TW3 M煤气发生炉的节能降耗技术改造与管理改进

TW3 M煤气发生炉的节能降耗技术改造与管理改进

口江苏诚德钢管股份有限公司 王有华 史宇飞 马劲松 侯 军

摘要针对钢管热处理加热甬TN3M煤气发生炉存在的煤气量达不虱设计要求、奄气匿相盲区、设备易损坏、煤耗和水耗高、管理锐节、管理勃度不哥位等问题。江苏诫德钢管段份有限公司通过实施一系劲节能降耗技术改造并加强了生产管理；基本上解决7断存在的问题。使煤气产量提高7 46．7％．煤气覆量有了较大的提高，煤气发生炉的维修两期从3—6个月延长虱2～3年．生产成本大幅度降低。

关键词：钢管热处理：加热：煤气发生炉：改造：节能降耗：生产管理：改进

0前言

汀苏诚德钢管股份有限公司的TW3M煤气发生炉是供公司所有加热炉、热处理炉用的煤气发生设备，由于能单台、连续供热煤气，适合中小型钢管企业热处理炉分散布置的特点，投资省、上马快，操作方便，因此大量使用，从2003年的4台增加到2007年的31台，月耗无烟籽煤约11 000t，煤耗占钢管加工成本的46％左右。为了降低生产成本公司从2003年开始就组织实施TW3M煤气发生炉的技术改造及管理改进工作，已取得可喜的成果，现介绍如下。

1 TW3M煤气发生炉工作原理

TW3M煤气发生炉的气化剂（空气、饱和蒸汽)从炉底导入，空气与碳反应放出热量。蒸汽与热炭反应生成CO₂、CO、H₂、CH₄等，这些反应均为吸热反应。只有放热反应的热量与吸热反应的热量保持平衡，炉子才能平稳连续运行。反应所产生的有效气体CO、H₂、CH₄供热处理炉加热用。根据资料介绍，炉况稳定时固定床应分5层，分别是灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。氧化还原层温度最高，通常为900～1 000℃；各层之间并没有严格的区分界限，往往相邻两层相互交错，若隔层交错严重则会产生漏黑炭现象，说明炉况恶化，偏流严重。根据经验，氧化还原层必须在炉箅帽顶之上约200～250mm为最好，若其高度过低则易烧坏炉箅，过高则影响产气量。高炉温、高炭层是优质高产煤气的前提。炉温若超过灰熔点则会结焦，会使炉况恶化。最佳状况为灰渣微结焦。不同的煤种有不同的灰熔点。

TW3M煤气发生炉的主要控制原理：一是通过调节气化剂加入量来调节煤气炉的生产负荷，主要从出口压力上反应出来，出口压力高则炉子的负荷重，不同炉子的出口压力不尽相同；二是调节出渣的快慢、开停来控制炭层的高度，使氧化还原层在最佳位置上运行，监控手段主要靠打扦测火(氧化还原层)和实际操作经验来调节；三是利用加入蒸汽量的多少来稳定炉况，主要反映在饱和温度上，气化剂温度高表示蒸汽加入量大，反之亦然；四是利用气化剂的放空量来调节生产负荷，放空量小则炉子负荷重；五是利用人工压火、拨火来减少偏流，使炉子在最佳状况下运行；六是通过加煤量的多少和频率多少与出渣配合来控制炭层高度，以空程高度为依据。

2 TW3M煤气发生炉存在的问题

2．1 达不到设计要求

按产品说明书，TW3M煤气发生炉的主要技术指标为：煤气产量5 500～7 500Nm³／h，煤耗量1 500～2 500kg／h。但在2003年时这种炉子的最大耗煤量只有750kg／h左右，由此推算其最大煤气产量只有2750Nm³／h，因此2003年公司热轧分厂的斜底式加热炉只能用重油来维持生产。

2．2 煤气发生炉有气固相反应盲区

2003年9月公司冷拔二分厂新上1台煤气发生炉，经实测发现炉算帽是1个外径950mm的不通气的实心铸钢件，使有效通气面积从7．07m²下降到6．36m²，下降10％，是个不小的反应盲区。观察炉箅的流体方向发现有较强的附壁效应——气体沿炉壁的流速快。

2．3第2层炉箅板频繁损坏

TW3M煤气发生炉的第2层炉箅板每3—6个月更换1次。从停炉到开炉，更换1次炉箅板一般需要2．5～3．0天时间，不但影响了生产，浪费了煤炭，同时也增加了维修费用。

2．4分煤器布煤不均，分煤管易烧损

TW3M煤气发生炉分煤器沿炉顶四周均布4个加煤管加上中间1个加煤管，共5个加煤管。煤在炉内堆成5座“小山”，特别是低炉型的煤气炉的炭层常会加到分煤器以上造成布煤不均，使气固相反应的固定床阻力不同而造成偏流，煤渣中有大量黑炭和焦疤块，而且容易烧损分煤管。

2．5 对炉况的变化过程和趋势无法量化

TW3M煤气发生炉和化工系统的间歇式半水煤气发生炉反应机理是一样的，间歇式炉由5个步骤构成1个循环，操作控制相对简单；TW3M炉虽只有1个单一步骤，但在仪表控制方而对出口温度和饱和蒸汽温度只有数字显示，而对炉况的变化过程和趋势不能量化，因此操作人员只能靠经验和责任心来操作，生产管理难度很大。

