淺議劣質煤優(yōu)化制氣

徐玉華

（華強化工集團股份有限公司，湖北當陽 444105）

進入21世紀以來，隨著能源越來越緊張，以及價格的不斷上漲，作為目前我國合成氨行業(yè)原料氣生產(chǎn)的主力軍，固定床間歇氣化的生存顯得舉步維艱。最近幾年來，固定床間歇氣化的各項硬件配置雖然越來越完善，但煤質也在逐年下降，要想進一步降低消耗，在這場殘酷的競爭中占據(jù)優(yōu)勢，許多同仁顯得非常迷惘。下面筆者結合自己的生產(chǎn)管理經(jīng)驗，談一談劣質煤如何優(yōu)化制氣，拋磚引玉，供廣大同仁參考。

1 燒劣質煤存在的問題及應對措施

對于合成氨造氣用的無煙煤，多年前以標煤（固定碳為84%、低位發(fā)熱量為29 307kJ／kg）來統(tǒng)一評判消耗水平。如今，生產(chǎn)企業(yè)幾乎不能采購到達到該標準的原煤，按此標準來統(tǒng)一評判消耗水平，也就失去了意義。按過去的劣質煤標準，現(xiàn)在80%的企業(yè)用煤都是劣質煤。對于劣質煤的判斷，只能根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，結合原煤的三大指標，將原煤灰分≥25%、灰熔點T2≤1 100℃、揮發(fā)分≥9%或者揮發(fā)分≤4%，滿足其中任何一項指標的，我們將其定性為劣質煤。在造氣生產(chǎn)時，針對原煤特點，做出對應的工藝調整和設備改造，往往可以取得很好的效果。

1.1 原煤灰分高，固定碳相對就少，成渣率高

造氣要想降低消耗，讓造氣爐具備一定的氣化強度是基本條件。使用相同灰分的原煤，提高造氣爐的氣化強度后，排渣能力不跟進，必然導致造氣爐工況的波動。于是，為了穩(wěn)定工況，將爐條機的轉速提到極限，爐條機損壞以及灰盤變形移位的速度將加劇。最終導致整個生產(chǎn)混亂，反過來降低氣化強度，開太平爐的現(xiàn)象就產(chǎn)生了，其消耗水平就不難想象。

造氣爐排渣能力的大小與熔渣區(qū)的容積和灰犁大小成正比關系。要提高造氣爐的排渣能力，增大熔渣區(qū)的容積和灰犁，是最好的辦法，但對于小氮肥，目前很多廠沿襲φ2 820mm灰盤的爐底，沒有增大熔渣區(qū)和灰犁的空間。所以，根本的解決辦法，就是加大爐底灰盤?；冶P加大后，上灰倉也要同步增大，熔渣區(qū)自然增大；爐箅底座旋轉直徑不變的條件下，灰犁隨之加大。造氣爐的排渣能力隨之提高，爐條機轉速下降后，其損壞以及灰盤變形移位的速度將下降。排渣能力和氣化強度間的矛盾就迎刃而解。

造氣爐在一定的氣化強度條件下，原煤灰分高，則成渣量大，停爐卸灰的次數(shù)必然增加。20世紀，當時煤質好，一臺爐一個班通常只下兩次灰，且生產(chǎn)裝置都不大，下灰對生產(chǎn)的影響不大?，F(xiàn)在不論是燒何種形式的原料，下灰次數(shù)都成倍增長，生產(chǎn)裝置越來越大，已經(jīng)變?yōu)闋t群化。以40臺爐，每臺一班下5次灰，每次2.5min計，一班下來有500min在下灰停爐，也就是隨時都有造氣爐在停爐下灰，全年損失算下來近千萬。因此，選取不停爐下灰裝置是改變這一問題的根本。現(xiàn)在生產(chǎn)中應用的不停爐下灰裝置，有水封式撈渣機、破渣機加柱塞泵式、圓盤閥式等，都存在一定的問題，有待進一步改進。

