不穩定多煤種煤棒固定層間歇式制氣操作要點

向 宏

（湖北新洋豐合成氨廠，湖北荊門 448150）

隨著原料煤價格的飛漲和運輸成本的飆升，越來越多的合成氨廠放棄對塊煤的爭奪，改用成本相對較低的粉煤，制成煤球或煤棒來制氣。又因煤棒制作工藝簡單，投資少，見效快，制氣工藝較成熟，因而受到了大多數廠家的青睞。然而，一般的大中型合成氨廠，每天消耗的原料粉煤都在數千噸以上，迫使廠家千方百計尋求多源頭購進原料煤。東西南北不定點的原料煤，其固定碳、灰熔點、灰分、發熱量、化學活性和機械強度等物理、化學性質都參差不齊，該如何應對不同性質的煤棒，在保證爐況穩定的前提下，制出合格的半水煤氣，滿足生產的需要呢——這也是許多廠家苦思冥想急需解決的難題。

湖北新洋豐合成氨廠是一個年產合成氨150kt的中型企業，共有φ2 650mm造氣爐14臺。所用原煤有蘭花、大寧、天臺山、天潤、三煤國際、本地等六種煤，還摻燒10%的煙道灰。因每天消耗粉煤量大，原料煤配比很難長時間穩定，變化頻繁，導致入爐煤棒質量無法穩定，（固定碳含量61%～67%、灰分含量23%～32%、發熱量22～28MJ／kg）。有時一天三個班，入爐煤灰分變化三次，上個班與下個班波動幅度達到了5%。原料煤性質的大幅波動，給爐況的穩定造成了極大威脅。面臨困難，合成氨人群策群力，從硬件和軟件兩方面著手，狠抓煤棒和蒸汽的穩定，加大對新技術、新設備的引進運用，積極探索最佳工藝和操作方法，最終探索出了一套物料、設備、工藝的最佳組合，創造出了長開13臺造氣爐，班產合成氨180t，噸氨耗煤棒達到1.42t的好成績。

下面我就新洋豐合成氨廠造氣車間摸索出的多煤種煤棒固定層間歇式制氣的一些經驗與大家交流分享，希望能對造氣同仁們有所啟迪和幫助。

1 盡力確保入爐煤棒質量的穩定

煤棒質量的好壞直接關系到造氣爐況的穩定和出力，以及合成氨成本的高低。煤種變化頻繁，我們無法改變現實，但可以從源頭開始加強管理，制造出最好的煤棒，為造氣創造良好條件。

1.1 原料煤管理

原煤必須入庫。露天堆放易被風吹雨淋，增加煤的風耗損失，同時濕的原煤既不利于加工，又難以配進腐殖酸，易導致煤棒機套筒堵，制造出的煤棒強度差，返料多，電耗上升，且產量低，無法滿足造氣生產的需要；不同產地和性質的煤分放不同庫區。原煤入庫后要迅速樹立標示牌，標明煤的產地、性質、數量等，便于管理和配煤的需要。

1.2 原料煤和腐殖酸的配比

型煤車間應積極配合生產科，根據原料煤的庫存量、種類、性質摸索出最優的原料煤配比，并適時調整腐殖酸的配比，確保漚制煤灰分的相對穩定，煤棒機的出力正常，和煤棒質量的穩定。

1.3 煤的漚制和煤棒的制作

各廠可根據生產的需要，設置多個漚制倉，輪換使用倉中漚制煤，保證漚制時間不低于24h；必要時亦可多個倉中漚制煤摻雜使用。制作煤棒時盡量少加水，及時更換煤棒機套筒，確保煤棒質量合格。

1.4 煤棒的烘干

大中型合成氨廠均使用吹風氣潛熱回收系統，一般利用潛熱系統產生的煙氣烘干煤棒。煙氣溫度過高，烘干窯煤棒易燃，過低則難以烘干煤棒，所以在實際操作中，要根據實際情況合理控制入烘干窯煙氣流量及溫度。煙氣溫度過高，可在潛熱系統煙氣出口和烘干窯前引風機出口配適量冷風；冬天氣溫低，僅靠煙氣溫度難以烘干煤棒，此時可在烘干窯引風機前增加一熱風爐，保證造氣入爐煤棒水分含量低于5%。需要注意的是，烘干窯用鼓風機的功率應與烘干窯相匹配，否則極易導致窯頂煤棒濕而底部煤棒燃的不良后果。

