淺談在工業煤氣生產中，如何提高無煙煤利用率

摘 要：在常壓固定床煤氣發生爐的氣化過程，探究無煙煤反應的氣化原理，影響氣化反應的因素，總結出提高無煙煤利用率的方法。

關鍵詞：工業煤氣；提高；無煙煤；利用率

1 氣化原理

常壓固定床煤氣發生爐的氣化是在兩個特定的條件下進行的，一是氣化過程是在常壓下進行，工作壓力在3-8千帕之間，所以接近于大氣壓，故稱為常壓。二是料層是堆放在爐篦上，在氣化過程中料層要維持一定的高度，這就是所謂固定層（也叫作固定床），固定床只是相對的固定，而實際上，它的固定料層厚度是以動態的加煤與出灰來維持的，即在氣化過程中，在一邊出灰的同時，一邊加料來維持料層的相對固定，從動態的角度看，其實料層是由上而下移動的，所以固定床氣化又稱為移動床氣化。工業煤氣的氣化原理就是用水蒸氣和空氣作為氣化劑，以無煙煤作為燃料，在煤氣發生爐中發生氧化還原的化學反應，生成一氧化碳，氫氣，甲烷，碳氫化合物等氣體成份，統稱為煤氣。這過程中消耗了無煙煤中的碳成份，消耗越多說明無煙煤的利用率就越高。氣化過程簡圖如下圖1。

在固定層氣化下主要的化學反應種類有：

（1）煤中的碳與氣化劑空氣中氧、水蒸氣之間的反應。（2）氣化劑中的氧、水蒸氣、各種生成氣之間的反應。（3）煤的熱裂解反應。這三種反應在固定層發生爐中的不同層次內進行。

固定層發生爐的層次大約可以分為下列幾層：

（1）準備層：1）干燥層：煤中的水份從此層逸出；2）干餾層：又稱為分解層，煤經熱裂解后，其中揮發份及部分氣體從此層逸出。

（2）氣化層：1）還原層：水蒸氣與碳反應，二氧化碳與碳反應生成發生爐煤氣的主要部分：氫氣和一氧化碳；2）氧化層：氧氣與碳反應生成一氧化碳和二氧化碳。

（3）灰渣層：氣化劑預熱及灰渣冷卻。

（4）空層：有少量生成氣組份、氣化劑的氣體之間反應。

2 影響反應的因素

2.1 布風（氣化劑）的效果

（1）每層爐篦間的間隙：固定床煤氣發生爐是通過每層爐篦間的間隙達到氣化劑與燃料（無煙煤）接觸發生氣化反應的目的。間隙小出風（氣化劑）少，氣化反應就較弱，間隙大出風（氣化劑）多，氣化反應就越劇烈。由于爐篦是分成六層階梯向上分布的，每層爐篦所受的壓力固然不一樣。所以，爐篦間的間隙由下到上應逐級減小，以保證同一截面的風量（氣化劑）相等，氣化反應速度一致，就不會出現某個區域反應過快，某個區域反應慢的現象，實現均衡的氣化反應；（2）灰渣層的要求：灰渣粒度差不能超過30厘米。粒度差別過大，阻力差別也會變大，故影響到布風（氣化劑），就會影響到下一步的反應（氣化層的反應）。

2.2 氣化反應的效果（氣化層的反應）

（1）氧化層：氧氣與碳反應生成一氧化碳和二氧化碳。C+O2=CO2+?H 屬于放熱反應（氧化反應）；（2）還原層：水蒸氣與碳反應，二氧化碳與碳反應生成發生爐煤氣的主要部分：氫氣和一氧化碳。C+ CO2=2CO-?H，C+H2O=2CO+H2-?H 屬于吸熱反應（還原反應）氧化反應中放出的熱量越多越利于下一步的還原反應的進行，氧化層的反應與還原層的反應是相互制衡的關系，氧化層生成的二氧化碳成為還原反應反應物，此過程也是消耗了無煙煤中的碳成份（工業煤氣生產中反要利用的成份）反應越完全說明利用越完全，這一步也是煤在工業煤氣生產中的初步消耗。還原反應在氧化反應提供了足夠的熱量的前提下也在消耗著無煙煤中的碳成份，消耗越高說明利用率越高。綜上所述，反應中氧成份是決定氣化效果的決定因素，氧氣來源于空氣即鼓風流量（軸流風機提供）。氧化反應與還原反應都在消耗無煙煤中的碳成份，把碳成份轉化成工業煤氣。

2.3 人工干預的時機

氣化反應過程是會出現異常的反應情況的（我們統稱為異常爐況）要通過人工干預把異常反應改變過來。選擇剛加物料（無煙煤）時，這時爐內反應溫度低，去處理爐況會使反應溫度變得更低，不利于爐內的氣化反應。我們要選擇加完物料過后煤氣溫度（反應爐出口溫度）上升到一定幅度才能處理，這時對氣化反應的影響是最小的，可以提高無煙煤的反應效率。

2.4 無煙煤的質量

（1）粒度等級跨度不宜過大，一般不超過25毫米；粒度小的反應完了，粒度大的煤還沒反應完全；（2）水份過大影響煤的干燥，進而影響到氣化層的反應；（3）灰熔點，熱穩定性，機械強度等級不能相差過大；相差過大會造成等級低的煤容易結渣等異常爐況的發生。

2.5 物料平衡的把控

固定床煤氣發生爐是通過一邊出灰，一邊加煤實現物料平衡的。我們通過探火插釬來了解氣化層的反應情況，如：鐵釬從底端就開始有紅亮的層次了，說明負灰了，此時排灰就會把氣化層排掉了。氣化層變小了或排掉了必然會影響到氣化反應，氣化反應沒有完全進行，排出的灰含有大量的煤，煤沒有得到充分的利用。固我們要堅持有灰才能排灰，無灰堅決不能排灰的原則。

3 結語

本文主要通過從工業煤氣在常壓固定床中反應過程，氣化反應原理和影響氣化反應的因素，及原料質量（無煙煤）及過程控制分析各個環節對整個反應的影響得出更加有利于反應的操作經驗。

參考文獻：

[1]煤氣基本知識問答[S].

[2]煤氣司爐崗位安全生產操作規程[S].

作者簡介：陳勇軍（1982-），男，大專，助理工程師，主要從事：煤氣工業煤氣生產與輸送工作。endprint