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UGI造气炉技术改造与管理综述

文档作者：刘志臣牟占诚文档来源：山东联盟化工股份有限公司		点击数：	更新时间： 2024年08月29日
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上一篇： XA201－H－1还原态催化剂的生产制备和工…

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氮肥技术2013年第34卷第6期
摘要简要介绍该公司对UGI造气炉系统进行了自动加煤、自动探焦、不停炉下灰、气力输灰、外置式炉底、高压水夹
套、微富氧制气等一系列技术改造，在节约原料煤、提高台炉发气量、提高造气自动化水平方面收到了良好的效果。
关键词造气技术改造管理效果
Overview of UGI gas furnace technological innovation and management
LIU Zhi-chen MU Zhan-cheng
(Shandong Lianmeng Chemical Group Company Limited，Shouguang 262700，Shandong Province)
Abstract The paper briefly introduces technical transformation to UGI gas furnace in the company，such as automatic
stoking,automatic probe focus，discharge ash without stopping，pneumatic conveyjng，external furnace floor，high-pressure water leg，
micro-oxygen-rich producing gas and SO on，which achieves good effects in saving raw coal，improving gas production of each
furnace，improving the level of automation．
Keywords producing gas，technological innovation，management，effects
1 企业简介
山东联盟化工股份有限公司(以下简称联盟
化工)始建于1970年，其前身是具有“小氮之光”
称号的原寿光化肥厂，经过几十年的改造挖潜，
现已发展成为拥有员工3 200人，资产总值39亿
元，年产合成氨120万t、尿素190万t、甲醇45
万t的大型化工企业。
联盟化工是晋煤集团的子公司，有两个合成
氨分厂，造气原料采用晋煤的无烟块煤，采用常
规的UGI造气工艺，每个分厂共有4,2 600～
62800UG[造气炉40台。近年来，造气完成了自
动加煤、自动探焦、不停炉下灰、气力输灰、外置
式炉底、高压水夹套、微富氧制气等技术改造，实
现了原料块煤一UGI制气一三废炉回收吹风气和
造气炉渣以及利用循环流化床锅炉吃干榨净造
气炉渣飞灰等资源的综合利用。现对造气的技改
与管理进行简要总结。
2技术改造内容
2．1 自动加煤技术及加煤机选型
联盟化工先后采用过半自动加煤机、圆盘阀
式自动加煤机(型号：HBU—IIF850一$350)、座板
阀式自动加煤机(型号：CJ／JMJ01D一02E一03C)，实
践证明座板阀式自动加煤机是比较好的选择，它
解决了：半自动加煤机中心气化阻力大、布料器
关闭不严、加煤时泄漏的问题；圆盘阀式自动加
煤机圆盘阀使用寿命短、圆盘阀关闭不严、加煤
时泄漏的问题。
