固定床煤氣化技術(shù)討論一概要

1、固定床煤氣化技術(shù)討論（一杜始南江西化工設(shè)計院昌昱造氣技改設(shè)計所2011.5.1我國的常壓固定床煤氣化技術(shù)水平可以說是代表了世界的。但目前看來設(shè)備結(jié)構(gòu)差別不少，工藝操作各有說法，消耗水平和發(fā)氣能力差距極大，技術(shù)改造的方向又眾說紛紜。茲將固定床氣化技術(shù)的幾個工藝設(shè)備問題，結(jié)合工作經(jīng)驗教訓(xùn)進行簡單地分析，以供大家討論時參考。1、高徑比的問題。造氣爐引進高徑比概念來指導(dǎo)造氣爐的設(shè)備制造和工藝操作，實際上是很牽強的，有些人甚至鼓吹高徑比應(yīng)超過2。更有甚者儼然以專家權(quán)威自居，說是小2.眥氣爐2.2:1的高徑比是標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這些人是忘記了固定床的床層是固定的這一前提了。因為煤的氣化反應(yīng)只在高溫區(qū)發(fā)生，煤的溫

2、度在900°以下時，煤氣化反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)實踐中已經(jīng)沒有實際效果。根據(jù)固定床煤氣化技術(shù)原理，固定床的氣化火層最高溫度區(qū)不會超出爐篦風(fēng)帽頂100-200高，你把爐子做得那么高，不是給氣化火層往上移創(chuàng)造條件了么。氣化火層上移，煤氣帶出熱增多，煤耗會急劇上升。有人說氣化爐高度提高，單爐貯煤容積增加，可以相應(yīng)增加碳層高度和渣層厚度，有利降低造氣爐的煤氣溫度、提高蒸汽分解率，對造氣爐的負(fù)荷、消耗和氣質(zhì)均有利。這些說法不是很準(zhǔn)確的。因為（1碳層高度和渣層厚度增加對降低煤氣溫度作用甚微，原因是煤和渣的導(dǎo)熱系數(shù)都只有零點幾，而氣體的導(dǎo)熱系數(shù)則只有零點零幾靠氣固兩相對流傳熱，交換不了多少熱量。（2蒸汽的

3、分解只在高溫的氣化火層有效進行，熱碳層和灰渣層再高再厚對它起作用甚微。（3由于碳層高度和渣層厚度增加造成氣化劑進出氣化火層的阻力增大，對造氣爐的負(fù)荷只會不利不會有利。（4由于給氣化火層上移創(chuàng)造了條件，使得煤耗只會增加。（5氣質(zhì)還有可能降低，比如，對間歇氣化流程來說，提高造氣爐的高度會引起吹風(fēng)氣中一氧化碳含量的升高。制氣時還會造成煤氣中甲烷含量的增加。當(dāng)然，從爐體尺寸對比中，肯定可以得到高徑比這個數(shù)值。也就是說，爐體結(jié)構(gòu)是有這么個高徑比的數(shù)據(jù)的單看數(shù)據(jù)的話，人們其實可以很容易地發(fā)現(xiàn)爐膛直徑越大，高徑比數(shù)值越小。知道固定床煤氣化原理的人，頭腦里馬上就會理解，這正是固定床氣化火層的床層特點不是因為你

4、把爐膛直徑加大，氣化火層厚度就會變高的。遺憾的是，我國那么多的煤氣化專家不這么認(rèn)為。據(jù)說是他們的共識，專家們一致認(rèn)為造氣爐三個高徑比（爐體高徑比、夾套高徑比、容炭高徑比都得按標(biāo)準(zhǔn)，一個也不能差，據(jù)說這牽涉到高蓄熱量和高氣化強度。其中爐體高徑比還是采購造氣爐的標(biāo)準(zhǔn)。爐子愈高，氣化火層會愈厚，但只是900c以下溫度的碳層厚，高溫氣化火層的厚度是不以爐膛高度的加高而變厚的。高爐體能多裝炭是最直接的結(jié)果。各位不妨去問問實實在在操作著的工人，爐體改高了，碳層加高沒有？是什么原因不能把碳層加起來？2、固定床爐系統(tǒng)的中氮流程和小氮流程哪種好？從大的范圍講，煤氣化流程其實只有一種，那就是煤在氣化爐里利用燃燒自

