4.3 直立炉制气

4.3.6  本条规定了直立炉装炉煤质量的设计要求。

    我国各直立炉煤气厂几十年的生产经验，装炉煤的坩埚膨胀序数以11/2～4、葛金指数以F～G1为好，特别是坩埚膨胀序数3～4时更适用于直立炉的生产。此时煤料行速正常、操作顺利，生产的焦炭块度大小适当，一般以25mm～50mm大小的焦炭居多。若采用黏结性好结焦性强的煤，因其膨胀指数过高，膨胀量大于炉室上部锥度扩大的幅度，使得煤与炉壁黏附，不能均匀下沉，增加人工捣炉的劳动强度，或损毁炉壁，如果强行捣炉往往会导致“脱煤”。但若采用葛金指数A、B、C型的不黏结煤，煤料入炉后所产焦块松碎，生产操作不正常，小块焦焦层容易推开排焦箱悬锤，使炭化室内煤层失去控制造成突然“脱煤”，炭化室正压无法维持，吸入空气引起爆炸，其危害程度和后果要比因膨胀指数过高形成的“脱煤”严重得多。某煤气厂就因此发生过爆炸事故，其主要原因就是煤不合要求，当时使用的主要煤种是阜新煤，其坩埚膨胀序数为11/2，葛金指数为B，颗粒小于10mm的煤占总量的80％以上。因此，连续式直立炉的装炉煤的质量指标应满足本条规定的要求。

    装炉煤的粒度是影响直立炉生产能力和劳动强度的重要因素，若直立炉采用黏结性较弱的气煤和肥气煤配合炼焦时，入炉煤是由粉煤和不完全细粉碎的煤块组成的配合料。当小于10mm煤屑大于75％时，由于粉煤较多，煤料入炉后在炉顶迅速软化、膨胀、黏结，若不采取措施，致使炉料下降不均匀，增加捣炉工作量，同时由于煤层阻力大，大部分气流从炉子长轴两端焦层高温区穿过，烃类裂解过多，煤气热值下降。如果装炉煤的粒度大一些将有利于炉料顺行，煤气通畅，提高产能。据统计，煤中小于13mm煤屑占25％比占75％时的产气率增加30％。但需注意，大于10mm的煤块过多时，容易造成炭化室内炉料粒度偏析，焦炭质量不均匀，因此规定了煤的粒度应小于50mm，其中小于10mm的含量小于75％。

    近十余年来大同矿务局扩大了直立炉使用煤种，在有蓄热室直立炉上探索出一条生产铁合金焦的新途径，选用灰分小于10％(干基)、热稳定性大于60％、粒度15mm～80mm的大同原煤(属长焰煤)炼制出了合格的高质量的铁合金焦。

4.3.7  本条规定了储煤仓、辅助煤箱、储焦仓储量的设计要求。

    (1) 储煤仓储量：直立炉的储煤仓位于炉体的上方，厂房的顶层，储煤仓与厂房为共同基础。储煤仓容量以满足生产为前提，如果煤仓储量过大，会增加厂房和备煤系统的投资。随着设备先进性和可靠性的提高、维护和检修系统的完善、备煤操作系统管理的加强，煤仓的储量可以适当减小。但是如果煤仓储量过小，一旦出现下煤死角，或送煤系统出现故障将会影响直立炉的正常生产。正常情况下直立炉的上煤设备检修时间为每天8h。综合以上因素，确定储煤仓设计总容量按16h～20h计算，一般均能满足生产要求。

    (2) 辅助煤箱储量：根据各厂的生产经验，一般每隔1h通过加煤阀向辅助煤箱加一次煤，1h内煤箱储量减少一半，辅助煤箱约1m多高，仍可以防止炭化室内的煤气通过煤箱外窜，保证直立炉的安全生产。因此规定辅助煤箱的总容量按2h用煤量计算。

