的安全性，是指在上吹階段結(jié)束之后，下吹風(fēng)階段開(kāi)始，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中的安全性問(wèn)題。
在這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中，爐上空間及管道內(nèi)有煤氣，有明火，通入空氣，肯定會(huì)產(chǎn)生爆炸，因此，參考傳統(tǒng)制氣法的二次上吹動(dòng)作在上下吹風(fēng)制氣法的下吹風(fēng)之前，必須設(shè)置一個(gè)二次下吹動(dòng)作。而且二次下吹動(dòng)作的時(shí)間，應(yīng)考慮比二次上吹的時(shí)間要長(zhǎng)一些，再者，下吹蒸汽閥后的蒸汽管道進(jìn)入爐上的位置，也應(yīng)考慮選擇在靠近上行煤氣閥的附近，并考慮并行一根下吹蒸汽管，將下吹蒸汽同時(shí)引到上行煙囪閥附近，以全部驅(qū)趕殘存在設(shè)備及管道內(nèi)的煤氣，提高安全性。
2，時(shí)間分配問(wèn)題增加下行吹風(fēng)動(dòng)作和二次下吹動(dòng)作，必然要影響循環(huán)時(shí)間的分配是不是應(yīng)該相應(yīng)地延長(zhǎng)循環(huán)周期呢？如果延長(zhǎng)循環(huán)周期，氣化層的溫度波動(dòng)還會(huì)很大，體現(xiàn)不了上下吹風(fēng)制氣法的優(yōu)越性，因此，上下吹風(fēng)制氣法維持傳統(tǒng)制氣法原來(lái)的循環(huán)周期不變。
那么，下行吹風(fēng)時(shí)間及二次下吹時(shí)間從那里來(lái)？主要從傳統(tǒng)制氣法的下吹時(shí)間中擠出來(lái)，其次從傳統(tǒng)制氣法中的吹風(fēng)時(shí)間中分出來(lái)。
傳統(tǒng)制氣法的下吹時(shí)間太長(zhǎng)了！一般為44%左右，在這一階段，氣化層溫度已經(jīng)下跌很多，希望下吹時(shí)間縮短才好，在傳統(tǒng)制氣法中，下吹時(shí)間就是縮短不了。這是因?yàn)?，傳統(tǒng)制氣法必須靠較長(zhǎng)的下吹時(shí)間來(lái)維持氣化層的位置，縮短下吹時(shí)間，就會(huì)使氣化層位置上移，以至無(wú)法維持正常生產(chǎn)。
順便指出，傳統(tǒng)制氣法的下吹蒸汽流量大于上吹蒸汽流量，也是迫不得已的，絕大部分廠子都這么辦。為什么？原因也是壓住火層，維持氣化層的位置。既然下吹階段氣化層的溫度下跌很大，理應(yīng)用比上吹小的蒸汽流量才好，卻反其道而行之，這種違反科學(xué)道理的操作，只有靠對(duì)傳統(tǒng)制氣法的制氣循環(huán)徹底變革，才能解決。
只要在傳統(tǒng)制氣法的基礎(chǔ)之上，引入下行吹風(fēng)階段，就能扭轉(zhuǎn)這種被動(dòng)局面。
有了下行吹風(fēng)階段，爐內(nèi)形勢(shì)就徹底改觀。在下行吹風(fēng)階段。爐內(nèi)進(jìn)行(1、1)，(1、2)，(1、3)，(1、4)四個(gè)反應(yīng)，比下吹氣流溫度高很多的下吹風(fēng)氣流，輕快地提高還原層，下部氧化層，及灰渣層的溫度，甚至于能將灰渣層中已經(jīng)熄滅的殘?zhí)恐匦曼c(diǎn)燃，從而輕快地完成了火層位置下移的任務(wù)。就完成火層位置下移任務(wù)而言，下行吹風(fēng)要比下吹強(qiáng)許多。從此，上下吹風(fēng)制氣法結(jié)束了用下吹壓火層的歷史，下吹的作用，變成了單純的制氣作用。因此，上下吹風(fēng)制氣法的下吹時(shí)間，就不需要象傳統(tǒng)制氣法的下吹時(shí)間那樣長(zhǎng)了。