自动加煤机的正确安装与调试是保证布料
均匀、床层气化阻力均匀的前提条件，有利于造
气炉炉况长周期稳定运行，具体注意以下几点。
(1)自动加煤机的安装：加煤机的中心应与
炉栅的中心在同一垂直线上，加煤机的底部连接
法兰应水平安装。
(2)自动加煤机的调试：根据人炉煤的粒度，
插板阀动作的快慢，确定加煤时间，一般夏季选
用1．1s左右，冬季选用1．6s左右；打开布料器的
检查孔，观察煤在布料器的分布情况，以煤在布
料器内均匀分布成宝塔状为标准，调整进料板的
尺寸，切割进料板时，应割成圆弧状为宜。
2．2自动探焦技术
联盟化工先后采用人工探焦、电机驱动自动
探焦、油压缸驱动自动探焦，实践证明油压缸驱
万方数据
第6期刘志臣等：UCI造气炉技术改造与管理综述19
动自动探焦结构简单、性能稳定；链条齿轮传动，
计数准确；探测杆采用304不锈钢高精度冷拔圆
钢，经久耐用、不腐蚀；密封部位采用不锈钢锥形
阀及耐高温软密封结构，做到探测及静止时均不
漏气；数据能传送到微机系统，并能记录保存。
因原料煤及工艺操作对加煤阶段的要求，给
煤、布料及探测炭层一般有下列3种控制模式。
(1)吹风给煤，下吹布料，下吹探焦；
(2)吹风给煤，吹风布料，下吹探焦；
(3)下吹给煤，吹风布料，吹风探焦；
以腐殖酸煤棒原料为例，如果布料选择在下
吹阶段，会造成下吹时炉顶蒸汽进入容煤桶内形
成冷凝水，由于煤棒中也含有一定量的煤粉，随
着原料煤在加煤机容煤桶内的停留，煤粉与冷凝
水的接触形成煤泥，继而形成严重的粘结挂壁现
象，如不能及时清理，会导致布料阀大量漏气，随
之加煤机会因下料卡阻而无法运行；故应选择在
吹风阶段给料、吹风阶段布料，探测应选择在下
吹阶段最为适合，这样一是能够避免蒸汽进入容
煤桶内，二是尽量缩短煤棒在容煤桶的停留时
间，三是减少吹风阶段气流对探杆数据的影响。
2．3不停炉下灰技术
不停炉下灰装置是在无人值守的情况下，每
n个循环(根据现场情况可自由设定)自动下灰一
次。下灰时将上灰门自动关闭，灰渣箱圆门自动
打开将灰渣箱内灰渣排到炉子下面的容渣仓里，
再自动(或由人工)定时开启皮带机将容渣仓里
灰渣输送到运渣车或远程输送到灰渣场。每台炉
子设置两个容渣仓是为了便于操作人员观察到
造气炉的排渣情况，能够及时掌握炉内工况。
不停炉下灰技术，目前应用较多的有U型管
液压排灰形式、上开式座板阀下灰形式、插板阀
下灰形式三种。联盟化工使用上开式座板阀形式
下灰装置16套(2012年10月份投用)，插板阀形
式下灰装置1套(2013年8月份投用)，U型管液
压排灰装置曾对使用单位进行考察但未采用，几
种形式下灰使用情况对比如下。
(1)U型管液压形式排灰装置是将破碎了的
灰渣加入水冷却后，利用油压缸的往复运动的推
力和容积空间将灰渣从U型管内挤出。适应于烧
腐殖酸煤棒相对松散的造气炉灰渣，实现连续排
灰的功能。优点：解决了下灰的密封问题。缺点：
在进人u型管前需将炉渣破碎，排灰后无法辨别
出灰渣原形，不利于根据炉渣形状判断炉内反应
状况；设备投资大及运行费用高，需将两灰渣箱
合并为一接至u型管排灰装置，这样对炉况、反
应温度、蒸汽量大小等问题的判别带来许多麻
烦。设备一次性投资大、破渣机及U型管运行周
期短，需要较大功率的油泵做为动力，运行费用
高；如果用于硬度高的劣质块煤灰渣，会加快破
渣机及U型管摩擦损坏速度，运行费用将会更
高，对一楼厂房高度要在6m以上，并且需具备皮
带输灰装置的条件。
(2)上开式座板形式下灰装置，也就是在原
有灰渣箱与炉底间增加一道阀门，在不影响现有
下灰习惯的前提下，实现不停炉下灰的目的。具
备密封性能好、自动控制、检测、置换功能，能够
在既不停炉，又不停炉条机的工况下实现下灰的
目的，安全性也得到保障。优点：作用力直接、密
封性好、结构简单实用。缺点：初次安装时工作量
