170-工藝-間歇式造氣爐現(xiàn)階段必須深刻認(rèn)識的幾個問題解讀

1、間歇式造氣爐現(xiàn)階段必須深刻認(rèn)識的幾個問題陳松濤安徽三星化工有限公司前幾年，國內(nèi)大規(guī)模試用粉煤富氧連續(xù)氣化造氣爐，雖然在技術(shù)上有所突破。但 由于投資大，國產(chǎn)能力差，全自動操作性強(qiáng)，故障率高，運行周期短，不適宜化工連續(xù)生 產(chǎn)。由于粉煤的加工，富氧的設(shè)備投資，污水的大量生產(chǎn)，電耗增加，也沒有從根本上解 決環(huán)保問題，總體生產(chǎn)效益也不容樂觀。各省、市根據(jù)自身煤化工企業(yè)的資產(chǎn)、技 術(shù)現(xiàn)狀認(rèn)為固定床間歇造氣爐在我國經(jīng)過 70多年的發(fā)展，改進(jìn)技術(shù)比較成熟，消耗較 低，效益較高，比較適合我國國情值得大力推廣，但技術(shù)上還需繼續(xù)提高。國家發(fā)改委 認(rèn)識到這一問題的實質(zhì)根源也不再強(qiáng)求上粉煤富氧連續(xù)氣化，這給固定床間歇造

2、氣 爐提供了一個大力發(fā)展機(jī)會?，F(xiàn)今，小氮肥的小爐型在向大爐型發(fā)展，如湖北三寧爐 型從小260畋展到4 2800X從小280段展到小300歐化強(qiáng)度較高，消耗較低;而大多數(shù)原來的中氮廠，由于氣 化強(qiáng)度低、返焦高、消耗高，則把小30008列造氣爐改造成 小265城小2800g氣 爐。究其原因，這是由固定床間歇造氣爐自身的特點及人們對它的認(rèn)識程度決定 的。間歇式造氣爐一般構(gòu)成及附屬管線：加焦機(jī)構(gòu)、筒體、夾套、爐算、上灰倉（中 氮叫爐裙、爐底、左右灰倉、中灰倉，及蒸汽、空氣、煤氣管線和控制閥門構(gòu)成，這 就決定了間歇式造氣爐的特點：1首先它是一個反應(yīng)器，它是一個氣體固體組成的非均相反應(yīng)系。2原料從頂部中心

3、爐口加入，現(xiàn)在給料機(jī)構(gòu)基本上是上提式散布加料，這就決定 了不同原料的自然分布形式。3流體間歇交替進(jìn)入，要求空氣、蒸汽入爐緩沖時間越短越好。4灰渣外排方式，要求爐膛徑向氣化強(qiáng)度不一，并按一定規(guī)律變化由于間歇式造氣爐具有以上四個特點，所以它不能像其他化工均相、連續(xù)反應(yīng) 器一樣去理論核算，理論操作，也不能像氣流床造氣爐、流化床鍋爐那樣理論可控性 強(qiáng)。因此，間歇式固定床造氣爐就成了一個黑匣子，讓人展開豐富的想象力，去探索、 研究，于是出現(xiàn)了似是而非的理念，給人一誤導(dǎo)，甚至出現(xiàn)很多截然相反的想法、做法卻得到了相同 的結(jié)論。筆者就現(xiàn)階段出現(xiàn)的一些現(xiàn)象以個人的粗淺認(rèn)識闡述一下間歇式造氣爐必 須客觀掌握的幾個

4、問題，以供參考。1理論認(rèn)識與實踐相結(jié)合固定床間歇式造氣爐的節(jié)能降耗大多數(shù)人從理論上核算原料的熱量利用率（包括潛熱和顯熱，原料的單程轉(zhuǎn)化率，蒸汽的分解率，以及風(fēng)機(jī)的電耗。但是無論以何種 方式計算卻解決不了根本問題，只是給我們一個可望而不可及的目標(biāo)。因為這種理 論上的計算忽視了間歇式固定床造氣爐的固有特點。建國后，我們建設(shè)的中氮廠采用美國進(jìn)口的UGI型小2745t氣爐和前蘇聯(lián)生產(chǎn) 小3600t氣爐，這兩種造氣爐當(dāng)時 可謂流程先進(jìn)，自動化程度高，各種工藝參數(shù)必須經(jīng)過專家協(xié)作組或企業(yè)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)聯(lián) 席研究來確定，就是階段時間調(diào)整1s車間也沒有這個權(quán)利。假如說某一個參數(shù)不準(zhǔn)， 操作工就沒有辦法操作了。安徽渦

5、陽化肥廠在 20世紀(jì)八九十年代是全國小氮肥行 業(yè)的標(biāo)兵，并率先甩掉了國家的統(tǒng)配煤而實行自采煤,在1994年上了 4臺小3600g氣 爐，同時采用了小爐子的操作方法，大膽對小360造氣爐工藝進(jìn)行摸索、研究。對上 下行溫度指標(biāo)、循環(huán)時間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，由塊煤到小粒煤，從晉城、陽城煤到河南焦 作煤，現(xiàn)在又燒永城小粒煤，消耗較低，始終處在中氮廠的前列。湖北三寧公司造氣車間原先 只有小2600g氣爐，造氣爐況較穩(wěn)消耗較低，后來上的（|）2800g氣爐達(dá)到了同樣的效 果。2008年上了 24臺小3000g氣爐燒晉城煤末做成的煤棒，配置D700風(fēng)機(jī),一次開 車成功，單爐日產(chǎn)氨75t以上，達(dá)到大爐子前所未有的水

