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(shù)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(yè)的重視，在煤氣生產(chǎn)管控過程中，探索設(shè)備、工藝運行規(guī)律，制定煤氣爐規(guī)范操作并指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，是實現(xiàn)節(jié)能降耗的重要途徑。2014年下半年中玻(陜西)新技術(shù)有限公司在穩(wěn)定煤氣爐工藝過程中，通過探索控制灰層的穩(wěn)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(shù)、管理層面上分析灰層穩(wěn)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(nèi)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(shè)定范圍并保持穩(wěn)定，才能保證煤氣質(zhì)量穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)，也能保證熔窯熔化溫度的穩(wěn)定。凡涉及煤氣工藝的書籍都有煤氣爐內(nèi)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(yīng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。但是通過我們的觀察、探索，認為灰層也是煤氣爐穩(wěn)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(yù)熱氣化劑。其中的均布氣化劑和預(yù)熱氣化劑是保證煤氣爐穩(wěn)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(nèi)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(nèi)容易出現(xiàn)冒火燒穿現(xiàn)象，這樣會影響煤氣質(zhì)量，使煤氣中可燃成分降低、出口溫度不穩(wěn)定，煤氣爐性能就不穩(wěn)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(nèi)呈饅頭狀，中間厚，邊緣部薄，氣化劑從中間進入時，中部風(fēng)壓大，遇到灰層厚時阻力增大，大部分風(fēng)(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(nèi)灰層厚的氧化還原反應(yīng)能均勻的進行，所以保持灰層穩(wěn)定，才能減少燒穿、冒火的現(xiàn)象，窯爐才能穩(wěn)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(yīng)后的產(chǎn)物，溫度很高)，加熱的氣化劑為氧化還原反應(yīng)提供了高溫反應(yīng)氣體(因氧化還原是熱化學(xué)反應(yīng))，可提高反應(yīng)物的溫度即能提高氧化還原反應(yīng)的效率。氣化劑是反應(yīng)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。理論上灰層越厚，預(yù)熱效果越好，越有利于氣化反應(yīng)，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(dāng)厚度的灰層，有利于氧化還原反應(yīng)。這也是保持灰層穩(wěn)定，提高煤氣爐反應(yīng)效率，保持煤氣質(zhì)量穩(wěn)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(guān)鍵，出灰一定要少量多次，應(yīng)根據(jù)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(wěn)定。如前所述，局部氣化劑燒穿冒火，加煤粉量過多會導(dǎo)致總層厚度上升，使煤氣爐進入惡性循環(huán)，嚴重時會出現(xiàn)全爐結(jié)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(tǒng)一到一個系統(tǒng)，有效合理的調(diào)整、控制，就能保證煤氣爐穩(wěn)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(zhì)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(yōu)質(zhì)氣化用煤的使用量，穩(wěn)定了煤氣爐工藝，保持了灰層的穩(wěn)定，降低了灰渣含碳量，煤耗大幅度降低，取得明顯的經(jīng)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(wěn)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(xùn)

所培訓(xùn)人員都是負責(zé)煤氣爐操作的骨干、班長等；培訓(xùn)內(nèi)容為氣化原理學(xué)習(xí)，重新認識煤氣爐各層次的作用，重點講解灰層的預(yù)熱和均布氣化劑煤氣爐的作用，使培訓(xùn)人員認識到煤氣爐灰層穩(wěn)定性在提高煤的氣化質(zhì)量和降低灰渣含碳量的作用，并作現(xiàn)場說明，引導(dǎo)操作人員糾正以出口溫度暫時穩(wěn)定、總層的穩(wěn)定來代替其他層次特別是灰層穩(wěn)定的誤區(qū)，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(jīng)過各自的蓄熱室加熱，然后進入預(yù)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(jù)培訓(xùn)考核情況，調(diào)整工班長、整合骨干隊伍，將組織能力強、工作敬業(yè)踏實、技術(shù)素質(zhì)好的骨干調(diào)整到工班長崗位，使學(xué)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(zhuǎn)變觀念，減少煤氣爐大壓煤、大出灰的老傳統(tǒng)，把灰層培養(yǎng)與日常的煤氣質(zhì)量、出口溫度一樣對待。如出灰量的控制：為了保證煤氣發(fā)生爐的正常運行，理論上應(yīng)該連續(xù)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(fā)生變化，煤氣質(zhì)量會出現(xiàn)波動甚至出現(xiàn)瞬時下降，所以不可能做到連續(xù)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(zhì)量。一般3M13型爐當(dāng)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(yǎng)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(zé)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(jié)語

通過我們半年的不懈努力，目前煤氣爐的灰渣質(zhì)量明顯提高，煤氣爐工藝故障下降，連續(xù)幾個月煤氣爐運行非常穩(wěn)定，煤耗也大幅度降低，同時節(jié)約了因冬季產(chǎn)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(jù)我們初步統(tǒng)計，2014年較2013年全年節(jié)煤4 000 t以上，節(jié)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(xù)深入，將會取得更大的收獲。