较大，上开式座板阀油缸易漏油。
(3)插板阀形式下灰装置，也是在原有灰渣
箱与炉底间增加一道阀门。目的和功能同上开式
座板形式下灰装置。优点：安装简便、密封性好、
有效通径大(DN500～600ram)，尤其适应于劣质煤
和型煤制气、炉子负荷重、渣块大的厂家，几乎适
应所有炉型的安装，运行费用低廉。缺点：暂没有
发现。
2．4气力输灰技术
气力输灰系统采用正压浓相气力输送系统。
系统输送仓泵选用CX型上引式密相输送泵。CX
型上引式密相泵是多泵制浓相正压气力输送设
备。所谓多泵制正压浓相气力除灰系统，是指采
用CX型上引式密相泵为输送仓泵，以若干台仓
泵作为一个输送单元，同一输送单元的仓泵采取
同步运行的方式，一个输送单元的仓泵为一个运
行整体，对其控制就象对单台仓泵的控制，一个
输送单元设置一组进气阀组件、一个出料阀。CX
仓泵为I类压力容器，其设计压力为0．79MPa，采
用高温型，介质为二氧化碳，输送物料为散粒料。
它的输送风量及风压可调，因此输送风量相对较
少，运行较为经济。
联盟化工自从2012年10月份使用气力输
灰技术，优点：除尘器及管道灰运输减少人工，密
闭运输，降低粉尘污染，保护环境。缺点：出料阀
冲刷严重，输灰管道(特别三通处)冲刷严重，维
万方数据
20 氮肥技术2013年第34卷
修工作量大，检修费用高。因此，应选择耐磨性能
好的材料来保证使用寿命。
2．5外置式炉底
联盟化工2009年开始使用外置式炉底，通
过几年运行总结有以下优点：运行周期长，最长
达29个月；炉条机损坏时造气炉开炉能更换；大
齿周损坏时造气炉不停炉能焊补维修。缺点：造
气炉不能强负荷制气，大齿圈易过齿，炉条机易
损坏，入炉煤灰分过高或炉内有疤块时，大齿圈
不转，影响生产。
2．6高压水夹套
水夹套是造气炉的主要部件，正是它的存在
才使炉内灰层在近l 200℃左右燃烧时不会挂
壁，使造气炉能连续运转。目前，各公司运行的水
夹套有普通水夹套、熔盐夹套、导热油夹套、高压
水夹套，下面对各种水夹套进行对比分析。
2．6．1普通水夹套
普通水夹套是环形水槽式夹套，受现有结构
形式的局限，在性能上存在许多不足之处并影响
其使用寿命。因受其结构局限性的影响，不能承
受较高的工作压力，蒸发压力只能控制在o．1MPa
以下，故所产蒸汽的温度在120。C左右，存在以下
缺点。
(1)低温蒸汽人炉分解率较低，不但蒸汽消
耗高而且未分解的蒸汽还要带走炉内大量的热
量导致原料煤消耗的增加，并影响煤气产量。
(2)低压蒸汽不利于过热。如果用过热气过
热，因低压蒸汽传热系数较小，要想过热到高压
蒸汽同样温度所需过热器的投资比同体积的高
压蒸汽过热器大得多，如不过热就同比较高温度
的蒸汽混合，会使蒸汽的总体温度下降，同样造
成蒸汽分解率低，能耗高。
(3)低压蒸汽的密度小，在汽包内汽液接触
面波动较大，汽水难以有效分离，故经常带水，而
蒸汽带水的危害非常大。
(4)普通水夹套的工作寿命比较短，主要是
露点腐蚀和磨损联合作用下造成的。
(5)水夹套的内套受外压作用很易失稳，夹套
内水汽没有可靠的对流循环系统，所产的蒸汽鼓泡
升腾，气泡的聚集区易过热造成夹套内侧凸起损
坏，这也是普通夹套受不了较高压力的主要原因。
2．6．2熔盐夹套
熔盐夹套是使用熔盐作为导热介质，采用熔
盐泵强制循环，再到脱盐水换热器降温重复使
用，其存在以下优缺点。
(1)优点是熔盐夹套能提高壁温到300℃左
右，减少热量的带出，降低残炭。
(2)缺点是熔盐加热后再到脱盐水换热器换
热，副产0．1 MPa以下的蒸汽，所产蒸汽的温度仅
1200C。同时热能转换造成能量损失，因所有能量
转换时，无100％的转换效率。用熔盐泵强制循
环，增加电耗。熔盐系统温度高，易造成泄漏，且
熔盐的熔点在100℃以上，开停车麻烦。
2．6．3导热油夹套
导热油夹套是使用导热油350作为导热介
