煤氣爐高產低耗的奧妙探索

李永恒

（全國造氣技術咨詢部，上海 200062）

談到煤氣爐高產低耗，是千言萬語也難以論述清楚的。筆者將自身從事造氣工作56年的經歷，總結成四句話：原料是基礎、設備是保證、效益是前提、管理是關鍵。下面筆者就這20個字進行簡略的剖析。

1 原料是基礎

為何把原料定為基礎呢？因為原料的性質、品質、加工水平、管理方法等都會影響到煤氣爐的氣化強度。一棟高樓因基礎不好，就會倒塌。一個企業不重視作為基礎的原料，不科學應用好原料，就會常年虧損而倒閉。

1.1 原料的演變過程

固定層空氣間歇氣化技術屬于移動床范疇，所使用的原料（又稱燃料）都是顆粒形狀的。在我國77年化肥生產中，原料變化多端。1935年從美國引進的φ2 743.2mm（9英尺）UGI型煤氣發生爐，使用的原料是上等冶金焦。當時我國煉焦技術不成熟，從美國用船將焦炭運到南京，后來又用過臺灣焦，1949后使用鞍鋼焦。1957年原化工部號召用無煙塊煤來替代高價的冶金焦，首先在南京永利寧廠試燒（筆者當時也參加了該項試燒工作）。焦改煤的難度大，因爐型和附屬設備的設計，都是以焦炭為原料，在同等料層高度的情況下，塊煤的床層阻力比焦炭大得多，加之當時所用風機的風壓僅為13.5kPa，爐內的溫度提不高，又加上塊煤的粒徑不勻等問題，爐況一時難以正常。經過一段時間的摸索，終于取得成功，為拓展我國化肥原料路線開辟了新途徑。當時該爐型達到日產氨50t，受到原化工部的嘉獎。

到了上世紀70年代，由于全國化肥廠大增，塊煤的供應緊缺，提出利用粉煤加工成煤球、煤棒，在全國部分廠進行試燒。1975年原化工部為了盡快推廣型煤造氣技術，專門成立了煤球測定組，對南方五個廠進行煤球造氣的測定工作（筆者也參加了該項工作）。

1.2 入爐塊煤標準

1997年國家就頒布了合成氨用煤標準，然而許多企業未按國家標準用煤，致使企業效益受到很大影響。筆者就有關國家規定合成氨用煤標準和如何提高入爐煤的品位作一簡要論述，供大家參考。

1.2.1 入爐煤粒徑分等級

塊煤分等級氣化的科學依據 根據氣化機理，移動床氣化必須使床層阻力均勻，氣化劑通過床層時分布才會均勻，氣化層的截面溫度也能達到均勻。這樣，氣化劑與原料接觸才會發生理想的氣化反應。如在吹風階段由于床層阻力均勻，空氣在爐膛內均勻分布，生成的吹風氣中，有效氣體成分比較理想，同時避免了因阻力不勻，而使床層局部吹風氣中CO2還原成CO，造成損失。吹風氣中有效氣體成分（CO＋H2）每增加1%，噸氨煤耗上升17kg。

有些企業入爐煤采取“五世同膛”（從粉煤到φ300mm以上的特大塊）的方法。這種方法顯然是不合理的，因不同粒徑的煤伙同粉煤一起進入爐膛，致使入爐煤在爐膛內不能合理分布。不論是采用人工加煤，還是自動加煤，入爐煤都是從爐膛中部垂直加入爐內的。若入爐煤的粒徑懸殊較大，一般的規律是大粒徑的煤進入爐膛截面的外環區，中粒徑的煤進入內環區，小粒徑和粉煤落在中心區。因此，必然形成外環區的阻力小，中心區的阻力大，內環區的阻力居中的現象。由于外環區阻力小，通過的氣化劑量大，造成此區的煤消耗得快，容易引起此區的氣化層局部上移或出現結疤、結塊、風洞等不正?，F象。中心區的阻力大，通過的氣化劑量少，此區內的煤不能充分燃燒和氣化，容易造成漏炭和爐渣含碳量高等。另外，由于床層截面阻力的差異，致使氣化劑分布不勻，床層各區域的溫度也不能達到理想的分布狀況。溫度高的區域易結大塊，嚴重時結成一個大圓圈，迫使停爐熄火處理。溫度低的區域煤氣化不完全，有的根本沒有燃燒。

