浅谈提高煤气质量的途径

孟园园

摘要 详细论述了影响煤气质量的因素（入炉煤的粒度、饱和温度、炉出温度、空层高度），从而在操作技术上加以改进，达到提高煤气质量的目的。

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关键词 粒度 饱和温度 炉出温度 空层高度 气化

作为产气工序，想要产出合格的煤气，提供给分公司各煤气使用点使用，就必须保证煤气的生产质量。控制入炉煤的粒度、合理的选择和控制饱和温度、适当降低炉出温度、控制空层高度、提高发生炉操作者的业务素质和技术管理水平、建立和完善各项规章制度是保证煤气生产质量的有效措施。

一、提高煤气质量的途径

1.严格控制入炉煤的粒度。在日常生活中，我们烹调食品总要加工成一定的块度，否则小块的熟了大块的还是生的，或者大块的熟了小的就烂了。气化用煤亦是如此，原料煤粒度对煤气炉同一横截面处气化速度快慢有直接影响，尤其是机械加煤的煤气炉更为严重。加上气化是在动态气流下进行的，所以其情况更为复杂，过大过小的煤粒都可能造成不同程度的影响。

粒度过小，汽化剂与煤的接触表面积增大，反应速度快，单位时间内气化量大；但是粒度过小会使发生炉透气性降低相对缝隙率减小，阻力增大，炉底压力增高造成炉子穿火和偏炉，使反应生成物流速低，增加带出物的损失。反之，如果粒度过大，虽然对生产有利，带出物损失少，但由于气化反应表面积小，干燥层、干馏层和气化层的反应很难进行完全，降低了气化效率，煤炭气化不完全使炉渣含碳增高，增加了煤的损失，粒度过大还会卡塞加煤机。因此，煤炭的粒度应控制在一定的范围之内，并且大小有一定的比例，粒度相差悬殊，大小煤块同时混入炉内，将造成反应料层局部气流短路或者引发偏流现象，造成偏炉、烧穿及结渣不正常炉况，煤气质量下降，炉渣含滩量升高，产气率下降。

煤块粒度的大小在热交换过程中所起的作用可用毕欧指数来说明：

Bi=ad/λ

式中a- 气体对固体表面的综合给热系数；d- 煤块直径；λ-煤块的导热系数。

从物理意义来看，毕欧准数可理解为在热交换过程中料块的内热阻d/λ 与气体对料块的外热阻1/a 之比，即：

研究证明，当Bi≤0.25 时，料块的热阻可忽略不计。由于燃料本身的导热系数λ 基本上可以看做是常数，而给热系数a 则主要取决于气流速度和反应区的温度，在气化过程中变动也不大，因而毕欧准数的大小主要和燃料的块度大小有关。块度愈小，燃料的稳定性，耐热性就愈好，热交换及扩散过程也愈强，因而有利于气化过程的进行。

但是，对于层状气化煤气发生炉来说，料块愈小，料层阻力及煤气带出物的损失就愈大，并且容易出现烧穿现象。

根据以上所述，料块粒度不均时，不可避免地会破坏正常的气化过程。为了提高气化效率和保证气化质量，应使用粒度均匀和大小适中的燃料，尤其要尽量减少煤末的含量。对煤粒进行严格控制筛分，粒度以20~60 mm 为宜，且限制入炉煤粒大小粒度比不大于2，限下率小于10%。

2.精心调整饱和温度。汽化剂的温度就是所谓的饱和温度，在煤气炉化过程中，饱和温度是用来控制燃料层温度的，而燃料层温度的高低对煤气质量至关重要，直接影响CO2 的还原率，与H2O(g)的分解率。饱和温度小，入炉蒸汽就少，水蒸气分解吸收的热量就少，燃料层饱和温度就高，反应产物中CO 和H2 的含量随着温度的升高而增多。反之，饱和温度越大，入炉蒸汽就多，水蒸气分解吸收热量就多，燃料层温度就会急剧降低，使CO2 和H2O(g)反应不彻底，反应物中CO 和H2 的浓度就低，发热值就低。因此，为了尽可能地提高煤气成分中的CO+H2 的含量，控制燃料层的温度至关重要。煤气发生炉中CO 和H2 的生成反应式如下：

