摘 要：本文介紹爐箅技術發(fā)展進程、目前狀況、存在的重點問題和今后發(fā)展方向。
關健詞：爐箅的布風、高度、專用、材質(zhì)、重要性。
煤氣化技術的進步推動化肥行業(yè)的發(fā)展，化肥行業(yè)的整合重組規(guī)模提升又要求為煤氣化技術提供高效、節(jié)能的新型煤氣爐。我國普遍采用的UGI煤氣爐，在小氮肥行業(yè)經(jīng)過四十余年的不斷改進，已經(jīng)成為化肥行業(yè)的主導設備。如何進一步改進這種煤氣爐，其中爐箅的技術進步是關鍵，只有研制出性能先進的爐箅，才能開發(fā)出性能先進的煤氣爐，才能為化肥行業(yè)的高產(chǎn)低耗作出貢獻。
眾所周知，爐箅是煤氣爐的核心部件，它的性能條件是影響爐內(nèi)工況好壞的主要因素，也是影響發(fā)氣量大小的關鍵設備，依據(jù)煤氣爐氣化機理，爐箅不僅具有承載爐內(nèi)料層重力、蠕渣、攪渣、排渣功能。還應具有分布流通氣化劑的功能，并且要求流通面與配置條件和原料條件相吻合，而且經(jīng)久耐用，衡量爐箅質(zhì)量優(yōu)劣標的基本標準是；
①通風面積相對大，氣化劑流速小，對料層沖擊力弱；
②破渣、攪渣能力強，使渣層疏松，空隙率大，流通面積大；
③排渣順暢；
④帶出物減少，減少對設備的沖蝕。
依據(jù)造氣爐使用的原料特點粒度不均、粒度范圍大，各環(huán)區(qū)阻力不均等以及灰渣的外排機理，爐箅必須有一定的錐度，故氣化劑分布只強調(diào)均勻性是不合理的，而只有依據(jù)床層阻力特點去分布各環(huán)區(qū)氣化劑強弱才能達到即分布合理又均勻。因此，要使爐膛徑向原料成渣速度一致，調(diào)整方法是爐箅布風特點依據(jù)料層阻力不均的特性去調(diào)整。
1. 爐箅發(fā)展歷程：
爐箅是煤氣爐心臟，沒有性能先進的爐箅就沒有性能先進的煤氣爐。上世紀六十年代～七十年代使用的星型、傘型、塔型爐箅，布風既不合理又無破渣能力。外形偏小，炭層不穩(wěn)，爐況無法穩(wěn)定。所以，那個年代爐子結(jié)疤是經(jīng)常的，操作工人曾經(jīng)提出口號：“造氣工人力氣換煤氣、汗水換化肥”，經(jīng)常結(jié)疤打疤惡性循環(huán)。
上個世紀八十年代，人們開始對布風和破渣進行研究，華東理工學院推出均布型爐箅，清華大學推出螺旋錐爐箅，肥鄉(xiāng)化機廠又在螺旋錐基礎上研制出LJF螺旋均風型爐箅，以上突破性的改進使爐箅性能有了很大提高，結(jié)疤打疤的現(xiàn)象大大減少。
上世紀九十年代φ2400煤氣爐推廣應用，隨之DL低高度強破渣均風爐箅出現(xiàn)，這種爐箅總結(jié)了前人的經(jīng)驗，把各種爐箅的優(yōu)點吸取進來，重點解決布風和破渣兩方面問題。布風方面是采取降低中風增加邊風的做法，充分發(fā)揮占爐膛2／3面積的外環(huán)區(qū)的作用，大大提高了煤氣爐的產(chǎn)氣量。在破渣方面采取與布風相配的做法。因爐膛外環(huán)區(qū)布風量大、爐溫高，所以在爐箅下部第四、第五層排渣筋處采取筋頭向上翹起的做法，以提高破渣能力。采取這兩種做法，爐子結(jié)疤、打疤基本解決，大大減輕工人勞動強度。