1.2 原煤灰熔點低時，氣量氣質差，強負荷條件下易結疤

近20年來，造氣爐發(fā)展改造經(jīng)歷了兩次高潮。第一次在上世紀末本世紀初，各企業(yè)擴能，最經(jīng)濟的辦法，就是加大造氣爐，但造氣爐直徑加大后，并沒有發(fā)揮應該有的效果。對照φ1 980mm的造氣爐反思，是由于高徑比失調所致。于是有了第二次改造，加高潮。加高到多少為好？2∶1到2.2∶1，沒有一個固定標準，適合就是最好的。但有些公司將φ2 610mm的造氣爐加高到7m，是否有些過了頭。加高的根本原因是由于當前煤質下降，為了保證造氣爐的氣化強度而采取的一項措施。造氣爐發(fā)氣量的大小，最終是由造氣爐的蓄熱量決定的。由于原煤灰熔點低時，造氣爐內氣化層的溫度不允許提到過去那么高，所以通過加高以增加造氣爐內物料的辦法，來獲取盡可能大的蓄熱量，達到提高氣化強度的目的。

造氣爐加高后，在造氣爐工況波動時，很容易產(chǎn)生掛爐結疤。對于掛疤，完全靠調整工藝處理，不用人工協(xié)助，一般處理不了。在加焦機普遍采用的今天，很難用人工協(xié)助處理掛疤。所以，造氣爐夾套加高就成了必然的產(chǎn)物。夾套加高后熱損失肯定增加，我們只需將夾套加高前后的造氣綜合能耗作一下對比，很快可以得出夾套加高后的利大于弊。特別是目前中壓夾套、熔鹽夾套、隔熱夾套的采用，夾套加高后的弊會更小。加高多少為好？目前通常的說法是高徑比為1∶1，這個比值也是個經(jīng)驗值，也是從φ1 980mm的造氣爐演化而來的。當前這些新式夾套的采用，熱損失大大減少，加上煤質問題，將夾套的高徑比加高到1.2∶1，應該是適應造氣爐高徑比要求的。

1.3 原煤揮發(fā)分過高或過低氣化的操作控制

揮發(fā)分是指原煤在一定溫度下干餾時析出的氣體和焦油等物質，它與煤化程度有關。

揮發(fā)分過高的煤，粘性強，機械強度差，熱穩(wěn)定性差，化學活性好，成渣快，灰熔點低。單燒這種煤時，造氣爐內蓄積不了熱量，上下行溫度高，氣體帶走的顯熱大。只能在減少總風量的情況下，提高炭層高度；在保證入爐蒸汽總量不變的情況下，增加入爐蒸汽壓力；改造原上吹加氮噴射器，取消原喉管，確保入爐的蒸汽和空氣量，才能彌補造氣爐蓄熱量的不足。

揮發(fā)分過低的煤，粘性一般較差，化學活性差，煤的固定碳一般較高，灰熔點高，單用這種煤做型煤，一般不易取得成功，必須要和其他煤種搭配，使其起固架作用，效果不錯。單一燒時，只有在提高反應速度上做文章。提高反應速度有兩種方法：① 降低原煤的粒度，降低氣化劑流速，增加氣化劑與原煤的接觸面積，達到提高反應速度的目的；② 提高造氣爐的反應溫度，加大風量，而不增加入爐的空氣壓力。

揮發(fā)分過高過低都不利于制氣，對于生產(chǎn)控制是一個很棘手的問題。但作為燒型煤的企業(yè)，沒有這兩種煤，往往又不會取得很好的成績，它們有很強的互補性。關鍵在于搭配使用，將揮發(fā)分控制在8%左右，完全可以滿足造氣爐生產(chǎn)。

2 劣質煤制氣生產(chǎn)穩(wěn)定的基本條件

2.1 確保造氣爐的蒸汽用量

造氣爐蒸汽用量與造氣爐內氣化層溫度有直接的關系，氣化層溫度升高或降低50℃，蒸汽分解率會有6%～8%的差距。

以噸氨耗蒸汽2.4t計，蒸汽分解率約50%，則氣化層溫度下降50℃后，需用（2.4÷ 50%）÷42%＝2.86t蒸汽，即噸氨多用2.86－2.4＝0.46t蒸汽。以日產(chǎn)1 500t氨計，每小時多用28.75t。