6、平。而中氮廠卻將造氣爐改 造成小260瞰 小28006氣爐,有的甚至推到重建。他們認(rèn)為 （|）260城小600造氣爐技術(shù)比較成熟，結(jié)果并非如他們想象所愿，消耗同樣是高，即使消耗有所下降，也降不了 多少，與小氮的消耗相差甚遠(yuǎn)。據(jù)筆者了解中氮廠燒塊煤返焦低于20%的甚少，氣化強(qiáng)度也不高。試想，不管是4 3mg列還是4 2m（列造氣爐，爐膛的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的流程 只是大與小的關(guān)系，其他沒有根本性的差異。關(guān)鍵是大爐型是較大企業(yè)才有能力上 的,理論上的核算、調(diào)整參數(shù)較多；而小爐子只有小氮才上，且爐子又少，為了降低消 耗，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)不論造氣車間采用什么方法，只要降低消耗就行，且小氮的原料粒度、煤 種又不穩(wěn)定，這

7、給小氮帶來了調(diào)整工藝的困難，同時也給小氮帶來了調(diào)整工藝的經(jīng)驗， 促進(jìn)了小氮造氣工藝的成熟，這是小氮造氣消耗較低的根本原因。因此，造氣工藝不 僅要有理論上的指導(dǎo)，更要有實踐上深刻認(rèn)識，達(dá)到理論認(rèn)識與造氣客觀規(guī)律相一致， 而不是簡單粗淺的認(rèn)識，甚至與造氣客觀規(guī)律相背離的認(rèn)識，才能駕馭造氣，降低造氣消耗。例如，造氣有提高料層可以提高料層蓄熱量，降低顯熱損失的不成文認(rèn) 識，并作為造氣設(shè)備改造的一條前提條件。某廠小2800g氣爐，燒中煤，爐體5m,配D500-2800風(fēng)機(jī)，本來氣化強(qiáng)度較高，返焦率小于15%,噸醇消耗入爐原料煤1.2t,在大 修時，對爐體進(jìn)行了加高1m,上氣道由側(cè)出改為頂出，全自動散布式

8、加焦，空層改為 1.3m,改造后返焦率大于19%,噸醇消耗入爐原料煤上升到1.4t,原一臺風(fēng)機(jī)供四臺爐 可以使生產(chǎn)系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)，現(xiàn)需開兩臺D500風(fēng)機(jī)，五臺造氣爐運行才能保證后工 序正常生產(chǎn)。這是該廠不顧本廠客觀實際，盲目仿照所謂造氣蓄熱原則而造成的后 果。再如，現(xiàn)在把上下行爐溫之和作為衡量顯熱損失的一個標(biāo)準(zhǔn)，但是各廠由于煤 種、粒度范圍、布料方式、測溫點位置、料層高度、上下吹階段時間、上下吹蒸汽 流量的區(qū)別，造成的火層位置、厚度、徑向溫差區(qū)別，對降低消耗該指標(biāo)又有多大意 義。又如，山西某廠，由于蒸汽跟不上，燒晉城煤,CO2高達(dá)11%,放灰灰渣返小粒煤 35%以上，20mm以上小粒煤較多，并

9、夾雜熔融性琉璃渣塊，好多人認(rèn)為是爐溫低造成 的，經(jīng)過操作形不成正常灰渣層后，確定是吹風(fēng)過熱火層不能集中而過于松散過厚，副 反應(yīng)較多造成CO2較高，氣質(zhì)較差，渣層較薄。沒有灰渣過渡層造成返煤粒較高，經(jīng) 過加蒸汽后CO2降至IJ 10%以下，灰渣也有所好轉(zhuǎn)?？傊?，間歇式造氣爐的工藝指標(biāo)應(yīng) 以煤種、布料方式、料層高度為依據(jù)，穩(wěn)定干燥層、干儲層、還原層、氧化層、灰 渣層為基礎(chǔ)，以爐膛料層徑向溫差縮小，不過熱、不下生為根本，以火層溫度不過熱，不 低溫保持一定的氣化強(qiáng)度為目標(biāo)，保持適中而不偏頗的工藝條件，才能降低造氣消 耗。2流體要像連續(xù)氣化一樣流量穩(wěn)定間歇式固定床造氣爐最突出的特點是空氣、蒸汽間歇進(jìn)入氣

10、化爐。要使空氣、 蒸汽像連續(xù)氣化一樣流量、流速穩(wěn)定就要附加一定附屬設(shè)施，就像造氣油壓系統(tǒng)一 樣為保持入油缸的液壓油的流速流量穩(wěn)定而及時設(shè)置蓄能器。間歇式固定床造氣爐 空氣系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)也應(yīng)像油壓系統(tǒng)一樣設(shè)置一定緩沖設(shè)施即現(xiàn)在常用的緩沖罐。 原先從美國進(jìn)口的UGI造氣爐蒸汽系統(tǒng)不加設(shè)緩沖罐，蒸汽系統(tǒng)配置是這樣的：四臺 造氣爐一個系統(tǒng)，單爐入爐蒸汽管道 小325總蒸汽管道小53耿套自產(chǎn)蒸汽入蒸汽總 管,從鍋爐過來的蒸汽入 小40啖汽管道，壓力0.50.7MPa分兩支經(jīng)DN200蒸汽減壓 閥減壓后從蒸汽總管兩端進(jìn)入蒸汽總管。這樣的蒸汽系統(tǒng)配置使入爐蒸汽壓力波動 較大?？諝庀到y(tǒng)四爐一組，空氣總管與單爐

