1前言
近年來，隨著原料路線改造升級、產(chǎn)能持續(xù)擴張，我國的煤化工、化
肥、甲醇產(chǎn)業(yè)布局以及市場走勢已經(jīng)發(fā)生了重大變化。特別是國家“
關(guān)于降低燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價和工業(yè)用電價格的通知”文件下達后，取
消了多年懸而未決的優(yōu)惠政策，形勢倒逼我國化肥行業(yè)務(wù)必創(chuàng)新驅(qū)動
轉(zhuǎn)型發(fā)展。我國化肥行業(yè)已經(jīng)到了轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時期，只有通過轉(zhuǎn)
型升級才能推動行業(yè)化解過剩產(chǎn)能、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，特別是提升節(jié)能
環(huán)保水平、降低消耗，提升核心競爭力，充分運用節(jié)能新技術(shù)，加快
實施能量系統(tǒng)化，余熱回收等節(jié)能技改工作，挖潛增效，才能增強企
業(yè)競爭力。作為煤化工行業(yè)龍頭的造氣工序，挖潛、革新?lián)撝厝?/p>
。
分析我國煤化工行業(yè)現(xiàn)狀，造氣工藝及設(shè)備選型，還有很多采用延續(xù)
了幾十年的近似于成熟的固定床制氣設(shè)計方案，其節(jié)能降耗任重而道
遠。
2現(xiàn)狀分析
1）首先，分析煤氣爐的型式多為移動床UGI等爐型的衍生爐型（操作
形式有富氧、增氧及間歇制氣等），為了防止掛爐、結(jié)疤，煤氣爐爐
體冷卻系統(tǒng)的冷卻形式，絕大多數(shù)還一直采用環(huán)形水槽式常壓水夾套
，這種水夾套在使用中存在以下不足：一是耐壓能力較差，所產(chǎn)飽和
蒸汽的壓力（≤0.2MPa）和溫度都較低，難以過熱，使造氣入爐蒸汽
分解率較低，蒸汽消耗升；二是熱量損失嚴重，由于水夾套的冷壁效
應消耗了爐內(nèi)大量有效制氣熱能。半水煤氣中未分解的蒸汽還會帶走
爐內(nèi)大量的熱量，直接降低了造氣爐的制氣強度。且由于壓力過低，
不利于熱電聯(lián)產(chǎn)及熱能的延伸利用，綜合考慮是浪費了能源；三是壽
命短，夾套底部水槽由于長期工作在露點溫度以下，腐蝕嚴重，低溫
露點腐蝕加重了磨損，使造氣爐的水夾套工作壽命縮短。
2）第二，造氣系統(tǒng)半水煤氣、水煤氣的顯熱回收（廢熱鍋爐）多采用
火管、水管及熱管等形式的換熱器。由于設(shè)計的局限性，相應也存在
著一些使用問題，如火管換熱形式，管板熱應力的消除及運行的長效
安全性等問題；水管形式換熱效率較低；熱管設(shè)計使用壓力較低，且
露點積灰、腐蝕，造成灰堵，存在著換熱管失效等問題。
3）第三、由于煤氣爐水夾套、廢鍋設(shè)計操作壓力較低，與之配套使用
的汽包外形較大，管理困難。
4）三位一體技術(shù)的緊迫性。煤氣爐水夾套、廢鍋實際設(shè)計、操作壓力
都小于0.1MPa，使入爐蒸汽溫度較低，有效熱量損失較多，直接影響
了制氣強度。且沒有充分合理、延伸的運用這些熱能，例如低壓發(fā)電
及過熱蒸汽帶動汽輪機拖動傳動設(shè)備等綜合利用。由此凸顯了煤氣爐
水夾套、廢熱鍋爐、汽包提壓三位一體操作的緊迫性及必要性。
3三位一體技術(shù)的誕生
歷經(jīng)多年的研發(fā)與探索，在傳統(tǒng)固定床造氣系統(tǒng)成功開發(fā)了多項適用
于造氣系統(tǒng)節(jié)能減排的自有技術(shù)，如耐壓水夾套、套管式廢熱鍋爐及
與之相配套的汽包，使造氣爐水夾套及廢熱鍋爐、汽包提壓、等壓設(shè)
計、操作三位一體得以實現(xiàn)。
4煤氣爐水夾套
4.1冷管式耐壓水夾套
為了克服水槽式水夾套的缺點和不足，我公司研制并開發(fā)了冷管式耐
壓水夾套，在結(jié)構(gòu)上將原外筒去掉，改為在內(nèi)筒外環(huán)形布置一圈冷管
的方式來取代原水槽式夾套，使其具有以下優(yōu)點：