    (3) 储焦仓储量：为了直立炉操作顺利，正常生产操作中，少则6周～10周，多则20周每个炭化室定期轮换停产，空烧沉积在炉壁的石墨，通称“烧空炉”。烧垢后的直立炉与新投产的直立炉一样，投产的工序是先将空置的炭化室加满焦炭，开启排焦设备，然后才能正常加煤投入连续生产。为了满足烧空炉和新炉投产的需要，规定储焦仓总容量按一次加满四门炭化室的装焦量计算。

4.3.8  本条文规定在有条件情况下，应以单种煤或配合煤的工业炉试验数据确定各项产品指标。当考虑设计方案缺乏测定数据时，可采用条文中规定的配合煤炼制气焦的产品指标。该指标是根据各厂历年实际生产数据统计资料制定。

    影响直立炉干馏制气产品产率的因素很多，煤的挥发分、黏结性、水分、灰分、煤的粒度、熄焦蒸汽量以及生产操作管理的差异(装炉和排焦的顺畅程度)等都有关。煤气产率随着入炉煤挥发分增高而增加，但成焦率相应降低。如大同煤气厂曾实验，当入炉煤挥发分高于25％，熄焦蒸汽耗量达0.25t/t煤时，煤气产量甚至高达440m³/t煤～510m³/t煤，全焦率61.7％，所以直立炉的操作弹性较大，具有适应城市供气负荷波动的能力，适宜作为城市煤气调峰用的气源。各煤气厂一般以主要产品煤气或焦炭，来决定所选用的入炉单种煤的性质及配比，因而各厂产品产率各不相同。

4.3.9  根据连续式直立炉的生产特点，不同的煤种，不同的生产条件，干馏煤的耗热量相差较大，主要影响因素有：入炉煤的黏结性、挥发分、水分、粒度、排焦速度、熄焦蒸汽量以及生产管理的差异等。如中冶焦耐曾在大同矿务局和大连煤气二厂进行标定，两炉型均是有蓄热室的直立炉，大同矿务局用的是粒度为13mm～80mm的大同块煤生产铁合金焦，煤水分8.8％，挥发分29.86％，采用回炉煤气加热，耗热量为1409kJ/kg湿煤(水分为7％)；大连煤气二厂是以生产气焦为主，使用粒度＜13mm占58.9％配合煤，煤水分11.05％，挥发分38.74％，同样是回炉煤气加热，其耗热量为2137kJ/kg湿煤(水分为7％)；标定结果显示，同一炉型不同煤质炼焦耗热量相差很大。煤的粒度大，透气性好，下料顺畅，有利于提高效率、降低能耗。

    又如熄焦蒸汽用量规定为0.15t/t煤～0.25t/t煤，当熄焦蒸汽量在0.15t/t煤时，称为半湿法熄焦，蒸汽量在0.25t/t煤时，称为湿法熄焦。两种熄焦方法由于熄焦蒸汽量的变化，使得直立炉的生产能力、煤干馏耗热量、煤气成分、煤气热值等都有很大差别。所以直立炉煤干馏耗热量是一项综合指标，本规范只能给出范围。

    无蓄热室直立炉的加热采用热发生炉的煤气，由于大于或等于350℃的热煤气难以测定流量，本条文的规定值是根据无蓄热室直立炉生产时，发生炉供气所耗原料量的实际数据确定，每吨煤经干馏需要耗用180kg～210kg的焦，经换算耗热量为2580kJ/kg～3010kJ/kg。

4.3.10  根据燃烧废气排放的环保要求，结合不同加热用煤气制造工艺所能达到的指标，本条分别给出了三种加热用煤气质量指标。其中发生炉热煤气是指发生炉生成的500℃左右的粗煤气，经除尘器除去粉尘和部分焦油后，直接送往用户的热发生炉煤气。发生炉冷煤气是指出炉温度500℃左右的粗煤气经冷却、洗涤、焦油雾捕除、水滴处理后的发生炉煤气，经换热器冷却后冷煤气温度约30℃～40℃。冷发生炉煤气便于管理、输送、计量和监测。回炉煤气是指直立炉自产煤气经冷却、洗涤、油雾捕除及脱硫后，循环利用的煤气。