11、入爐空氣支管通徑一樣，造成吹風(fēng)排隊相 鄰的兩臺爐吹風(fēng)過程與加氮過程重風(fēng)，入爐風(fēng)壓明顯降低，造成單爐負(fù)荷降低。設(shè)置緩沖罐的作用：一是緩沖進(jìn)入緩沖罐不同類型蒸汽的壓力、溫度，并使之均 衡;二是緩沖入爐蒸汽因閥門開啟造成的蒸汽壓力波動。入爐閥門開啟時，對爐內(nèi)壓力與蒸汽管道壓力形成的壓力降造成的蒸汽流速、流量的變化的及時供給入爐。減 壓閥門調(diào)節(jié)時，對閥門開啟過程中流通面積變化的流速、流量供給不足的緩沖。經(jīng) 走訪，我們發(fā)現(xiàn)蒸汽系統(tǒng)配置問題嚴(yán)重影響制氣強(qiáng)度的提高 ，主要有以下幾個方面：一 是出緩沖罐管道較細(xì)；二是入蒸汽總管（四爐一組共用的蒸汽總管出緩沖罐的蒸汽管 道從一頭進(jìn)入；三是緩沖罐容積太??；四是蒸汽

12、減壓閥通徑太小。如某廠新上系統(tǒng)12臺爐分三組,每組設(shè)置一個緩沖罐，進(jìn)入每個緩沖罐的蒸汽有 3種:熱電背壓后的蒸汽，減壓閥DN200;尿素副產(chǎn)蒸汽；造氣爐夾套自產(chǎn)蒸汽。入緩沖 罐的三支蒸汽管道及出緩沖罐的一支蒸汽管道通徑均為小320,1出爐共用一支小53恭汽管道，三支出緩沖罐的蒸汽管道并聯(lián)均布進(jìn)入蒸汽總管供12臺造氣爐用汽, 單爐蒸汽管道小32叭爐蒸汽波動范圍0.61.0kg。同樣在另一個廠12臺造氣爐采 用同樣的設(shè)計，只是每個緩沖罐出汽管道多出一根，基本上每隔2臺爐位置在蒸汽總 管上安置一根出緩沖罐蒸汽管道，入爐蒸汽壓力幾乎不波動。依據(jù)經(jīng)驗認(rèn)為蒸汽系 統(tǒng)蒸汽管道配置原則為：制氣單爐蒸汽管道的總

13、截面積等于蒸汽總管的截面積 ，依據(jù)流體走近路的原則，出緩沖罐的管道應(yīng)分支進(jìn)入蒸汽總管且分支的截面積總和應(yīng)與蒸汽總管的流通截面積相等，緩沖罐容積小2核列造氣爐單爐不小于 5m3,小3梯列造氣爐單爐不小于9m3。減壓閥通徑，小2底列，夾套產(chǎn)蒸汽自用，選擇 DN150DN200，夾套產(chǎn)蒸汽外送，進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)減壓前蒸汽壓力不低于 6kg 0小3m系 列決套自產(chǎn)蒸汽自用，選才？ DN200DN250,夾套產(chǎn)蒸汽外送，進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)減壓前蒸 汽壓力不低于6kg0空氣系統(tǒng)盡量采用三爐一組或四爐一組，應(yīng)盡量避免重風(fēng)現(xiàn)象， 如若相鄰爐吹風(fēng)時間與加氮時間相重時，就應(yīng)該采取緩沖措施，及加大吹風(fēng)總管的通 徑，把加大的空

14、氣管道作為緩沖罐，來增大風(fēng)機(jī)的出力率。3灰熔點不是決定氣化強(qiáng)度因素常常聽到一些業(yè)內(nèi)人士講，某某煤種灰熔點高，爐溫高,氣化強(qiáng)度高。某某煤種灰 熔點低，爐溫不能過高，否則爐子就會結(jié)疤，氣化強(qiáng)度較低。所謂灰熔點就是指灰分在 達(dá)到熔融、變形、軟化狀態(tài)時的溫度，在制氣過程中為保證爐況正常運行，原料煤燃 燒后剩下的灰分就不能超過灰熔點，但是為了保證原料煤中的碳燃燒完全及料層的 透氣性，要求氣化后的灰分形成酥松多孔的渣，這就要提到與灰熔點密切相關(guān)的灰分 的結(jié)渣性。所謂灰分的結(jié)渣性就是指原料煤氣化后剩下的灰渣是否容易結(jié)成渣塊的性質(zhì)。大家都知道，灰分是由SiO2、A12O3、Na2O、K2O、CaO、 MgO等