上世紀九十年代中期，φ2600煤氣爐開始使用，而起初φ2600爐箅是在φ2400爐箅基礎上放大而設計出來的，布風和破渣是按φ2400爐箅思路設計的。因此，起初φ2600煤氣爐運行狀態(tài)不理想。總結(jié)經(jīng)驗后選擇了以增加爐箅邊型為突破口改進成功，φ2600爐箅最大的改進是將四邊形改為六邊形，在爐膛直徑小的時候，爐箅采取四邊炭層是可以穩(wěn)定的。當爐膛直徑擴大到φ2600后，四邊形就不能保證炭層穩(wěn)定，炭層不穩(wěn)爐況就無法穩(wěn)定。
進入二十一世紀，φ2800煤氣爐開始在河南鄲城化肥廠使用，起初其爐箅還是采取φ2600爐箅簡單放大，風的分布不合理。因該煤氣爐高徑比大、炭層厚，這種六層爐箅在φ2600煤氣爐上尚能維持生產(chǎn)，但大直徑煤氣爐上性能沒有充分發(fā)揮出來。2003年9月初去鄲城化肥廠參觀，看到的是停爐處理結(jié)疤，經(jīng)過分析看來六層爐箅不適φ2800煤氣爐。
為什么六層爐箅不適合φ2800煤氣爐？對此我們進行了深入分析：現(xiàn)在使用的塔型爐箅，各層風道都是同心圓環(huán)，煤氣爐直徑越大，各層風道形成的圓環(huán)間隔就越大。各層風道是對入爐風的第一次分布，灰渣是對風的第二次分布，各風道間隔越小，風的第二次分布越均勻；各風道間隔越大，風分布越不均勻，因風量大小形成爐溫不均勻，形成高溫環(huán)區(qū)與低溫環(huán)區(qū)相間隔分布，當高溫區(qū)超過灰熔點時，就容易造成結(jié)疤。這就是同樣是六層結(jié)構(gòu)，為什么φ2600煤氣爐不易結(jié)疤，φ2800煤氣爐容易結(jié)疤的主要原因之一。
六層結(jié)構(gòu)爐箅不適應φ2800煤氣爐，因此必須采用七層結(jié)構(gòu)，七層結(jié)構(gòu)的關鍵是布風。六層爐箅布風我們從八十年代開始研究將近二十年，對其規(guī)律基本掌握。七層爐箅如何控制中風與邊風，中風小了煤氣爐發(fā)氣量小，中心大了能將整個爐膛結(jié)死；邊風小了，灰渣殘?zhí)扛�；邊風大了，造成掛爐。
按照六層布風規(guī)律去摸索，大約幾次甚至十幾次才能成功，但鄲城化肥廠要求我們必須一次成功。按傳統(tǒng)布風是不可能的。因此，我們采取按布風強度布風這一新的布風理念，基本上做到合理布風。
布風要求合理，爐箅各層出來的風要求均勻，如何做到出風均勻，這是研制新型爐箅的關鍵。我們用出風在爐膛內(nèi)形成的環(huán)區(qū)寬度來檢驗爐箅出風是否均勻，由于我們采用了布風新理論，所以φ2800爐箅在河南鄲城化肥廠一次獲得成功。他們反映該爐箅布風合理，爐況穩(wěn)定，產(chǎn)氣量大，破渣能力強，上、下吹帶出物少，灰渣殘?zhí)康�，煤種適應性強。
2.新型爐箅開發(fā)：
2.1.低高度爐箅：
全國φ2800以下煤氣爐總數(shù)約9000臺左右，其中φ2600煤氣爐約6000多臺，這6000多臺煤氣爐中，一半以上是φ2260煤氣爐改造而來的。這一部分煤氣爐高徑比小，爐內(nèi)的炭層薄，操作彈性小，產(chǎn)氣量低，針對這一情況我們設計出低高度爐箅，很多廠家已經(jīng)使用。
低高度爐箅以內(nèi)風道通風面積為主，內(nèi)外風道面積之比更合理。由于爐內(nèi)炭層薄，爐箅上部一、二、三層通風面積按相應比例減小，因而上三層風道間隙降低，爐箅高度比普通爐箅低100mm左右。
2.2.錐形煤氣爐爐箅：
