隧道窑煤气系统设计

1 前 言
多年以来，山东鲁耐窑业有限责任公司（简称鲁耐）采用重油燃料烧成耐火制品。随着重油价格的日益上涨以及带来的环保负面效应，成本大幅上升，因此考虑采用煤气烧制成品。混合煤气发生炉投资少、见效快、改造容易，2000年下半年，鲁耐在粘土、高山砖两条生产线上安装了2台混合煤气发生炉，首次以煤气替代重油在隧道窑中烧成制品，投入使用后，效果良好。
2 煤气站的设计
　　发生炉煤气站一般可分为两大类，一类是热煤气站；另一类是冷煤气站。结合鲁耐产品烧成工艺、装备及现场条件等实际情况，选择采用热发生炉煤气站作为隧道窑重油替代燃料生产供给系统，并遵照GB50195-94《发生炉煤气站设计规范》对该站进行设计。
2.1 炉型及规格的选择
2.1.1 基础数据 烧成品种：粘土系列及高铝系列产品；烧成温度：1350～1550℃；综合生产能力：180t/天；重油消耗量：20t/天；单位产品标准燃耗：14.5%；发热量取值：无烟煤混合煤气QDW取5225kJ/m3；标准燃料热值QBW为29260kJ/kg。
2.1.2 选型计算 根据以上基础数据及相关公式，进行煤气发生炉规格及台数的计算。
隧道窑单位时间产量A为7.5t/h。则：单位时间消耗标准燃料W：
W=A×标准燃耗=1.0875（t/h）
单位时间提供的总热量Q：
　Q=W×QBW=3.182×107(kJ/h)
　需要的煤气量V：
　V=Q/QDW=6095.8（m3/h）
　若选用φ2.4m煤气发生炉，其产气量范围为3000～4200m3/h，平均取3600m3/h，则：
　炉子台数n=V/3600≈2（台）
　因φ2.4m煤气发生炉属于小型炉范畴，而GB50195-94《发生炉煤气站设计规范》对小型煤气发生炉的备用率没有规定，同时又考虑到鲁耐的生产经济情况，决定暂不设置备用炉，选用2台φ2.4m煤气发生炉。
2.1.3 炉型的确定 目前，国内生产的煤气发生炉炉型有十几种，经多方考察论证，认为单段式、灰盘出渣、全压力水套、型号为MQL-2400的φ2.4m混合煤气发生炉最为适宜。该炉型为小型炉中炉膛内径最大的一种，气化面积大，并具有以下特点：基建规模小，安装简单，价格适中，维护检修方便，不需要外供蒸汽（自产蒸汽压力可达3.0MPa，作为自用气化剂尚有剩余），气化效率和热效率较高，运行安全可靠，运行费用相对较低。综合以上因素，决定选用MQL-2400型煤气发生炉。
2.2 煤气站位置的确定
根据隧道窑的燃烧特点，煤气的温度越高越有利于燃烧。MQL－2400型煤气发生炉煤气出口温度较高（500℃以上），为减少能量损失，有效利用煤气自身所携带的热量，煤气炉与用气点的距离应尽可能小，既可达到节能目的，又可保证烧成温度。热煤气的输送距离一般不宜超过60m。根据设计规范，在保证防火要求的前提下，小型热煤气站可与窑毗连。隧道窑所处位置左侧有一半成品库，煤气炉建在半成品库外边空地上，其距离40m左右，完全符合要求
2.3 给排水系统的设计
煤气站系统中的用水，主要是煤气发生炉水套及各种水封、钟罩阀用水。由于水套是用来产生蒸汽的，必须用软化水，需要设立一个软化水制备系统，保证生产的软化水符合规定，生产量满足煤气炉水套所消耗的水。根据煤气炉产气量，每天必须保证240t软化水，鲁耐原有一套软化水处理系统，适当增加了部分设备，扩大处理能力，满足了煤气炉需要。同时辅设专用管路，由软化水处理中心直接向煤气炉供水。系统中的除尘器、集灰斗、放散阀等部位的密封，都需采用水为密封介质，一旦缺水，就会造成煤气泄漏。为减少成本，采用了公司自备水井供水，实行双路供水，二者之间可以切换，同时增加了安全系数。