15、組成的混合物，這些成分在高溫下一定的溫度范圍內(nèi)，自身發(fā)生著物理的結(jié)構(gòu) 形態(tài)的變化，之后分子之間相互滲透發(fā)生著氧化還原反應(yīng)形成新的物質(zhì)。低熔點的 物質(zhì)在低溫時熔化形成膠結(jié)體，高熔點的物質(zhì)形成骨料，兩類物質(zhì)粘結(jié)在一起這就是 灰分的結(jié)渣性，當(dāng)溫度繼續(xù)上升到高熔點物質(zhì)也熔化時，分子間的作用發(fā)生化學(xué)變化 形成新的物質(zhì)即琉璃體。造氣用煤，由于地域、年代不同差異很大，從形成的物質(zhì)分 類可分為草質(zhì)煤與木質(zhì)煤，從形成的年代分可分為泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤。因其煤種不同，其性質(zhì)差別很大，特別是現(xiàn)在，各廠為了降低生產(chǎn)成本，逐漸采用當(dāng)?shù)孛海?灰分含量在10%35%,灰熔點在10001450C。粒度大小不一，粒度范圍差

16、別較大，并 有煤球、煤棒，它們之間進(jìn)行著單燒或摻燒。在煤的燃燒過程中，碳與氧氣發(fā)生反應(yīng)， 放出大量的熱，并形成高達(dá)18002000c高溫氣體，與料層進(jìn)行熱的輻射、傳導(dǎo)、對 流，由于碳是黑體大量的熱被碳原子吸收，而使氧化層上部的原料煤蓄熱量最大，溫度 最高。而煤中的灰分是均勻分布的單質(zhì)，雖是不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)極小，但在高溫碳的 長時間作用下，部分單質(zhì)也會發(fā)生物理的物態(tài)變化，只是大量碳原子的存在，阻礙了各 灰分間單質(zhì)的接觸，不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。所以煤在氣化過程中，隨著碳原子的減少，灰分含量相對增加煤的導(dǎo)熱系數(shù)也在減小，蓄熱能力就變差了，灰分中各單質(zhì)問接 觸的幾率在逐漸增加，結(jié)塊的機(jī)會逐漸增大。在造氣

17、爐內(nèi)，原料煤氣化后剩余的灰分 立即會受到空氣或蒸汽的冷卻致使灰分的溫度不可能超過碳原子發(fā)生反應(yīng)的溫度。 即出現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)生的煙溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)碳層的溫度 ，反應(yīng)碳層的溫度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng) 后生成的灰分溫度。如造氣爐連續(xù)徑向均衡氣化，氣化后剩余的灰分不受高溫作用 就不可能結(jié)塊，也不可能達(dá)到灰熔點而結(jié)死疤。間歇固定床造氣爐結(jié)疤塊的原因：一是渣層的不穩(wěn)定，燃燒程序混亂；二是爐膛布 風(fēng)不均，局部過熱現(xiàn)象產(chǎn)生；三是氣化劑的間歇進(jìn)入使火層上下波動。這使得氣化后 剩余的灰分不能及時排出，長時間在高溫氣體作用下熔化，各成分之間發(fā)生氧化還原 反應(yīng)形成密實堅硬的琉璃體。因此，我們應(yīng)盡量按灰渣的外排方式，進(jìn)行均勻合理的 布

18、風(fēng)，想法設(shè)法穩(wěn)定渣層的厚度，依據(jù)原料煤灰熔點的高低來控制灰分在爐內(nèi)的停留 時間，即灰渣層的厚度，以保證灰分結(jié)酥松的渣，而不結(jié)堅硬的疤。如黑龍江農(nóng)墾博興 化工有限公司采用當(dāng)?shù)匕酌鹤龅拿呵颍涑煞?水分1.4%0.6%、灰分34%35%、揮 發(fā)分7%10%、固定碳55%59%發(fā)熱量4945kJ/kg0該煤屬于草質(zhì)煤，活性好，著火 點低，灰熔點也低，只有1000c左右,爐況很難控制，渣層稍厚一點，爐子就會結(jié)死疤,處理稍不及時爐子就會結(jié)死，必須熄火處理，如若發(fā)現(xiàn)灰渣較碎，較粉，返焦稍 高爐條機(jī)轉(zhuǎn)速一減，灰盤上未燃盡的碳就會發(fā)生二次燃燒，在灰盤上形成通紅的粘碳： 任憑爐條機(jī)怎么拉也排不下來，只能人工把紅

19、粘碳扒出，才能恢復(fù)正常生產(chǎn)。另外，該 廠根據(jù)該原料煤的特點創(chuàng)造出獨特的點爐方法：用剛下的灰渣點爐，過程是這樣的：該廠木材比較緊缺，先用鍋爐放下的紅渣嘗試點爐，效果很好，后來采用造氣放灰含有大 量的未燃透的紅渣點爐效果也很好，然后嘗試用造氣剛下的爐渣點爐，一舉成功。經(jīng) 過多次試驗后，只要用手摸著燙手就行。該廠造氣氣化強(qiáng)度很高，送風(fēng)時爐底風(fēng)壓只 占風(fēng)機(jī)升壓的60%,返焦率小于10%,放灰少則6次/班，多則7次/班。又如廣西某小 氮肥廠，使用當(dāng)?shù)孛鹤龅奶蓟呵?，固定碳只?0%左右，灰熔點也較低，但爐況很穩(wěn)， 灰渣粒度均勻，最大粒度不超過70mm,并含有大量熔琉塊，返焦率不會超過5%。從 以上氣化反