1.2.2 國家頒布的入爐煤粒徑等級標準

（1）大塊 φ50～φ100mm

（2）中塊 φ25～φ50mm

（3）小塊 φ3～φ5mm

（4）混中塊 φ13～φ70mm

（5）亞中塊 φ17～φ25mm

1.2.3 企業自定的入爐煤粒徑等級

各企業自行規定的入爐煤標準，是根據爐型和市場原煤供應情況來制定的。在20世紀90年代以前，中型氮肥廠煤氣爐所用原煤，都是由原化工部統一計劃供應的。同時，也給中氮廠下達了煤耗和入爐煤的粒徑指標：噸氨耗入廠煤為2 300kg，入爐標煤為1 240kg，粒徑為φ25～φ75mm（當時中氮廠只燒大塊煤）。這個標準有些企業很難達到，就將上下限放寬，為φ20～φ100mm。后來由于原料煤供應緊張，中氮廠大型爐也開始燒小籽煤。特別是我國南方的一些企業，遠離山西省煤都，非常珍惜煤，為了合理、科學使用好到廠煤，將入爐煤的粒徑分為4個等級，即φ10～φ16mm、φ16～φ25mm、φ25～φ40mm、φ40～φ60mm。

小氮廠在煤加工程序中，初始設計時就沒有振動篩和破碎機等機械化加工設施。全部為人工操作，特大塊用鐵錘敲小，入爐煤粒徑不分等級，煤的篩分也是用1塊簡易的篩網，傾斜放在煤場，人工一鏟鏟地將煤鏟入篩網，僅僅是象征性的過篩，有的企業過篩后含粉率高達8%～10%（國家標準為3%以下），效果很差。因此，大多數廠的入爐煤，基本上都是 “五世同膛”。

后來，有些企業認識到煤加工的重要性，增加了振動篩，也有的企業在煤入爐前的吊桶前，增加條篩，進行二次過篩。也有的廠將中塊和小塊分開入爐，但是對粒徑沒有嚴格要求。如果要求小廠入爐煤的粒徑分4個等級，是很難做到的。

目前，小廠只要建1臺雙層篩網的彈性振桿篩，就可以解決粒徑分等級入爐的問題?？梢园凑咋?0～φ30mm，φ30～φ75mm兩個等級劃分，這樣做既科學又很容易做到。

1.3 煤的性質對氣化的影響

影響塊煤氣化的因素很多，如煤的冷熱強度，固定碳和灰分及水分含量，灰熔點的高低，化學性質的好壞等等。上述性質都會影響到煤氣爐的氣化強度。其中特別要注意的是，企業在選取煤種時，除了價格上的選擇，還要注意煤的化學活性，它對氣化強度有著非常大的影響，也是影響企業效益的關鍵所在。一般而言，化學活性好的煤，發氣量就高。但是化學活性好的煤，熱穩定性較差。因此，有些企業選擇用熱穩定性好的煤摻燒，因為熱穩定性好的煤相應化學活性較差，兩者結合起來，后者在床層中起到骨架作用。一般情況下各為一半為佳。

1.4 粉煤成型技術

由于塊煤供應緊缺，加上價格越來越高，有些地區的企業，入廠煤的價位高于化肥成本價格，企業無法生存，因此許多企業選擇粉煤成型道路。我國的粉煤成型工作，幾十年來變化較大，早在上世紀70年代初，原化工部就多次派員去朝鮮考察煤球成型技術。近年來我國粉煤成型技術發展很快，朝鮮反過來到我國考察了。

粉煤成型技術非常復雜。不論是煤球還是煤棒，其加工質量都會影響到氣化強度。型煤的質量好壞，與許多因素有關。如制作型煤的設備性能，型煤加工的方法，粘結劑的特性，煤源的性質，工藝流程等。因此，有的企業型煤的質量好，就有很大的效益，如某公司在φ3 000mm爐上用煤棒制氣，單爐日產氨在70t以上。又如某公司在φ2 600mm爐上用煤棒制氣，單爐日產氨在48t以上。型煤質量差的企業，其發氣量不到上述的一半。

