隧道窯煤氣系統設計

1 前 言
多年以來，山東魯耐窯業有限責任公司（簡稱魯耐）采用重油燃料燒成耐火制品。隨著重油價格的日益上漲以及帶來的環保負面效應，成本大幅上升，因此考慮采用煤氣燒制成品。混合煤氣發生爐投資少、見效快、改造容易，2000年下半年，魯耐在粘土、高山磚兩條生產線上安裝了2臺混合煤氣發生爐，首次以煤氣替代重油在隧道窯中燒成制品，投入使用后，效果良好。
2 煤氣站的設計
　　發生爐煤氣站一般可分為兩大類，一類是熱煤氣站；另一類是冷煤氣站。結合魯耐產品燒成工藝、裝備及現場條件等實際情況，選擇采用熱發生爐煤氣站作為隧道窯重油替代燃料生產供給系統，并遵照GB50195-94《發生爐煤氣站設計規范》對該站進行設計。
2.1 爐型及規格的選擇
2.1.1 基礎數據 燒成品種：粘土系列及高鋁系列產品；燒成溫度：1350～1550℃；綜合生產能力：180t/天；重油消耗量：20t/天；單位產品標準燃耗：14.5%；發熱量取值：無煙煤混合煤氣QDW取5225kJ/m3；標準燃料熱值QBW為29260kJ/kg。
2.1.2 選型計算 根據以上基礎數據及相關公式，進行煤氣發生爐規格及臺數的計算。
隧道窯單位時間產量A為7.5t/h。則：單位時間消耗標準燃料W：
W=A×標準燃耗=1.0875（t/h）
單位時間提供的總熱量Q：
　Q=W×QBW=3.182×107(kJ/h)
　需要的煤氣量V：
　V=Q/QDW=6095.8（m3/h）
　若選用φ2.4m煤氣發生爐，其產氣量范圍為3000～4200m3/h，平均取3600m3/h，則：
　爐子臺數n=V/3600≈2（臺）
　因φ2.4m煤氣發生爐屬于小型爐范疇，而GB50195-94《發生爐煤氣站設計規范》對小型煤氣發生爐的備用率沒有規定，同時又考慮到魯耐的生產經濟情況，決定暫不設置備用爐，選用2臺φ2.4m煤氣發生爐。
2.1.3 爐型的確定 目前，國內生產的煤氣發生爐爐型有十幾種，經多方考察論證，認為單段式、灰盤出渣、全壓力水套、型號為MQL-2400的φ2.4m混合煤氣發生爐最為適宜。該爐型為小型爐中爐膛內徑最大的一種，氣化面積大，并具有以下特點：基建規模小，安裝簡單，價格適中，維護檢修方便，不需要外供蒸汽（自產蒸汽壓力可達3.0MPa，作為自用氣化劑尚有剩余），氣化效率和熱效率較高，運行安全可靠，運行費用相對較低。綜合以上因素，決定選用MQL-2400型煤氣發生爐。
2.2 煤氣站位置的確定
根據隧道窯的燃燒特點，煤氣的溫度越高越有利于燃燒。MQL－2400型煤氣發生爐煤氣出口溫度較高（500℃以上），為減少能量損失，有效利用煤氣自身所攜帶的熱量，煤氣爐與用氣點的距離應盡可能小，既可達到節能目的，又可保證燒成溫度。熱煤氣的輸送距離一般不宜超過60m。根據設計規范，在保證防火要求的前提下，小型熱煤氣站可與窯毗連。隧道窯所處位置左側有一半成品庫，煤氣爐建在半成品庫外邊空地上，其距離40m左右，完全符合要求
2.3 給排水系統的設計
煤氣站系統中的用水，主要是煤氣發生爐水套及各種水封、鐘罩閥用水。由于水套是用來產生蒸汽的，必須用軟化水，需要設立一個軟化水制備系統，保證生產的軟化水符合規定，生產量滿足煤氣爐水套所消耗的水。根據煤氣爐產氣量，每天必須保證240t軟化水，魯耐原有一套軟化水處理系統，適當增加了部分設備，擴大處理能力，滿足了煤氣爐需要。同時輔設專用管路，由軟化水處理中心直接向煤氣爐供水。系統中的除塵器、集灰斗、放散閥等部位的密封，都需采用水為密封介質，一旦缺水，就會造成煤氣泄漏。為減少成本，采用了公司自備水井供水，實行雙路供水，二者之間可以切換，同時增加了安全系數。