20、應(yīng)過程分析以及廠家的實際操作情況，很客觀的說明只要我們從爐算布 風(fēng)、工藝調(diào)整、穩(wěn)定操作上去保持爐膛料層氣化的均勻合理性，依據(jù)原料的灰熔點高低來控制渣層的適宜厚度，就能克服灰熔點較低帶來的爐況不穩(wěn)定因素。那么，為什么灰熔點低的型煤（如貴州、云南、寧夏、黑龍江等地的粉煤用腐植 酸作粘結(jié)劑做的型煤或固定碳較高的原料煤（如寧夏煤大多數(shù)爐況不穩(wěn)，負(fù)荷帶不上，這應(yīng)該與爐算是否依據(jù)爐內(nèi)原料情況布風(fēng)有關(guān)。爐算布風(fēng)沒有依據(jù) 原料情況布風(fēng)，會造成爐內(nèi)布風(fēng)、布汽不均勻合理，致使?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)局部過熱、過冷現(xiàn) 象。依據(jù)質(zhì)量作用原理，風(fēng)量過多處，氣化速度快 成渣速度也快；相反，溫度較低處，氣 化速度慢，火層溫度低于氣化反應(yīng)溫

21、度的極限點時原料煤就不發(fā)生反應(yīng)了。再加上 工藝上的不合理及操作上的不穩(wěn)定和降低煤炭消耗的思想指導(dǎo)下，局部氣化后的灰分在長時間的高溫作用下發(fā)生變形粘連，致使各成分之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成琉 璃體，就像水泥的生產(chǎn)、陶瓷的燒制一樣，在不同的時間段，不同的溫度范圍，生成不同 的物質(zhì)。由于爐膛溫度不均，形成的灰渣有未燃燒的原煤，有干儲后或燃燒不完全焦 炭，有剛氣化后剩下的粉灰，有較低溫度下熔化的成分如 K2O及Na2O,膠結(jié)未熔化的 成分如SiO2、A12O3，形成酥松多孔的渣。也有灰分各成分之間在高溫長時間作用 下發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成的新的物質(zhì)如 CaOA12O3、CaO 2A12O3、 12CaO7

22、A12O3、3CaO MgO- 2SiO、2MgO SiO2等形成密實琉璃體或瓷體，造成灰 渣的孔隙率大大減少，料層阻力也增大，在相同吹風(fēng)流量的前提下，流速增大了好多 倍。由于灰熔點低的原料在爐內(nèi)高溫氣體作用下易于結(jié)塊，所以必須及時排出，在相同的操作條件下，就顯得灰熔點低的原料操作彈性小，也就是我們說的不好燒。假如， 入爐空氣溫度為60C,氣化后煙氣溫度為1900c，氧氣完全反應(yīng)生成CO2,依據(jù)化學(xué)反應(yīng)式：C+O2=CO2,反 應(yīng)前后氣體的量沒有變化，而由于溫度的變化而使氣體體積發(fā)生了膨脹，根據(jù)計算反 應(yīng)前后氣體體積增大了 5倍之多。15100mm無煙塊煤的氣孔率與塊間孔隙率之和 經(jīng)核算約在3

23、4%46%。如小28006氣爐入爐風(fēng)量為30000m3/h,則入爐平均流速為 8.3/ (2.09+2.8/2=3.4m/s煙氣流速就是22m/s。經(jīng)核算30mm煤?？諝鈳С鏊俣葹?35.5m/so所以原料氣化后，形成酥松多孔的渣有利于爐況的溫定，否則爐子就容易吹 翻。例如，洋縣玉虎化工有限公司，燒寧夏煤，煤成分:全水分4.0%、分析水0.8%、灰 分11.2%、揮發(fā)分9.17%、固定碳78.41%,熱值7122kCal/kg,灰分含S、Fe較多，灰 熔點低，機(jī)械強(qiáng)度差，熱穩(wěn)定性差。該廠用3080mm的中塊與寧夏粉煤做的煤球按 3:1配比摻燒，兩臺小2610t氣爐配D400-28風(fēng)機(jī)日產(chǎn)合成氨

24、110120t,灰渣粒度均 勻,返焦率小于6%,噸氨耗入爐煤1.071.08t。而其他的廠，入爐原料比這還好噸氨消 耗很少有低于1.3t的。這說明灰熔點高低不是決定爐況操作彈性的大小，也不是決 定氣化強(qiáng)度高低的主要因素，關(guān)鍵是我們對造氣規(guī)律認(rèn)識掌握的程度。4爐算布風(fēng)重要性爐算是造氣爐的心臟，是造氣爐節(jié)能降耗的前提條件,大多數(shù)人都認(rèn)識到這一點，但還有好多人不認(rèn)同，他們認(rèn)為爐算無非就是一個 布風(fēng)設(shè)備，只要能布風(fēng)、排渣就行，主要的是造氣工藝調(diào)整及操作穩(wěn)定性，無論什么爐 算，只要依據(jù)原料進(jìn)行空氣、蒸汽流量的調(diào)節(jié)及吹風(fēng)時間、上下吹階段時間的調(diào)整 就可。但是這種工藝調(diào)整，是以保證灰渣返焦率的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，

