淺談提高煤氣質(zhì)量的途徑

孟園園

淺談提高煤氣質(zhì)量的途徑

孟園園

詳細(xì)論述了影響煤氣質(zhì)量的因素（入爐煤的粒度、飽和溫度、爐出溫度、空層高度），從而在操作技術(shù)上加以改進(jìn)，達(dá)到提高煤氣質(zhì)量的目的。

粒度 飽和溫度 爐出溫度 空層高度 氣化

作為產(chǎn)氣工序，想要產(chǎn)出合格的煤氣，提供給分公司各煤氣使用點(diǎn)使用，就必須保證煤氣的生產(chǎn)質(zhì)量?？刂迫霠t煤的粒度、合理的選擇和控制飽和溫度、適當(dāng)降低爐出溫度、控制空層高度、提高發(fā)生爐操作者的業(yè)務(wù)素質(zhì)和技術(shù)管理水平、建立和完善各項(xiàng)規(guī)章制度是保證煤氣生產(chǎn)質(zhì)量的有效措施。

一、提高煤氣質(zhì)量的途徑

1．嚴(yán)格控制入爐煤的粒度。在日常生活中，我們烹調(diào)食品總要加工成一定的塊度，否則小塊的熟了大塊的還是生的，或者大塊的熟了小的就爛了。氣化用煤亦是如此，原料煤粒度對(duì)煤氣爐同一橫截面處氣化速度快慢有直接影響，尤其是機(jī)械加煤的煤氣爐更為嚴(yán)重。加上氣化是在動(dòng)態(tài)氣流下進(jìn)行的，所以其情況更為復(fù)雜，過(guò)大過(guò)小的煤粒都可能造成不同程度的影響。

粒度過(guò)小，汽化劑與煤的接觸表面積增大，反應(yīng)速度快，單位時(shí)間內(nèi)氣化量大；但是粒度過(guò)小會(huì)使發(fā)生爐透氣性降低相對(duì)縫隙率減小，阻力增大，爐底壓力增高造成爐子穿火和偏爐，使反應(yīng)生成物流速低，增加帶出物的損失。反之，如果粒度過(guò)大，雖然對(duì)生產(chǎn)有利，帶出物損失少，但由于氣化反應(yīng)表面積小，干燥層、干餾層和氣化層的反應(yīng)很難進(jìn)行完全，降低了氣化效率，煤炭氣化不完全使?fàn)t渣含碳增高，增加了煤的損失，粒度過(guò)大還會(huì)卡塞加煤機(jī)。因此，煤炭的粒度應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)，并且大小有一定的比例，粒度相差懸殊，大小煤塊同時(shí)混入爐內(nèi)，將造成反應(yīng)料層局部氣流短路或者引發(fā)偏流現(xiàn)象，造成偏爐、燒穿及結(jié)渣不正常爐況，煤氣質(zhì)量下降，爐渣含灘量升高，產(chǎn)氣率下降。

煤塊粒度的大小在熱交換過(guò)程中所起的作用可用畢歐指數(shù)來(lái)說(shuō)明：

Bi=ad/λ

式中a-氣體對(duì)固體表面的綜合給熱系數(shù)；d-煤塊直徑；λ-煤塊的導(dǎo)熱系數(shù)。

從物理意義來(lái)看，畢歐準(zhǔn)數(shù)可理解為在熱交換過(guò)程中料塊的內(nèi)熱阻d/λ與氣體對(duì)料塊的外熱阻1/a之比，即：

研究證明，當(dāng)Bi≤0.25時(shí)，料塊的熱阻可忽略不計(jì)。由于燃料本身的導(dǎo)熱系數(shù)λ基本上可以看做是常數(shù)，而給熱系數(shù)a則主要取決于氣流速度和反應(yīng)區(qū)的溫度，在氣化過(guò)程中變動(dòng)也不大，因而畢歐準(zhǔn)數(shù)的大小主要和燃料的塊度大小有關(guān)。塊度愈小，燃料的穩(wěn)定性，耐熱性就愈好，熱交換及擴(kuò)散過(guò)程也愈強(qiáng)，因而有利于氣化過(guò)程的進(jìn)行。

但是，對(duì)于層狀氣化煤氣發(fā)生爐來(lái)說(shuō)，料塊愈小，料層阻力及煤氣帶出物的損失就愈大，并且容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。