质，采用导热油泵强制循环，再到脱盐水换热器
降温重复使用，其存在以下优缺点。
(1)优点：导热油夹套能提高壁温到300℃左
右，减少热量的带出，降低残炭。
(2)缺点：导热油加热后再到脱盐水换热器
换热，副产O．1 MPa以下的蒸汽，所产蒸汽的温度
在120℃，为低温蒸汽。同时热能转换时造成一定
的能量损失。用导热油泵强制循环，增加电耗。导
热油系统泄漏，易着火，存在安全隐患。
2．6．4高压水夹套
2．6．4．1高压水夹套的优点
高压水夹套是在普通夹套的基础上保留内
套、去掉外套，在内套的外壁面增设上下环管及
减温冷管，因为管内能承受1．3MPa压力，所以能
产出较高压力和较高温度的蒸汽，有利于提高人
炉蒸汽分解率。同时也把内套工作壁温提高到
190。C以上，有效的防止露点腐蚀，汽包可对较高
压力的汽水进行可靠有效的分离，避免了蒸汽带
水。由于每个冷管单独与内套连接，并形成平衡
的受力，所以内套整体不再受外压的作用，也就
避免了局部过热时的失稳现象。还有因高压夹套
内蒸汽温度的提高，炭层与内壁面的传热温差下
降，减少了炉内热损失。由于保留了内套，所以现
普通水夹套底部有防磨、破渣保护措施可依旧采
用。高压水夹套有以下优点。
(1)提高入炉蒸汽分解率。由于冷管式结构
能耐较高的压力，故可产较高压力及较高温度的
高品位蒸汽，并可同废锅公用一个汽包，所产蒸
汽一起过热，使造气实现过热蒸汽制气，避免了
蒸汽带水，大大提高了入炉蒸汽分解率，降低了
蒸汽消耗。
万方数据
第6期刘志臣等：UGI造气炉技术改造与管理综述2l
(2)可降低入炉煤耗。高温蒸汽入炉后，因蒸
汽分解率的提高，随煤气带走的未分解的蒸汽减
少，也就减少了煤气带出热量，可降低煤耗。另一
方面，因蒸发压力的提高，夹套内饱和水及饱和
蒸汽的温度随之提高，这就降低了炉内炭层与夹
套内壁的传热温差，减少了炉内热量的损失，提
高了造气炉的热效率，降低了入炉煤耗。
(3)可减少出汽包蒸汽的带水量。因蒸发压
力的提高，使所产蒸汽的密度增大，汽包内汽水
界面波动较小，故可减少所产蒸汽的带水量，有
利于蒸汽的过热，降低了半水煤气带水的危害。
(4)有效避免了低温露点腐蚀。由于所产蒸
汽压力的提高，使夹套内壁工作温度在露点温度
以上，从而消除了露点腐蚀，延长了夹套设备的
使用寿命。
2．6．4．2高压水夹套有关运行数据的测定结果
2008年12月，联盟化工外购2台高压水夹
套，工作压力1．3MPa，每台水夹套每小时副产
190。C蒸汽1．22t(根据热水流量计)。2009年9
月，我公司对设备进行改造，减少设备的换热面
积，改造后，每台水夹套每小时副产190。C蒸汽
0．76t(根据热水流量计)。
高压水夹套改造后的测定：联盟化工对
17屯2&amp;amp;炉高压水夹套改造后的单炉发气量、灰渣
残碳、水夹套的产汽量、加煤量做了连续72h的
测定，通过本次测定，用数据说明了改造后是否
带来经济效益，现将测定结果汇总如下。
(1)造气炉渣残碳：测定期间，造气炉在工艺
方面未作调整，蒸汽压力、风机出口风压等均与
平时生产一样，炉情稳定，未出现波动。
表1残碳分析报告单I质量分数％)
残碳分析报告单见表1。
由表中数据得出：17扎20#炉(1．3MPa水夹
套)炉渣残碳的质量分数平均值为12．66％。6屯8一
炉(普通水夹套)炉渣残碳的质量分数平均值为
14．87％。
降低残碳效益分析：每台使用高压水夹套的
造气炉与使用一般水夹套的造气炉相比，一年可
以节省标煤125．31 t，折合人民币12．15万元。
(2)台炉产氨：测定期间，各班将单车煤称
重，去皮重后算出单车煤平均净重，并记录对应
造气炉加煤斗数，计算单炉加煤量。
台炉加煤量见表2。
经计算17扎2矿炉台炉班产氨为20．52×
0．854=17．52t，6气8。炉台炉班产氨为17．29×