25、卻忽視了風(fēng)機(jī)的出 力率及蒸汽的用量，即使保證了造氣原料的消耗，卻沒有給企業(yè)帶來效益。如某企 業(yè)，小280的氣爐，采用中小塊混燒，吹風(fēng)時間占整個循環(huán)時間的30%,蒸汽流量達(dá)到 9t / h,DN700閥只開1/4,像這樣的運行，企業(yè)效益能有多大。因此降低造氣消耗，就 要從爐算布風(fēng)上去考慮，爐算布風(fēng)就要從原料情況、布料方式、料層高度以及蒸汽 系統(tǒng)、吹風(fēng)系統(tǒng)的配置情況去考慮，即依據(jù)料層的阻力情況來進(jìn)行布風(fēng)。那么造氣 爐爐算該如何進(jìn)行布風(fēng)，先前爐算以均勻布風(fēng)為標(biāo)準(zhǔn)，如最原始的爐柵、塔形爐算、 扇形爐算，它們的風(fēng)道間隙都是均勻分布，由于當(dāng)時原料煤價格比較便宜，用的原料煤 粒度要求比較苛刻，都是山西大中塊

26、煤或焦炭并按國家標(biāo)準(zhǔn)入爐。隨著國家加入WTO后，由于市場的開放，以及國家對煤炭資源加強(qiáng)管理，煤炭價格不斷攀升，各廠入 爐原料格局發(fā)生了變化，價格較低的、性能較差的塊煤被用來造氣，像湖南、湖北開 始用當(dāng)?shù)胤勖褐瞥擅喊簦＝?、浙江、廣西用當(dāng)?shù)胤勖褐瞥商蓟呵?。原來的均?式爐算不能適應(yīng)煤炭的變化，于是人們依據(jù)操作經(jīng)驗對爐算布風(fēng)進(jìn)行了經(jīng)驗性的調(diào) 節(jié),依據(jù)爐面情況對爐月t截面進(jìn)行了劃區(qū)，并根據(jù)風(fēng)道的調(diào)整核算，提出了環(huán)區(qū)百分比 風(fēng)道調(diào)整法。在此基礎(chǔ)上人們認(rèn)識到灰渣外排原理 ，在爐膛徑向氣化強(qiáng)度的區(qū)別，周 生賢教授又提出了布風(fēng)強(qiáng)度風(fēng)道調(diào)整法。但是這些方法在原料變化時很難做到均勻 合理的調(diào)整，各環(huán)區(qū)風(fēng)道理論

27、調(diào)整結(jié)果與實際差別較大。于是，去年秦興亞高工又提 出了均勻系數(shù)風(fēng)道調(diào)整法，這種布風(fēng)方法能直觀的觀察出布風(fēng)均勻的合理性。如湖 北三寧24臺小300啖煤棒的造氣爐，采用此方法一次布風(fēng)成功，湖北雙環(huán)、貴州興義 2030廠、福建三明化工、山西霍州化工集團(tuán)小3.造氣爐燒煤棒也一次成功，山西豐喜小2.眥氣爐使用效果也較好。那么固定床間歇式造氣爐爐算布風(fēng)的依據(jù)是什么 呢?我們知道，任何一個物系如果不是處于平衡狀態(tài)，則必然會有趨向于平衡的過程， 而過程進(jìn)行的速率（如移動速率、反應(yīng)速率總是與過程推動力成正比，與過程阻力成 反比。由于過程不同，其推動力、阻力的內(nèi)容也各不相同：如流體流動的推動力是壓 力差,傳熱過程

28、的推動力是溫度差，傳質(zhì)過程的推動力是濃度差或分壓差。與推動力 相對應(yīng)的阻力則與操作條件、物性等有關(guān)。在間歇式造氣爐內(nèi)的料層由于布料方 式、原料種類、粒度范圍、爐算的外形結(jié)構(gòu)的差異 ，致使?fàn)t內(nèi)料層厚度、料層阻力 差異很大，值得慶幸的是造氣爐的中心布料及原料的自然分布規(guī)律 ，讓我們找到了料層阻 力變化的規(guī)律，使我們從盲目的布風(fēng)摸索中，找到了布風(fēng)方向，從流體在不同阻力條件 下趨于平衡的過程速率進(jìn)行調(diào)整。不同的原料，由于粒度大小不同，其形成的阻力也 不一樣。計算方法如下：1利用原料的空隙率來計算:?P=入1 - L/d1 p u2僧婷幻2可以把料層空隙率依據(jù)煤的不同比重的定義，把無規(guī)則的空隙轉(zhuǎn)化為有規(guī)

29、則的 管道給人以形象的認(rèn)識，其計算公式就可以轉(zhuǎn)化為直管道的計算公式，具體公式如 下:?P=入 2 - L/d2 - p u2/g式中:？P-流體通過床層的阻力降；入、1入2修正摩擦系數(shù)；L-碳層高度;d1-碳粒的 當(dāng)量直徑；d2-碳粒的當(dāng)量管道直徑；-流體在操作狀態(tài)下的密度廿流體在操作狀態(tài)下 的直線流速；制層的空隙率。從公式中可以看出，影響料層阻力的因素是空隙率、料層高度、流體流速 ，且流 體流速影響最大。所以粒度范圍不同的原料，在入爐分布時粒度之間發(fā)生離析分離 現(xiàn)象，不同環(huán)區(qū)的原料空隙率發(fā)生了變化，加上不同階段空氣、蒸汽流量流速的不同， 就使空氣、蒸汽在進(jìn)入料層時發(fā)生了偏離。這就是為了保證料

