探索灰層在氣化過程的作用，提高煤氣爐氣化效率

宇文琪

(中玻(陜西)新技術有限公司 陜西 咸陽 712000)

前言

近年來隨著精細化管理的深化，成本控制越來越受到企業的重視，在煤氣生產管控過程中，探索設備、工藝運行規律，制定煤氣爐規范操作并指導生產實踐，是實現節能降耗的重要途徑。2014年下半年中玻(陜西)新技術有限公司在穩定煤氣爐工藝過程中，通過探索控制灰層的穩定，每天煤耗較2013年同期降低20多t，單位能耗降低明顯。下面筆者從技術、管理層面上分析灰層穩定對煤氣氣化和煤耗的影響。

1 煤氣爐的工藝過程分析使我們對灰層有了新的認識

3M13型煤氣爐內可分為5層：即灰層、火層(氧化層)、還原層、干餾層及干燥層。各層作用不同，日常操作中控制各層厚度和溫度在設定范圍并保持穩定，才能保證煤氣質量穩定、優質，也能保證熔窯熔化溫度的穩定。凡涉及煤氣工藝的書籍都有煤氣爐內各層作用分析，討論最多的還是氧化層及還原層的控制，因為它們是氣化反應的關鍵環節。但是通過我們的觀察、探索，認為灰層也是煤氣爐穩定運行的最重要的因素之一，并且從理論上分析了灰層在煤氣爐運行中的作用。理論上認為灰層的作用有4個：支撐上面層次、保護爐箅子、均布氣化劑、預熱氣化劑。其中的均布氣化劑和預熱氣化劑是保證煤氣爐穩定的重要條件。分析認為：

其一，氣化劑進入窯爐前，一般輸送的管徑斷面沒有爐內面積大，入爐后氣化劑會沿阻力小的地方突進，阻力小就意味著灰層薄，灰層少或者無灰層的地方阻力小，所以灰層偏少、偏斜時，爐內容易出現冒火燒穿現象，這樣會影響煤氣質量，使煤氣中可燃成分降低、出口溫度不穩定，煤氣爐性能就不穩定，同時壓火需要更多的煤，會使煤耗量增加，所以灰層需要有一定的厚度。正常情況下，灰層在爐內呈饅頭狀，中間厚，邊緣部薄，氣化劑從中間進入時，中部風壓大，遇到灰層厚時阻力增大，大部分風(氣化劑)從邊緣部進入，于是中間和邊部形成較均勻的分布，氣化劑通過一定厚度的灰層，得到了均布，保證爐內灰層厚的氧化還原反應能均勻的進行，所以保持灰層穩定，才能減少燒穿、冒火的現象，窯爐才能穩定工作。

其二，氣化劑在通過灰層時，被灰層加熱(因為灰層是氧化反應后的產物，溫度很高)，加熱的氣化劑為氧化還原反應提供了高溫反應氣體(因氧化還原是熱化學反應)，可提高反應物的溫度即能提高氧化還原反應的效率。氣化劑是反應物之一，氣化劑入爐時的溫度在50 ℃左右(即飽和溫度)，而灰層的溫度在500 ℃以上(越接近火層的灰層溫度越高)，50 ℃氣化劑進入并通過500 ℃以上、厚度在300 mm以上的灰層，氣化劑必然會被加熱，而且越往上灰層溫度越高，氣化劑越接近灰層溫度，通過灰層加熱后的氣化劑與熾熱的碳發生化學反應。理論上灰層越厚，預熱效果越好，越有利于氣化反應，但灰層過厚會使其它層次變薄(因為總層厚度是一定的)，所以適當厚度的灰層，有利于氧化還原反應。這也是保持灰層穩定，提高煤氣爐反應效率，保持煤氣質量穩定很重要的原因。

在實際操作過程中，除灰機的正確操作是保證灰層厚度和溫度的關鍵，出灰一定要少量多次，應根據探查的灰層厚度決定出灰量大小，千萬不能把灰層出完后再用煤填補總層厚度，那樣不但增加灰渣中碳的損失，而且煤氣爐性能很不穩定。如前所述，局部氣化劑燒穿冒火，加煤粉量過多會導致總層厚度上升，使煤氣爐進入惡性循環，嚴重時會出現全爐結焦，被迫停爐。

