两段煤气发生炉在竖罐炼锌中的应用新

1、两段煤气发生炉在竖罐炼锌中的应用柳州锌品有限责任有限公司：杨友平摘 要介绍了两段煤气发生炉在国内竖罐炼锌行业的应用，两段炉与单段炉相比所具有的优点和两段炉的性能、构造、工艺流程及运行经验。关键词干馏 煤气炉 竖罐炼锌 气化1. 概述两段煤气发生炉技术是国外在六七十年代首先开发研究并投入生产使用的先进节能技术。国内于八十年代首先在建材行业花巨资引进该技术，经过一段时间的调试运行和消化研究，成功地开发了国产化的两段煤气发生炉，并经国家有关部门以新技术节能在全国范围内推广,目前已在冶金、机械、建材、化工等行业成功使用。重有色金属提取冶炼大量需要煤气燃烧产生热能以达到冶炼还原所需的化学反应温度要求，特

2、别是作为锌冶炼主要方法之一的竖罐炼锌中的团矿干燥热风炉、焦结炉、竖罐蒸馏炉和粗锌提纯精馏炉等炉体需要大量的煤气。过去国内的竖罐炼锌系统除少数曾用过重油燃烧供热外，都无一例外地使用固定床煤气发生炉煤气，在较长时间里都采用普通单段煤气炉生产煤气。九十年代初，鞍山焦耐院和葫芦岛锌厂共同在原AD-13型煤气发生炉的基础上改进制成的3M两段煤气发生炉取得成功！至今已推广到多数的竖罐炼锌系统中，完全取代了单段煤气发生炉。两段煤气发生炉由于在单段煤气发生炉上增加了另一段干馏段(如图一)，使得入炉燃煤自上而下经过干馏段和气化段，在干馏段内先完成煤的干燥和干馏等过程，产出上煤气，形成半焦落入气化段，股入混有饱和

3、水蒸气的空气（饱和度为50-65），在550-750条件进行气化和燃烧产生下煤气，上下煤气的比例可以通过下煤气出口挡板开启度大小来调节。较单段煤气炉相比，两段煤气发生炉具有以下优点：1.1 由于增加了干馏段，回收煤的挥发份形成上煤气，煤气产量可大幅增加。某厂在年产1.25万吨竖罐系统上只开一台3.0M两段煤气发生炉就可满足全系统的一台热风炉、一台焦结炉（5m3）、五台2768型竖罐蒸馏炉和三台1260毫米锌精馏炉同时用气，煤气产量接近10000Nm3/h。1.2 增加了高度达四米的干馏段，煤层高、容量大、燃煤在炉内停留时间加长、气化反应彻底、气化率高达75%以上，煤气热值明显增加（见表一）。

4、1.3 两段炉污染少。由于煤气分上、下两段产出，可根据需要分开单独或混合使用。上煤气温度较低但含挥发份较多，大部分焦油成分在上煤气系统图一：两段煤气炉设备外型图 冷凝沉积而进一步净化回收，下煤气基本不含焦油，除含较多夹带煤粉成分外（可通过旋风收尘器处理），煤气比较洁净，较单段炉相比对环境污染相对较少。上下煤气混合后可不经净化直接以粗热煤气形式输送到竖罐蒸馏炉、焦结炉、热风炉或精馏炉使用，可直接利用煤气中高达300-400的显热能量；如采用双竖管洗涤电捕器（捕集焦油和细小灰尘）空塔脱水加压机加压煤气储藏（或直接用户）的净化工艺流程，则所产出的煤气比较干净，利于远距离输送和对煤气质量要求较高的用户

5、，所产生的有机废水可采用沉淀、过滤或浓缩焚烧处理，对环境所造成的污染较少。表一：两段煤气发生炉煤气成份成 份COH2CO2CnHmO2CH4N2Q低(kJ/m3)上煤气下煤气混合煤气28.430.229.619.18.210.63.83.03.60.60.40.60.20.40.42.40.82.045.549.649.07218426564882. 工艺流程2.1 工艺流程简介（图二）燃料烟块煤，经破碎筛分到粒度为1560mm，运到中转煤仓，由桥式抓斗吊吊到运输皮带的煤斗上，经两级皮带机（中间有条筛过滤下粒度小于15mm的粉煤），运送图二：竖罐炼锌行业两段煤气炉工艺流程到高度22m的煤气炉顶

6、部的贮煤斗中，再经过辊式加煤机和旋转布煤器均匀加入炉内。随着干馏和气化过程进行，块煤缓慢下移，经过34小时的低温干馏过程后进入下方的气化段。经鼓风机输送的空气混入饱和蒸汽后经进风管并铸钢风帽均分散到炉下部。在气化段中，在550750的温度范围内，块煤发生不完全燃烧反应，生成CO气体。所产生的气体大部分从下部周边气孔通道和中间十字隔墙孔汇集于下煤气出口，经过旋涡除尘器后形成下煤气；另一部分气体向上经过干馏层，把位于干馏层中的块煤中的挥发物经低温加热分解挥发了热值较高的煤气和轻质焦油，从炉内的上部出口引出，经隔离水封后形成上煤气。上下煤气的比例可通过下煤气旋涡除尘器上部的蝶阀的开启度调节来控制。3