錐型煤氣爐與直筒形煤氣爐最大的區(qū)別是夾套是錐形的，夾套上部直徑小，下部直徑大。它的優(yōu)點是炭層下降順暢，但也要防止流生。錐型爐爐箅一要解決爐箅布風，二要防止流生。錐型爐爐箅與直筒夾套使用的普通爐箅相比邊風要小，才能保證爐膛周邊不發(fā)紅，夾套上部不掛爐。
錐型爐易流生，要解決大爐箅承托炭層的能力，減少排灰面積。這樣才能保證爐況穩(wěn)定性好，無吹翻、風洞、偏流、掛爐等現(xiàn)象，炭層下降平穩(wěn)，操作彈性大，煤種適應性強。
2.3.專用爐箅：
長期以來，煤氣爐都使用通用型爐箅，人們希望一種爐箅是萬能的，什么煤都能燒，通用型爐箅各種煤都要兼顧，爐箅的特點就不能充分發(fā)揮。使用通用型爐箅，操作方法、工藝指標必須圍繞爐況來調(diào)節(jié)，實際上是圍繞爐箅來調(diào)節(jié)，往往是產(chǎn)氣量低消耗高。
大家可以回憶，七十年代前噸氨消耗2噸以上，八十年代1.5噸左右，九十年代消耗1.3噸左右，現(xiàn)在降到1.2噸以下，爐箅技術含量越高，消耗越低。由于技術進步，現(xiàn)在能夠根據(jù)煤種、煤質(zhì)、粒度大小，風機、風量、風壓、加焦方式等設計出專用爐箅，使用專用爐箅爐況更穩(wěn)、消耗更低。
專用爐箅大概分以下幾種：煤球、優(yōu)質(zhì)塊煤、焦炭、劣質(zhì)塊煤、煤棒、小粒煤、蘭炭（半焦）。其中2~3種可以兼顧，如優(yōu)質(zhì)煤、焦炭、煤球三種可以兼顧，煤棒、劣質(zhì)煤兩種可以兼顧，小粒煤和蘭炭也可兼顧。
2.4.扇形爐箅的結(jié)構(gòu)特點;
扇形爐箅高低，其錐角與原料錐角一致，各風道與橫筋間隔分布且風道寬度一致，這種爐箅原設計采用下開式布料，原料粒度比為1：2。為了使爐膛內(nèi)徑向原料氣化速度一致，采用控制料層高度依內(nèi)外料層阻力差別來控制爐箅徑向風量與原料粒度相吻合，使徑向成渣速度一致。它的特點：
①這種爐箅比等高度的其它型爐箅，通風面積大。
②由于扇面有垂直和水平布風，爐下帶出物多。
③由于均勻布風，中心通風量相對較大，對于粒度較小的原料易于吹翻或造成爐況不穩(wěn)。
④由于布風細化分散而均勻，依據(jù)流體性質(zhì)，故不存在擴散力與穿透力，氣、汽流速、流量不吻合情形。因此，只要控制吹風、制氣、放熱平衡就可以使爐況穩(wěn)定下來。
⑤由于沒有推灰筋、攪渣翅破排渣能力弱。根據(jù)上述特點，扇形爐箅對燒各種粒度大小均勻及粒度范圍小的原料易于調(diào)節(jié)工藝，但不易強化生產(chǎn)。
3. 爐箅發(fā)展方向：
為了提高原料入爐率，入爐粒度一降再降。因此，爐膛內(nèi)原料層阻力特征發(fā)生了重大變化，由于是常壓制氣，原料層阻力的變化引起了氣化劑的偏流，原有爐箅的缺點也都顯露出來，只能低負荷維持生產(chǎn)。
改進措施：
3.1.采用爐箅布風克服原料層阻力特征達到均勻布風，避免吹風、制氣出氣阻力不吻合出現(xiàn)斑馬線型溫度不均現(xiàn)象。
3.2.采用原料粒度比為1：2，爐箅高度確定在使灰渣外排順暢，并有利于控制料層高度，使氣、汽吻合，徑向成渣速度一致。
3.3.爐箅表面采用等素螺線，增強破、排渣能力。
3.4.采用扇形爐箅的均勻布風方式和錐型爐箅的結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合。
4. 更新爐箅材質(zhì)：
4.1.對于提高爐箅壽命各廠采取了不少做法，有的加錳、鉻等金屬，有的采用球墨鑄鐵，有的采用活動的破渣筋，但效果都不能令人十分滿意。