煤氣爐還有其它指標，如飽和溫度、出口溫度、火層、空層等。操作中將這些指標與灰層統一到一個系統，有效合理的調整、控制，就能保證煤氣爐穩定工作，這幾個指標每一個都不能忽視，由于以前對灰層認識不清，走了不少彎路，多年來灰渣質量不佳，煤耗也較高，自2014年5月以來隨著煤炭市場變化，價格下跌，公司決策加大優質氣化用煤的使用量，穩定了煤氣爐工藝，保持了灰層的穩定，降低了灰渣含碳量，煤耗大幅度降低，取得明顯的經濟效益。2013年與2014年度灰渣、煤耗比較見表1。

表1 2013年與2014年度灰渣、煤耗比較

2 控制灰層穩定的主要措施

2.1 組織操作人員進行煤炭氣化理論知識培訓

所培訓人員都是負責煤氣爐操作的骨干、班長等；培訓內容為氣化原理學習，重新認識煤氣爐各層次的作用，重點講解灰層的預熱和均布氣化劑煤氣爐的作用，使培訓人員認識到煤氣爐灰層穩定性在提高煤的氣化質量和降低灰渣含碳量的作用，并作現場說明，引導操作人員糾正以出口溫度暫時穩定、總層的穩定來代替其他層次特別是灰層穩定的誤區，使大家充分了解理論、過程分解等知識。特別以玻璃熔窯為例，在燃燒前，煤氣(燃氣)與助燃空氣經過各自的蓄熱室加熱，然后進入預混室混合燃燒的原因。

2.2 加強骨干隊伍管理和工藝管控，推動操作方法改進

根據培訓考核情況，調整工班長、整合骨干隊伍，將組織能力強、工作敬業踏實、技術素質好的骨干調整到工班長崗位，使學有心得的骨干能夠合理分布到各班組，帶動、教育其他人提高認識，轉變觀念，減少煤氣爐大壓煤、大出灰的老傳統，把灰層培養與日常的煤氣質量、出口溫度一樣對待。如出灰量的控制：為了保證煤氣發生爐的正常運行，理論上應該連續均勻地出灰，以保證各層溫度、厚度，但實際操作出灰時，各層發生變化，煤氣質量會出現波動甚至出現瞬時下降，所以不可能做到連續不斷的出灰。出灰操作原則上是要保持一定灰層厚度(約300 mm)，做到勤清、多次、少量，如1 h清灰3～5 min，這樣既梳松了各層，又排出了廢物(灰渣)；反之如果采用大清灰的方法，容易造成火層下移，不僅不利于爐篦的保護，還容易將沒有燒盡的煤炭混入灰渣中排出，增大了灰渣的含碳量，浪費燃料，嚴重時會降低火層溫度，影響煤氣質量。一般3M13型爐當檢測灰層厚度大于300 mm時，可以緩慢清灰。清灰時要按空層與灰層的厚薄決定清灰量和清灰方法，做到多次、少量的清理。

2.3 嚴格工藝管理考核制度

培養灰層和灰層厚度控制是一項艱苦、耐心、細致的工作，需要較強的責任心，只有細化管理才能改變粗放式煤氣爐操作狀況，除堅持以前各指標考核外，對煤耗、灰渣等指標制定了細致的考核辦法，采用周考核、月匯總。若灰渣量較前一周下降，提高獎勵比例，反之灰渣量較前一周超標，匯總月底考核，對于長期灰渣改善不明顯的煤氣爐，組織骨干研究，改善操作方法。

3 結語

通過我們半年的不懈努力，目前煤氣爐的灰渣質量明顯提高，煤氣爐工藝故障下降，連續幾個月煤氣爐運行非常穩定，煤耗也大幅度降低，同時節約了因冬季產生的額外能耗，如每到冬季，由于玻璃熔窯使用的助燃空氣溫度下降，煤耗增加很大，平均每一天較夏季增加30 t煤左右，2014年冬季煤耗與秋季相差不多，沒有超過330 t/d。根據我們初步統計，2014年較2013年全年節煤4 000 t以上，節約資金在200萬元左右，取得較為顯著的成績。2015年隨著各項工作繼續深入，將會取得更大的收獲。