1.5 除去煤棒中粉塵

大中型合成氨廠均采用皮帶傳輸煤棒，烘干窯下料及運輸過程中，不可避免要產生大量粉塵，若不及時除去，既污染環境，又增加制氣時的帶出物，還會惡化爐況，有百害而無一益。要除去煤棒中粉塵，可在烘干窯下料處、皮帶機交接處、振動篩處安裝布袋除塵吸口，用布袋除塵吸取粉塵，效果較好，回收后的煤粉塵還可返回再次利用。

2 采用新技術，加大設備更新換代的力度

高科技武器是打贏現代戰爭的制勝法寶，同樣，先進的硬件設備，亦是提高造氣能力的必要條件之一。DCS中控系統、自動加煤、自動下灰、不停爐排煙道灰、更新排灰裝置，已被現代固定層間歇式制氣廠家普遍采用，其綜合效益是不言而喻的。

2.1 DCS中控系統

能對整個造氣的液位、壓力、溫度、流量、閥檢、轉速、聯鎖、炭層高度，氣柜高度進行實時監測及自動控制，提高了造氣生產的安全性和精確度，降低了工人的勞動強度，是實現造氣自動化作業的基礎，尤其是自動加焦和自動下灰，都必須以其為基礎才能實現。

2.2 自動加焦

2009年10月，新洋豐合成氨造氣安裝河北長佳自動加焦系統，試車合格后投運，至2012年4月，運行效果良好。原來手動加煤每班需停爐15次（若燒劣質煤，加煤次數會更多），每次3～4min，8h共停爐加煤耗時45～60min。由于爐內炭層高度不穩，氣化層位置上下移動頻繁，爐況波動大，停爐處理爐況亦頻繁，致使全廠生產都十分被動。自動加焦投運后，爐內炭層穩定，氣化層位置亦相對穩定；每次加煤量85kg左右，冷的煤棒造成的爐內熱量損失相應減少，每臺造氣爐氣化效率提高了12.5%，13臺爐每班共多產煤氣近78 800m3，相當于每班多產25t氨，效益十分可觀。

2.3 自動下灰

2010年10月，河北長佳自動下灰技改項目在新洋豐合成氨造氣車間驗收合格后投運，至2012年4月，運行平穩。技改前每班下灰4～5次，若燒劣質煤不低于5次。每次下灰約5min，單爐每班下灰需耗時25min左右，13臺爐共耗時約325min。技改后，全部實現不停爐下灰，每班共多產煤氣32 840m3，相當于每班多產10t氨。需要注意的是，因技改后的下灰圓門開關頻繁，下灰油缸與曲臂的連接螺桿極易斷裂，易發生噴火燒傷事故，所以下灰圓門除了安裝閥檢聯鎖報警裝置外，還應定期檢查更換連接螺桿；下灰圓門密封要嚴，適當控制灰倉加水時間，防止圓門漏氣。

2.4 不停爐排集塵器灰

相比利用塊煤制氣，煤棒制氣無論是上行旋風除塵器、單元總集塵器，還是吹風回收集塵器，帶出物都要多一些。若停爐排灰，單爐旋風除塵器排空至少需10min以上，單元總集塵器和吹風回收集塵器更無法停爐排灰。新洋豐合成氨造氣經多次摸索實驗，終于找到了一種不停爐帶壓排灰的新方法，此舉每個班可多產煤氣約13 000m3。

2.5 選用適宜的爐箅

因各廠的具體情況千差萬別，通用型爐箅不適用，需根據造氣爐、風機、管道閥門、系統阻力等多方面綜合考慮，選擇適宜的爐箅（最好是定制爐箅），才能讓造氣爐發揮出最佳水平，產出質優量足的合格半水煤氣。新洋豐合成氨造氣車間共使用東方、淄博、興亞三種爐箅，從使用情況來看，興亞爐箅效果較佳：布風均勻、破渣能力強、渣量適中、帶出物少，大齒圈積灰少、耐燒、耐磨、阻力小，尤其在煤質不穩的情況下，能較好地維持爐子的長周期平穩運行。