有朋友問，究竟是煤球好？還是煤棒好？各企業要根據上述有關因素自行選擇。筆者曾見到某企業，原來一直用煤棒制氣，情況很好。后來由于生產發展，又擴建新系統，就上了煤球工程。投運后對比，認為煤球的消耗高于煤棒（原料相同），所以該公司又將煤球改成煤棒。目前該公司42臺爐全部燒煤棒，效益很好。有關型煤技術非常復雜，筆者曾經編著一本 《型煤技術問答》書，上面有詳細論述，在此不再贅述。

2 設備是保證

要使煤氣爐實現高產低耗，在原料科學應用的基礎上，必須選擇優良的設備。在造氣系統各企業對設備選型存在許多誤區，因此無法達到一定的效益，從而使許多企業走上破產之路。小氮肥廠在高峰時全國有1 452家，目前僅存300多家。顯然，企業在新建或技術改造時一定要把好設備選型關。

2.1 煤氣爐的選型

我國化肥系統所用的爐型都是直筒形，直徑從φ1 200mm到φ3600mm不等。幾十年來變化較大，各企業自行改造，名目繁多。小廠將φ2 260mm爐，先后改成φ2 400mm爐、φ2 500mm爐、φ2 600mm爐、φ2 800mm爐等。中型廠將φ2 745mm爐逐步改成φ3000mm爐、φ3200mm爐、φ3300mm爐。唯有φ3 600mm爐未改造，曾有人想改成φ4 000mm，但是存在灰盤跨度等問題，一直未能實施。其實選擇優良的爐型，只要把握好兩個尺寸就可以了。一是高徑比，為2∶1；二是爐渣過渡區，長期實踐認為在250mm以上比較科學。

2.1.1 爐箅的選擇

幾十年來爐箅的變化也是比較大的，因爐箅是煤氣爐的核心部件，對煤氣爐內煤氣的生成，有著頭等重要意義。所以爐箅的好壞直接影響到煤氣爐的高產低耗。一臺優良的爐箅應該有如下的特性：① 合理布風，使爐膛截面布風均勻；②通風面積適當大些，因為只有較大通風面積的爐箅才能實現高氣化強度；③ 具有承渣、導渣、推渣、破渣、排渣等功能；④ 使用壽命長（若選用鑄鋼材質，使用壽命在兩年以上）；⑤爐下帶岀物少，優良爐箅在200kg／d，筆者見過一臺劣質爐箅帶岀物多達3t／d以上。

目前，爐箅品種繁多，許多企業都在探索選擇。某公司試用多種爐箅以后，最終選擇DF型爐箅，該公司42臺φ2 600mm爐全部使用DF型爐箅，在燒煤棒時單爐日產氨48t。

2.1.2 關于不停爐下灰裝置

目前，該設備品種繁多，優劣不等，各企業應慎重選擇，在此筆者不多論。

2.2 余熱鍋爐

當前選用的大都是熱管鍋爐，它具有傳熱效果好等諸多優點，被廣泛應用。但是在設計時要注意，鍋爐內部通道截面積不宜過小，要根據煤氣爐產煤氣量多少而定，即用通過鍋爐的氣量來設計鍋爐內部的通氣截面積。過小不但翅片上易積灰，而且阻力大，影響發氣量。

2.3 洗滌塔

洗滌塔選擇也是多樣的，有填料塔、旋流板塔、篩板塔、擋板塔、空塔及新開發的三角形正波規整塔等。

各企業根據洗滌塔的功能來選擇，其功能包括降低煤氣溫度，有一定的噴淋密度，傳質效果好，塔內阻力小，能解吸煤氣中的可溶氣體（如硫化氫、二氧化碳）。

2.3.1 洗滌塔選擇的誤區

誤區有如下幾種。

（1）塔阻力的誤區 有的企業為了降低煤氣溫度，將塔的阻力設置很大，導致煤氣爐的發氣量減少，嚴重時煤氣送不出去。如某企業有5臺φ2 600mm爐，共用1臺洗滌塔，為φ2 000mm旋流板塔，因塔徑過小，阻力特大，當2臺爐送氣時塔的進口壓力高達8kPa，3臺爐送氣時高達14kPa，煤氣無法進入，只有停爐改造。又如某企業新建造氣工程時，在塔內增加了多層竹板，使阻力增加到10kPa以上，致使造氣水平無法提高。