4.3.11  本条规定了对有蓄热室的直立炉加热、交换及废气系统的设计要求。 

    1  加热煤气系统：有蓄热室直立炉即可以用回炉煤气加热也可以用冷发生炉煤气加热，根据需要可布置一套或两套加热煤气系统。煤气管道上设置压力和流量自动调节装置，以稳定入炉煤气压力和流量，从而稳定入炉煤气的热值，防止炉温波动。此外由于回炉煤气含有少量萘、焦油等杂质，低温下冷凝容易堵塞管道，因此回炉煤气管应设煤气预热器，预热温度不低于45℃，并设置冷凝液排放装置。煤气管道必须始终保持正压，为了避免由于出现负压吸入空气而引起爆炸。管道上应设置低压报警信号装置，管道末端设爆破片，一旦出现爆破时以减少其损坏程度。

    2  交换系统：液压交换机占地面积小，设备简单、操作便捷，所以交换系统应采用液压交换机。液压交换机设置蓄能设施，可在停电情况下实现几个周期的交换，保证直立炉稳定生产。煤气换向装置有交换旋塞和煤气换向调节阀两种。各有优点，为了减少煤气向炭化侧走廊泄漏的机会，对一氧化碳含量较多的冷发生炉煤气(一氧化碳含量约27％)多采用煤气换向调节阀，尽管漏煤气机会增多，但泄漏的煤气直接进入烟道，回炉煤气(一氧化碳含量约15.5％)多采用漏气相对较少的交换旋塞。

    3  废气系统：废气系统中交换开闭器的阻力占总阻力的比例较大，每克服10Pa的阻力，烟囱需要加高2m，因此设计应尽量选用阻力小调节灵敏的废气交换开闭器。

4.3.12  废热锅炉的设置地点与锅炉的出力有很大关系，表1显示了同样形式的两台废热锅炉由于安装高度不一样，结果在产气量上的明显差别。 

表1  废热锅炉产气量的比较

    注：废气总管标高为＋8.5m处。

    废热锅炉有卧式与立式，水管式与火管式，高压与低压等种类。采用火管式废热锅炉时，应留有足够的周围场地，以便检修和清灰。 

4.3.13  本条规定了炉顶荒煤气管及氨水管的设计要求。

    1  限制集气管末端与吸气管间的压差小于20Pa，有利于保证全炉各炭化室压力均匀，便于管理易于控制，减少冒烟冒火。设计一般采用增大集气管直径或增加吸气管数量的方法调整压差。

    2  煤干馏过程中的荒煤气的发生量并不均匀，集气管压力波动较大。设置集气管压力自动调节装置可保证荒煤气顺畅导出，稳定炉顶空间压力，防止冒烟冒火。

    3  制气的生产工艺复杂，影响因素较多，如因故煤气不能顺畅导出，须采取紧急放散以确保安全。

    4  当循环氨水因故较长时间停止供应时，可用工业水代替氨水冷却荒煤气，避免烧坏集气管。 

    5  循环氨水的主要用途是冷却煤气和清扫集气管，本规范表4.3.13循环氨水量是总结了各厂实际生产数据而定的。

4.3.14  熄焦蒸汽用量直接影响煤气发生量，蒸汽熄焦过程中焦炭温度由950℃左右降至650℃左右，与此同时一部分蒸汽(约20％～30％)与炽热的焦炭发生水煤气反应，导致煤气中一氧化碳含量增加、煤气发生量提高、煤气热值降低、焦炭产量减少。因此蒸汽用量是调节煤气产量和质量的重要手段，根据多年来直立炉生产经验，熄焦蒸汽耗量一般控制在0.15t/t煤～0.25t/t煤左右。

    为便于控制和稳定熄焦蒸汽量，避免因充压蒸汽的开与关引起熄焦蒸汽量的波动，熄焦蒸汽管与充压蒸汽管应分别独立敷设。熄焦蒸汽总管上流量控制装置一般采用蒸汽流量计。送往每个排焦箱的支管流量一般采用流量孔板，根据生产需要稳定熄焦蒸汽耗量。