2.6 選用適宜的風機

空氣鼓風機的選擇，亦應根據各廠造氣爐大小、床層阻力、系統阻力、燃料性質并結合生產需要來確定，以達到強風短吹的目的，還要能根據入爐煤棒質量的變化適時調整入爐風壓，保證短時間內能為氣化反應提供足夠熱量，為制氣階段節約出時間。新洋豐合成氨廠造氣車間使用KD450、KD500、C450—1.24、C500－1.28四種風機。經多年實踐證明，使用KD500、C500—1.28風機，入爐風壓比其他兩種風機高出5～6kPa，相同條件下比用其余兩種風機每個循環可節約吹風時間1～3s，氣化效果亦優于其他兩種風機。

2.7 選用適宜的爐條機和灰盤

隨著造氣爐高徑比的不斷增大，造氣爐內炭層越加越高，重量不斷增加，排灰機構的負荷亦愈來愈重。尤其是在入爐煤灰分愈來愈高的情況下，單位時間內排出的渣越來越多，采用自動加焦和自動下灰新技術后，爐條機和灰盤均不停歇運轉，因而合成氨造氣對爐條機和灰盤的選擇要求亦越來越高。新洋豐合成氨廠采用滾道灰盤和易拆封閉式爐條機，灰盤運轉時阻力小，爐條機運行時間長，保證了多煤種煤棒制氣時造氣爐的正常出力。需要注意的是，灰盤下部支撐鐵及灰盤邊緣壓灰條要嚴格密封，否則細灰極易進入大齒圈，導致灰盤移位或爐條機拉壞，必要時可停爐人工定期清理大齒圈積灰。

3 蒸汽的合理配置

蒸汽亦是造氣的主要原料之一，其壓力、流速、品位的高低，都直接影響制氣的質量。現代大中型合成氨廠造氣爐臺數多，單元多，蒸汽管線長，若蒸汽管從一頭進，另一頭出，將導致部分爐入爐蒸汽壓力、流速、溫度均高，部分爐入爐蒸汽壓力、流速、溫度均低的現象，對安全和制氣生產均十分不利。如何合理配置蒸汽，才能確保各單元爐入爐蒸汽壓力、流速的均衡和溫度的穩定呢？新洋豐合成氨有45t／h造氣灰渣蒸汽發電鍋爐一臺；造氣車間有風機汽輪機兩臺，35t／h吹風氣回收潛熱鍋爐一臺；14臺造氣爐分為4個單元（1＃、2＃爐單獨一單元，其余爐四爐一單元），各單元配上下行煤氣顯熱回收器一臺。經過多年探索和技改，終于完成了對多源頭蒸汽的合理分配，為造氣奠定了良好基礎。

3.1 主管蒸汽均勻分配

將發電鍋爐所產蒸汽與潛熱鍋爐所產蒸汽過熱后統一歸并到汽輪機分氣缸，部分蒸汽供驅動汽輪機用，兩臺汽輪機出口蒸汽分兩頭直接進各單元蒸汽緩沖罐；部分蒸汽經自調閥減壓后去蒸汽總管，然后經自調閥調節后進兩爐共用蒸汽緩沖罐。

3.2 副產蒸汽單元爐自用

夾套副產蒸汽經顯熱回收器上部與上下行煤氣換熱后直接進該單元蒸汽緩沖罐。

3.3 各單元蒸汽總管連通

蒸汽經各蒸汽緩沖罐緩沖后進入各單元蒸汽總管。若單元蒸汽總管不連通，極易導致部分單元爐蒸汽壓力低，部分單元蒸汽緩沖罐和汽包安全閥超壓啟跳的現象，若連通則可均衡各爐入爐蒸汽壓力，保證入爐蒸汽壓力的平穩。

3.4 合理設置自調閥預調值

各單元蒸汽自調閥調節值不求一致，而應以調節后緩沖罐的蒸汽壓力一致為標準，根據實際情況適時調整設定值。

3.5 自動疏水

蒸汽總管、自調閥處蒸汽管、蒸汽緩沖罐都應安裝圓盤式自動疏水閥，及時疏掉蒸汽冷凝水，防止入爐蒸汽帶水。

4 采用適宜的制氣工藝

自動加焦、自動下灰、穩定的高品位蒸汽、先進的設備配置，為制氣工藝的制定，做好了充分的準備，即使入爐煤棒質量變化頻繁，調節起來仍是游刃有余。新洋豐合成氨造氣車間經多年堅持不懈的努力，從爐內炭層高度、入爐蒸汽和空氣流量及壓力、循環時間及上下吹蒸汽分配等方面，探索出了一套科學、實用的制氣工藝，為多煤種不穩定原料煤在造氣的推廣應用找到了一條成功的捷徑。