为保证煤气炉周围环境的清洁，水套的排污水、水封的溢流水应及时排走。由于这些水中含有悬浮颗粒，因此，在煤气炉一侧设置了沉淀池，排水沟设置了盖板。同时设置一个大的沉淀池，并采取了相应措施降低水的pH值，使这部分水能循环利用。
2.4 热煤气的输送
2.4.1 沉降式除尘斗的采用 为减少热煤气中的细尘与烧成制品反应而影响产品外观质量，采用在管路中安装除尘斗的方法对热煤气进行降尘。特点是除尘效果好，制作、安装简单，压力损失少。工作原理为：含尘煤气在煤气管道中以一定的速度流动，当经过除尘斗时，体积突然增大，流速减小，使得煤气的载尘能力下降，灰尘在重力作用下沉降。
2.4.2 管道的保温 为减少热煤气在输送过程中的热量损失，采用保温效果好、造价低、施工方便的包针刺毯外保温法，对输送管道进行保温。
2.4.3 管道的设计
（1）管径。热煤气在400℃左右粘度比较大，所以采取较低的流速，以降低煤气的载尘能力。另外，考虑到煤气流速过低，管道内易形成积灰，主管路内径选900mm，分管路选用800mm。
（2）管道结构。设计要求为：尽量减少水平管路，在无法避免的情况下，应采用除尘斗；尽量减少弯道，在无法避免的情况下，应设置机械清灰孔和蒸汽吹扫管路；管路上每隔5～6m设置一个人孔，孔径不小于800mm，以便于清扫；管路的最高点及末端设置放散阀；管路末端还设置防爆膜。
（3）膨胀器。热煤气管道用的膨胀器，又称补偿器，用于补偿热胀冷缩造成的管路变形。根据加工能力和实际安装情况，采用制造比较简单且适用于大直径管道的鼓型结构补偿器，由钢板焊接而成，内有导向环，能防止污物进入。为减少烧嘴的位移，实际每5m安装一个。
2.5 煤气阀门、烧嘴的选择
选用硬密封阀门作为烧嘴前煤气阀门，此阀门采用软硬结合面压紧式密封，不会因温度升高而影响开启和密封效果，使用温度可达500℃。烧嘴采用自行设计的铸铁结构，此种烧嘴易于清灰，不容易堵塞，燃烧效果也很好。
2.6 注意事项
（1）放散阀的开启应方便灵活，尤其是杠杆式钟罩阀的销轴应有润滑措施，最好用不锈钢材质制作，不易生锈；
（2）炉底进风口处的水封高度应尽量加大，以防风压调节不当时把水封鼓开；
（3）灭绝煤气火焰最好的办法是蒸汽，它能快速隔绝空气，灭火后现场清洁，无污染，且成本低；
（4）用水封代替防爆膜，可避免防爆膜一旦爆开后，必须停气、打开放散，吹扫管道后才能更换的问题；
（5）尽量加大炉体加煤箱的放散管高度，以利于加煤箱处泄漏煤气的排放；
（6）为防止隧道窑助燃热风机发生故障，造成煤气倒流，发生爆炸，在热风机上应安装声光报警装置，以便快速启动备用热风机。同时在风机上安装变频调速系统，方便调速，节约电能；
（7）整个系统尽量采用双电源供电，以防意外停电发生事故；
（8）煤气出口处应设压力超限报警装置，以便于操作人员及时调整，保证系统安全运行。
3 效 果
　　煤气系统投用近两年来，运行稳定可靠。烧成品粘土砖的外观质量大有改善，解决了采用重油燃料时，因雾化燃烧不充分而导致的制品表面颜色不均问题。实际运行中1.5t煤相当于1t重油，每吨重油和煤分别按1200、380元计算，单窑年可节约燃料费120万元。而烧重油的雾化系统及加热配套锅炉停止运行后，每天又可节约50%以上的软化水和20t燃煤，经济效益十分可观。