因此，造氣爐在煤質發(fā)生變化時，蒸汽耗用量變化也非常大，稍有不甚，30t／h鍋爐產(chǎn)的蒸汽就不翼而飛了。此時，不保證造氣爐蒸汽用量，造氣爐工況將無法保證，整個生產(chǎn)將出現(xiàn)大的波動，而且持續(xù)較長時間，嚴重制約生產(chǎn)。

2.2 短循環(huán)制氣

目前有一種觀點，煤質越差，循環(huán)時間應該越長，可以采用弱風長吹的辦法，讓原煤得到充分的燃燒，獲得足夠的熱量。這是一種違背氣化原理的做法。每生產(chǎn)一噸氨約產(chǎn)生2 200m3的吹風氣，吹風時間越長，吹風氣中有效氣體CO會越高，CO每上升一個百分點，造氣煤耗約增加16～18kg。同時，循環(huán)時間越長，上下吹制氣階段時間也越長，煤氣的氣質也會越差，對節(jié)能降耗不利。短循環(huán)制氣，造氣爐吹風時間短，氣化層溫度可能不會有長循環(huán)制氣那么高，但是制氣時間也相對短，整個氣化層溫度下降不會過大，工況穩(wěn)定，氣質氣量均會穩(wěn)定。

2.3 較低的系統(tǒng)阻力

系統(tǒng)阻力，我們可以分為兩大類，即固定的系統(tǒng)阻力和變動的系統(tǒng)阻力。固定的系統(tǒng)阻力包括管道、彎頭、閥門，旋風除塵、余熱鍋爐、洗氣塔、氣柜的靜壓等。變動阻力包括造氣爐內的物料多少，氣柜高度，發(fā)氣量大小，三氣燃燒爐的操作壓力等。隨著造氣技術近十年內出現(xiàn)質的進步，在固有阻力這一塊，即系統(tǒng)配置上，閥門，管徑，配管合理，阻力降是合理的，關鍵在旋風除塵和余熱鍋爐選取上，阻力降越大，旋風除塵效果越好，余熱鍋爐換熱效果也越好，但阻力降過大，對于造氣制氣很不利，生產(chǎn)廠家基本都能夠合理選取。在變動阻力上，特別是爐內物料的影響，爐內物料多阻力大，煤質差阻力大，氣化層溫度高阻力大。這些都是我們提高劣質煤氣化強度的關鍵，還有較高的料層和相對高的氣化層溫度。所以我們只能在減少氣柜配重；盡量降低三氣燃燒爐操作壓力；取消洗氣塔進口水封；及時清理管件的積灰；為獲得穩(wěn)定炭層，選用自動加焦智能控制器等方面做文章，得到盡量低的造氣系統(tǒng)阻力。

3 劣質煤造氣的控制管理

在原煤價格不斷上漲，化肥價格不穩(wěn)定的大形勢下，企業(yè)的生存和發(fā)展要向規(guī)模、技術、管理要效益。這些年來大家都在加快發(fā)展，都有了規(guī)模效應；而技術已經(jīng)轉變?yōu)樯唐?，什么樣的新技術都可以買到，這是兩大硬件。唯有管理才是軟件，它是靠人去實現(xiàn)的。造氣的生產(chǎn)管理專業(yè)性強，硬件上的監(jiān)控手段很難完全到位，要靠人去彌補。加上原煤緊張，緊張煤質就會多變，造氣本身變量已經(jīng)夠多了，生產(chǎn)管理難度會更大。因此在新形勢下，我們要建立以下管理理念。