0．854=14．77t。与使用一般水夹套的造气炉相比，
每台炉每年可多产合成氨2 887．5 t。
表2台炉加煤■表(t)
万方数据
氮肥技术2013年第34卷
2．7微富氧制气技术
目前，UGI炉制气技术有空气常压间歇式固
定床气化法、微富氧常压间歇式固定床气化法、富
氧连续气化法。联盟化工于2012年12月30日至
2013年1月13日，利用PSA制氧装置制氧(设计
能力1 000m3／h)，供4台造气炉试验微富氧制气工
艺，具体试验结果及与普通炉对比情况如下。
(1)微富氧炉比普通炉制气百分比增加
7．14％，每天增加制气时间1．72h；微富氧炉比普通
炉吹风时间减少7．14％，每天减少吹风时间1．72h。
(2)残碳对比，微富氧炉残碳的质量分数为
19．15％，普通炉残碳的质量分数为18．42％，微富
氧炉比普通炉高o．73％(每天每台炉取一次样，结
果取平均值)。
(3)有效气体成分对比，微富氧炉制原料气中
(co+I-12)的体积分数为63．69％，普通炉(CO+H：)
的体积分数为71．00％，微富氧炉低6．31％。
．(4)加煤量对比，微富氧炉(4台)每天多加的
煤量：25．48t。
(5)发气量对比，每台微富氧炉的发气量为
6 978．8 m3／h，普通炉发气量为6 347．37 m3／h，微富
氧炉多631．43 m3／h。
(6)制氧装置每天耗电10 000kW·h，所耗电
费为4 800元。
(7)对吹风气的影响：微富氧炉在加氮过程
中增加氧后，送风时间缩短，4台微富氧炉因送风
时间短导致吹风气量减小，但系统气体成分中氮
含量增加，为维持氢氮比满足生产需要，其它造
气炉相应减少回收数，减少回收数的同时也增加
了吹风气量而增加产汽，所以开4台微富氧炉对
吹风气产汽影响不大。
(8)消耗：25#一28。炉无法准确计算入炉煤量，
采用微富氧制气后对消耗的影响无法准确计算。
通过以上对比可见，微富氧炉较普通炉在制
气量方面有所提高，但目前运行模式总体效益不
明显。
3 UGI造气工艺控制
3．1炉温控制
合理的控制炉上温度、炉下温度、灰仓温度，
是保证气化层位置稳定的关键。一般炉上温度控
制在200。290℃，炉下温度控制在100～1900C，
灰仓温度控制在≤350℃。
3．2风压的控制
严格控制风压，是保证造气炉炉况稳定的前
提。风压过高，容易造成造气炉吹翻、挂壁、结疤
等炉况恶化问题；风压过低，影响造气炉的发气
量。冬季风压一般控制在20。25kPa，夏季风压一
般控制在22～27kPa。
3．3蒸汽的控制
(1)人炉蒸汽压力的控制：4台造气炉共用
1个缓冲汽包，离缓冲汽包远的造气炉入炉蒸汽
压力不稳定，为稳定人炉蒸汽压力，将人炉蒸汽总
管加粗到4,426 x8，缓冲汽包与缓冲汽包之间用
管线联通，同时增设缓冲汽包压力自调阀，控制缓
冲汽包压力，这样能保证各炉入炉蒸汽压力稳定。
缓冲汽包的压力一般控制在0．05～0,06MPa为宜。
(2)入炉蒸汽温度的控制：尽可能的提高人
炉蒸汽温度，对造气炉的蒸汽分解是有利的。利
用吹风气余热回收工段所产过热蒸汽，经背压发
电机发电后去造气炉(温度210—230％)，造气炉
水夹套、废锅自产饱和蒸汽，经废锅蒸汽过热段
过热后去造气炉(温度190．210℃)。
3．4空程的控制
空程即从炉顶到燃料层的垂直距离，严格的
控制空程就是稳定燃料层的高度，燃料层高度稳
定，有利于灰渣层、气化层等各层的稳定，炉温易
控制。使用自动探焦技术，根据造气炉的空程调
整自动加煤机的加煤时间和加煤量，保持燃料层
高度稳定。空程一般控制在2．4—2．6m。
3．5上吹加氮的使用
上吹加氮可使气化层温度保持较高值，提高
蒸汽分解率，缩短了吹风时间，延长了制气时间，
增大了产气量、降低灰渣残碳。
3．6循环时间的分配