（2）多塔串聯的誤區 有的企業為了降煤氣溫度，采用2～3臺洗滌塔串聯使用，這種做法必然造成阻力增加。某企業采用3塔串聯時，其第1臺塔的阻力高達7kPa。

洗滌塔的阻力過高，導致煤氣爐內生產出來的煤氣，不能迅速離開爐子，煤氣在爐內滯留過久，致使煤氣中的CO氣體在爐內進行二次反應，還原成CO2。因此，洗滌塔的阻力過高會影響到煤氣爐的高產低耗。

2.3.2 新開發的SZ型三角形正波規整填料塔

本文重點介紹此種塔。

（1）結構 采用0.2mm薄不銹鋼板，經壓制和組裝成各種規格的三角形正波規整填料。

（2）特點 吸收了老板塔波紋填料和塑料格柵的優點，其比表面積大、重量輕、氣體通量大、分布均勻、接觸充分、不堵塞、不老化、不變形、阻力低。

（3）組裝方式 該填料組裝時，第一層填料板片排列方向與填料支撐柵板交叉呈90°，上下兩層填料的排列方向旋轉45°。

（4）應用效果 該填料采用不銹鋼板片作為傳質構件，板片垂直于塔橫截面，與氣液流動方向平行，層與層之間錯位45°。塔內氣液流逆向旋轉接觸，冷卻水在不銹鋼板面上呈薄膜狀向下流動，煤氣由下而上流動，與液膜充分接觸。因此，該填料傳質效果好，已在眾多企業的造氣洗滌塔、脫硫塔、飽和熱水塔、變脫塔、脫碳塔中應用。另外，這種塔的出氣溫度，略高于進水溫度，一般比水溫高2～3℃。

2.4 自動閥門

如何科學地應用好自動閥門，是廣大科技人員重點關心的問題。筆者從事煤造氣工作56年來，體會很深，閥門雖小，但是里面的含金量很高。近十幾年來筆者專門對閥門進行了研究，認為閥門里面的學問很多、很深。近年來也發表了多篇有關如何科學應用閥門的文章。在此只能簡要介紹，綜合而言，請注重以下幾方面。

（1）閥位 正確設計好閥門的位置。

（2）閥速 控制好閥門的速度，開關時間在2～3s。

（3）閥向 座板閥選擇好氣體（空氣、煤氣、蒸汽）在閥門里的走向。

（4）閥徑 不同的爐型選擇不同的閥門直徑?？梢园凑諣t膛截面積與閥門截面積的比例來選擇，較科學。空氣閥門按18∶1，煤氣閥門按14∶1，回收閥按9∶1。

（5）閥漏 要消除閥門的內外漏（空氣、煤氣、蒸汽、油）。

（6）閥腔 為了保證座板閥的有效通氣面積，必須設置閥腔。

（7）閥類 閥門的種類不少，除主要閥門外，安全擋板閥一定要正確安裝。煙囪閥選擇下開式。

（8）閥缸 閥門的油缸要選擇適當，不宜過大或過小。

（9）閥型 在有條件的情況下，盡量選用座板閥。

（10）閥桿 選擇不銹鋼材質為好。

（11）閥鎖 為了確保安全，必須有聯鎖。

（12）閥待 處理好閥待，不需多花錢，單爐年效益在百萬以上。

（13）閥油 冬季用粘度低的油，夏季用粘度高的油。

（14）閥障 閥門在運行時，經常會出現故障，要及時發現和排除。

（15）閥品 選擇有品位的優質閥門，不要貪便宜。許多企業在閥門招標時，只選擇價位低的，不注重閥品，投運后問題多多，不僅增加了成本費用，還影響到閥門使用周期，得不償失。

3 效益是前題

任何企業都要把效益放在首位，一個企業如果沒有效益是無法生存的。就當前大家都處在經濟危機的狀態下，企業的競爭，也是在同一起跑線上。但是，在同樣用間歇式煤氣爐造氣的情況下，有的企業能贏利多多（如某公司年效益在8 000萬元以上），有的企業長期虧損。這說明什么問題呢？顯然與企業領導的水平和全體員工的素質有關了。

