煤炭汽化爐改造技術研究

（蘇世博設計研究院有限公司，江蘇 連云港 222002）

自21世紀以來，我國在煤氣化技術方面不斷取得突破，這也使煤化工企業所使用的固定床氣化技術正逐漸被更加新型的煤氣化技術所代替，從而大大推動了合成氨的生產效率，并且新型的煤氣化技術是以非無煙煤作為生產原料的，這能夠節約大量的成本。不過，由于我國對新型煤氣化技術的研究時間較短，這使其還需要較長時間才能真正應用于合成氨生產之中，而在氮肥行業中還主要是利用固定床間歇式氣化技術來進行生產的，據相關數據表明，截至2018年年底，我國煤化工產業當年的合成氨產能為6689萬噸，這其中有將近70%的產能是采用固定式間歇氣化床來生產的。因此，對固定式間歇氣化床進行技術改造，勢必會大大推動煤化工產業的發展。

1 煤炭汽化爐改造項目介紹

安徽晉煤中能化工股份有限公司是我國發展規模最大的煤化工企業之一，全國約有1/5的合成氨是由該企業所生產的，并且絕大部分產能都是利用無煙塊煤原料來生產的，而在合成氨、甲醇以及尿素的生產則主要是通過間隙式煤炭汽化爐等設備來實現的。發展至今，安徽晉煤中能化工股分有限公司已經發展至19家旗下企業，生產廠多達58個，所使用的煤炭汽化爐設備數量已經達到954臺。目前，該公司所使用的煤炭汽化爐絕大多數都為UGI汽化爐，在UGI氣化爐中還安裝了半夾套、全自動加煤、旋風除塵、管式高壓夾套、自動下灰等相關配套裝置，并且在DCS體系的完善下，大幅提高了UGI汽化爐的自動化與智能化水平。UGI煤炭汽化爐現如今在各個煤化工企業中的應用非常廣泛，為了使UGI煤炭汽化爐滿足煤化工企業的生產需求，諸多企業紛紛對UGI煤炭汽化爐進行優化升級，包括煤炭輸送、排灰系統、汽化爐內部構造等，通過對煤炭汽化爐進行改造，能夠在提高合成氨產生效率的同時，顯著降低能耗。為此，有必要對煤炭汽化爐的相關改造技術進行深入研究。

2 煤炭汽化爐的主要改造技術研究

2．1 自動加煤技術與下灰技術

自動加煤技術是利用自動加煤機來實現煤炭的循環添加，以此避免在加煤過程中熱量從爐口中大量損失，同時也能避免煤炭汽化爐出現爐溫波動，進而達到節約煤炭消耗的目的，可顯著延長制氣時間，從而使煤炭汽化爐的單爐發氣量得以顯著提高?，F在，在市面上已經出現了多種類型的自動加煤機，其中以座板閥式自動加煤機的實踐效果最好，其可有效地解決布料器密封性不好、普通加煤機存在較大氣化阻力、在加煤過程中發生泄漏等一系列的問題。除了自動加煤技術以外，煤炭汽化爐還可實現自動下灰，通過自動下灰裝置，可確保煤炭汽化爐在不停爐的情況下實現自動下灰，進而確保爐況穩定，提高單爐發氣量。因煤炭汽化爐在造氣生產循環時，不需要在停爐的情況下才能加煤與下灰，因此不會出現煙氣放空問題，并且在自動下灰技術中，還將油路安全互鎖以及程序連鎖兩個裝置安裝于上灰門與下灰門，從而防止在下灰時上、下灰門出現同時打開的問題。自動加煤與自動下灰技術的出現，使傳統的固定床間歇式煤炭汽化爐轉變成可以進行連續生產的煤炭汽化爐。

2．2 蒸汽遞減技術

煤炭汽化爐在合成氨生產中是利用吸熱反應來實現的，在吸熱反應中，氣化層溫度也會隨之降低，在氣化層溫度的作用下，蒸汽用量以及反應速率也會隨之降低。當蒸汽流量不發生變化時，過多的蒸汽會穿透氣化層，從而使氣化層中的大量熱量被蒸汽攜帶出去，這不僅會加大蒸汽的損耗量，而且也難以保證氣化層的溫度，這勢必會給煤炭汽化爐的運行帶來極為不利的影響。而通過蒸汽遞減技術，則可在爐況工藝不變的基礎上，依據具體的循環時間，利用蒸汽遞減閥門來實現對蒸汽量的有效調節，進而使蒸汽得到高效的利用，這不僅對氣化反應有利，可節約大量蒸汽，而且也可使蒸汽的分解率進一步提高，使原料煤得以被有效利用，進而從根本上提高氣量和氣質，這會給企業帶來更大的效益。將蒸汽自動調節閥安裝于入爐蒸汽的總管上，可結合爐氣爐的具體運行工況，降低上、下吹后半段爐溫，通過蒸汽調節閥可對蒸汽流入煤炭汽化爐中的流量進行精準調節，進而降低氣化層的溫度波動速度，使蒸汽分解率得到有效提高，大量節約能耗。在選擇蒸汽遞減閥門時，需要確保其滿足蒸汽調節的線型控制要求，以便于通過DCS控制系統來實現精準調節。