5、身發(fā)熱形成高溫炭分解水蒸氣、還原二氧化碳，即通常說的煤氣化產(chǎn)生高溫含塵的粗煤氣，高溫含塵粗煤氣經(jīng)除塵、換熱、洗滌即降溫凈化獲得常溫干凈的冷煤氣?，F(xiàn)在意義上的中氮流程指有燃燒室、三通閥、洗氣箱、高煙囪和傾斜廢熱鍋爐的，原化工部4.5萬噸/a合成氨造氣車間定型設(shè)計。而小氮流程指的是裝谿配谿在小型基礎(chǔ)上造氣爐爐膛卻已改大，配套管道閥門相應(yīng)變得比較緊湊，吹風(fēng)煙氣二次燃燒搬到了吹風(fēng)煙氣余熱回收工號的，氣化后除塵、降溫配谿簡單化了的并且已全盤學(xué)來了中氮自動化程度高的那部分技術(shù)的優(yōu)化流程。不消說，現(xiàn)在的小氮流程要強于中氮流程。因為，實質(zhì)上它是中氮流程的優(yōu)化。細(xì)分制氣、除塵、換熱、洗滌四個主要階段的設(shè)備配谿，

6、固定床爐系統(tǒng)的流程在我國的確多種多樣，已經(jīng)不是簡單地說中氮流程、小氮流程所能說清楚的。究竟哪種流程好？答案是明顯的，那就是煤耗、蒸汽耗、電耗低的流程好。但這個答案是提問者不滿意的，因為沒有說清楚。要真正說清楚牽涉的面很廣。咱們不妨從先弄清一些具體問題入手。3、小氮煤耗為什么比中氮低？煤耗低的原因是制氣時間利用率高和氣化火層熱損失減少。氣化反應(yīng)始終是只在氣化火層里進行的。由于送進氣化劑和移出煤氣的時間縮短，自然就提高了氣化火層制氣時間利用率，使單位時間煤氣產(chǎn)量增加，同樣產(chǎn)品數(shù)量的煤耗也就下降了。況且小氮有爐頂閥，小氮的爐上空間（氣化火層到爐頂閥之間的總空間小，小氮的爐下空間都?。ㄖ醒腼L(fēng)筒小，褲叉

7、管短小，一次風(fēng)閥、下行閥挨爐體近。要理解這一點，必須明白氣化劑是怎么進爐的，煤氣又是怎么出爐的。氣體進出氣化火層，首先是充滿空間，然后是充夠空間壓力到該壓力足以克服碳層或灰渣層的阻力才能來到氣化火層或走出氣化火層。這段過程是需要時間的。比起氣化火層反應(yīng)速度快得無法計量來，這氣流進出氣化火層所化的時間則是慢到完全可以計量了。也就是說可控制了。氣流進出時間控制得短了制氣時間利用率就高了。氣化火層熱損失的多少主要在于煤氣和灰渣離開氣化火層，或者說走出爐口、走出灰斗帶出熱量是多還是少？一般來說各家爐體散熱、夾套鍋爐吸熱、灰渣排出顯然的量都差不了多少。所以氣化火層熱損失的多少主要看煤氣和吹風(fēng)煙氣顯熱、吹

8、風(fēng)煙氣潛熱、灰渣殘?zhí)?。此三項中最重要的是煤氣顯熱。也就是說看上下行煤氣溫度。因為它的含熱量最多。小氮廠爐上下溫度三300。,中氮廠卻高得多。所以中氮煤耗高得多。4、許多中氮廠為什么紛紛拆除大爐改上小爐大爐改小爐實在是很不科學(xué)的舉措。這樣一來，浪費了土地資源又浪費了廠房,嚴(yán)重影響了后工序的負(fù)荷造氣爐生產(chǎn)煤氣是在造氣爐內(nèi)的氣化火層里的高溫炭上。爐膛小了高溫炭少了生產(chǎn)的煤氣量少了。這一點很好理解。但，進一步思考，你的后系統(tǒng)仍然要求你供應(yīng)那么多煤氣，你就得讓改小了的爐子多生產(chǎn)一些煤氣。你還是燒你原來的原料煤，要多生產(chǎn)煤氣就不得不加大生產(chǎn)負(fù)荷，讓氣化劑送進多一些。氣化劑進爐量多，它在爐內(nèi)的流速快，氣化劑