4.3.15  本条文规定了对熄焦水系统的设计要求。

    根据各厂生产经验，熄焦循环水量一般在3m³/t煤～4m³/t煤(水分为7％的煤)。为避免水中过多的粉焦堵塞熄焦喷嘴，影响熄焦效果，粉焦沉淀池设计应具有足够的容积，以保证粉焦有较好的沉淀效果，并在循环水输送系统设计中设置过滤装置。熄焦水在循环使用过程中，由于蒸发损失和排污，需定量补充新水，补充水量约为1t/t煤，熄焦补充水可以使用处理后达二级排放标准的酚氰废水或工业水。

    排焦箱水封槽补充水、水封槽清洗水计入补充水，水封式放焦阀的满流水、放焦时的落地水均应收集并进入粉焦沉淀池循环利用。

4.3.16  本条规定了对排焦系统设计的要求。

    1  排焦传动装置采用调速电机，可达到无级变速，有利于准确地控制炉内煤料行速，稳定生产。

    2  排焦箱排焦大轮以下的中箱和下箱为储焦箱，排焦大轮拨出的焦炭在这里储存，每隔2h排放一次，由运焦车或胶带运输机运往焦处理装置。为了确保因故不能按时出焦时，直立炉仍能正常生产，排焦箱储焦段的中箱和下箱总容量需按4h储焦量计算。

    3  为了减轻劳动强度、改善操作条件、减少定员，人工放焦应改成液压机械放焦。

    4  连续生产的直立炉，捣炉和放焦任何操作都会影响炉内压力的稳定，一旦二者同时操作，增加了空气进入炉内的机会，极易引起安全事故，因此在同一炭化室炉顶捣炉和炉底放焦必须错时进行，故应设联络信号，杜绝在同一炭化室上下同时操作。

4.3.17  本条文规定了直立炉工艺布置的原则。 

    1  每座直立炉炭化室孔数的设置，在满足生产规模的前提下还与单排或双排布置有关，直立炉排焦是靠排焦电机和偏心轮带动拉板做往复运动，拉板的推和拉，搬动相应的排焦箱的排焦轮和排焦星齿，从而拨动焦炭完成排焦。为使排焦拉板在推和拉的动作中带动相同数量的排焦箱，以确保排焦传动系统能始终保持均衡稳定的受力条件。当采用双排布置时，每座炉的炭化室个数宜为4的倍数，可将炉孔数四等分，左排的前端与右排的尾端同时排焦，右排的前端和左排的尾端同时排焦。排焦系统受力均匀，同理若采用单排布置时每座炉的炭化室个数宜为偶数。

    2  两至三座直立炉组成一个炉组，共建在同一厂房内，构成一个生产系统，工艺管理比较方便。此时，可共用一套上煤和运焦系统、一套筛储焦系统、一套熄焦循环水系统、一套除尘系统，共用一座烟囱和一台电梯等，从而减少建设投资和运行成本。如果根据建设规模的需要在总图布置许可的情况下，也可将两个炉组即四座直立炉建在同一厂房内。 

    3  每一炉组的两座炉之间应设间台，间台大小取决于工艺装置布置所占空间，如加热煤气管道的引入、煤气预热器的布置、交换机室和液压油缸布置、排焦传动装置布置等。间台负一层一般设置受焦坑和运焦皮带等。

    4  每座炉的两端设置端台，一层一般布置废气管的引出，人货两用电梯；炉顶布置荒煤气输出管和循环氨水引入管、自动化仪表室和工人休息室等。

    5  排焦箱排焦口排出的焦炭温度正常情况下约100℃～130℃左右，排焦时大量含粉焦及有害物质的水蒸气同焦炭一起喷出，污染环境，因此必须在排焦口附近设置除尘吸口，将水汽搜集经除尘管送往除尘室除尘后排放。直立炉坐落在半封闭的厂房内，炉顶表面温度约210℃～230℃，热辐射、热烘烤、加上炉内逸出的烟气，操作环境恶劣，因此必须设通风换气装置，有经验的厂家还设置了定时水雾喷淋装置。