2．3 造氣增氧制氣技術

造氣增氧制氣技術是將多余的氧氣進行利用，其通過和爐內的空氣進行配比，以此制成空分富余氣，并利用鼓風機加壓輸送至造氣爐內。該技術可顯著提高煤炭汽化爐的氧氣濃度，使入爐空氣總量減少的同時，降低熱量損失，使爐渣殘炭率得以有效降低。造氣增氣制氣技術可使煤炭利用率顯著提高，進而節約合成氨的生產成本，并且還可減少溫室氣體及有害氣體的排放?？紤]到不同的煤種有著不同的活性，在應用造氣增氣技術時，需要結合煤炭種類及活性，確定最佳的氧濃度，以此保障生產安全與穩定。

2．4 爐篦改造技術

爐篦改造技術是將現有的爐篦結構進行優化與改造，從使其從原來的六層或七層升級至八層，該技術可顯著提高煤炭汽化爐的布風效果，使氣化劑能夠得到均勻分布，進而實現對煤炭的全方位燃燒，同時還能減少下吹風帶出物，使氣化強度得以顯著增強。爐篦結構在升級改造后，可提高3%的產氣量，每噸合成氨所消耗的煤炭量可節約3%左右。

2．5 末煤制型煤技術

考慮到以往的固定式煤炭汽化爐只能利用塊煤，但卻無法利用末煤，因此，需要在煤炭汽化爐中應用末煤制型煤技術，該技術可通過對末煤進行加工，以此制備煤棒來加以利用，進而達到節約成本的目的。因無煙煤具有較長的黏結性，在通過末煤制造型煤時還要添加一定劑量的粘結劑，這樣可使制造出的型煤具有良好的穩定性與冷熱強度。當型煤質量不達標時，還可將其與小塊煤進行混合燃燒，以此實現兩種煤種優勢的有效結合。

2．6 爐況優化技術

煤耗高低在很大程度上是由煤炭汽化爐的造氣穩定性所決定的，而煤炭汽化爐在造氣過程中會受到許多因素的影響，并且在煤炭汽化爐中，其內部氣化及燃燒狀況是非常復雜的，如果僅僅采用傳統的控制方法，勢必無法難以取得理想的控制效果，而且在出現異常爐況時也難以進行有效的處理。爐況優化技術的出現，使其能夠利用造氣尋優微機來幫助煤炭汽化爐對爐況進行自適應與自調節，造氣尋優微機主要是通過模糊控制理論以及現代儀控技術來進行工況控制的，該系統不僅兼具查詢、數據顯示以及數據存儲等DCS功能，企業還可利用該系統中的專家軟件來進行實時的人機對話與指導生產，從而使企業在造氣生產時過程中的工藝調試與生產波動周期大幅縮短。

2．7 煤炭汽化爐的環保改造技術

為了降低合成氨在生產過程中的蒸汽消耗量，自20世紀80年代起，人們便嘗試將貯缸氣和弛放氣進行合成放空，并利用吹風機內的可燃氣體，通過燃燒來產生蒸汽，并取得了較為理想的應用效果。隨著生產工藝的不斷改進，人們又將合成兩氣、吹風氣、旋風除塵器飛灰、造氣爐渣以及沉淀池內的爐灰共同送入煤炭汽化爐中進行充分燃燒，以此形成蒸汽返回系統，這樣既可產生蒸汽，而且也能大幅降低灰渣含炭比例，進而為煤化工企業帶來了巨大的經濟效益。除此之外，還可通過廢舊氣柜來引入脫碳放空氣，然后利用風機進行加壓處理后輸送至三廢混燃爐中進行燃燒，以此產生蒸汽，該技術改造可使能源利用率進一步提高的同時，還能減少能量損耗，有效減少了廢氣排放量，減輕了大氣污染。在造氣廢水中還可將脫硫污水單獨循環系統、微渦流除泥裝置以及脫硫循環水系統旁濾裝置應用于其中，這樣可改進造氣與脫硫處理流程，在此基礎上，通過對污水進行分流、分級處理，可使污水處理質量完全達到排放要求，進而在給企業帶來經濟效益的同時，還要防止污水排放給自然環境造成的污染。最后，通過對造氣后殘留的煤渣進行分揀處理，然后利用三廢混燃爐來對這些分揀煤渣進行燃燒利用，或可將其與粉煤灰混合后應用于建筑工程中，不僅可使廢渣得到有效利用，還能為企業帶來不菲的經濟效益。

3 結語

總而言之，歷經多年的發展，煤炭汽化爐經過不斷的改造，其原有的高碳排放、高污染與高耗能問題已經得到了徹底解決，在降低了合成氨生產能耗的同時，也為煤化工企業帶來了巨大的經濟效益。隨著科學技術的不斷進步，將有越來越多的改造技術被應用于煤炭汽化爐中，這必將進一步推動煤化工產業的發展。