9、跟高溫炭接觸時間就短，氣化劑被分解或還原成的一氧化碳和氫氣的量就少。未分解、未還原的氣化劑多，它們離開氣化火層時帶出熱量更多。結(jié)果，造氣爐有效氣產(chǎn)量少、煤耗、蒸汽耗、電耗都上升。造氣車間倒了霉。整個工廠倒了霉。這些人可能是看見小氮廠煤耗低想學(xué)習(xí)小氮。以為爐子小煤耗就低。不懂得固定床煤氣化的基本原理。一些廠改了一臺試了試，并沒有效果，就收手不改了，還算好。例如貴州化肥廠。一些廠一下子全部由中型爐改成小爐?？缌?，工廠倒閉了。例如，原平化肥廠。問題的嚴(yán)重性還在于，迄今為止許多人對固定床煤氣化的技術(shù)原理仍然沒有認(rèn)識明白，仍然有許多人在指揮著上小爐子，還一味地在改高爐膛。5、煤球好還是煤棒好許多廠的運行

10、實踐證明，煤棒氣化優(yōu)于煤球氣化。全部煤千進爐，一個是一個，粒度非常均勻。透氣性能太好的結(jié)果是爐上溫度居高不下，煤氣出爐熱損失大，灰渣排出未燒透的煤球多。要將爐上溫度控制下來，灰渣殘?zhí)拷迪聛淼糜休^高的責(zé)任心和操作技巧?？傊遣僮骼щy。全部煤棒進爐則不然，200-300長的棒送到爐口時全部已經(jīng)是40-80的短截。隨機堆積的結(jié)果是孔隙阻力大，爐出口煤氣溫度易于控制，灰渣排出未燒透的小短截煤棒不多。顯然煤棒爐比煤球爐好操作得多這恐怕是應(yīng)著了水至清則無魚那句話了。順便說一句，書上說的以及一直沿用至今的固定床造氣爐適合燒25-75的塊度的說法，即使這里的原料是只指焦炭，我認(rèn)為其實也是不合適的。生產(chǎn)實踐已經(jīng)

11、表明：恐怕改成25-40，甚至15-30會更合適一些。因此，燒煤球、燒煤棒、燒塊煤、燒焦炭各有各的優(yōu)點和缺點，總體看來塊度不能大。而煤球則摻燒小粒煤才好燒。煤球的直徑，如果將壓球機的球模改成20-35各家的煤耗將會有明顯的下降。6、渣是工藝造的，造層的穩(wěn)定高于一切。氣化爐的穩(wěn)定運行是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)低耗的根本。但影響固定床氣化爐穩(wěn)定運行的關(guān)鍵是什么呢？毫無疑問，是爐內(nèi)結(jié)大塊。入爐煤塊度均勻、大小顆粒度配比合理、含粉少，氣化劑入爐流量平穩(wěn)，爐篦布風(fēng)均勻、爐條機排灰能力適當(dāng)，恰當(dāng)?shù)陌俜直?，合理的?fù)荷和上下吹比例，合適的蒸汽用量都是保證氣化爐穩(wěn)定運行的基本條件。操作運行當(dāng)中同定床碳層高度和氣化渣層厚度的穩(wěn)定

12、是氣化爐穩(wěn)定運行的首要問題。特別是渣層穩(wěn)定，影響著全局。渣層好壞就是指有沒有大塊。最好的灰渣層指灰渣的粒度和入爐煤塊一樣大小一樣均勻，都是熔渣卻極少殘?zhí)康哪欠N。這樣，氣化火層和爐篦層面有相當(dāng)?shù)陌踩嚯x，同時入爐的氣化劑能得到均勻的分布和預(yù)熱，但問題是我們無法直接觀察渣層和去測量其厚度，這就是渣層控制的實際困難。雖然爐條溫度計安裝在爐篦第一層縫隙處，應(yīng)當(dāng)說和渣層溫度存在著一定的相關(guān)性。但由于時下爐條溫度計是高溫?zé)犭娕迹饕獪y量得到的是氣流流動帶出熱，等測量到氣化火層輻射熱時，它跟爐篦一樣已經(jīng)被燒壞了。所以我們測得的爐條溫度數(shù)值，往往跟下行溫度差不了多少就是這個緣故。許多小氮廠并不安裝爐條溫度計也