7、. 设备的构造及性能3.1 炉体两段煤气发生炉由加煤系统、干馏段、气化段、出灰系统、水套及蒸汽系统和煤气净化系统等附属装置组成。3.1.1 加煤系统两段炉的加煤系统采用原单段中通用辊格式加煤机，由电机、棘瓜传动、减速器驱动，其进炉处位于炉顶正中央，设有400mm水柱水封防止漏气。块煤入炉后经旋转布料器，均加入炉内，炉顶盖有四个气封探钎孔，可作探测炉内料面高度和插钎处理用。 干馏段干馏段为钢制外壳，壳内由粘土砖砌成十字隔墙分成四室，其下部有8个气封口，供探视炉内煤炭气化情况而用，每个气封上方配置有一个测温热电偶，以测量炉内温度分布状况。十字耐火隔墙及周边砌体内均布有41个垂直通道，周边通道内安装

8、有蝶阀调节开启度，以调节炉内上下煤气比例。整个砌体由112种粘土砖（少量为高铝砖）分成34层砌筑而成，总砌体重量为70吨。3.1.3 气化段气化段位于干馏段的正下方，主要部件有风帽炉篦、鼓风空腔、迷宫隔离水封、炉壁水套等，是一个直径3m的中空炉腔。炉篦材质为铸钢，由六层堆叠而成，其使用寿命比原铸铁炉篦延长较多，可达5年以上。水套所产生的低压蒸汽经集汽罐汇集后供汽封及鼓风饱和蒸汽用汽。气化段的高度为3米。3.1.4 排灰装置排灰装置主要由灰盘及传动装置构成。灰盘为铸铁材质，直径比炉体略大，内壁焊有大小灰脚、除灰斜板。传动机构由调速电机、减速机、蜗轮蜗杆组成，无级调速。3.1.5 附属装置由于上下

9、煤气分别由两个煤气出口引出，两种煤气温度成份不同，所以分别是采用隔离水封和旋涡器处理。上煤气用隔离水封，主要作用是利用高度约为500毫米的水封在停炉时与煤气管道隔绝，并带有重力除尘作用；下煤气由于温度较高，含有煤粉等颗粒物较多，所以采用旋涡收尘器处理，其材料为不锈钢制作，壁腔衬筑轻质保温材料，上部配置有煤钟罩阀，下部设有放尘闸阀及水封，每班定期放尘。4. 两段煤气发生炉的运行从九十年代初，两段煤气发生炉在竖罐炼锌行业试用成功后，至今已推广到柳州锌品集团，江苏徐州锌厂、锡矿山矿务局炼锌厂、昆明万通冶金化学公司、曲靖创苑锌厂、陕西凤县锌厂和长沙锌厂等数家竖罐炼锌厂的生产中（见表二），并都取得成功。

10、表二：国内十年来采用两段煤气炉的竖罐炼锌企业序号单 位 名 称两段炉台数规 格投产时间使用燃料煤气净化1234567柳州锌品集团江苏徐州锌厂锡矿山矿务局炼锌厂昆明万通公司曲靖创苑锌厂陕西凤县锌厂长沙锌厂2台2台3台2台2台4台3.0m3.0m3.0m3.0m3.0m3.0m2.4、3.0m93年93年96年98年99年98年2000年大同煤大同煤大同煤罗木村煤云南煤大同煤无净化无净化两级净化无净化无净化两级净化两级净化上述表中的使用两段煤气发生炉的单位，单台炉的产气量最小值5000-6500Nm3/h，最大值为近10000 Nm3/h，而且基本每次煤气炉的运行时间可长达6个月以上。从两段煤气发

11、生炉产出的上下煤气，有部分单位采用煤气方箱混合直接以粗热煤气形式使用，这样可利用煤气中的近300的温度显热，提高煤气的热利用率，这对中小型竖罐炼锌系统比较合适，但同时产出煤气中含焦油和颗粒物成分较多，对煤气管网系统和冶金炉带来了较多麻烦。有时，煤气总管或支管仅使用三个月便发生堵塞现象，严重时影响到生产及安全。对于大型竖罐炼锌系统，所使用的发生炉煤气需经过双竖管洗涤、电滤器、电捕器捕集焦油等多级洗涤净化后加压送到煤气管网中，煤气压力可自由调节，这有利于后续冶金炉清洁使用。两段煤气发生炉由于炉内燃料料柱高度较高，为防止炉内燃料烧结粘结，一般所使用的燃料选用不粘性或弱粘性的烟煤，在竖罐炼锌行业已经运