根據(jù)以上所述，料塊粒度不均時(shí)，不可避免地會(huì)破壞正常的氣化過(guò)程。為了提高氣化效率和保證氣化質(zhì)量，應(yīng)使用粒度均勻和大小適中的燃料，尤其要盡量減少煤末的含量。對(duì)煤粒進(jìn)行嚴(yán)格控制篩分，粒度以20～60 mm為宜，且限制入爐煤粒大小粒度比不大于2，限下率小于10％。

2．精心調(diào)整飽和溫度。汽化劑的溫度就是所謂的飽和溫度，在煤氣爐化過(guò)程中，飽和溫度是用來(lái)控制燃料層溫度的，而燃料層溫度的高低對(duì)煤氣質(zhì)量至關(guān)重要，直接影響CO2的還原率，與H2O(g)的分解率。飽和溫度小，入爐蒸汽就少，水蒸氣分解吸收的熱量就少，燃料層飽和溫度就高，反應(yīng)產(chǎn)物中CO和H2的含量隨著溫度的升高而增多。反之，飽和溫度越大，入爐蒸汽就多，水蒸氣分解吸收熱量就多，燃料層溫度就會(huì)急劇降低，使CO2和H2O (g)反應(yīng)不徹底，反應(yīng)物中CO和H2的濃度就低，發(fā)熱值就低。因此，為了盡可能地提高煤氣成分中的CO+H2的含量，控制燃料層的溫度至關(guān)重要。煤氣發(fā)生爐中CO和H2的生成反應(yīng)式如下：

C+CO2→2CO（吸熱反應(yīng)）

C+H2O(g)→H2+CO（吸熱反應(yīng)）

這兩個(gè)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于CO和H2平衡濃度的增加。在通常的操作溫度下，上述兩反應(yīng)的反應(yīng)速度均處于動(dòng)力學(xué)控制區(qū)范圍，故提高溫度能加快它們的反應(yīng)速度，從而提高煤氣質(zhì)量。但是，料層溫度也不能提的過(guò)高，當(dāng)溫度超過(guò)了煤灰的熔點(diǎn)時(shí)，就會(huì)造成結(jié)渣，從而影響發(fā)生爐斷面通風(fēng)的均勻性，破壞正常的氣化反應(yīng)條件，致使煤氣質(zhì)量惡化，熱值下降，渣含碳量升高。所以，在實(shí)際操作中，在不結(jié)渣的前提下應(yīng)盡量降低飽和溫度，通過(guò)精心調(diào)整飽和溫度，將燃料層溫度控制在較接近燃料灰熔點(diǎn)范圍內(nèi)，既可以防止氣化條件惡化，同時(shí)也可獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)煤氣。飽和溫度一般控制在45℃～65℃之間，是煤氣發(fā)生爐操作中的難點(diǎn)與重點(diǎn)。

3．合理降低爐出溫度。爐出煤氣溫度，簡(jiǎn)稱爐出溫度。高，煤氣的物理熱損失就大，用于二氧化碳還原和水蒸氣分解的有效熱量就會(huì)相應(yīng)減少，煤氣質(zhì)量也會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)不徹底而

下降。同時(shí)，由于爐氣出口溫度高，在同樣的鼓風(fēng)速度下，汽化劑通過(guò)爐內(nèi)斷面的實(shí)際流速會(huì)增大，從而減少汽化劑與煤層的接觸時(shí)間，減少反應(yīng)物中CO+H2O的濃度。由氣體狀態(tài)方程：PV=nRT

式中P-為氣體壓強(qiáng)，單位為Pa；V-氣體體積，單位m3；n-氣體的物質(zhì)的量，單位mol；T-體系溫度，單位K；R-比例系數(shù)，數(shù)值不同狀況下有所不同，單位是J/（mol·K），在摩爾表示的狀態(tài)過(guò)程中，R為比例常數(shù)，對(duì)任意理想氣體而言，R是一定的，約為8.31 441±0.000 26J/（mol·K）。

溫度（T）增高，爐氣出口壓力（P）就會(huì)增大。因?yàn)镠2O（g）的分解反應(yīng)和CO2的還原反應(yīng)都是體積增加的反應(yīng)，壓力的增大會(huì)使反應(yīng)逆向反應(yīng)的方向移動(dòng)，從而降低反應(yīng)物中CO+H2的濃度。而且爐出溫度高，煤氣的物理?yè)p失就大，用于CO2還原和H2O（g）分解的熱量就會(huì)相應(yīng)減少，煤氣的質(zhì)量就會(huì)下降。因此。在實(shí)際操作中，適當(dāng)降低爐出口溫度。