13、就是這個緣故。渣層的厚度，渣層的灰渣塊的大小和均勻度，關(guān)系著造氣爐的負(fù)荷量，關(guān)系著灰渣殘?zhí)苛?。具操作控制主要靠操作工的?zé)任心和爐況判斷能力及爐情處谿能力。不僅僅是通過調(diào)整爐條機的轉(zhuǎn)速，改變排灰量和渣層的厚度。重要的是對全局的分析判斷。有人提出了爐篦造渣的工藝造法理論”反對工藝造謂的理念。他們認(rèn)為渣塊的大小是爐條機的運動決定的，換句話說，是爐篦造渣。并且自詡為提出了工藝造渣理論”南且是一種微型改造發(fā)明。在一篇報道改進氨廠造氣傳統(tǒng)的工藝與操作的文章中是這么說的：正像鍋爐鏈條爐排一樣，煤燃盡又達到成渣溫度，由于爐排的轉(zhuǎn)動，作用于熔融發(fā)粘的薄渣層，使松動裂成碎塊。同理造氣爐工藝造渣就是由于爐條機轉(zhuǎn)動才

14、能波及到成渣區(qū)，使熔融狀態(tài)的渣，在爐條機的波動下，熔融發(fā)粘的薄渣層松動、分裂成為小碎塊。每個循環(huán)的吹風(fēng)空氣和上吹蒸汽又容易直接竄入熔融的成渣區(qū)，故形成了蜂窩狀的小碎塊。固定床煤氣化原理告訴我們，氣化火層高溫炭的溫度必須達到該炭的最高點，煤的氣化效率最高。而該炭最高溫度是其灰熔點。到了灰熔點時炭里的灰就熔融。氣化劑到達氣化火層跟高溫炭反應(yīng)消耗了高溫炭和熔融灰的熱量，熔融灰被降溫到灰熔點以下。灰熔點以下的灰就結(jié)成塊。你看碳只有跟空氣里的氧反應(yīng)才能獲取高溫。高溫炭和熔融灰只有跟氣化劑接觸才能產(chǎn)生煤氣同時產(chǎn)生灰渣。同樣，氧多則高溫炭多、熔融灰也多氣化劑消耗多、煤氣產(chǎn)量多、灰渣塊產(chǎn)生大而且多?？諝獾倪M送

15、，氣化劑的進送不都是工藝嘛。這造渣的功勞不歸工藝，還能歸屬給別的嗎千萬要明白，爐內(nèi)的渣塊大小、多少都是被操作工藝控制著的。并不是靠爐篦控制的。爐篦只能實施正常的布風(fēng)排灰。爐內(nèi)正常生產(chǎn)是必須有渣塊的，沒有渣塊是生產(chǎn)不正常的表現(xiàn)。當(dāng)然太大的大塊是工藝操作指標(biāo)與入爐原料品質(zhì)不匹配造成，是氣化劑進出量不穩(wěn)定造成的，是工藝操作參數(shù)在操作中被控制失誤造成的。渣層的穩(wěn)定，靠操作指標(biāo)合理靠操作工的操作控制責(zé)任心和技術(shù)水平。渣層的穩(wěn)定之所以這么重要是因為渣層所處的位谿十分重要。在這個位谿上,由它控制著氣化劑、煤氣在爐下部進出氣化火層的路徑。它讓你進你才能進，它不讓你進，你就進不去，它的顆粒均勻，你能均勻進出，它

