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1、再论煤气炉稳优运行的五个重点 周仕斌、王兆年、吴忠玲、田守国 （沂源化肥厂）摘 要：精加工使煤质又一次提高，先抓稳定，从稳中寻求优化，找准症结，全方位考虑，有创新才有新突破。本文在吸收了前人经验的基础上，结合我厂在生产实践中的探索与造气理论上的钻研，以新的观点再探讨这几个老问题。关键词：原料煤精加工 从稳中寻优 科学管理 1 加强原料煤入炉前管理是造气水平提高的第一步为了进一步提高煤气炉的生产能力，实现稳优运行，并达到高产、低耗、优质之目的。首先要提高煤的入厂质量和加工筛选质量。固定碳、化学活性、机械强度、热稳定性、灰熔点等指标入厂前要严格把关，力求提高；挥发分、硫、矸石等杂质要力求降低。这两
2、大项供应、质检等部门要作为工作的重中之重。挥发分、硫含量高的煤，其机械强度和热稳定性都很低，产生的气体中甲烷、硫化氢、焦油的含量都很高，特别是离煤的产地较远的地区，更要采购优质煤（有的地区入厂煤的运费比煤的价格要高）。煤的有效成分是其中所含的碳，固定碳含量有高有低，如购进碳含量为80%的块煤，就比购进碳含量为70%的块煤少运来了10%的废渣，运费自然也就降低了10%。两种煤的差价已经被节约的运费所抵消，而且生产中多向炉内加入废渣，消耗了炉内热量，还要浪费动力排出，也缩短了设备使用寿命。气化过程中采用劣质煤与优质煤的制气效率是大不相同的，所以说采用劣质煤造气，只能是在就地取材的条件下应用。入炉煤
3、的分级按国标要求（大块50-100mm、中块25-50mm、小块13-25mm）执行，并要分类存放，分级消化利用。不分粒度大小混煤制气的方法是不可取的，也是造成炉况不稳和煤耗高的原因之一。大小块煤同时入炉，使炉内床层阻力不均匀，造成火层分布不均匀，对煤气炉的产气量和气体质量都有较大影响。另外，入炉煤的粒度不统一，其气化速度也不一致。小块煤已熔结成块，而大块煤还没有燃尽就被拉入灰层，有的被熔渣所包裹，灰渣疤块中包有可燃物也与入炉煤粒度不均匀有关，不完全是下吹风量过大所至。其次，不分粒度大小混烧的方法，还会造成入炉煤粒度变化频繁，炉内工况也随之波动。在其它工艺条件不变的条件下，入炉煤粒度突然变大使
4、炉内床层阻力突然变小，空气流速提高，炭层蓄热能力下降，火层上移，热损失增大，上行温度升高，这种状态下煤气炉的产量和质量都下降了，而煤耗升高了；反之煤粒度突然变小，床层阻力突然升高，炉温难提，气化强度随之变小，还易造成局部吹翻，使气化条件被破坏。如此反复，使工艺指标无法找出最佳点。煤气炉无法实现满负荷、长周期稳定运行，工艺只能随煤质变化而调整，最终带来的是生产的波动和煤耗的升高。煤场管理要以服务于造气生产为宗旨，首先严把白煤的入厂质量关，同时抓好加工和分级，做到精加工、细筛选。一定要把粒度、矸石、煤粉等对炉况有影响的不利因素在炉外消化。煤场管理责任重大，必须选派懂造气工艺又有高度责任心的人负责管
5、理。入炉煤分级利用是造气技术发展的新趋势，并已有部分厂家率先应用，节能效果十分显著，其具体实施办法是，将入炉煤分级筛选，分级存放，然后将煤气炉单炉作适应于一种粒度的相应改造，如炉箅、破渣条、防流圈等，这样单炉专门消化一种粒度的煤，工艺条件根据单炉原料粒度作相应调整，做到了入炉原料粒度统一，而且稳定。这样气化速度统一，工艺条件容易确定，操作控制和管理的难度都变小了，有利于炉内工况的稳定和煤耗的降低，从而使造气水平得到进一步提高。2 选择合理的炭层高度并控制其稳定，从稳定中寻求优化煤气炉运行的稳定与否，直接影响合成氨系统生产的稳定与成本的高低。而炉内的气化条件，除受原料状况的影响外，又取决于炉内的