12、用成功的煤种有山西大同煤、内蒙东胜煤、云南罗木材煤等。其主要指标见表三，表四为两段煤气发生炉正常主要技术指标。表三：两段煤气发生炉用燃料指标项 目 指 标项 目 指 标挥发份 2540%灰份 14%水份 10%固定碳 50%发热值 23000kJ/kg灰份熔点 1150自由膨胀指数 2.5罗加指数 20粘结指数 G 30粒度 1560mm表四：两段煤气发生炉主要技术指标项 目 数 据项 目 数 据床能力 354kg/m2·h气化效率 75%热效率 90%渣含碳 15%空气单耗 2.1Nm3/kg（煤）蒸汽单耗 200Kg/103Nm3电耗 7.5kwh/103Nm3水耗 700kg/

13、103Nm3煤气热值 62006600kJ/Nm3炉底鼓风压力 4500Pa空气饱和温度 5065加煤量 22.5t/h上煤气温度 100200下煤气温度 550700上煤气压气 400800 Pa 下煤气压气 8001500 Pa灰层厚度、火层厚层 300500mm料面高度 2.02.5米5. 经验总结5.1 强化安全设计由于煤气具有易燃爆性，在煤气系统设计时要特别注意防泄露和防爆，应该在上煤气隔离水离上和煤气总管末端设置放散系统，以便开停炉时吹赶炉内和管道系统内空气，保证安全。在炉底鼓风管道内安装有逆止阀，以防止在意外停电时煤气倒流发生意外。鼓风机应配置二套系统，开一备一，并在供配电方面考

14、虑两路供电，与竖罐炼锌的焦结烟气风冷凝废气洗涤机（或煤气加压机）互为联锁。在使用粗热煤气的管道系统及净化装置前的炉出口管道中，多开设管道清扫口和水封装置，以便方面清扫管道中的沉积焦油和煤粉，并在清扫口附近配置蒸汽取汽口，在带煤气负荷时用蒸汽作安全保证。另外，在炉底鼓风管及上、下煤气出口及煤气输送管道上各需设立一个防爆炸铝板封口，以保护煤气炉本体、管道系统及操作人员的安全。5.2 严格筑炉质量两段煤气发生炉内砌体结构较为复杂，砖型多达112种，且多数为异型和特异型砖。加上炉体高度较高，炉内装燃料达60多吨，对炉体筑炉及质量要求较严。为了保证砌筑质量，砌前必须逐层预安装，每层砌体水平误差不大于3m

15、m，总体砌完后要对所有气体孔道进行清扫以保证通畅。5.3 煤种选择由于两段煤气发生炉比固定床单段炉增加了干馏段，除对燃料的粒度、发热量、灰熔点、机械强度等常规指标要求外，还需对衡量粘结性和膨胀性的粘结性指数、罗加指数和自由膨胀序数几个指标作重点考虑。目前竖罐炼锌行业中的两段煤气发生炉基本采用不粘性或弱粘性的烟块煤作为燃料，有资料显示，在建材、机械等行业以进口两段煤气发生炉为原型改造研制成的两段煤气发生炉所选用的燃料种类还有长焰煤和部分老年褐煤，如山东龙口褐煤、黑龙江东宁褐煤等。但总体来说，两段炉要比单段炉的燃料种类选择范围要小，特别是竖罐炼锌企业，基本以山西大同煤为主要选择，在新煤种选型方面还

16、需进一步试验。5.4 环保问题5.4.1 使用净化煤气的企业，由于增加有双竖管、电滤器、间冷器、电捕器等净化设备，可对煤气中的高温裂解焦油、煤粉颗粒及酚氰分解物进行回收。对其中的焦油和酚氰分解物可设焚烧炉就地焚烧处理，可实现对外无污染。5.4.2 对使用粗热煤气的企业，所产出的煤气只有简单净化装置回收粗颗粒的煤粉和少量的焦油，大多数焦油和其他杂质成份会沉积在后续的煤气管网中，对整个生产系统的正常维持及安全构成很大危胁。由于竖罐炼锌的连续性很强，使用大量煤气的蒸馏炉和精馏炉会因为煤气供应不足而引起温度波动，严重时会造成碳化硅炉体开裂。报废部分厂家在管道堵塞严重时只有冒险采取明火焚烧方式清理，危险性较大，所以有些企业被迫采取两套煤气管道轮流使用来克服。对从管道清理出来的焦油由于夹杂有大量的煤粉成分，无法直接利用，许多企业只有采取堆存的办法，对环境影响较大，可采取加热融化过滤提纯焦油外卖。6. 结论从生产实践证明，两段煤气发生炉操作简便，煤气热值高、热效率高，产气量大，可方便调节，对环境污染少等优点，特别是近十年国内新建的竖罐炼锌企业，无一例外的都采用两段煤气发生炉取代旧式的固定床单段炉。可以说，两段煤气发生炉在竖罐炼锌企业的生产是成功的。参考资料（1）朱大均，两段炉的干馏段设计适用条件和性能评价，中国动力工程学会