4．嚴(yán)格控制發(fā)生爐空層高度。發(fā)生爐空層是指爐內(nèi)料層上表面到爐頂之間，即加料和反應(yīng)生成物在爐內(nèi)停留空間。在操作過(guò)程中，往往忽視空層的作用，加料和初灰的速度控制失當(dāng)，造成空層時(shí)高時(shí)低?？諏痈叨葴p小，使下煤不均勻，中間下煤多，四周下煤少，形成中間火層下降，四周氣體流速加快，中間氣化弱，造成偏爐、穿火等不良工況，煤氣品質(zhì)下降，爐況難以控制?？諏痈叨冗^(guò)大，煤層必然減薄。由于爐內(nèi)溫度達(dá)450℃～520℃，煤塊入爐時(shí)下降時(shí)間延長(zhǎng)，碎裂成小顆?；蚍勰┑谋壤黾?，對(duì)氣化不利。并且由于煤層相應(yīng)減薄，影響煤炭干燥、干餾及氣化的完全進(jìn)行，是煤氣質(zhì)量下降，因此，對(duì)于空層高度的控制具有相當(dāng)重要的意義。控制空層高度的方法是通過(guò)連續(xù)而小量加煤，無(wú)級(jí)變速出裝置并低速運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，要勤測(cè)釬，只要發(fā)現(xiàn)空層減少，就要加大出灰速度，空層高度一般控制在2.25～2.60 m之間。

二、提高操作者技能

煤氣站能否生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的煤氣，除了原料、設(shè)備原因之外還有一個(gè)重要因素就是司爐工的基本素質(zhì)和技術(shù)水平。作為一名司爐操作人員，能夠?qū)Πl(fā)生爐內(nèi)氣化狀況隨時(shí)做出正確的分析與判斷，在某種意義上講，比掌握其正常的控制與調(diào)整方法更為重要，這是因?yàn)榘l(fā)生爐煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中，只有首先對(duì)發(fā)生爐內(nèi)的氣化狀況隨時(shí)做出正確的分析與判斷，然后才能根據(jù)具體情況進(jìn)行正確的調(diào)整。

對(duì)發(fā)生爐的氣化狀況進(jìn)行正確的分析與判斷有三個(gè)好處：

（1）便于操作人員隨時(shí)掌握煤氣發(fā)生爐內(nèi)的氣化狀況及變化趨勢(shì)，可將爐內(nèi)異常情況及時(shí)排除并使工作更具針對(duì)性，從而保證煤氣發(fā)生爐經(jīng)常處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

（2）有利于總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，使職工的操作水平與分析判斷能力不斷得到提高。

（3）有助于修改，充實(shí)原有的技術(shù)操作規(guī)程，使其更加完善，特別是對(duì)煤種變更較頻繁或新開(kāi)工的煤氣站而言，由于其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足，可能會(huì)造成技術(shù)規(guī)程中存在某些欠缺或不妥之處，所以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充完善與修訂更為必要。

三、結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)中嚴(yán)格控制原材料煤粒度是保證煤氣質(zhì)量的首要條件。精心調(diào)整飽和溫度，保證燃料層有較高的反應(yīng)溫度是煤氣優(yōu)質(zhì)的必要條件。爐出溫度的合理控制，對(duì)減少煤氣熱損失，一高煤氣質(zhì)量具有重要作用。空層的高度對(duì)整個(gè)汽化過(guò)程都有影響。另外，企業(yè)管理師以人為本的管理，提高員工的造作技能是保證生產(chǎn)順利進(jìn)行和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提高的重要條件。

[1]王志強(qiáng)．發(fā)生爐煤氣[M]．濟(jì)南：全國(guó)煤氣科技總網(wǎng)．濟(jì)南黃臺(tái)煤氣有限公司出版

[2]GB/T9143-2001常壓固定床煤氣發(fā)生爐用煤技術(shù)條件[M]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)版社．2001．

[3]林器．煤炭氣化工藝[M]．大連：大連工學(xué)院．1983．

[4]寇工．炭氣化工程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．1988．