4.1 選擇適宜的炭層高度

通過將上行煤氣管移至爐頂，將造氣爐高徑比增至1.88（優于一般中小廠），為爐內炭層的提高創造了條件；再通過自動加焦空程的設定，將有效炭層控制在2.2～2.3m，為實現強風短吹，延長蒸汽與煤棒發生氣化反應的時間，提高蒸汽分解率打下了基礎。

4.2 控制適宜的空氣和蒸汽壓力及流量

高炭層的確立，為高空速創造了條件。空速過低，弱風長吹，空氣無法在較短時間內穿透炭層，不僅爐溫難提，且由于吹風氣在爐內停留時間過長，在還原層中二氧化碳與炭發生還原反應增強，既吸熱，又徒增煤耗，故宜采用強風短吹；蒸汽流速過快，在爐內停留時間過短，氣化反應時間短，蒸汽分解率不高。但在高灰分、高炭層情況下，若入爐蒸汽壓力過低，不僅進入氣化層參與氣化反應的蒸汽量減少，高灰分導致的爐內局部疤塊難以軟化破碎，且由于蒸汽自調閥長提不落，反使入爐蒸汽消耗增加。

根據實驗，相同條件下，常開13臺爐，當減壓后蒸汽總管壓力由0.25MPa降至0.17MPa時，蒸汽用量每班將增加15～20t，且氣質相應下降，亦不可取。新洋豐合成氨造氣將入爐風壓控制在25～28kPa（以不吹翻炭層為標準），風量過大時稍關小入爐風閥即可；減壓后蒸汽總管壓力控制在0.25～0.3MPa；上吹蒸汽手輪較下吹多出22%，13臺爐每小時蒸汽流量控制在25t左右，經多年實踐檢驗，效果良好。

4.3 選擇合理的循環時間及百分比

4.3.1 循環時間的選擇

循環周期過短，閥門動作頻繁，磨損嚴重，縮短設備使用壽命；循環周期過長，還原反應時熱量損失大，難以維持爐內熱平衡，且氣化層位置波動范圍過大，當入爐煤棒性質發生變化時，難以及時調整工藝，故兩者均不可取。

新洋豐合成氨造氣選擇120s為一循環周期，較好地避免了循環周期過短或過長的弊病，在多煤種入爐煤棒的制氣生產中優勢明顯。

4.3.2 吹風百分比及加氮

吹風時間的長短，以能在較短時間內為制氣提供足夠熱量為標準，尤其在入爐煤棒質量經常變化的情況下，灰分高時吹風時間過長易造成造氣爐內局部結疤，惡化爐況；灰分低時吹風時間過短爐溫低，蒸汽分解率低，發氣量差，均不利于制氣生產。一般情況下，在強風短吹的基礎上，吹風百分比可占到循環總時間的17%～19%，視入爐煤變化加減即可；上吹加氮時間需結合爐溫和循環氫變化情況確定，以多加氮少回收吹風氣，同時穩定上行溫度為原則，一般加氮閥比上吹蒸汽閥提前5s關，視具體情況開關加氮閥手輪。

4.3.3 上下吹百分比

吹風結束時爐溫最高，此時進入上吹階段，所產煤氣氣質佳，但若上吹時間過長，將消耗大部分熱量，爐溫下降快，不利于下吹制氣，故上吹蒸汽量宜大而時間短；若煤棒水分較重，又需要上吹階段煤氣對爐上部煤棒進行烘干，增加炭層的透氣性，但切不可因此而延長上吹時間。視入爐煤變化，一般上吹時間占循環時間的30%～32%，每25～30min做一次全上吹。下吹階段除了制氣，更重要的一個目的是穩定氣化層，但因上吹已耗去較多熱量，因而下吹時蒸汽應較上吹用量小而時間較上吹長，以能維持氣化層位置的相對穩定為標準。一般下吹時間占循環時間的39%～41%。