16、的顆粒不均勻，你進出氣化火層就均勻不了，吹翻漏碳全由它決定。渣層的穩(wěn)定高于一切。還用再解析嗎。7、氣化爐負(fù)荷的控制。氣化爐的負(fù)荷能力對應(yīng)著一定品種品質(zhì)的原料是肯定的。隨著氣化爐負(fù)荷的提高，首先是吹風(fēng)煙氣帶出熱增加，煤氣爐出口煤氣帶出熱上升,蒸汽用量會以比負(fù)荷提高更大的比例增加，煤氣和未反應(yīng)的蒸汽帶走的熱量相應(yīng)以非想象比例增加。同樣截面爐膛氣流速度加快，氣化劑在氣化火層停留時間縮短蒸汽分解率下降、二氧化碳還原率下降，煤氣有效成分降低，綜合煤耗將急劇上升。原因是，讓氣化爐負(fù)荷提高，我們的本意是讓吹風(fēng)進去的氧提高。而氧提高的同時不得不跟著進去4倍氧體積的氮。這些氮進爐帶出氣化火層的熱量、大大提高氣化

17、火層中氣相體積使氣流速度增加減少氣固接觸時間。多大爐截面的煤氣爐，燒什么樣的原料煤，只能生產(chǎn)它能夠生產(chǎn)出的煤氣。你讓它多產(chǎn)是要付出高煤耗的代價的。因此氣化爐的出口煤氣溫度（包括吹風(fēng)煙氣溫度對蒸汽分解率的影響是十分明顯的。氣化爐出口的煤氣溫度（包括吹風(fēng)氣溫度和蒸汽分解率對氣化爐的消耗水平和發(fā)氣量關(guān)系極大。同樣的設(shè)備、同樣的煤種、同樣的負(fù)荷，爐出口煤氣溫度越低，蒸汽分解率越高，煤氣和未反應(yīng)的蒸汽帶走的顯熱越少，則煤耗越低、煤氣中有效成分愈高，反之亦然。當(dāng)然，建造煤氣爐是為了生產(chǎn)煤氣的，你也不可能為了低煤耗就降低生產(chǎn)負(fù)荷是不是。8、加壓夾套鍋爐問題造氣爐的夾套鍋爐是保護造氣爐爐壁不被燒壞用的。因為造

18、氣爐氣化火層位谿在造氣爐爐篦附近，其炭溫度高達1300。沒有水火套鋼鐵會被燒壞，如果該處也采用耐火材料做襯里，則灰渣肯定要掛壁。夾套的用途是保護氣化火層處的爐壁鋼板不被燒壞，同時保持氣化火層熱量不過多損失。當(dāng)然，如采用特殊材料比如河南新鄉(xiāng)的中科化工，用黏貼新密瓷磚取代水夾套不是不可以，甚至像國外的氣流床那樣在火套爐膛側(cè)內(nèi)部水冷壁管外再搞SiC涂層也行，但成本高，而且經(jīng)常結(jié)渣、掛渣難處理。為了這點小事折騰，何必呢。所以我覺得做水夾套已是最佳選擇。個別廠，比如河南安陽的幾臺一氧化碳煤氣爐以及大多數(shù)燃?xì)鈿饣癄t采用全夾套造氣爐結(jié)構(gòu)。我認(rèn)為也是沒有必要的。因為氣化火層就那么一點高度。煤氣化爐夾套的高度值

19、一般是等于爐膛直徑值，這是指小型爐。正確設(shè)計不是這么隨便說的。為了適應(yīng)寶塔爐篦創(chuàng)建的氣化火層的位谿。夾套高度是這樣設(shè)計計算來確定的。首先，寶塔爐篦確定計算總傾角，一般是45度。然后，氣化火層上限位確定計算值，一般視所燒原料煤的粒度特性分析計算而得，最大不超過1.5米因此，寶塔爐篦爐的夾套高度總是二分之一爐膛內(nèi)徑另加約1.0-1.5米。每臺煤氣化爐應(yīng)該有獨立的一個汽包，夾套鍋爐的汽包應(yīng)該獨立放谿到比夾套鍋爐高的位谿汽包升降管不得安裝任何閥門。這些是國家鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程為了鍋爐運行安全規(guī)定的。固定床煤氣化爐夾套鍋爐應(yīng)該按蒸汽用途的工藝需要確定控制壓力。許多廠一味地追求加壓夾套。以為蒸汽壓力高蒸汽品

