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发表人：cjbyvc |
发表时间：2011/1/4 16:53:00 |
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| 本栏论题： |
输送热煤气作为玻璃制品退火燃料的探讨 [2877] |
输送热煤气作为玻璃制品退火燃料的探讨
中国中轻国际工程有限公司 李茹
摘要：在国内一些玻璃企业纷纷改用发生炉煤气为窑炉燃料的同时，为了进一步降低生产成本，希望将热煤气用于玻璃制品的退火炉，本文针对此问题，从煤气专业角度提出输送热煤气的可能性及设计方法，并建议和介绍了采用两段式煤气炉用于玻璃退火的方案。
前言：近年来，随着我国日用玻璃行业的发展及能源结构的变化，日用玻璃行业所采用的燃料种类呈现多样化的态势，主要使用的燃料有天然气、液化石油气、发生炉煤气、焦炉煤气、重油、柴油、煤焦油等。由于玻璃窑炉及玻璃制品的生产属于高能耗行业，目前燃料的成本已占玻璃制造总成本的30％以上。随着国际石油价格持续上涨，特别是今年石油价格再创新高，给玻璃生产企业带来巨大的生产成本上升的压力，严重的影响和制约了玻璃行业的快速发展。企业为了降低生产成本，在不断采取各种节能措施的同时，燃料的选择就变得尤为重要和迫切。
发生炉煤气是玻璃行业使用最早的燃料，也是常用燃料中成本较低的，所以一些玻璃生产企业纷纷改用发生炉煤气作为玻璃生产燃料，在保证产品质量的前提下，最大限度的降低生产成本，以提高企业的经济效益。
1．发生炉热煤气
发生炉煤气是以煤碳为原料，以空气和水蒸汽为气化剂制取的煤气。发生炉煤气按其净化程度，可分为热煤气和冷煤气，按其气化炉型分类，又可分为一段式煤气炉和两段式煤气炉。玻璃厂多用一段式煤气炉，其热值为(1400～1450)×4.186kJ／m2，煤气出口温度约500～600℃，出口压力约200～300Pa，并经粗除尘器除尘后，直接送往用户。这种只经过简单除尘且温度较高的发生炉煤气简称为热煤气。
玻璃行业为了获取较高的窑炉熔化温度，在采用发生炉煤气作燃料时，大多选择热值相对较高的烟煤制取的热煤气。一段炉的热煤气，在生产过程中不可避免的含有大量煤粉尘、灰尘与重质焦油，在输送过程中极易堵塞管道。在工程中为克服管道的堵塞，需要设计较粗的管径，较大的落灰斗，并设有许多吹扫孔与掏灰水封槽。由于易堵和煤气压力较低，限制了输送距离，煤气站设计时会尽量靠近熔制车间窑炉端部。下图为玻璃厂近年常用的布置方式：
玻璃厂近年常用布置示意图
2．玻璃制品退火燃料的现状
玻璃瓶罐、器皿等在生产过程中需要在退火炉中进行退火处理，用以消除制品在急速冷却过程中所产生的内应力，以稳定玻璃制品内部结构。
2.1退火炉常用燃料
目前退火炉燃料有：电、柴油、天然气、液化石油气、发生炉（冷）煤气等。一般常用的退火炉为：电退火炉，柴油、发生炉（冷）煤气为燃料的退火炉。
2.2冷煤气用于玻璃退火问题
我国80年代前，大型玻璃厂一般建有两种类型煤气站，一种为烟煤生产气化的热煤气站，供窑炉燃烧；一种为无烟煤生产气化的冷煤气站，供全厂退火炉使用。冷煤气站是将出口温度为500~600℃的煤气经除尘、洗涤冷却、加压后送往各退火炉，煤气温度约为35℃。由于此煤气比较洁净，通称冷煤气。但冷煤气在洗涤过程中，会产生大量含酚、焦油及杂质的污水，造成严重的环境污染问题。因此，国内一段式冷煤气站已基本不再采用。但仍有部分厂为节约成本，自行将热煤气管道中的热煤气，抽出一小部分，就近洗涤冷却后加压输送至本窑炉所带退火炉使用，这就造成一个窑配有一处洗涤冷煤气系统，导致全厂有了多处污染源，加剧了环境污染。同时，又来了更多的安全问题，由于煤气加压机的抽气作用，煤气净化设备总处于负压状态下，系统极易吸入空气，导致发生安全事故的危险性增大。另外，大量消耗水资源，增加循环水系统，生产环境较差。
3．热煤气输送中应采取的设计措施
由于抽取部分热煤气就地制取冷煤气的作法，存在环保问题和安全隐患，国内有的玻璃企业尝试将热煤气加压后作为玻璃退火炉的燃料，以实现降低生产成本又能减少环境污染的目的。
热煤气作为退火炉加热的燃料，与抽取部分热煤气制备冷煤气系统相比，除需煤气增压以提高输送压力之外，此系统具备工艺流程简单、节省资金、无需循环水系统、安全性提高等优势。但在具体实施中还应根据热煤气的特点，注意解决以下两个问题。
3.1选择合适的煤气加压机
近年来国内已经开发研制出新型热煤气离心式加压机。RMZ型热煤气加压机就是针对发生炉煤气设计制造的。该机叶轮与机壳内壁采用不锈钢材质，具有较好的防尘、耐温、防腐性能。密封与传动装置也根据煤气的性质采用有特殊技术。风机内外壁之间设有保温，并在机壳上配有蒸汽与排污接管，电机为防爆电机。因此目前已具备热煤气输送设备选型的条件。但在加压机选型时还应注意以下几点：流量标态与工况的换算：电机功率选择适当加大，防止焦油、冷凝液、杂质增多时，电机负荷过大以至烧坏；加压机为两台，一用一备：加压机宜选择0°，布置时宜架高布置，留出下部排污的水封空间，因水封设计在地上，比地下水封容易掏灰，不易堵塞。