4 管理是關鍵

一個企業管理水平的好壞，與企業領導水平和員工的素質有關?？茖W化的管理是使企業興旺發達的法寶，是煤氣爐高產低耗的關鍵。

4.1 工藝管理

（1）建立煤氣爐的工藝臺帳。

（2）根據各爐使用的原料，分別制定合理的工藝指標。

（3）嚴格控制好爐上、爐下溫度和爐渣含碳量。

（4）有條件的企業經常進行蒸汽分解率的測定工作。

（5）平時堅持做好單爐上下吹CO2的分析，是掌握好上下吹蒸汽用量有力依據。

（6）根據各爐使用的原料，檢查和控制好炭層高度。

4.2 設備管理

（1）建立各爐和各系統（煤氣系統、蒸汽系統、空氣系統、吹風氣系統）的臺帳，便于了解、查詢各設備和各系統運行狀況。

（2）檢查各設備運行周期，到了或超過運行周期的設備，要檢查，不能使用的設備要更新。

（3）平時要加強設備的維護保養，制定各設備加油周期。

（4）有些企業對待設備采取 “驢不死不下磨”的原始管理方法，這種現象一定要根除。

（5）各設備要實行包人包機。原化工部秦仲達部長，曾對筆者說過，設備必須在損壞之前更換。

4.3 技術管理

一個企業的技術管理非常重要，除了平時生產中的技術問題，全企業重大技術改造項目的制定，新項目的引進等，均屬于技術管理范疇。一般由企業總工程師主導的總工辦負責，他們工作的好壞，不但直接影響到企業的效益，甚至關系到一個企業的生存。舉例如下。

（1）2008年筆者去了兩個企業，存在同樣的問題：造氣發氣量低。他們不在如何提高發氣量上做工作，而是拼命擴建造氣系統。在增加造氣爐時，不同時對公用工程進行技術改造，因此，出現爐子增加越多，單爐發氣量越少的現象。全造氣系統阻力特大，煤氣總管的煤氣流速高達20～30m／s，嚴重時煤氣送不出去，造成爐底水封沖破。這種現象難道管技術的領導不應該負責嗎？企業還有什么效益可言呢？筆者在現場看到非常心疼。

（2）2004年出現了一種怪形爐，管技術的部門，不從技術上研究它的技術可行性，盲目引進，實踐應用不行又改回。企業損失多多。

（3）近年內又發起富氧連續氣化熱，技術負責人不調查，不研究，就上富氧氣化爐，企業損失很大。為此，筆者專門進行了全國性的調查，并將調查情況撰寫成文，供大家參考。

因此，企業的主要領導，在重大項目技術改造或引進新項目時，要認真調查，認真思考。同時還要有一定的膽略和魄力。

在造氣工序中，四大流程（空氣流裎、煤氣流程、蒸汽流裎、吹風氣流程）的合理性非常重要。這直接影響到企業的經濟效益。企業的領導一定要把好關。

4.4 安全管理

安全是企業的生命線，一旦發生重大事故，廠毀人亡。原化工部化肥生產事故匯編中介紹，造氣工序發生的事故占全廠的22%以上。因此，企業抓好安全管理非常重要，特別是全員（包括各級領導）的安全教育。某廠管生產的副廠長，因自身的安全素質低，他指揮造氣，采取提高半水煤氣中氧含量的辦法，來提高變換爐的溫度，結果因氧高發生氣柜爆炸事故。

4.5 生產管理

生產管理是一門綜合性的管理，涉及到企業的各個部門。包括員工的技術培訓，員工的個人情況和家庭情況，應提高全體員工（特別是各級領導）的各項素質，使全體員工一心一意為企業創造效益。

5 結 語

筆者從事造氣工作56年，深深體會到造氣工序是很辛苦，也是復雜的，其技術含量很大。早在上世紀70年代，因當時廠多原料供應緊張，許多企業燒劣質煤，爐況不正常，經常打疤打塊，當時提出的口號是：“力氣換煤氣”，“汗水變化肥”。在科技發達的今天，應該改成 “科技換煤氣”，“智慧變化肥”。在當前化肥市場嚴峻的情況下，企業競爭顯得更為突出。如何使企業生存和發展，企業領導一定要拿出膽略與魄力，從科學技術著手，重點把造氣工序抓好。眾所周知，化肥的成本和消耗，造氣占大頭。