3.1 要有系統(tǒng)性思考的能力

系統(tǒng)性思考，能對生產(chǎn)控制起到很好的預判作用，管理起來，速度快，力度大，效果明顯。造氣車間的日常工作比較繁瑣，工作條件相對其他車間比較惡劣，對于現(xiàn)在的大爐群生產(chǎn)，很難逐一對單個的爐況和設備狀況進行分析，必須要有系統(tǒng)性思考的能力。要保證系統(tǒng)性分析的準確性，首先要把握好，規(guī)范、統(tǒng)一好造氣爐和配套設備及管線的尺寸，這是系統(tǒng)性分析準確的基本條件。其次要能夠通過對煤質變化、灰渣變化、帶出物變化、氣溫變化、洗氣塔水溫變化、氣體成分變化等，可能對造氣爐工況造成的影響進行預測，這是系統(tǒng)性分析準確的能力要求。最后能夠對爐條機電流變化、油壓波動大小、三氣燃燒爐溫度變化、塔前塔后壓力變化等準確地判斷設備可能存在的問題，做到檢修的預見性。這是系統(tǒng)性分析準確的保障。只要能夠把握好這些系統(tǒng)上微妙的變化，有針對性的工作，就能把握好全局，做到事半功倍。

3.2 統(tǒng)一、正確的操作方法，實現(xiàn)工藝管理的分級

通過每天的煤質分析，爐渣的好壞，以及氣質氣量的好壞，確立近一階段的工藝指標，嚴格各級管理人員調節(jié)權限：造氣車間和原料車間要緊密聯(lián)系將原煤質量作為第一工藝指標來確定系統(tǒng)風壓，蒸汽壓力，加氮閥開度；工藝員對單爐爐條機、負荷、蒸汽閥門進行調節(jié)；班長和主操的調節(jié)權限，僅限于爐條機和上下吹。同時，對于造氣爐變化多的特點，不正常情況的出現(xiàn)要綜合分析，加上造氣車間操作水平參差不齊，以及各人觀點很難統(tǒng)一，容易出現(xiàn) “千個師傅萬個法”的局面。要發(fā)揮技術骨干的核心作用，總結制定出統(tǒng)一的操作方法，使得任何一項調節(jié)都有一個標準，車間將這些理念和方法持之以恒地宣貫和培訓落到實處，最終形成整個車間工藝一盤棋。這樣，工況才會持續(xù)穩(wěn)定，消耗穩(wěn)步下降，步入良性循環(huán)。

3.3 建立數(shù)字化分析的概念

系統(tǒng)性思考要求杜絕本位主義，工藝管理分級要有評判標準。我們可以采集以下數(shù)據(jù)用于科學分析。

（1）非正常停爐誤臺時率（不包含大修停爐）。指不在計劃內的檢修，即沒有準備的檢修除以開爐總時間，每月總結。這一數(shù)字可以很直觀的反映設備管理的好壞。

（2）造氣爐滿負荷生產(chǎn)率（造氣爐滿負荷運行時間除以開爐總時間）。在負荷調節(jié)分級的前提下，很清楚地反映工藝調節(jié)水平。

（3）隱患整改率（每日整改的隱患除以每日發(fā)現(xiàn)的安全隱患）。每周統(tǒng)計，可以清楚地知道近期物的安全狀態(tài)。

（4）單爐臺時耗煤量（一小時一臺爐燒多少煤）。每日統(tǒng)計，從宏觀上反映造氣爐負荷的輕重。凡數(shù)據(jù)有偏離的均為異常，有效指導了生產(chǎn)。正是由于這些系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)，讓我們很好地掌握和分析某一階段管理問題的癥結，同時是對工藝管理分級和系統(tǒng)性思考的有力補充。

4 結 語

上面的論述，始終是圍繞固定層間歇氣化，要變要革新。如采用粉煤連續(xù)氣化，需要有強大的經(jīng)濟實力作支撐，很多企業(yè)無法辦到。而富氧氣化，根據(jù)制備半水煤氣生產(chǎn)原理，在蒸汽與熾熱炭反應的同時，補充一定量的純氧氣體，從而補充更多熱量，充分發(fā)揮炭的作用，延長高溫區(qū)反應，提高蒸汽分解效率，減少吹風間接補充的熱量。該技術對各煤種制氣有很強的適應性，且投資不大，應該會有廣闊的前景。