20、質(zhì)就好、可以克服造氣爐冷壁效應(yīng)多產(chǎn)煤氣、可以減少氣化火層跟夾套鍋爐水的溫差降低氣化火層熱損失。這些說法并不科學(xué)。因為（1蒸汽品位是依附于蒸汽的用途的。（2冷壁效應(yīng)的概念在固定床造氣爐并不適用，因為氣化火層位谿的傳熱主要起作用的是輻射傳熱而不是對流傳熱，更不是靠接觸傳遞導(dǎo)熱。在1300c情況下，連對流給熱都是被忽略了的。君不見氣流床水冷壁管的管壁還要掛熔渣呢。（3生產(chǎn)蒸汽為目的的夾套鍋爐拿走熱量的多少，不是以氣化火層給出熱量多少為依據(jù)的，而是以蒸汽想拿走多少熱量來衡量的，要讓氣化火層減少一些熱損失，那得少向它要些熱量。（4事實上，夾套鍋爐壓力提高后鍋爐水的溫度提高，對周圍環(huán)境散熱增加，浪費的熱量

21、更多。當(dāng)然必須讓造氣爐夾套鍋爐生產(chǎn)高壓蒸汽才能將蒸汽送到使用的地方時，造氣爐夾套鍋爐還是應(yīng)當(dāng)采用加壓夾套的，否則，夾套蒸汽怎么送過去呢。目前的問題是，有的廠思想觀念有些問題。他們不僅想采用加壓夾套來提高火套內(nèi)的水溫，從而減少氣化火層熱損失；還想用提高夾套制造的壓力等級來避免夾套鍋爐的爆炸損壞。造氣爐的夾套是受火的，并不是普通壓力容器。制造實踐中是相當(dāng)嚴(yán)格的。但即使這樣頭套爆炸的事件仍時有發(fā)生。安徽華爾泰、湖北金源和楚星、福建三明等等多家在用造氣爐的加壓夾套鍋爐，幾乎沒有一家是控制在設(shè)計規(guī)定壓力以上才爆炸的。在不到設(shè)計規(guī)定的操作壓力情況下就爆炸了，爆炸的原因要認(rèn)真分析。缺水時,內(nèi)筒受火鋼板燒變形

22、拉裂焊縫內(nèi)筒爆炸?，F(xiàn)在一些廠甚至夾套外筒也爆炸，是不是都是操作失誤一缺水造成的呢？從預(yù)防缺水這一點出發(fā)，每個夾套配一臺汽包，每個汽包配兩套液位計是必要的。要知道，一旦它要爆炸起來，夾套鍋爐設(shè)計成再高壓力等級也是不抵事的。另外造氣爐的夾套內(nèi)筒在采用大的總傾斜角度的塔型爐篦時，是很快要被磨損應(yīng)定期更換的，尤其是內(nèi)筒的底下1m,采用造氣爐設(shè)備時一定不能忘記考慮。9、爐頂閥問題從前是沒有爐頂閥的。原因1、是造氣爐的單爐消耗問題沒有被很重視，2、造氣爐的煤耗跟爐上溫度的關(guān)系沒有被充分認(rèn)識，所以造氣爐工藝指標(biāo)的爐上溫度比較高,3、造氣車間的固定床煤氣爐操作水平還沒有達到能將爐上溫度降低到三300c的程度。煤價在不斷上漲化肥價已經(jīng)很難提高、甲醇價則受石油價格的制約捉摸不定。固定床煤制氣的許多廠，要是沒能掛靠有煤礦的公司，真不知道能活到哪一天。固定床煤氣化現(xiàn)在正面對大規(guī)模流化床、氣流床煤氣化的競爭性壓力。要生存下去只有一條路，那就是降低單爐消耗。現(xiàn)在是不用提醒，誰家也已經(jīng)非常重視了。造氣車間的領(lǐng)導(dǎo)權(quán)已逐漸落到對固定床煤氣化原理更了解的人的手里，他們清楚煤氣和吹風(fēng)煙氣從氣化火層里出來時不僅有效氣帶出顯熱，那些