6、反应温度、蓄热条件、控制方法是否合理等。对煤气炉的控制要以实现高限气化温度为目标，高温气化条件下炉内出现部分疤块是难免的。在这种气化条件下，就要求应用的炉箅除了有科学合理的布风功能外，还要有较强的破渣排灰能力，以利于气化反应在煤的极限温度下甚至局部已超过煤的熔点的气化条件下进行。应用高效炉箅也是当前造气节能的一项有效措施。在适宜的、稳定的入炉蒸汽用量的前提下，必须保证每一个循环都要有足够的、稳定的吹风率。实现煤气炉气化层温度和其它各项工艺条件的稳定，必须从选择合理的和控制稳定的炭层高度入手。实现了炭层高度稳定，“四稳操作法”中的其它三项才有可能实现稳定。同一型号的煤气炉，炭层高度也不应统一数值
7、，因为各个厂家在设备配置、流程特点、原料特性等方面都有不同的之处，根本无法统一高度，各自应当根据本厂实际情况进行选择。首先选择合理的高度并严格控制其稳定才能进一步对其它各项工艺进行优化控制。煤气炉优化控制的主题是求得一个有利于蒸汽分解和CO2还原的气化条件，而形成这一条件：一是要有高炉温，二是要扩大气化反应面积，三是要控制合理的火层位置。要使火层向炭层下部集中，要控制低炉面温度，使热量集中在气化层，从而气化层增厚，热损失少，气化强度高，这才是扩大了有效的气化反应面积。若探火时出现火层较厚，但火棍上显示的火层呈竹节状，这属于火层被拉长拉散，热量不集中，火层虽厚但气化效率差。实际生产中，并不是提高
8、了炭层高度气化层厚度就会增高，良好的蓄热状态并不是由于有较高的炭层而形成，而是由于吹风效率高，火层位置控制合理，热量集中而形成。但是低炭层操作，炭层低到什么程度为合理，目前没有准确界定。实践证明实行任何操作法都要有一个合理的限度，不能走向极端，如炭层控制过低，无法适应高负荷吹风，炭层内各层区无法均匀分布，气化强度也就无法提高。通过炭层的空速快、副反应减少，吹风占用的时间就短，但是要提高空速不能采用降低炭层的方法，应采用高效鼓风机。风机性能的优劣直接影响煤气炉的产量和质量，对煤耗的高低也有很大影响，单炉发气量的提高与风机性能的提高总是同步的。风机性能已经越来越受到化肥行业的重视。那么风机能力提高
9、了，是不是必须控制高炭层来适应高风量哪？一般认为不控制高炭层，炭层就会被吹翻，但是经过多年生产实践证明，炭层吹翻不完全是炭层低造成的，在炉内出现偏灰、挂炉，灰层过厚时炭层越高越容易吹翻，这就证明适应高风量并不一定要控制高炭层，关键是控制合理的灰层厚度，从而控制气化层始终稳定在炭层下部。床层内各层区分布处于稳定状态，而达到这样状态还要求炭层高度绝对稳定，入炉煤粒度要均匀，煤粉要筛净。在这种条件下控制中炭层或略低的炭层也能适合高风量操作。从以上分析看出，炭层高度的确定，必须依据本厂的风机能力、原料特点、流程特点以及生产负荷大小而定，并且首先要正确认识炭层高度与蓄热能力的关系。炭层高度选定后，就成为
10、造气的一项主要工艺指标，要力求稳定。采用人工加煤时，在每一次加煤前必须量炉上空程，及时了解其变化情况及时调节，要制定定时下灰制度，并规定特殊情况下，必须增加下灰次数，保证炉内排灰通畅，稳定炭层是稳定炉况的先决条件，也是保证炉内物料平衡的重要环节。目前，有相当一部分中小化肥厂都应用了双密封的自动加焦机、布料筒固定了炉内炭层的高度，实现了不停炉加煤，使固定层煤气炉真正实现了炭层的固定，调节布料筒的长短就调节了炭层高度的高低，从而炭层高度控制和管理上的难度降低，有利于稳定炉况，提高发气量和降低消耗。这种加煤机确实有较高的应用价值，值得推广应用。 3 稳定气化层温度控制合理的火层位置炉内反应温度的高低
11、是生产控制中的一个主要方面，而炉内气化层温度受气化层位置的影响很大。火层位置的调整，主要是靠调整灰层厚度和调节上下吹比例来完成的。上下吹比例分配的合理与否，直接影响炉内气化条件，对产气量和煤耗都有很大影响。回顾近20年造气技术的发展，上下吹分配比例的变化总是与造气技术的进步和生产水平的提高保持同步。70年代绝大部分厂都有这样一条规程“上吹蒸汽必须大于下吹蒸汽，否则就会造成结疤”，在这种工艺条件下，没有设燃烧室的煤气炉，炉上温度在500-600，当时的单炉发气量一般都在4000 m3/h以下。70年代末南方部分厂家采用了上吹蒸汽急短，下吹蒸汽慢长的操作方法，在当时条件下效果较为显著，这时上下吹比