因
小氮肥廠從小而窮走上了發(fā)展壯大之路，由過去每廠3—5臺，發(fā)展到30—50臺，煤氣爐多了，檢修任務重了，如何延長爐箅的使用壽命是各個企業(yè)急需解決的大事。
用鑄鋼代替鑄鐵是爐箅材質(zhì)的一次革命，為什么小氮肥廠2m系列爐箅過去都采用鑄鐵材質(zhì)？經(jīng)過調(diào)研得知，過去2m系列爐箅都是小爐箅，從1990年ф2260爐箅，1990～1996年是ф2400爐箅，1996～2003年是ф2600爐箅，發(fā)展到2003年之后大部分是ф2600爐箅，少部分是ф2800爐箅。這種小爐箅轉(zhuǎn)動直徑小，加之起初煤氣爐控制負荷輕，下行煤氣溫度≤200℃，磨損量小，爐箅小不易裂。所以能基本滿足生產(chǎn)要求。更重要的是因為它價格便宜，所以被普遍采用。
4.2.為什么
目前，小氮肥廠已不是原來意義上的小氮肥廠，從幾臺爐發(fā)展到幾十臺爐，例如山東壽光聯(lián)盟化肥廠已經(jīng)是80多臺煤氣爐，山東平原德齊龍化肥廠已擴建到70多臺煤氣爐。單爐生產(chǎn)能力重了，煤氣爐多了檢修任務重了，如何延長運行周期，降低維修工作量，成了各化肥主要議題。
目前采用鑄鋼爐箅是延長運行周期，降低維修工作量的最好辦法。
鑄鋼爐箅優(yōu)點：
1.鑄鋼抗拉強度大，溫度劇變不產(chǎn)生裂紋。
2.耐磨性好，鑄鋼耐磨性高于鑄鐵的一倍。
3.鑄鋼爐箅可氣割、焊接,使用一般時間后，可以修補繼續(xù)使用。
5. 拋物線型爐箅：
現(xiàn)在使用的爐箅是從清華大學
這一問題，錦西化機楊偉高工早已發(fā)現(xiàn)并作出深刻解釋，但一直未引起人們重視，楊偉高工提出拋物線形爐箅，這種爐箅外形與氣化層鐵鍋形比較相符。因此，有利于爐內(nèi)氣化，2006年我們興亞公司開始研制新型拋物線型爐箅，試制后送到廠家試用。試后總結(jié)出幾條優(yōu)點：
5.1.上行溫度比錐形爐箅低30~
5.2.爐況穩(wěn)，2007年8月份陰雨不斷，使用廠家煤炭入爐水分大，使用錐形爐箅的爐況波動大，中間吹翻結(jié)疤。而使用拋物線新型爐箅的爐況穩(wěn)定，下灰質(zhì)量好。
5.3.爐箅一、二層不深入氣化層，因此不易燒壞。
5.4.上、下層重疊多，煤氣爐下行帶出物少。
6. 專用爐箅規(guī)格型號區(qū)分：
6.1.按煤種、煤質(zhì)分：優(yōu)質(zhì)塊煤、普通塊煤、小粒、煤棒、焦煤、半焦（蘭炭）。
6.2.按爐箅高度分：低高度、中高度、高高度。
6.3.按旋轉(zhuǎn)直徑分：如ф2600、ф2800爐箅，有小直徑、有大直徑之分。
7.特殊要求的專用爐箅：
例如；
①枝江三寧公司燒煤棒，要求加大通風面積，使用爐箅的通風面積遠大于一般廠家的要求，煤氣爐發(fā)氣量大幅度的提高。
②有的廠家原料灰份大，排渣困難，煤氣爐負荷加不上，要求擴大排灰面積，滿足要求后煤氣爐氣化能力增強。
③有的廠家原料煤易粉化，或形不成渣層，有大量帶出物，要求降低帶出物，通風面積和布風條件調(diào)整后問題解決。
爐箅的改進是在生產(chǎn)實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題，不斷的認識，不斷總結(jié)并不斷改進的。每一次微小進步都給造氣節(jié)能降耗帶來新的效益。同時為化肥工業(yè)的節(jié)煤降耗做出新的貢獻。