況且，上下吹風(fēng)制氣法在作下吹之前，已經(jīng)把氣化層的溫度提高到接近燃料灰熔點(diǎn)界線附近，更可以使下吹時(shí)間縮短。所以，上下吹風(fēng)制氣法的下吹時(shí)間，可以比傳統(tǒng)制氣法的下吹時(shí)間大幅度縮短，縮短到與上吹時(shí)間幾乎相等的地步！初步設(shè)想，上下吹風(fēng)制氣法的下吹時(shí)間取25%左右。這樣，我們就從傳統(tǒng)制氣法的下吹時(shí)間44%中擠出19%的時(shí)間。這19%的時(shí)間，分配給二次下吹6%，還剩下14%。
傳統(tǒng)制氣法的吹風(fēng)時(shí)間，不能一成不變地引用到上下吹風(fēng)制氣法中來(lái)作為上行吹風(fēng)時(shí)間用。因?yàn)閭鹘y(tǒng)制氣法的吹風(fēng)階段所積蓄的熱量是為上吹、下吹、二次上吹這三個(gè)階段服務(wù)的。在上下吹風(fēng)制氣法中上行吹風(fēng)之后，只有上吹制氣和二次下吹制氣這兩個(gè)階段需要吸取上行吹風(fēng)階段所積蓄的熱量;下吹制氣和二次上吹制氣這兩個(gè)階段吸取的是下行吹風(fēng)階段所積蓄的熱量。因此，傳統(tǒng)制氣法中的吹風(fēng)時(shí)間不縮短，是不能引用到上下吹風(fēng)制氣法中作為上行吹風(fēng)時(shí)間的，再者，在上下吹風(fēng)制氣法中，下吹制氣及二次上吹制氣之后，氣化層的溫度的降低，不如傳統(tǒng)制氣法降低的那么多，因此上下吹風(fēng)制氣法在上行吹風(fēng)提溫之前，氣化層溫度的基數(shù)要比傳統(tǒng)制氣法中的高。所以，沿襲傳統(tǒng)制氣法的吹風(fēng)時(shí)間做為上下吹風(fēng)制氣法的上行吹風(fēng)時(shí)間是不行的，必須減少。傳統(tǒng)制氣法的吹凈，吹風(fēng)放空，回收等三個(gè)階段時(shí)間和一般為30%左右。初步設(shè)想，從這30%時(shí)間中分出4%給下吹風(fēng)，分出8%給上吹，剩下18%留給上行吹風(fēng)用。
3、閥門(mén)動(dòng)作頻率問(wèn)題。
我們將一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，各工作閥門(mén)的動(dòng)作頻率列于表三，表三，傳統(tǒng)制氣法與上下吹風(fēng)制氣法閥工作頻率表
由表三可見(jiàn)，上下吹風(fēng)制氣法與傳統(tǒng)制氣法相比，只在吹風(fēng)總換向向閥。蒸汽總換向閥、吹風(fēng)總閘閥、蒸汽總閘閥等四個(gè)閥上的工作頻率高1倍，其余閥的工作頻率相同，新增的閥的工作頻率都為1。上下吹風(fēng)制氣法各閥的工作頻率，從技術(shù)角度上講是可行的。
4、工藝流程問(wèn)題上下吹風(fēng)制氣法的工藝流程比傳統(tǒng)制氣閥的工藝流程多設(shè)置三個(gè)工作閘閥，見(jiàn)圖三，各階段的閥門(mén)動(dòng)作狀態(tài)見(jiàn)表一，由圖三及表一可知，上下吹風(fēng)制氣法的工藝流程，在技術(shù)上是可以做到的，在生產(chǎn)上也是可行的。
5、操作問(wèn)題。
