淺談如何實現水煤氣發生爐的優質高產

韓光照

（山西省焦炭集團有限責任公司安全監察部，山西 太原 030024）

1 水煤氣生產原理

水煤氣是由蒸汽與灼熱的無煙煤或焦炭反應而制得，主要成分為氫氣和一氧化碳，也含有少量二氧化碳、氮氣和甲烷等組分，各組分的含量取決于所用原料及氣化條件。工業上，水煤氣生產一般采用間歇式固定床生產技術。

碳與蒸汽反應生成水煤氣的過程為吸熱反應，必須向氣化爐內供熱。因此，制氣過程分為兩個階段：第一階段為吹風，將空氣鼓入爐內，與碳發生燃燒反應，燒掉部分燃料，放出大量的熱積蓄在料層內，使料層溫度升高，同時生成主要成分為二氧化碳的高溫吹風氣，經凈化、廢熱回收后放空；第二階段為制氣階段，向紅熱的料層內吹入蒸汽，利用積蓄在料層中的熱量進行反應，生成以一氧化碳和氫氣為主的水煤氣，送入氣柜。由于反應吸熱，燃料層及蓄熱室溫度下降至一定溫度時，又重新送空氣入爐升溫，這樣間歇、循環地向料層內鼓入空氣和蒸汽，實現水煤氣的生產。

2 煤的主要理化指標對水煤氣生產的影響

2.1 水分

固體燃料中的水分，以游離水、吸附水和化合水3種形式存在，水分過高有以下不利影響：①煤的表面黏附的煤粉篩不干凈；②煤粉堵塞篩網；③由于水分蒸發，增加煤氣爐熱損失，浪費能源；④煤氣爐蒸汽分解率下降，影響氣體質量和產量，嚴重時能惡化爐況。

2.2 揮發分

煤中的揮發分指在一定的溫度下，干餾時析出的氣體和焦油等可揮發的部分。揮發分高的固體燃料其機械強度、熱穩定性相對差，且制得的煤氣中碳氫化合物高。

2.3 灰分

煤中的灰分組成一般為二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉等。灰分越高，相對有效碳分就會減少，煤質降低，在燃燒的過程中，阻礙了氣化劑和煤的充分接觸，影響了氣化劑的廣泛擴散。同時加重了排灰機械的負荷，增加停爐時間。

2.3 硫分

氣化時，硫基本上以硫化氫形式和少量有機硫化合物形式轉移到煤氣中。硫在氣化爐內影響不明顯，只是硫化物含量過高，對設備、管道腐蝕加大，且會使催化劑中毒。

2.4 灰熔點

煤的灰熔點是影響爐況好壞的重要因素之一。灰熔點太低，氣化層溫度不能太高，否則會造成爐內結大塊，使爐床阻力不勻，嚴重時使氣化爐不能正常生產下去。

2.5 化學活性

燃料的化學活性指燃料與氣化劑相互作用的化學反應能力。同一種燃料，氣化反應溫度越高，化學活性愈強。因此，提高氣化反應溫度，有利于獲得優質、高產的煤氣。

2.6 機械強度

燃料機械強度指其抗破碎能力。機械強度好的燃料，在運輸過程中被破碎的量相對比較小，強度差的燃料損壞則比較大。由此造成的燃料質量分配不均，使得燃料層的較高溫度和氣化劑流速不能很好的保持，對于氣流和溫度的分配也會造成分布不均，一定程度上影響了水煤氣的質量，煤質也會間接或直接受到不利影響。

3 制定合理的工藝指標

3.1 制定合理、有效的循環時間

循環時間太長或者太短都會不同程度地影響正常程序，這就要求循環時間的制定必須嚴謹、實際，要根據原料的具體性質和活性輕弱來決定。活性差的原料，相對循環時間就會短，活性較好的原料，循環時間就會長。如果時間過長氣化層溫度和產氣量及氣體成分波動大，但過短會使自動閥門動作占去太多時間，相應縮短了有效制氣的時間。

循環時間的確定一般應該遵循4個原則：①要確保安全生產和程序有序運行，保證生產能穩步、持久地發展；②在提高煤利用率的前提下，盡量提高氣化強度；③穩定氣化層的位置，使制氣前后的溫度不存在太大的波動；④要盡可能減少熱量損失，提高蒸汽分解率。

3.2 確定合適的溫度

氣化層的溫度選擇應該考慮氣化強度、熱利用率、燃料會熔點等因素，要綜合幾方面的因素考慮，確定合適的適宜溫度。

爐篦溫度：爐篦溫度高低的變化一般可反應出反應層溫度的變化。溫度高有利于制氣效率，但是也不能盲目的追求高溫度。為防止氣化層下移又不宜太高，一般定在250～300℃之間。

氣化層溫度只能通過爐上、爐下溫度和用探火方法來推測氣化層溫度，溫度的選擇要慎重。千萬不能以自己的感覺來過分壓低溫度，也不能憑自己的感覺一味地追求大火層。因為火層如果太大，產氣量就會很高，這樣火爐內就很容易產生較大的大塊，如果大塊的數量足夠多的時候就會給灰盤增加壓力，甚至會毀壞灰盤，影響生產的正常進行，給工作帶來不小的損失，所以溫度的選擇一定要適中、合理。

3.3 入爐蒸汽壓力

實踐證明，適當提高入爐蒸汽壓力對提高煤氣爐產量和質量有利。

3.4 炭層高度

炭層高度要是穩定，炭層的阻力就會保持一定，使入爐空氣、蒸汽穿過炭層，很好地保持爐內的平衡。不同設備的負荷不同，對炭層的高度要求也不同。炭層控制得好，可以使爐頂、爐底氣體溫度得到很好的控制，減少熱損失；如果煤層控制不好，就會給生產帶來不便。因此，炭層高度的控制要合理。

4 加強設備管理，確保煤氣發生爐開爐率

4.1 合理安排設備檢修

設備檢修是為了保持設備的良好技術狀態，延長使用壽命，保證設備的可靠性，能連續生產水煤氣。對發生爐的計劃大、中、小檢修周期根據歷來積累的設備運行資料來確定，必須與生產作業計劃密切結合。當兩者發生矛盾時，原則上應服從檢修計劃，而當月檢修的項目可在當月內提前或推遲進行。在生產運行過程中，經常出現各種故障，致使設備處于帶病運行狀態或造成設備停運，此時必須安排非計劃檢修，及時檢查設備存在的問題以及潛在的問題，使其盡快恢復運行。系統性停產檢修，是對非單體設備和管道系統構筑物等進行檢修或清理，是一項整體性作業，也是一項持久的工作。

4.2 加強設備維護保養

正確使用和維護保養設備，對保持設備正常運轉、延長使用壽命、減少設備故障、提高生產率、保證正常生產都有良好效果。

綜上所述，為使水煤氣爐實現優質高產，必須控制氣化原料質量，對煤氣爐操作條件應在“四穩”的基礎上保持“三高”。“四穩”：必須掌握溫度、火層、炭層、氣體成分的穩定原則，對溫度的掌握要嚴格，火層和炭層高度的確定要綜合各方因素來確定；“三高”：選用較高的吹風率、氣化層溫度、燃料層操作條件。另外，還必須加強設備的維護保養和檢修，才能實現水煤氣爐的優質高產。