魯奇爐運行周期及灰渣含碳量影響因素探討

張 軍，謝滿成，劉 崗

（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧 835000）

部分煤化工企業的經濟效益受到氣化爐運行的經濟性和穩定性的影響。就目前而言，有些公司魯奇爐一直存在著灰渣含量高、氣化效果差、運行時間短等問題。因此如何提高碳轉化率，延長氣化爐運行時間，減少氣化爐耗能是十分重要的。此種做法有利于降低合成氨的成產成本，增強產品市場競爭力。因此有必要對魯奇爐進行改造，找到最適宜的工藝操作改進方案。

1 氣化工藝基本情況

我公司氨系統材料的氣化通常以小龍潭褐煤作原料，用2.88MPa純氧和3.4MPa過熱蒸汽當氣化劑，讓氣化劑和原料煤在930～1200℃的條件下逆流接觸，利用氣化反應制造粗煤氣。

因工藝問題，公司合成氨系統氣化裝置的魯奇爐于2015年熄滅108次，每個單臺平均熄滅9次，造成大量原料和人力成本的浪費。因此要想實行氨系統氣化裝置的穩定運行、降低設備能耗，必須加強氣化爐長周期，穩定機身運行。當氣化爐熄火停爐的時候，各種物料資源肯定會被浪費掉。這種情況受多種因素的影響，絕大多數還是受爐內溫度、爐內火層有無被破壞、爐內有無結塊、粗煤氣中氧含量的指標。

合成氨系統的節能減排和生產消耗直接受灰渣含碳量多少的影響。這些年，公司氣化爐灰渣含碳量普遍偏高，所以公司合成氨系統的成本和原材料的消耗一直偏高。2015年1到12月份魯奇爐含碳量（質量分數）分別是11.10%、12.65%、11.77%、11.52%、13.78%、15.93%、13.85%、16.66%、17.48%、16.22%、16.10%、13.96%，平均值為14.23%。

煤氣中的有效氣含量，直接決定了氣化爐的運行狀況，它可以直接用于氣化爐運行狀況優劣性的綜合評價。長期以來，公司的氣化裝置都存在有效氣含量低，CO2、含量較高這種現象。研究2015年魯奇爐產組煤氣發現，它的成分含量（質量分數） 的平均值分別是：N21.2%、H239.4%、CO 15.3%、CH414.2%、O20.3%、CO234.8%。

氣化爐工藝灰渣含碳量多，經常出現故障以及煤氣品質較差，多半都是氣化爐運行狀況較差造成的。因此，有必要詳細分析汽化爐的具體運行情況，查找氣化爐發生故障的原因，從根本上改進工藝操作流程。為此，我們做了一次氣化爐分析實驗，極盡真實還原汽化爐運行的實際情況。找出影響魯奇爐灰渣含碳量、粗煤氣品質和運行周期的因素。

2 分析爐內氣化刨渣

2.1 分析爐內各燃料層分布情況

經過分析，我們發現當爐內位置各煤渣距爐口距離越長時，不管是固定碳、全水分、灰分，還是揮發分，先是不斷向上增長，后來才是慢慢下降。這四條線總有一個最高點。其中，固定碳還分別和揮發分、灰分有交集。灰分這條線分別和全水分、揮發分、固定碳這三條線有交集。總體來說，爐內燃料層多由灰渣層、還原層、氧化層、干餾層、干燥層組成，原料煤經過氣化，會發生如下化學反應：

考慮到煤塊粒度的變動情況和各深度位置爐渣成分數量變化情況，運用到氣化爐渣各燃料層應該具有的理化性質。例如：還原層固定碳成分增大，煤塊力度變小，煤渣揮發性降低。選取相同平面位置樣本數值的平均值，通過分析爐內各爐渣的數據和爐內燃料層分布的具體情況，可以合理估算出各燃料層的大致高度和各燃料層爐口深度的大致覆蓋面積。