循环时间为136s，见表3。
表3循环时间分配表{8 J
4管理考核
4．1严格控制各项工艺指标
操作工必须严格控制炉上温度、炉下温度、
灰仓温度、风压、蒸汽压力、空程等工艺指标，若
工艺指标超标时，操作工应及时分析超标原因，
并向当班班长报告，班长协同操作工及时调节。
4．2严格考核制度(下转第29页)
万方数据
第6期朱广胜等：水煤浆气化炉烧嘴改造与应用29
(4)通过优化操作降低头部腐蚀、降低热辐
射对烧嘴头部的影响
①烧嘴冷却水流量由单台1 1～12m3／h提高到
16。17m3／h，增大换热量，降低头部温度。
②通过试验，确定烧嘴氧气环隙氧量比例，
改变烧嘴雾化区状态，使高温区尽量远离头部，
降低热辐射对烧嘴的破坏。
3改造效果
烧嘴改造后，在兖矿集团新型气化炉上进行
了应用，烧嘴平均寿命已由改造前的平均72天
延长到150天，拆下的烧嘴整体情况良好，从未
因工艺烧嘴故障引起气化炉停车；碳转化率从原
来的98％提高到99％；拱顶耐火砖使用寿命从
2 000h延长至10 000h，经济效益显著。
改造后，由于气化炉运行周期延长，水煤气
实现了连续稳定供应，基本杜绝了因气化炉故障
导致整个系统停车情况的发生，在提高系统稳定
性和经济效益方面，发挥了很大作用。同时，由于
烧嘴更换周期延长，气化炉检修次数减少，检修
费用明显降低。
4 结论
(1)在深入研究气化炉工况的基础上，开发
了适应新型气化炉的预膜、外混式三通道水煤浆
气化工艺烧嘴，结合现场模拟雾化装置测试，通
(上接第22页)
车间制定考核细则，按细则对四大班进行考
核评比，如：炉况、供气、残碳、气体成分等，根据
评比兑现奖惩；同时对造气炉运行进行纵向考
核，即每月以每台炉为单位进行评比考核，本月
控制指标最好的造气炉，对四大班操作工进行奖
励；为稳定炉况，各班消耗不进行考核评比，以每
月全车间消耗与往年同期及兄弟单位的消耗进
行评比，找差距、找原因。
4．3设立单项奖制度
为保证生产的安全稳定运行，激励员工，对
氧含量、氢氮比重要的工艺指标，设立单项奖，若
该指标超标时，除按考核细则进行考核，同时单
项奖取消。
4．4严格交接班制度
提前半小时到岗位交接班制度，操作工当面
进行交接班，交班者必须从各个方面为下个班创
过多项技术控制手段增强了烧嘴出口煤浆的雾
化效果。
(2)在实验室研究的基础上，优化了各通道的
安装尺寸，通过在烧嘴头部冷却盘管周围加保护
材料、在烧嘴向火端面上焊接耐高温的金属挡板
和对烧嘴冷却水盘管结构形式进行改造，优化了
气化烧嘴的性能和结构，形成了延长气化烧嘴使
用寿命的关键技术。
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氨装置的应用．化工科技，2005，(5)．
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工程师，2006，(4)．
(收稿Et期：2013—09-03)
造好的条件，做到交班者放心，接班者满意，接班
者要主动询问上班的生产、设备、工艺执行等情
况，对接班的内容应严格进行检查，这样才能做
到稳定生产。
5结束语
目前，无烟块煤仍处于较高价位，UGI炉造气
技术水平的发挥主要依靠设备及工艺技术改造、
工艺操作的优化控制和车间激励的管理制度有
效的结合。实践证明联盟化工UGI炉造气的自动
加煤、风力除灰、自动探焦、不停炉下灰、高压水
夹套等技术，加上严格工艺管理和车间考核是降
低制气成本的重要措施。目前造气吨氨实物原料
煤消耗降到了l 150kg以下，吨氨综合能耗
1 212kg标煤，被评为2012年度氮肥行业合成氨
能效领跑标杆企业。

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