30、層均勻氣化，爐算布風(fēng)要解決的原因。5爐況測溫點的設(shè)置間歇式造氣爐由于吹風(fēng)制氣的間歇性，使火層位置上下波動，火層溫度可達(dá)到 1500c左右，目前熱電偶很難長期測量，又由于料層在爐算旋轉(zhuǎn)下向下、向外運動，不 利于熱電偶的安裝。了解爐況的實際運行情況成了人們長期夢寐以求的事情。儀 表、儀器是操作工的眼睛，是操作工操作造氣爐運行的依據(jù)，直接的測量不符合現(xiàn)實， 于是人們?yōu)榱朔€(wěn)定爐況設(shè)置了許多輔助測溫點：如上下行溫度、爐條溫度、灰倉溫 度、灰盤溫度、爐上六點溫度、灰倉上面夾套上豎直安裝三個測溫點、煤氣總管測 溫點等?，F(xiàn)在好多廠，只安裝上下行管道測溫點來測量上下行管道的溫度變化，以上 下行溫度的變化來控制造

31、氣爐正常運行，他們稱這兩條溫度線為造氣爐的生命線。 這兩條溫度線在一定的條件下即原料、吹風(fēng)時間、上下吹階段時間、上下吹蒸汽流 量等穩(wěn)定的條件下，爐條轉(zhuǎn)速可以依據(jù)上下行溫度的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦某一個或幾 個因素發(fā)生變化，上下行溫度反應(yīng)的溫度就失去了參考價值。由于上下行溫度測溫 點是安裝在上下行管道上離爐體1.52m處，有的廠安裝位置在上下集塵器處，距離 爐體有5m左右,一般下行熱電偶受入爐空氣溫度、蒸汽溫度、下吹煤氣溫度的對流傳熱，由于三種氣體有規(guī)律間歇交替與熱電偶接觸以及熱電偶外部套有保護(hù)作用的 不銹鋼管，不銹鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)很小，是熱的不良導(dǎo)體,所以流體溫度傳導(dǎo)測溫點有一定白時間問隔。在這兩種

32、情況下，熱電偶顯示的溫度就是三種氣體的綜合溫度。由于一般情況下 ，蒸汽溫度、空氣溫度是 相對恒定的，而受料層的輻射很小，甚至不受料層輻射影響，下行溫度的變化就可以體 現(xiàn)出下吹煤氣溫度的變化。同理，上行溫度也可以體現(xiàn)出吹風(fēng)氣溫度或上吹煤氣溫 度的變化，至于是那一種溫度的變化，有經(jīng)驗的師傅依據(jù)爐況很容易辯出。這里需要 說明的是，由于間歇式造氣爐的特點造成的火層氣化的不均勻性，上下行溫度體現(xiàn)的 不是爐膛料層中理想火層溫度的對流傳出溫度，也不是某一點高溫料層的對流傳出 溫度。上下行溫度是爐膛火層截面氣化生成不同溫度煤氣在逸出爐體時與料層及相 互對流后形成的中和溫度，因此上下行溫度的恒定不是爐況穩(wěn)定的充

33、分條件，而使?fàn)t 況穩(wěn)定的必要條件。這也是各個廠上下行溫度指標(biāo)一樣，氣化強(qiáng)度差別較大的一個 方面。例如，大家都有這樣的經(jīng)驗，在陰雨天氣，原料煤較濕時爐況易于惡化，造成供氣 緊張;原料粒度不穩(wěn)定時，爐況很難控制，不是流生，就是結(jié)疤。河北某廠，為了穩(wěn)定爐 況，專門在爐體干燥層位置安裝了 3個測溫點來控制爐況的變化，這3點溫度差別較 小時，爐況很穩(wěn)；它們之間溫度差別逐漸變大時，有時溫差達(dá)200 C左右，上行溫度都不 發(fā)生變化，只是它們都升高或降低，上行溫度才隨之變化，有時它們之間溫度差別較大,爐況都惡化了，上行溫度都不變化，于是該廠使用一段時間后，感覺沒有多大意 義，就取消了。在工藝調(diào)整過程中或在操作

34、過程中，由于上下吹階段時間或上下吹蒸 汽流量某一個或幾個因素發(fā)生了改變，致使火層的厚度、溫度、位置發(fā)生了變化，從 而使上下吹煤氣在逸出料層的距離、對流程度發(fā)生了改變 ，因此上下行顯示的溫度 就失去了原來上下行溫度的意義，也就失去了操作的參考價值。這就是在工藝調(diào)整 過程中或在正常操作中工藝管理較松散爐況易失控的原因。在正常操作中，有時爐條機(jī)的不穩(wěn)定使用，也會使上下行溫度失去參考價值，因為爐條機(jī)轉(zhuǎn)速的變化控制了 造氣爐的排灰強(qiáng)度，我們的操作不是控制爐條機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，而是控制穩(wěn)定的渣層厚 度，達(dá)到成渣與排渣相一致，因為我們無法觀察到灰渣層的厚度，所以使用爐條機(jī)只能 憑經(jīng)驗操作，一般情況下爐條機(jī)的排渣