上下吹風(fēng)制氣法的操作規(guī)程，應(yīng)在傳統(tǒng)的制氣法的操作規(guī)程基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)或增加以下內(nèi)容①、嚴(yán)格控制住灰渣層的高度灰渣層高度適宜，是保護(hù)爐篦子不被燒壞的關(guān)建，最適宜的灰渣層高度，應(yīng)比爐篦高出200mm左右。最小不能低于100mm，應(yīng)該摸索出本廠爐條機(jī)的相應(yīng)牙數(shù)及開(kāi)機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短的規(guī)律，切實(shí)把握住爐子的造渣量與爐條機(jī)的下灰量相適應(yīng)。應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)爐內(nèi)各層次的探火工作，切實(shí)掌握住火層的位置。
②、上吹和下吹蒸汽流量上下吹風(fēng)制氣法要求上吹和下吹蒸汽流量基本相同，徹底改變傳統(tǒng)制氣法中那種下吹蒸汽流量大于上吹蒸汽流量的不科學(xué)操作方法，以提高蒸汽分解率，降低消耗，上下吹風(fēng)制氣法要求總蒸汽流量比傳統(tǒng)制氣法總蒸汽流量要高，因?yàn)樯舷麓碉L(fēng)制氣法氣化層的平均溫度較高，流量最好選擇在3-4T/小時(shí)臺(tái)爐(φ2260)。
③、適度增加炭層高度灰渣層加高，上部氧化層的增加，氣化層高度的增加，這三項(xiàng)都要求增加炭層高度。初步設(shè)想，上下吹風(fēng)制氣法比傳統(tǒng)制氣法，炭層高度應(yīng)增加300-400mm。
④、風(fēng)壓由于灰渣層加高，總炭層加高，必然導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)阻力增加，風(fēng)壓最好提高到2300mmH2O。⑤、蒸汽壓力同理，入爐蒸汽壓力也應(yīng)提高，最好選擇在0.1-0.12MPa。
⑥、循環(huán)時(shí)間本文提供一套參考值二次上吹5%，上吹凈4%，上吹風(fēng)放空10%，上回收4%，上吹30%，二次下吹6%，下吹凈4%，下吹風(fēng)放空8%，下回收4%，下吹25%，當(dāng)然，還得根據(jù)本廠燃料質(zhì)量及設(shè)備工藝情況摸索制定一套最優(yōu)的循環(huán)時(shí)間。
6、自控機(jī)問(wèn)題。
由圖四及表一可見(jiàn)，上下吹風(fēng)制氣法與傳統(tǒng)制氣法，自控機(jī)的控制程序差別很大。目前，小氮肥行業(yè)使用的自控機(jī)估計(jì)超過(guò)十多種。原則上講，這十多種自控機(jī)，都能改成適應(yīng)上下吹風(fēng)制氣法的自控機(jī)其中以ZK8-57水壓式自控制改的難度最大。鑒于目前微電腦造氣自控機(jī)剛剛進(jìn)入小氮肥廠造氣工段，應(yīng)該就這個(gè)機(jī)會(huì)，一步改成具有上下吹風(fēng)制氣功能的微電腦自控機(jī)。圖四所示的聯(lián)結(jié)方案，是一種比較安全可靠又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案。改動(dòng)后的關(guān)建，是必須讓自控機(jī)能實(shí)現(xiàn)表一中各個(gè)閥門(mén)的動(dòng)作及次序。
7、吹凈與回收問(wèn)題。
增加一個(gè)下吹風(fēng)動(dòng)作，除了考慮安全生產(chǎn)，增加二次下吹動(dòng)作之外，還應(yīng)考慮下吹風(fēng)之前下行煤氣管道及相連的設(shè)備空間中殘留的煤氣回收問(wèn)題。因此，應(yīng)該在下吹風(fēng)階段的前部，設(shè)置下吹凈動(dòng)作，同時(shí)，還應(yīng)考慮，在下吹風(fēng)階段后部，下吹風(fēng)氣中的CO回收及氫氮比的調(diào)節(jié)范圍問(wèn)題，因此，在下吹風(fēng)階段的后部，設(shè)置下回收動(dòng)作。