此外，还存在煤气站与热处理炉之间管理脱节，各自为政；工艺指标制定不合理；原燃料质量把关不严；生产管理制度不到位等问题。

3．TW3M煤气炉节能降耗改造措施及效果

3．1 提高炉子的高径比

制造厂家最初设计的TW3M煤气炉的内径只有Øl 400和1 800mm两种，后来随着生产的发展，炉子内径逐步增大到Ø2 100、2 400、3 000mm，而炉子高度并没有相应增加。Øl 800mm内径炉子的高径比为5：1（因为没有Ø1 800mm炉子的图纸，故按Ø3 000mm炉子的高度来估算)；Ø3 000mm炉子的高径比为1．3：1．0。根据煤造气的有关理论，提高炉子的高度，并相应提高同定床高度，是提高炉子生产能力的重要方法之一。因此，2004年公司热轧分厂新上1台煤气发生炉时，将炉内高度提高了700mm。该炉每月可烧煤700～800t，煤耗量为1．1Lt/h，产气量推算为4 033Nm³／h，理论产气量提高了46．7％，接近设计能力的下限，并且增加炉高工人在打扦、压火时操作也更方便，所以后来在新上的25台煤气发生炉上全部加高了500mm。

3.2解决炉内气化盲区

2003年9月，借安装煤气炉之机，临时将炉箅帽取出，在其顶部均匀打出3个Ø40mm的通气孔。开始使用时效果良好，后来停炉检修发现，由于水蒸气和煤渣的混和作用，通气孔有堵塞现象，决定重新设计双层通气式铸钢炉箅帽，生产实践证明，效果很好。至2005年底，全公司31台煤气炉已经全部改用新式炉箅帽，既解决了炉内的气化盲区问题又减小了附壁效应。

3．3解决第2层炉箅板的烧损问题

由于炉箅帽原来是实心体，炉子顶部的煤几乎不反应燃烧。随着炉箅的转动，未燃烧的煤块(原是Ø50～120mm无烟块煤)掉到第2层炉箅板上才开始燃烧，这是造成第2层炉算板烧损的主要原因。此外，由于操作不当，特别是炉内高度为3 910mm的低炉型煤气炉易使高温的氧化层下移烧损炉箅板。在改用新式炉箅帽后，基本解决了第2层炉箅板的烧损问题，大部分炉子的第2层炉箅板可以使用2年以上，有的甚至多年未坏。

3．4解决分煤器问题

加高炉身使布煤范围扩大，布煤相对均匀，加上沿炉顶四周均布5～6支分煤管，可使布煤效果更佳。针对分煤管易烧损问题，已逐步将分煤管材质从碳钢改为耐热不锈钢，从而提高其使用寿命，延长维修周期。

4生产管理改进措施

1)改变原料结构，严把原料进口关：

a．改烧无烟籽煤，不仅克服了以往烧无烟大块煤的诸多不足f气固相反应困难，煤渣发黑，易堵塞加煤阀，影响正常生产等)，而且降低了生产成本(无烟籽煤价格比尺块煤平均便宜100元／t左右，每月可节约成本100多万元)；b．由专人负责煤炭进口，对籽煤的块度、含屑量、含水量、固定碳含量、硫含量、挥发份等进行严格控制，有力保证了煤气炉生产的稳定。

2）强化监控手段。在公司冷拔二分厂新上的煤气炉上，安装l台化工行业常用的出口温度长图记录仪，可以全方位提供加煤间隔的时间、炉况的变化情况、压火的次数以及生产负荷等方面的信息，实践证明是很有效的。现在全公司31台煤气炉上已全部安装该仪器。此外，还安装了饱和蒸汽温度长图记录仪，可以用于考核和随时调控入炉蒸汽量，对稳定炉况起到了重要作用。

3）将煤气站饱和蒸汽温度由48～51℃修定为为58～65℃，既提高了炉子的操作弹性，适应不同用气量的要求又保证了炉内的热平衡和炉况的稳定，对稳定生产、节能降耗起到了重要作用。

4)由于热处理炉有时空烧、过烧或调节负荷造成煤气浪费严重，因此将热处理炉的温度表分装到煤气操作室以便共同监控，不但节约了能源，而且有效地保证了热处理质量，解决了管理脱节问题。

此外，还采取了其他管理措施，如制定严格的操作规程和考核办法，炉子的冷却用水、水封用水全部改用河水并分步实施循环使用，建立合理的煤气炉日常清理制度，加强相关人员的交流与培训等。

5 TW3M煤气发生炉的应用效果

1)TW3M煤气发生炉虽有诸多不足之处，但由于其能单台、连续供热煤气，适合中小钢管企业热处理炉分散布置的特点，能长周期稳定供气，投资省(单台造价38万元左右)，上马快，维修周期长，操作方便。因此，这种炉型在国内还有很大的生存空间。

2)通过节能降耗技术改造，煤气产量提高了46．7％，煤气质量有了较大的提高，炉子的维修周期从3～6个月延长到2～3年，特别是煤渣有了根本性的改变。

3)通过节能降耗技术改造，经济效益明显。以煤气炉最多的冷拔二分厂为例，与2003年比，2台炉3年共节煤6 750t。

4)改变原料结构后，每月可降低成本110万元，每年可达1 320万元。