4.3.4 二次上吹及吹凈

二次上吹和吹凈時間以能吹凈爐底殘存煤氣，保障吹風安全和回收凈爐頂及上行煤氣管道內煤氣為標準，一般情況下分別占循環時間的7%、4%為宜。

4.4 工藝調整思路

吹風、上下吹時間的調節應隨入爐煤的變化而變化，灰分高時適當減吹風、上吹，加下吹時間，灰分變低時則反其道而行之，可成功應對煤質變化導致的爐況變化。最后，許多廠家容易忽視的一點是，造氣爐距離氣柜及吹風氣回收潛熱燃燒爐的遠近，以及潛熱系統壓力對制氣阻力的影響。造氣爐距氣柜及燃燒爐越遠，阻力越大，吹風時間應相應增加；潛熱系統負壓越小，吹風阻力越大，此時應盡量避免多單元吹風氣重風，同時調節潛熱和型煤烘干窯前引風機轉速，確保潛熱系統適當負壓，必要時增加造氣爐吹風時間。

5 正確的操作方法

因入爐煤棒質量變化頻繁，工藝調整的滯后性明顯，往往要等到爐況已經變化了才作調整，若操作方法不當，極易導致爐況惡化。這就要求造氣操作工具備較高的操作水平，能根據爐況的變化適時調整操作方法，以維持爐況的穩定。

5.1 控制合理的上下行溫度

爐上溫度過高，上行煤氣帶走熱量多，熱量損失大，不利于造氣爐蓄熱；同時，入爐煤棒易在高溫下爆裂，導致制氣生產中帶出物增多，或爐內徑向阻力不均，惡化爐況。爐上溫度過低，整個爐溫低，不利于蒸汽分解，氣質差，且易造成煤氣中氧含量跑高，亦不利于制氣生產。爐底溫度過高，易燒壞爐箅，且灰渣中殘碳偏高，應堅決杜絕；爐底溫度過低，多半屬氣化層上移，灰渣層過厚所致，易導致造氣爐掛爐結疤，亦不可取。合理的爐上下溫度，應以制氣生產中爐溫高、氣質好、灰渣燃燒狀況好、蒸汽分解率高、發氣量高、氣化層位置穩定、不傷爐箅、炭層下降均勻、煤耗低為標準，尤其在入爐煤質不穩的情況下，更要維持爐溫的穩定。

新洋豐合成氨造氣總結多年經驗，嚴格控制爐頂溫度在300～320℃，爐底溫度在200～220℃，效果良好。具體操作時，操作工應預先了解本班入爐煤灰分的變化情況，視入爐煤質變化，增減上吹加氮量、爐條機轉速，及延長或縮短自動下灰和全上吹設定時間，必要時再作工藝方面的調整。

5.2 防止氫氮比大幅波動

入爐煤的經常性變化，對氣質的影響是不容忽視的。煤變好時蒸汽分解率高，循環氫高，需加大氮氣的回收量；煤變差時蒸汽分解率相應降低，循環氫低，需減少氮氣的回收量。但氫氮比的驟升驟降都會造成合成循環機壓力及合成塔內段間溫度波動，有時甚至導致大減量或全廠停車，不僅降低了氨產量，更對合成氨的安全平穩生產帶來巨大威脅。因此，造氣操作工應具有豐富的操作經驗，具備超前意識，能準確預見合成循環氫的變化趨勢，適時調整氮氣回收量，確保循環氫的穩定，為高產穩產創造條件。實現氫氮比自調，是最佳選擇。

5.3 其他應注意的問題

一是要密切監控灰倉溫度。當氣化層下移時，灰倉溫度將迅速上漲，此時應立即減爐條機轉速，必要時可停爐條機20～30min，待灰倉溫度恢復正常時再啟動爐條機。二是發現偏灰（一邊灰倉有灰，一邊無灰）時，應迅速停爐對無灰一側灰倉組織人工扒爐，排除堵住的疤塊，恢復正常排灰。三是灰倉灰滿，上灰閥閘不下，無法自動下灰時，應停爐人工掏灰，待上灰閥落到位后再恢復自動下灰。

6 結 語

造氣是一項涉及設備、物料、工藝、技術、操作等多方面的系統工程，其各部分是相輔相成的。只有將各部分有機結合，才能在煤炭價格一路飆升，化肥市場競爭白熱化的今天，降低生產成本，穩產高產，掌握市場主動權。湖北新洋豐合成氨廠通過不斷更新設備，采用新技術，摸索新工藝、新方法，成功解決了因原料煤頻繁變化致爐況不穩，產氣量下降的難題，為今后多煤種不穩定煤棒固定層間歇式制氣探索出了一條成功的道路，或可為其他合成氨企業借鑒。