以上7個(gè)問(wèn)題的解決，為上下吹風(fēng)制氣法奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
那么，這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)，對(duì)爐內(nèi)氣化層，尤其是氣化層溫度有何影響？我們首先看上下吹風(fēng)制氣法還原層溫度動(dòng)態(tài)變化曲線，見(jiàn)圖二。
首先，我們看到，上下吹風(fēng)制氣法氣化層溫度的提高，并沒(méi)有超過(guò)燃料灰熔點(diǎn)的界線。上下吹風(fēng)制氣法氣化層溫度的提高，從氣化層溫度動(dòng)態(tài)變化曲線上看，是把傳統(tǒng)制氣法吹風(fēng)階段前半段溫度曲線及傳統(tǒng)制氣法的制氣階段后半段的溫度動(dòng)態(tài)曲線提高約200℃左右。在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，氣化層的溫度動(dòng)態(tài)變化曲線的波峰及低谷，傳統(tǒng)制氣法只有各一個(gè)，而上下吹風(fēng)制氣法卻各有2個(gè)。波峰一氣化層的最高溫度。在絕對(duì)高度上，傳統(tǒng)制氣法與上下吹風(fēng)制氣法兩者相同，都略低于燃料灰熔點(diǎn)界線。所以，不用擔(dān)心，上下吹風(fēng)制氣法的高爐溫會(huì)造成結(jié)疤事故，低谷一氣化層的最低溫度，在絕對(duì)值上，傳統(tǒng)制氣法比上下吹風(fēng)制氣法的要低200℃左右。因此，上下吹風(fēng)制氣法氣化層的平均溫度要比傳統(tǒng)制氣法的高。表二列舉了制氣階段兩種不同制氣方法的平均溫度及相應(yīng)的蒸汽分解率，平均溫度相差105℃蒸汽分解率相差21.75%，這是由質(zhì)變引起的量的飛躍。
其次，爐內(nèi)燃料層的分區(qū)，也發(fā)
了質(zhì)的變化，見(jiàn)圖五和圖六。比較兩圖，上下吹風(fēng)制氣法的氣化層高度，要比傳統(tǒng)制氣法的高，予計(jì)要高200-300mm。氣化層高度的增加，必然導(dǎo)致蒸汽分解率的提高，必然導(dǎo)致煤氣質(zhì)量的提高，必然導(dǎo)致燃料消耗的降低。由圖六可見(jiàn)，上下吹風(fēng)制氣法的氧化層，向灰渣層中延伸，導(dǎo)致灰渣層溫度提高，殘?zhí)繙p少;在氣化層的上部，新出現(xiàn)一個(gè)傳統(tǒng)制氣法所沒(méi)有的氧化層，它的出現(xiàn)，必然導(dǎo)致在下吹階段蒸汽分解率的提高。上下吹風(fēng)制氣法的還原層，被上下兩個(gè)氧化層夾在中間，必然導(dǎo)致還原層溫度的提高。所有這些質(zhì)的變化，其綜合效果，都使上下吹風(fēng)制氣法在“高強(qiáng)度。低消耗”制取煤氣邁上一個(gè)新的臺(tái)階。
再者，爐內(nèi)的通風(fēng)條件，也發(fā)生了質(zhì)的變化。傳統(tǒng)制氣法的吹風(fēng)氣流，必須全部經(jīng)過(guò)爐篦與灰渣層。盡管爐篦設(shè)計(jì)再好，布風(fēng)再均勻阻力再小，也不如沒(méi)有爐篦。當(dāng)然，沒(méi)有爐篦是不行的。我們是在假設(shè)論證。灰渣層的千變?nèi)f化，對(duì)吹風(fēng)氣流的影響更大。所以，在傳統(tǒng)制氣法中，100%的吹風(fēng)氣流，都必須經(jīng)過(guò)爐篦，灰渣層到達(dá)下部氧化層，氣流的分布，就取決于爐篦及灰渣層的狀態(tài)了。然而，上下吹風(fēng)制氣法有一半的吹風(fēng)時(shí)間是由爐上部空間進(jìn)入燃料層的，沒(méi)有爐篦，灰渣層的影響。只受干燥層及干留區(qū)的影響之后，就進(jìn)入氧化層干燥區(qū)與干留區(qū)是由粒度均勻，孔隙均勻的炭塊組成。因此，下吹風(fēng)進(jìn)入上部氧化層時(shí)，分布得非常均勻。所以，上部的氧化層形成的構(gòu)造，熱量的分布，要比下部氧化層的好許多。毫無(wú)疑問(wèn)，爐內(nèi)的制氣條件，得到了改善。