12、例已向多下吹方向发展。80年代初，山东寿光化肥厂率先成功应用了多下吹制气法，下吹比例增加到了45%，同时下吹蒸汽流量也比上吹蒸汽流量加大20%-30%。这次工艺变化使造气生产水平再一次提高，并很快在全国产生了很大影响。现在分析当时的多下吹制气可以看出，其是在小炉型、小风机、煤质好、负荷轻的条件下实现的。从那时起，造气技术经过十几年的发展，到今天又有许多新的突破，其中高强度吹风、低炉面温度、薄灰层高炉下温度、多下吹、短循环等操作方法在煤气炉上的应用，使炉内气化条件实现了高强度气化，超稳定运行，使造气技术水平又得到了很大的提高，单炉发气量一般在7000 m3/h以上。在这种工艺条件下，炉温波动小，
13、为了控制炉面温度和火层位置，加大下吹蒸汽用量，不但不会降低蒸汽分解率，而且还会提高蒸汽分解率。原来以为下吹蒸汽用量大会使蒸汽分解率降低的看法是针对当时大循环低负荷而言的。新的工艺条件下，由于炉温波动小，下吹阶段气化层内有较高的温度，下吹蒸汽入炉后经还原层时已有部分蒸汽分解，未分解的蒸汽由于吸收了还原层内的热量，温度得到了提高，更加快了进入氧化层后的分解速度，所以在新的工艺条件下，下吹阶段的蒸汽分解率不低于上吹阶段。多下吹制气，由于火层被控制在炭层下部，热损失少，热量集中，火层增厚且温度升高，床层内形成良好的蓄热状态，煤在高温条件下气化反应速度加快，气化强度提高，返焦率降低。但是任何操作控制手段
14、都要严格把握尺度，不能走向极端，绝不能使火层严重下移。在确定炉下工艺时，要综合考虑以下几个方面：A）单炉生产负荷的轻重；B）炉箅的布风性能和破渣排灰能力及炉箅的材质；C）风机性能；D）原料的状况和特性等。总之，要切合本厂实际，如单炉顶机台数多，须进一步提高单炉发气量，应采用薄灰层高炉下温度的操作法；负荷较轻无须强化生产时，炉下温度就不须控制过高，炉下温度过高缩短炉底设备的使用寿命，下行气体温度过高同样也增加了热损失。据了解，个别厂控制火层严重下移，无灰层运行，炉箅上部烧熔变形，下部断裂，一台炉箅寿命不足半年，煤气炉变成了炼钢炉，所以说高炉下温度只是一个相对的概念。合理的多下吹制气是节煤的措施，
15、在多下吹条件下，炉上温度得到了有效控制，使之涨幅慢，从而延长了加煤周期，煤在炉内停留时间延长，得到了充分气化，返焦率降低，显热损失和潜热损失都减少了，因此使煤耗得以降低。提高炉下温度就必须控制薄灰层，工艺确定后炉下温度必须控制稳定，否则气化层随灰层的厚薄而上下移动，气化条件也随之变化。另外，多下吹制气不能控制灰层过厚，否则就会造成气化层内局部或大面积熔结，使炉况恶化。总之，上下吹比例的分配主要以将火层控制在所要求的位置为出发点。 要以实现低炉面温度和薄灰层条件下的高炉下温度为调整的目标，也就说明控制火层位置的主要手段是调整上下吹比例。4 吹风时间与煤气炉的负荷人们习惯将吹风时间的长短称为负荷的
16、大小，实际上煤气炉气化强度的轻重虽然与吹风时间的长短有直接的关系，但是煤气炉气化强度的高低和发气量的大小，并不完全取决于吹风时间的长短。煤气炉的负荷是一个系统性的并多处关联的问题，如火层位置选择不合理，火层上移，床层内的蓄热条件就差，热损失大。此条件下吹风时间较长，因炉内蓄热条件差，吹风气带走热量多，单炉产量并不高；相反，如按新的造气操作法，采用薄灰层操作，由于炉内形成了良好的蓄热条件，在同样吹风时间的条件下，单炉的产气量和气质都明显提高。另一个方面是吹风绝对不能过量，过量吹风不但不能提高炉温，相反降低了气化层温度，因气化层温度的升高受白煤熔点的限制，温度达到熔点后吹风延长炉温也不会再升高，在此条件下，由于过量空气从气化层通过，带走了部分热量，同时使火层上移，上气道温度升高，上火挂炉现象也由此而产生。一个循环中吹风过量的越多，炉温的波动也就越大，波动的上限不变而下限越低。据了解，现在还是有一部分厂在犯此错误，在这种条件下，蒸汽分解率低，特别是下吹末期蒸汽基本上