表1是煤塊力度變化情況和爐渣成分數據變化表。

2.2 氣化刨渣的大致過程

為了順利完成此次試驗，獲得有效的研究成果。必須事先成立研究小組，制定詳細刨渣過程，同時立即成立研究小組，選擇合適的技術手法，周密設計爐內爐渣各點位置。經過多方考量考察，我們選擇了運行情況良好，各項參數波動幅度小的11爐作為試驗的器材。根據渣樣的外觀狀況和分析數據，還原爐內具體過程。積極取照。分析從上到下放置的爐內煤渣，并記住爐內煤渣的具體位置，利用魯奇爐作為熄火降溫停爐處理的設備。

2.3 分析爐渣工業各項數據

表1 不同爐內位置的爐渣成分表

依據選定的試驗方案合理劃分爐內爐渣取樣位置。根據各種各種軸線的劃分將爐渣分為14個平面層，一定要考慮東南西北這四個方向，將每個軸向層劃分為8-12個環形區間，本次試驗原料煤工業分袖數據分別是Mad 8.33%、Mt34.52%、Vad43.45%、Aad15.72%、FCad 39.53%。當準確好一切材料時，停止爐火13s，立即用氮氣熄滅爐火同時調低溫度。然后依次推開煤箱，采取一定的方法刨渣。將先前各區域的爐渣撈出來，并進行分析和采集數據。采樣部位距爐口的距離就是采樣深度，經過大量的分析總結，整理出大量有關工業分析的爐渣數據。

2.4 有關魯奇爐的運行狀況和改革措施

研究發現，魯奇爐最薄弱的地方是氧化層和爐內灰渣層，同時也是氣化爐運行最薄弱的區域。這兩部分高度為200mm，氣化爐重點監控這兩個地方。這兩個區域對魯奇爐的整體運行非常重要。一般情況下，灰渣層的厚度根據原料煤數量的多少來決定，最佳范圍是110～390cm，氧化層的厚度在160～290cm最為適宜。在具體操作過程中可以根據灰渣殘碳量的數量、粗煤氣構成、原料煤的各種情況，通過不斷清理各種殘渣灰塵的方式，根據需要具體決定灰渣層的高度。

一旦這兩個區域自身運行系統被損壞，將難以維持爐內正常的氣化工，造成極大的危害。例如：粗煤氣氧氣含量大幅度提高、爐內溫度過高、爐內結塊、氣化劑偏移等各種情況，最嚴重的直接造成氣化爐停車。因此，適當上調火層，增加灰渣層的高度，便于氣化爐的穩定運行是非常必要的。

魯奇爐的m內層燃料分布情況如下，干燥層一般距離爐口600-2400mm，厚度約為2000mm，還原層的厚度約為700 mm，一般距離爐口3900～4600mm之間。干餾層一般距離爐口2600～3900mm，它的厚度約為1600mm，灰渣層的厚度約為210mm，一般距離爐口5000～5200mm，氧化層一般距離爐口4800～5000mm，厚度約為240mm。

實驗發現，灰渣底部到還原層這部分外圍黑色柱帶，相同高度的氣化爐中心片區比恒定含碳量普遍低于49倍。造成魯奇爐含碳量高的根本原因就在于灰渣底部到還原層這部分外圍黑色柱帶的煤炭燃燒利用率并不高。爐箅布氣的直徑和沿夾套內壁溫度直接影響著煤炭的燃燒效果，當其直徑過小，溫度過低時都易造成魯奇爐含碳偏量。

因此，有必要改造魯奇爐的操作運行，根據灰渣含碳量和原料煤的多少，清理各種垃圾殘渣，當含碳量升高時，馬上降低爐條機運行速度，將每8h四次降為每班3次，合理控制氧化層和灰渣層的厚薄。嚴格把控爐內溫度，不超過224℃，保持燃料層的穩定。努力控制爐內CO2的含量，占比不超過36%，防止氣化劑偏離和爐內結塊，最后提高爐箅布氣直徑，適當改造爐箅，提高氣化爐的運行水平。

3 改進優化結果

魯奇爐經過不斷的優化修理，運行速度和質量相比于以前有了很大提高，運行時間延長，穩定也不斷增強，減少了各種人力物力成本。灰渣含碳量逐年降低，爐內碳轉化率不斷提高，真正做到了節能環保和優質高產的有效統一。

4 結語

雖然魯奇爐的運行狀況受多種因素的影響，但主要受氧化層和灰渣層的控制。