三、ZQ-4自控微機(jī)為了適應(yīng)上下吹風(fēng)制氣法，我們開(kāi)發(fā)出ZQ-4自控微機(jī)。
ZQ-4自控微機(jī)具有如下功能1、安全完成上下吹風(fēng)制氣法全部程序動(dòng)作。
2、完成氫氮比自調(diào)任務(wù)。
3、完成入爐蒸汽流量開(kāi)環(huán)自調(diào)任務(wù)。
4、完成氣化層溫度間歇式檢測(cè)任務(wù)。
5、完成與氣柜高度相聯(lián)系的自動(dòng)停爐與自動(dòng)起動(dòng)任務(wù)。
6、完成各種參數(shù)顯示，記錄，聲光報(bào)警，聯(lián)鎖任務(wù)。
7、手動(dòng)，自動(dòng)任選。參數(shù)設(shè)置連續(xù)可調(diào)，簡(jiǎn)單方便。
四、本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)狀1、“以焦煤為原料的小氮肥廠目前采用的主要生產(chǎn)工藝流程是固定層間歇式造氣……?！眳⒁?jiàn)于子方《造氣工段余熱回收技術(shù)評(píng)述》引自小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)1983年第五期。
2、“隨著制氣過(guò)程的進(jìn)行氣化層的溫度將有明顯的下降。例如某廠φ1980造氣爐進(jìn)行劣質(zhì)煤(小子煤加紙漿煤球)氣化時(shí)測(cè)得制氣前期和后期氣化層溫度下降105℃?！?br> 引自小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù)1983年第五期中張成芳的造氣爐的氣化條件和工藝指標(biāo)》。
3、從武進(jìn)，泰興兩化肥廠測(cè)得的制氣溫度動(dòng)態(tài)變化曲線中讀得①、燃料灰熔點(diǎn)t2＝1470℃②、甲廠吹風(fēng)結(jié)束即氣化開(kāi)始?xì)饣瘜訙囟萾max≈1285.7℃制氣結(jié)束轉(zhuǎn)入吹風(fēng)開(kāi)始時(shí)氣化層溫度tmin≈928.57℃。
故制氣過(guò)程氣化層溫度降△t＝1285.7-928.57＝357.13℃乙廠，tmax≈1132℃tmin≈928℃所以△t＝204℃③、可見(jiàn)兩廠都有氣化溫度偏低問(wèn)題，乙廠更甚。其次制氣過(guò)程溫降太大。使制氣過(guò)程中平均爐溫較低(與高限溫度t2相比)，這就使制氣強(qiáng)度和蒸汽分解率的提高受到限制。應(yīng)該說(shuō)，既使這樣比較先進(jìn)的廠，在造氣方面(僅指爐溫)，還有不小的潛力。
以上參見(jiàn)江蘇省化肥礦山公司的《我省小氮肥煤造氣爐測(cè)溫技術(shù)總結(jié)》。
4、小氮肥行業(yè)煤制氣的主要技經(jīng)指標(biāo)列舉如下表
5、我國(guó)小氮肥廠造氣工段絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的固定床間歇制氣工藝。主要缺點(diǎn)有兩個(gè)，一是一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)溫度高峰，制氣時(shí)溫降較大，平均溫度低，致使產(chǎn)氣量低，氣體成分差，白煤，蒸汽消耗較大;二是只有一個(gè)階段介質(zhì)向下吹，其余均向上，易使火層上移，不得不采用消極辦法(延長(zhǎng)下吹，加大下吹，蒸汽流量)調(diào)整火層位置。