1）由于冷管式結(jié)構(gòu)縮小了壓力單元，能耐較升的壓力，所產(chǎn)蒸汽壓力
在0.20～2.5MPa，其蒸汽溫度可在225℃左右。入爐氣化蒸汽溫度提升
后，對提升蒸汽分解率有很大益處。
2）由于工作圧力提升后，使夾套內(nèi)壁工作溫度也必然提升，對解決冷
壁效應有明顯益處。隨之夾套底部的露點腐蝕也有了很大的下降，必
然就延長了夾套使用壽命。
3）該技術(shù)還有一個特點，是采用在內(nèi)筒外環(huán)形布置一圈冷管，如果在
操作中出現(xiàn)夾套超壓等意外故障時，只能是某支管損外，內(nèi)筒不會被
破壞，不會影響正常運行。
4）采用本技術(shù)后，因提升了工作壓力，使夾套內(nèi)水溫升升，降低了爐
內(nèi)炭層與夾套內(nèi)壁的傳熱溫差，可減少爐內(nèi)熱量損失，進而提升了氣
化強度。
5廢熱鍋爐（顯熱回收）
5.1.套管式廢熱鍋爐
5.1.1性能優(yōu)勢
套管式廢熱鍋爐以能充分合理分配氣液流動空間入手，以雙套管為傳
熱元件，取代了原火管、水管等單管傳熱元件，取消了上下管板，改
殼程受壓為殼程常壓，產(chǎn)品具有制造成本低、熱氣阻力小、沒有熱應
力損壞、換熱面不積灰、使用壽命長等優(yōu)點，是現(xiàn)有余熱回收設(shè)備的
理想替代品。
5.1.2結(jié)構(gòu)及工作原理
1）主要由汽包、外筒、套管排和升降液管組成。
2）工作原理：熱煤氣進入筒內(nèi)沿內(nèi)管內(nèi)和外管外自上而下流動，被內(nèi)
外管間的水及汽水混合物冷卻后流出。汽包內(nèi)熱水沿降液管下降，進
入下聯(lián)箱后經(jīng)給液分配管流進各套管由內(nèi)外管所形成的環(huán)隙，與管外
的熱氣體進行逆流換熱，水被加熱逐漸汽化并沿內(nèi)外管間的環(huán)隙向上
流動，經(jīng)汽液分配管進入上聯(lián)箱，最后汽液混合物經(jīng)升汽管進入汽包
進行汽水分離，水再進行下一個循環(huán)。
5.1.3顯著的優(yōu)點
該技術(shù)是在充分研究適用領(lǐng)域內(nèi)氣液換熱，熱煤氣流量大冷液流量小
的突出特點，以雙套管傳熱取代了單管傳熱，不僅具有水管、火管廢
鍋的優(yōu)點，又克服了其各自的不足，主要優(yōu)點如下：
1）極為合理地安排了氣液流動空間，使氣體流動橫截面積增大，流速
減小、流動阻力降低，因為換熱元件的縱向排列方式，含塵氣體對管
子的沖刷動能也隨之大大降低，從而延長了換熱器的使用壽命。
2）該換熱器以雙套管傳熱取代了單管傳熱，取消了上、下管板，采用
自由懸掛式，管排在受熱及冷卻后能自由伸縮，克服了原火管廢鍋無
法解決的熱應力問題。
3）換熱面不積灰。該技術(shù)是在對現(xiàn)有形式廢鍋換熱面積灰的原因進行
認真分析后，找出了防止積灰的辦法，并應用于設(shè)計中，使該技術(shù)的
廢鍋換熱面在運行中做到了不積灰，使傳熱穩(wěn)定，用戶使用效益明顯
。
4）設(shè)計靈活更適用于對其它形式的廢鍋進行改造。由于該技術(shù)設(shè)計較
靈活，可對其它任何形式的廢鍋進行改造。特別是火管廢鍋，改造后
因取消了管板等受壓元件，將壓力容器外殼改為常壓，降低了設(shè)備造
價及管理等級。
6與之配套的汽包
真正發(fā)揮配套的作用，優(yōu)化了氣液分離裝置的設(shè)計，使其功能性更切
合實際。
7三位一體技術(shù)統(tǒng)一運用的理念
由于上述技術(shù)的成功使用，使用戶在工藝設(shè)計及設(shè)備選型上，可科學
合理的將煤氣爐水夾套與廢熱鍋爐、汽包的蒸汽操作壓力選擇在同一
壓力下（0.35～2.5MPa），并將飽和蒸汽共同過熱至一定范圍，可以
實現(xiàn)造氣系統(tǒng)過熱蒸汽制氣，或用于低中壓發(fā)電及直接用于汽輪機拖
動動力系統(tǒng)。
8結(jié)語
煤氣爐水夾套及廢熱鍋爐、汽包操作三位一體技術(shù)是可行的，也是很
有必要的。我公司的產(chǎn)品已被全國眾多煤化工企業(yè)所接受，運行穩(wěn)定
可靠，節(jié)能效果明顯，并得到了業(yè)內(nèi)的良好贊譽，取得了良好的企業(yè)
經(jīng)濟和社會效益。