3.2充分考虑煤气中杂质对管道输送的影响
在设计输送热煤气管道上，应充分考虑输送过程的堵塞与安全问题，主要考虑以下几点：
(1)加压机布置尽量靠近热煤气总管，减少管道阻力，使加压机入口前管道处于正压状态，以减少空气进入产生爆炸的危险性。
(2)加压机与热煤气总管之间需设隔离水封，作为煤气可靠的隔断装置。另外隔离水封需设计为双向掏灰型式，并应设多个蒸汽吹扫装置，以防止设备堵塞，保证正常连续使用。
(3)隔离水封入口与煤气总管连接处，需设一个热煤气管道除灰斗，以便设备布置与降尘。
(4)隔离水封出口管道角度应设计为大倾角，倾角大于45°为宜，并便于拆卸。
(5)加压机出口至退火炉之间的管道，应采用特殊方法进行设计，不同于常规的热煤气管道设计，需考虑焦油、冷凝液的排放及不影响熔制车间通道等问题。
设计要点如下：管道应架空敷设，高度以考虑大门通道为准；分段大坡度敷设，角度大于7°以上为宜，每段以熔制车间跨度为准，约6～7m一段，在靠近加压机端，由于相对易堵，将每段间隔缩小到3～4m，角度也适当加大，每段管道用带法兰的竖管连接。低点设排油、清灰装置，高点设蒸汽吹扫管。各段端头用法兰盖封堵，以利出现较大堵塞时进行清理。
以上是普通一段炉的热煤气在输送中的设计做法。但由于一段式煤气发生炉产生的煤气含尘量大、焦油为重质焦油流动性差等问题，给输送过程带来很多困难，如清灰、吹扫工作比较重，因此采用两段式煤气发生炉产生的煤气，能更好的解决退火炉的燃料问题。
4．两段式煤气炉用于玻璃退火的工艺流程
4.1两段式煤气发生炉
两段式煤气发生炉由干馏段和气化段组成，能够在同一台炉内，生产出两种不同热值、不同温度的煤气。
首先煤从炉顶煤仓经加煤机进入炉体，煤在干馏段经过充分的干燥和长时间的低温干馏，逐渐形成半焦，进入气化段，炽热的半焦在气化段与炉底鼓入的气化剂充分反应进行气化。煤在低温干馏的过程中，以挥发份析出为主生成的煤气称为干馏煤气，组成两段炉的上段煤气，约占总煤气量的30％，其热值较高，可达1800×4.186kJ／m3，温度较低约100℃，并含有大量的焦油，这种焦油为低温干馏产物，其流动性较好，类似重柴油。炽热的半焦和气化剂经过氧化、还原等一系列化学反应生成的气化煤气，组成两段炉的下部煤气，约占总煤气量的70％，其热值相对较低，下段煤气热值约为1300~1350×4.186kJ／m3，温度较高约450℃左右。由于煤在干馏段低温干馏时间充足，进入气化段的煤大部己成半焦，因此生成的气化煤气含焦油量少、质轻，又因两段炉为满料层，下煤落差小，所以煤气中含煤尘较少。
4.2玻璃厂两段式煤气炉工艺介绍
上世纪90年代我院曾考虑抽出上段煤气进一步净化、冷却加压后，供退火炉使用，但因窑炉在燃烧过程中需要含有焦油的上段气，因此没有实施。近些年来由于两段式煤气炉的推广使用，一些玻璃厂将两段炉的上段气与下段气混合后，输送至窑炉。混合气的热值约在1500×4.186kJ/m3，相比一段式煤气炉，其煤气具有热值高、焦油流动性好、煤粉尘少、热煤气管道结构可简化等优势，不仅节约管材，又不易堵塞，还使煤气站环境有了较大改观。
具体流程如下：下段煤气经旋风除尘器除尘，进入水封阀。上段煤气因含轻质焦油较多，对增加窑炉火焰亮度（黑度）、提高火焰辐射能力有益，所以不宜设有除焦油装置，但需要将管道设计为大倾角，直接插入水封阀入口，与下段气混合后共同进行可靠隔断。水封阀出口端的混合气进入煤气总管，输送至熔制制车间煤气换向器后进入窑炉。
4.3采用下段煤气送至退火炉
对于直接输送一段炉热煤气、两段式煤气炉的上段气、下段气、混合煤气相比较，输送及使用两段炉下段气为最优。它具有清洁性最高、管道最不易堵塞、能满足退火炉工艺要求、煤气热效率高、可简化一段炉热煤气输送流程设计（例如：管道跨度增大、倾斜角度降低、管径减小，加压机放置地面）等特点。针对上述优势，建议玻璃厂尽量采用下段热煤气作为退火炉燃料。
但在具体设计中应注意的是：下段气取气点应在旋风除尘器出口较高位置处，即可远离上段气入口也可减少水平管段。见下图。
4.4采用上、下段混合煤气送至退火炉
利用下段热煤气送至退火炉虽然优点很多，但因为近年来设计多为：一座煤气站供两座窑炉，煤气炉通常为三台，二用一备。两窑共用一个烟囱，烟囱置于煤气站与熔制中间。这就给布置上带来困难，位置的排布与煤气可靠隔断都有难度，还需要进一步探讨。
现阶段比较简单易行的方法是抽取煤气支管上的混合气，方法与一段式煤气炉输送方 |
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