淺談提高煤氣質量的途徑

摘要詳細論述了影響煤氣質量的因素（入爐煤的粒度、飽和溫度、爐出溫度、空層高度），從而在操作技術上加以改進，達到提高煤氣質量的目的。

關鍵詞粒度飽和溫度爐出溫度空層高度氣化

作為產氣工序，想要產出合格的煤氣，提供給分公司各煤氣使用點使用，就必須保證煤氣的生產質量。控制入爐煤的粒度、合理的選擇和控制飽和溫度、適當降低爐出溫度、控制空層高度、提高發(fā)生爐操作者的業(yè)務素質和技術管理水平、建立和完善各項規(guī)章制度是保證煤氣生產質量的有效措施。

一、提高煤氣質量的途徑

1.嚴格控制入爐煤的粒度。在日常生活中，我們烹調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，原料煤粒度對煤氣爐同一橫截面處氣化速度快慢有直接影響，尤其是機械加煤的煤氣爐更為嚴重。加上氣化是在動態(tài)氣流下進行的，所以其情況更為復雜，過大過小的煤粒都可能造成不同程度的影響。

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

煤塊粒度的大小在熱交換過程中所起的作用可用畢歐指數來說明：

Bi=ad/λ

式中a-氣體對固體表面的綜合給熱系數；d-煤塊直徑；λ-煤塊的導熱系數。

從物理意義來看，畢歐準數可理解為在熱交換過程中料塊的內熱阻d/λ與氣體對料塊的外熱阻1/a之比，即：

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

但是，對于層狀氣化煤氣發(fā)生爐來說，料塊愈小，料層阻力及煤氣帶出物的損失就愈大，并且容易出現燒穿現象。

根據以上所述，料塊粒度不均時，不可避免地會破壞正常的氣化過程。為了提高氣化效率和保證氣化質量，應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。對煤粒進行嚴格控制篩分，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，在煤氣爐化過程中，飽和溫度是用來控制燃料層溫度的，而燃料層溫度的高低對煤氣質量至關重要，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，反應產物中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，燃料層溫度就會急劇降低，使CO2和H2O（g）反應不徹底，反應物中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重要。煤氣發(fā)生爐中CO和H2的生成反應式如下：

C+CO2→2CO（吸熱反應）

C+H2O（g）→H2+CO（吸熱反應）

這兩個反應都是吸熱反應，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，上述兩反應的反應速度均處于動力學控制區(qū)范圍，故提高溫度能加快它們的反應速度，從而提高煤氣質量。但是，料層溫度也不能提的過高，當溫度超過了煤灰的熔點時，就會造成結渣，從而影響發(fā)生爐斷面通風的均勻性，破壞正常的氣化反應條件，致使煤氣質量惡化，熱值下降，渣含碳量升高。所以，在實際操作中，在不結渣的前提下應盡量降低飽和溫度，通過精心調整飽和溫度，將燃料層溫度控制在較接近燃料灰熔點范圍內，既可以防止氣化條件惡化，同時也可獲得優(yōu)質高產煤氣。飽和溫度一般控制在45℃～65℃之間，是煤氣發(fā)生爐操作中的難點與重點。

3.合理降低爐出溫度。爐出煤氣溫度，簡稱爐出溫度。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相應減少，煤氣質量也會因為反應不徹底而

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

式中P-為氣體壓強，單位為Pa；V-氣體體積，單位m3；n-氣體的物質的量，單位mol；T-體系溫度，單位K；R-比例系數，數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)過程中，R為比例常數，對任意理想氣體而言，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）就會增大。因為H2O（g）的分解反應和CO2的還原反應都是體積增加的反應，壓力的增大會使反應逆向反應的方向移動，從而降低反應物中CO+H2的濃度。而且爐出溫度高，煤氣的物理損失就大，用于CO2還原和H2O（g）分解的熱量就會相應減少，煤氣的質量就會下降。因此。在實際操作中，適當降低爐出口溫度。

4.嚴格控制發(fā)生爐空層高度。發(fā)生爐空層是指爐內料層上表面到爐頂之間，即加料和反應生成物在爐內停留空間。在操作過程中，往往忽視空層的作用，加料和初灰的速度控制失當，造成空層時高時低。空層高度減小，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，煤氣品質下降，爐況難以控制。空層高度過大，煤層必然減薄。由于爐內溫度達450℃～520℃，煤塊入爐時下降時間延長，碎裂成小顆粒或粉末的比例增加，對氣化不利。并且由于煤層相應減薄，影響煤炭干燥、干餾及氣化的完全進行，是煤氣質量下降，因此，對于空層高度的控制具有相當重要的意義。控制空層高度的方法是通過連續(xù)而小量加煤，無級變速出裝置并低速運轉來實現。同時，要勤測釬，只要發(fā)現空層減少，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

煤氣站能否生產優(yōu)質的煤氣，除了原料、設備原因之外還有一個重要因素就是司爐工的基本素質和技術水平。作為一名司爐操作人員，能夠對發(fā)生爐內氣化狀況隨時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整方法更為重要，這是因為發(fā)生爐煤氣的生產過程中，只有首先對發(fā)生爐內的氣化狀況隨時做出正確的分析與判斷，然后才能根據具體情況進行正確的調整。

對發(fā)生爐的氣化狀況進行正確的分析與判斷有三個好處：

（1）便于操作人員隨時掌握煤氣發(fā)生爐內的氣化狀況及變化趨勢，可將爐內異常情況及時排除并使工作更具針對性，從而保證煤氣發(fā)生爐經常處于最佳狀態(tài)下運行。

（2）有利于總結工作經驗，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，充實原有的技術操作規(guī)程，使其更加完善，特別是對煤種變更較頻繁或新開工的煤氣站而言，由于其基礎數據不足，可能會造成技術規(guī)程中存在某些欠缺或不妥之處，所以對其進行補充完善與修訂更為必要。

三、結束語

生產中嚴格控制原材料煤粒度是保證煤氣質量的首要條件。精心調整飽和溫度，保證燃料層有較高的反應溫度是煤氣優(yōu)質的必要條件。爐出溫度的合理控制，對減少煤氣熱損失，一高煤氣質量具有重要作用。空層的高度對整個汽化過程都有影響。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順利進行和技術經濟指標提高的重要條件。

參考文獻

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