近年來(lái)，小氮肥行業(yè)圍繞這兩個(gè)問(wèn)題做了不少工作，如造氣工段目前推廣的強(qiáng)風(fēng)短吹，上下吹加氮，縮短循環(huán)周期等先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，均在不同程度上改進(jìn)了傳統(tǒng)的工藝。有的廠創(chuàng)出了較高的水平，但多數(shù)廠仍處于“低溫制氣”的水平上，消耗很大。
如能實(shí)現(xiàn)富氧鼓風(fēng)又能保證在高限溫度下制氣固然經(jīng)濟(jì)，但這對(duì)眾多的小廠，目前是不現(xiàn)實(shí)的，所以采用上下吹風(fēng)法，改善爐溫曲線(提高平均爐溫)，又能合理地調(diào)整火層位置從而把間歇制技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的水平是必要的。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為固定層間歇式制取半水煤氣的工藝方法，其特征在于在傳統(tǒng)的固定層間歇制氣循環(huán)六階段(吹凈，吹風(fēng)，回收，上吹，下吹，二次上吹)的上吹與下吹之間，插入二次下吹，下吹凈，下吹風(fēng)下回收等四個(gè)階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝方法，可以演變成另外兩種型式其特征在于在傳統(tǒng)的固定層制氣循環(huán)六階段(吹凈，吹風(fēng)，回收，上吹，下吹，二次上吹)的上吹與下吹之間。a，只插入二次下吹，下吹凈，下吹風(fēng)等三個(gè)階段。b，只插入二次下吹，下吹風(fēng)等兩個(gè)階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的工藝方法，其特征是設(shè)置下行吹風(fēng)閥(8)和下行煙囪閥(10)等兩個(gè)閥門(mén)的工藝流程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的工藝方法及權(quán)利要求3所述的工藝流程，其特征是造氣爐自控機(jī)增設(shè)下行煙氣換向閥(v)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的工藝方法，其特征是具有二次下吹及下吹風(fēng)等兩個(gè)程序的軟件。
全文摘要
上下吹風(fēng)制氣法主要用于合成氨工業(yè)中制取半水煤氣。該法在傳統(tǒng)的固定層間歇制氣循環(huán)六階段(吹凈，吹風(fēng)，回收，上吹下吹，二次上吹)的上吹與下吹之間，插進(jìn)二次下吹，下吹凈，下吹風(fēng)，下回收等四個(gè)階段，在傳統(tǒng)的循環(huán)周期中增加一次下吹風(fēng)，在保證不超過(guò)燃料灰熔點(diǎn)及合格氫氮比的前提下，能將造氣爐內(nèi)平均溫度提高100℃以上，從而使噸氨標(biāo)煤耗降低10％以上，噸氨入爐蒸汽耗降低15％以上，單爐產(chǎn)氣量提高20％以上。
文檔編號(hào)C10J3/04GK1045413SQ8910099
公開(kāi)日1990年9月19日 申請(qǐng)日期1989年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月4日
發(fā)明者黃兆強(qiáng) 申請(qǐng)人:黃兆強(qiáng)