淺談在工業(yè)煤氣生產(chǎn)中，如何提高無煙煤利用率

摘 要：在常壓固定床煤氣發(fā)生爐的氣化過程，探究無煙煤反應(yīng)的氣化原理，影響氣化反應(yīng)的因素，總結(jié)出提高無煙煤利用率的方法。

關(guān)鍵詞：工業(yè)煤氣；提高；無煙煤；利用率

1 氣化原理

常壓固定床煤氣發(fā)生爐的氣化是在兩個特定的條件下進行的，一是氣化過程是在常壓下進行，工作壓力在3-8千帕之間，所以接近于大氣壓，故稱為常壓。二是料層是堆放在爐篦上，在氣化過程中料層要維持一定的高度，這就是所謂固定層（也叫作固定床），固定床只是相對的固定，而實際上，它的固定料層厚度是以動態(tài)的加煤與出灰來維持的，即在氣化過程中，在一邊出灰的同時，一邊加料來維持料層的相對固定，從動態(tài)的角度看，其實料層是由上而下移動的，所以固定床氣化又稱為移動床氣化。工業(yè)煤氣的氣化原理就是用水蒸氣和空氣作為氣化劑，以無煙煤作為燃料，在煤氣發(fā)生爐中發(fā)生氧化還原的化學(xué)反應(yīng)，生成一氧化碳，氫氣，甲烷，碳?xì)浠衔锏葰怏w成份，統(tǒng)稱為煤氣。這過程中消耗了無煙煤中的碳成份，消耗越多說明無煙煤的利用率就越高。氣化過程簡圖如下圖1。

在固定層氣化下主要的化學(xué)反應(yīng)種類有：

（1）煤中的碳與氣化劑空氣中氧、水蒸氣之間的反應(yīng)。（2）氣化劑中的氧、水蒸氣、各種生成氣之間的反應(yīng)。（3）煤的熱裂解反應(yīng)。這三種反應(yīng)在固定層發(fā)生爐中的不同層次內(nèi)進行。

固定層發(fā)生爐的層次大約可以分為下列幾層：

（1）準(zhǔn)備層：1）干燥層：煤中的水份從此層逸出；2）干餾層：又稱為分解層，煤經(jīng)熱裂解后，其中揮發(fā)份及部分氣體從此層逸出。

（2）氣化層：1）還原層：水蒸氣與碳反應(yīng)，二氧化碳與碳反應(yīng)生成發(fā)生爐煤氣的主要部分：氫氣和一氧化碳；2）氧化層：氧氣與碳反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳。

（3）灰渣層：氣化劑預(yù)熱及灰渣冷卻。

（4）空層：有少量生成氣組份、氣化劑的氣體之間反應(yīng)。

2 影響反應(yīng)的因素

2.1 布風(fēng)（氣化劑）的效果

（1）每層爐篦間的間隙：固定床煤氣發(fā)生爐是通過每層爐篦間的間隙達到氣化劑與燃料（無煙煤）接觸發(fā)生氣化反應(yīng)的目的。間隙小出風(fēng)（氣化劑）少，氣化反應(yīng)就較弱，間隙大出風(fēng)（氣化劑）多，氣化反應(yīng)就越劇烈。由于爐篦是分成六層階梯向上分布的，每層爐篦所受的壓力固然不一樣。所以，爐篦間的間隙由下到上應(yīng)逐級減小，以保證同一截面的風(fēng)量（氣化劑）相等，氣化反應(yīng)速度一致，就不會出現(xiàn)某個區(qū)域反應(yīng)過快，某個區(qū)域反應(yīng)慢的現(xiàn)象，實現(xiàn)均衡的氣化反應(yīng)；（2）灰渣層的要求：灰渣粒度差不能超過30厘米。粒度差別過大，阻力差別也會變大，故影響到布風(fēng)（氣化劑），就會影響到下一步的反應(yīng)（氣化層的反應(yīng)）。