35、強(qiáng)度與造氣爐的成渣強(qiáng)度是不會一致的，爐條 機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定也代表不了灰渣層的厚度與溫度，只能依據(jù)排灰情況進(jìn)行微調(diào)。因此， 操作經(jīng)驗不豐富，或稍有失誤，就會使渣層增厚或減薄，甚至流失，造成火層位置、厚 度、溫度發(fā)生變化，同樣會造成上下行溫度的不變化甚至向想當(dāng)然的反方向發(fā)展，而 造成爐況惡化。如行業(yè)中，有這樣的說法：火層上移，上行溫度升高，下行溫度降低；相 反，火層下移，上行溫度降低，下行溫度升高。初聽起來很有道理，可是這是在火層位置、厚度、溫度都不變的條件下，才有的結(jié)果。但是誰又能保證火層 的位置、厚度、溫度不發(fā)生變化。假如，爐條機(jī)轉(zhuǎn)速相對較大，灰渣層逐漸減薄，會造 成火層位置下移 厚度增厚，溫度降

36、低，生成的煤氣溫度也較低。下吹生成的低溫的煤 氣經(jīng)減薄的渣層，減薄的渣層能少吸收多少熱量，所以下行溫度低;查層薄是常有的事 再加上料層高度的正常波動控制，上行溫度也不一定低，給人一種火層上移的表面現(xiàn) 象，爐條轉(zhuǎn)速沒有減小，失去渣層。這就是下行溫度低，放灰下紅碳的原因。由于上下 行溫度只是反映出爐煤氣溫度的變化，不能正確真實地反映料層各層次變化情況，給 操作帶來許多弊端。我們可以依據(jù)造氣爐的結(jié)構(gòu)特點，料層的動態(tài)變化，選擇合適的位置設(shè)置測溫點， 來反映料層各層次的變化情況以及爐內(nèi)物料的化學(xué)反應(yīng)情況?；以鼘雍穸鹊姆€(wěn)定是 保證料層中各層次穩(wěn)定的前提，爐膛內(nèi)火層截面均勻氣化是穩(wěn)定爐況正常的基礎(chǔ)，只 要我

37、們能夠保證爐內(nèi)火層均勻氣化，消除局部過熱現(xiàn)象，并能夠穩(wěn)定渣層的厚度，就能 確保爐況長周期溫定運行。我們知道煤是由大量碳原子、少量灰分，極少量水分、碳?xì)浠衔锝M成。碳是黑體，對熱完全吸收，是熱的良導(dǎo)體，灰分是由無機(jī)非金屬氧化 物組成，是熱的不良導(dǎo)體，煤炭入爐后，受溫度、蒸汽、空氣的作用，碳原子逐漸減少， 碳與灰分的比例逐漸發(fā)生變化，直至完全剩下灰分，導(dǎo)熱系數(shù)也逐漸由大變小，直至灰分 的導(dǎo)熱系數(shù)，這個過程會使導(dǎo)熱系數(shù)縮小100倍以上。這也是爐膛內(nèi)料層從上到下 溫度梯度逐漸變大的原因，所以較薄的渣層卻有較大的溫差，20cm有著1000c左右 的溫差。成渣后的灰分在爐算的轉(zhuǎn)動下外排，干燥層、干儲層的原

38、料只是豎直向下 運動，而渣層處的灰渣在爐算的作用下不僅向外還作圓周運動。為了降低熱電偶的 磨損，延長使用周期，人們在左右灰犁內(nèi)或灰犁后的無灰渣處安裝測溫點來測量灰渣的溫度變化，這兩點溫度雖然受空氣、蒸汽、煤氣對流的影響，但是對灰渣的傳導(dǎo)、 輻射溫度更為敏感，以此來控制爐條機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整灰渣的厚薄。由于灰渣的導(dǎo)熱系 數(shù)很小，溫度梯度較大，較薄的渣層變化，卻有較大的溫度變化，所以操作起來很直觀， 很容易控制。在溫度較低的干燥層處依據(jù)情況均布36點測溫點，以觀察吹風(fēng)階段爐膛火層截面燃燒的均勻性，以此來進(jìn)行工藝的調(diào)節(jié)。至于中氮設(shè)置的爐條溫度、 灰盤上溫度、灰盤下溫度，小氮設(shè)置的左右灰倉上溫度，由于受各種

39、因素影響，易造成 一些誤導(dǎo)，好多廠使用一段時間后就不用了。個別廠在夾套上豎直間隔20cm左右安裝三個測溫點來控制火層的位置，純屬理論上的想象，沒有一點實用價值。綜上所述， 安置測溫點的原則：首先尋找合適的位置，盡量避免外界因素對測溫點的影響。控制 溫度的原則是：一是控制住渣層的適宜厚度，以保證料層各層次的穩(wěn)定性，這是穩(wěn)定爐 況的基礎(chǔ);二是控制住火層截面氣化均勻性，這是優(yōu)化爐況的前提；三是控制住火層的 溫度穩(wěn)定，這是穩(wěn)定氣質(zhì)氣量保證。也就是說我們只要把火層的位置、均勻性、溫 度控制住了，就保證了爐況穩(wěn)定。6原料表面積大小與燃燒速度的關(guān)系現(xiàn)在好多廠采用大小塊混合入爐，小的粒度不大于10mm,較大的塊粒度大于 100mm，原料入爐后粒度之間發(fā)生離析，較小塊堆積在中間，較大塊滑落在邊緣，從爐 口上看爐面，從料層中心向爐膛邊緣可基本上是原料粒度逐漸增大的。這種情況造 成灰渣結(jié)大塊和返焦較高，許多人認(rèn)為是粒度較大的煤燒不透造成的。其實不然 ，這 要從煤的燃燒和氣化過程談起，燃燒就是可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì)在一定條件下發(fā)生強(qiáng) 烈的發(fā)光、發(fā)熱過程。其