為保證煤氣爐周圍環境的清潔，水套的排污水、水封的溢流水應及時排走。由于這些水中含有懸浮顆粒，因此，在煤氣爐一側設置了沉淀池，排水溝設置了蓋板。同時設置一個大的沉淀池，并采取了相應措施降低水的pH值，使這部分水能循環利用。
2.4 熱煤氣的輸送
2.4.1 沉降式除塵斗的采用 為減少熱煤氣中的細塵與燒成制品反應而影響產品外觀質量，采用在管路中安裝除塵斗的方法對熱煤氣進行降塵。特點是除塵效果好，制作、安裝簡單，壓力損失少。工作原理為：含塵煤氣在煤氣管道中以一定的速度流動，當經過除塵斗時，體積突然增大，流速減小，使得煤氣的載塵能力下降，灰塵在重力作用下沉降。
2.4.2 管道的保溫 為減少熱煤氣在輸送過程中的熱量損失，采用保溫效果好、造價低、施工方便的包針刺毯外保溫法，對輸送管道進行保溫。
2.4.3 管道的設計
（1）管徑。熱煤氣在400℃左右粘度比較大，所以采取較低的流速，以降低煤氣的載塵能力。另外，考慮到煤氣流速過低，管道內易形成積灰，主管路內徑選900mm，分管路選用800mm。
（2）管道結構。設計要求為：盡量減少水平管路，在無法避免的情況下，應采用除塵斗；盡量減少彎道，在無法避免的情況下，應設置機械清灰孔和蒸汽吹掃管路；管路上每隔5～6m設置一個人孔，孔徑不小于800mm，以便于清掃；管路的最高點及末端設置放散閥；管路末端還設置防爆膜。
（3）膨脹器。熱煤氣管道用的膨脹器，又稱補償器，用于補償熱脹冷縮造成的管路變形。根據加工能力和實際安裝情況，采用制造比較簡單且適用于大直徑管道的鼓型結構補償器，由鋼板焊接而成，內有導向環，能防止污物進入。為減少燒嘴的位移，實際每5m安裝一個。
2.5 煤氣閥門、燒嘴的選擇
選用硬密封閥門作為燒嘴前煤氣閥門，此閥門采用軟硬結合面壓緊式密封，不會因溫度升高而影響開啟和密封效果，使用溫度可達500℃。燒嘴采用自行設計的鑄鐵結構，此種燒嘴易于清灰，不容易堵塞，燃燒效果也很好。
2.6 注意事項
（1）放散閥的開啟應方便靈活，尤其是杠桿式鐘罩閥的銷軸應有潤滑措施，最好用不銹鋼材質制作，不易生銹；
（2）爐底進風口處的水封高度應盡量加大，以防風壓調節不當時把水封鼓開；
（3）滅絕煤氣火焰最好的辦法是蒸汽，它能快速隔絕空氣，滅火后現場清潔，無污染，且成本低；
（4）用水封代替防爆膜，可避免防爆膜一旦爆開后，必須停氣、打開放散，吹掃管道后才能更換的問題；
（5）盡量加大爐體加煤箱的放散管高度，以利于加煤箱處泄漏煤氣的排放；
（6）為防止隧道窯助燃熱風機發生故障，造成煤氣倒流，發生爆炸，在熱風機上應安裝聲光報警裝置，以便快速啟動備用熱風機。同時在風機上安裝變頻調速系統，方便調速，節約電能；
（7）整個系統盡量采用雙電源供電，以防意外停電發生事故；
（8）煤氣出口處應設壓力超限報警裝置，以便于操作人員及時調整，保證系統安全運行。
3 效 果
　　煤氣系統投用近兩年來，運行穩定可靠。燒成品粘土磚的外觀質量大有改善，解決了采用重油燃料時，因霧化燃燒不充分而導致的制品表面顏色不均問題。實際運行中1.5t煤相當于1t重油，每噸重油和煤分別按1200、380元計算，單窯年可節約燃料費120萬元。而燒重油的霧化系統及加熱配套鍋爐停止運行后，每天又可節約50%以上的軟化水和20t燃煤，經濟效益十分可觀。