2.2 氣化反應(yīng)的效果（氣化層的反應(yīng)）

（1）氧化層：氧氣與碳反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳。C+O2=CO2+?H 屬于放熱反應(yīng)（氧化反應(yīng)）；（2）還原層：水蒸氣與碳反應(yīng)，二氧化碳與碳反應(yīng)生成發(fā)生爐煤氣的主要部分：氫氣和一氧化碳。C+ CO2=2CO-?H，C+H2O=2CO+H2-?H 屬于吸熱反應(yīng)（還原反應(yīng)）氧化反應(yīng)中放出的熱量越多越利于下一步的還原反應(yīng)的進行，氧化層的反應(yīng)與還原層的反應(yīng)是相互制衡的關(guān)系，氧化層生成的二氧化碳成為還原反應(yīng)反應(yīng)物，此過程也是消耗了無煙煤中的碳成份（工業(yè)煤氣生產(chǎn)中反要利用的成份）反應(yīng)越完全說明利用越完全，這一步也是煤在工業(yè)煤氣生產(chǎn)中的初步消耗。還原反應(yīng)在氧化反應(yīng)提供了足夠的熱量的前提下也在消耗著無煙煤中的碳成份，消耗越高說明利用率越高。綜上所述，反應(yīng)中氧成份是決定氣化效果的決定因素，氧氣來源于空氣即鼓風(fēng)流量（軸流風(fēng)機提供）。氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)都在消耗無煙煤中的碳成份，把碳成份轉(zhuǎn)化成工業(yè)煤氣。

2.3 人工干預(yù)的時機

氣化反應(yīng)過程是會出現(xiàn)異常的反應(yīng)情況的（我們統(tǒng)稱為異常爐況）要通過人工干預(yù)把異常反應(yīng)改變過來。選擇剛加物料（無煙煤）時，這時爐內(nèi)反應(yīng)溫度低，去處理爐況會使反應(yīng)溫度變得更低，不利于爐內(nèi)的氣化反應(yīng)。我們要選擇加完物料過后煤氣溫度（反應(yīng)爐出口溫度）上升到一定幅度才能處理，這時對氣化反應(yīng)的影響是最小的，可以提高無煙煤的反應(yīng)效率。

2.4 無煙煤的質(zhì)量

（1）粒度等級跨度不宜過大，一般不超過25毫米；粒度小的反應(yīng)完了，粒度大的煤還沒反應(yīng)完全；（2）水份過大影響煤的干燥，進而影響到氣化層的反應(yīng)；（3）灰熔點，熱穩(wěn)定性，機械強度等級不能相差過大；相差過大會造成等級低的煤容易結(jié)渣等異常爐況的發(fā)生。

2.5 物料平衡的把控

固定床煤氣發(fā)生爐是通過一邊出灰，一邊加煤實現(xiàn)物料平衡的。我們通過探火插釬來了解氣化層的反應(yīng)情況，如：鐵釬從底端就開始有紅亮的層次了，說明負(fù)灰了，此時排灰就會把氣化層排掉了。氣化層變小了或排掉了必然會影響到氣化反應(yīng)，氣化反應(yīng)沒有完全進行，排出的灰含有大量的煤，煤沒有得到充分的利用。固我們要堅持有灰才能排灰，無灰堅決不能排灰的原則。

3 結(jié)語

本文主要通過從工業(yè)煤氣在常壓固定床中反應(yīng)過程，氣化反應(yīng)原理和影響氣化反應(yīng)的因素，及原料質(zhì)量（無煙煤）及過程控制分析各個環(huán)節(jié)對整個反應(yīng)的影響得出更加有利于反應(yīng)的操作經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]煤氣基本知識問答[S].

[2]煤氣司爐崗位安全生產(chǎn)操作規(guī)程[S].

作者簡介：陳勇軍（1982-），男，大專，助理工程師，主要從事：煤氣工業(yè)煤氣生產(chǎn)與輸送工作。endprint