C+CO2→2CO（吸热反应）

C+H2O(g)→H2+CO（吸热反应）

这两个反应都是吸热反应，提高温度有利于CO 和H2 平衡浓度的增加。在通常的操作温度下，上述两反应的反应速度均处于动力学控制区范围，故提高温度能加快它们的反应速度，从而提高煤气质量。但是，料层温度也不能提的过高，当温度超过了煤灰的熔点时，就会造成结渣，从而影响发生炉断面通风的均匀性，破坏正常的气化反应条件，致使煤气质量恶化，热值下降，渣含碳量升高。所以，在实际操作中，在不结渣的前提下应尽量降低饱和温度，通过精心调整饱和温度，将燃料层温度控制在较接近燃料灰熔点范围内，既可以防止气化条件恶化，同时也可获得优质高产煤气。饱和温度一般控制在45℃~65℃之间，是煤气发生炉操作中的难点与重点。

3.合理降低炉出温度。炉出煤气温度，简称炉出温度。高，煤气的物理热损失就大，用于二氧化碳还原和水蒸气分解的有效热量就会相应减少，煤气质量也会因为反应不彻底而下降。同时，由于炉气出口温度高，在同样的鼓风速度下，汽化剂通过炉内断面的实际流速会增大，从而减少汽化剂与煤层的接触时间，减少反应物中CO+H2O 的浓度。由气体状态方程：

PV=nRT

式中P- 为气体压强，单位为Pa；V- 气体体积，单位m3；n-气体的物质的量，单位mol；T- 体系温度，单位K；R- 比例系数，数值不同状况下有所不同，单位是J（/ mol·K），在摩尔表示的状态过程中，R 为比例常数，对任意理想气体而言，R 是一定的，约为8.31 441±0.000 26J（/ mo·l K）。

温度（T）增高，炉气出口压力（P）就会增大。因为H2O（g）的分解反应和CO2 的还原反应都是体积增加的反应，压力的增大会使反应逆向反应的方向移动，从而降低反应物中CO+H2 的浓度。而且炉出温度高，煤气的物理损失就大，用于CO2 还原和H2O（g）分解的热量就会相应减少，煤气的质量就会下降。因此。在实际操作中，适当降低炉出口温度。

4.严格控制发生炉空层高度。发生炉空层是指炉内料层上表面到炉顶之间，即加料和反应生成物在炉内停留空间。在操作过程中，往往忽视空层的作用，加料和初灰的速度控制失当，造成空层时高时低。空层高度减小，使下煤不均匀，中间下煤多，四周下煤少，形成中间火层下降，四周气体流速加快，中间气化弱，造成偏炉、穿火等不良工况，煤气品质下降，炉况难以控制。空层高度过大，煤层必然减薄。由于炉内温度达450℃~520℃，煤块入炉时下降时间延长，碎裂成小颗粒或粉末的比例增加，对气化不利。并且由于煤层相应减薄，影响煤炭干燥、干馏及气化的完全进行，是煤气质量下降，因此，对于空层高度的控制具有相当重要的意义。控制空层高度的方法是通过连续而小量加煤，无级变速出装置并低速运转来实现。同时，要勤测钎，只要发现空层减少，就要加大出灰速度，空层高度一般控制在2.25~2.60 m 之间。

二、提高操作者技能

煤气站能否生产优质的煤气，除了原料、设备原因之外还有一个重要因素就是司炉工的基本素质和技术水平。作为一名司炉操作人员，能够对发生炉内气化状况随时做出正确的分析与判断，在某种意义上讲，比掌握其正常的控制与调整方法更为重要，这是因为发生炉煤气的生产过程中，只有首先对发生炉内的气化状况随时做出正确的分析与判断，然后才能根据具体情况进行正确的调整。

对发生炉的气化状况进行正确的分析与判断有三个好处：

（1） 便于操作人员随时掌握煤气发生炉内的气化状况及变化趋势，可将炉内异常情况及时排除并使工作更具针对性，从而保证煤气发生炉经常处于最佳状态下运行。

（2）有利于总结工作经验，使职工的操作水平与分析判断能力不断得到提高。

（3）有助于修改，充实原有的技术操作规程，使其更加完善，特别是对煤种变更较频繁或新开工的煤气站而言，由于其基础数据不足，可能会造成技术规程中存在某些欠缺或不妥之处，所以对其进行补充完善与修订更为必要。

三、结束语

生产中严格控制原材料煤粒度是保证煤气质量的首要条件。精心调整饱和温度，保证燃料层有较高的反应温度是煤气优质的必要条件。炉出温度的合理控制，对减少煤气热损失，一高煤气质量具有重要作用。空层的高度对整个汽化过程都有影响。另外，企业管理师以人为本的管理，提高员工的造作技能是保证生产顺利进行和技术经济指标提高的重要条件。

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参考文献

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