張 軍，謝滿成，劉 崗

（伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000）

部分煤化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到氣化爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性的影響。就目前而言，有些公司魯奇爐一直存在著灰渣含量高、氣化效果差、運(yùn)行時(shí)間短等問(wèn)題。因此如何提高碳轉(zhuǎn)化率，延長(zhǎng)氣化爐運(yùn)行時(shí)間，減少氣化爐耗能是十分重要的。此種做法有利于降低合成氨的成產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此有必要對(duì)魯奇爐進(jìn)行改造，找到最適宜的工藝操作改進(jìn)方案。

1 氣化工藝基本情況

我公司氨系統(tǒng)材料的氣化通常以小龍?zhí)逗置鹤髟?，?.88MPa純氧和3.4MPa過(guò)熱蒸汽當(dāng)氣化劑，讓氣化劑和原料煤在930～1200℃的條件下逆流接觸，利用氣化反應(yīng)制造粗煤氣。

因工藝問(wèn)題，公司合成氨系統(tǒng)氣化裝置的魯奇爐于2015年熄滅108次，每個(gè)單臺(tái)平均熄滅9次，造成大量原料和人力成本的浪費(fèi)。因此要想實(shí)行氨系統(tǒng)氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行、降低設(shè)備能耗，必須加強(qiáng)氣化爐長(zhǎng)周期，穩(wěn)定機(jī)身運(yùn)行。當(dāng)氣化爐熄火停爐的時(shí)候，各種物料資源肯定會(huì)被浪費(fèi)掉。這種情況受多種因素的影響，絕大多數(shù)還是受爐內(nèi)溫度、爐內(nèi)火層有無(wú)被破壞、爐內(nèi)有無(wú)結(jié)塊、粗煤氣中氧含量的指標(biāo)。

合成氨系統(tǒng)的節(jié)能減排和生產(chǎn)消耗直接受灰渣含碳量多少的影響。這些年，公司氣化爐灰渣含碳量普遍偏高，所以公司合成氨系統(tǒng)的成本和原材料的消耗一直偏高。2015年1到12月份魯奇爐含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別是11.10%、12.65%、11.77%、11.52%、13.78%、15.93%、13.85%、16.66%、17.48%、16.22%、16.10%、13.96%，平均值為14.23%。

煤氣中的有效氣含量，直接決定了氣化爐的運(yùn)行狀況，它可以直接用于氣化爐運(yùn)行狀況優(yōu)劣性的綜合評(píng)價(jià)。長(zhǎng)期以來(lái)，公司的氣化裝置都存在有效氣含量低，CO2、含量較高這種現(xiàn)象。研究2015年魯奇爐產(chǎn)組煤氣發(fā)現(xiàn)，它的成分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 的平均值分別是：N21.2%、H239.4%、CO 15.3%、CH414.2%、O20.3%、CO234.8%。

氣化爐工藝灰渣含碳量多，經(jīng)常出現(xiàn)故障以及煤氣品質(zhì)較差，多半都是氣化爐運(yùn)行狀況較差造成的。因此，有必要詳細(xì)分析汽化爐的具體運(yùn)行情況，查找氣化爐發(fā)生故障的原因，從根本上改進(jìn)工藝操作流程。為此，我們做了一次氣化爐分析實(shí)驗(yàn)，極盡真實(shí)還原汽化爐運(yùn)行的實(shí)際情況。找出影響魯奇爐灰渣含碳量、粗煤氣品質(zhì)和運(yùn)行周期的因素。

2 分析爐內(nèi)氣化刨渣

2.1 分析爐內(nèi)各燃料層分布情況

經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)爐內(nèi)位置各煤渣距爐口距離越長(zhǎng)時(shí)，不管是固定碳、全水分、灰分，還是揮發(fā)分，先是不斷向上增長(zhǎng)，后來(lái)才是慢慢下降。這四條線總有一個(gè)最高點(diǎn)。其中，固定碳還分別和揮發(fā)分、灰分有交集。灰分這條線分別和全水分、揮發(fā)分、固定碳這三條線有交集?？傮w來(lái)說(shuō)，爐內(nèi)燃料層多由灰渣層、還原層、氧化層、干餾層、干燥層組成，原料煤經(jīng)過(guò)氣化，會(huì)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

考慮到煤塊粒度的變動(dòng)情況和各深度位置爐渣成分?jǐn)?shù)量變化情況，運(yùn)用到氣化爐渣各燃料層應(yīng)該具有的理化性質(zhì)。例如：還原層固定碳成分增大，煤塊力度變小，煤渣揮發(fā)性降低。選取相同平面位置樣本數(shù)值的平均值，通過(guò)分析爐內(nèi)各爐渣的數(shù)據(jù)和爐內(nèi)燃料層分布的具體情況，可以合理估算出各燃料層的大致高度和各燃料層爐口深度的大致覆蓋面積。

表1是煤塊力度變化情況和爐渣成分?jǐn)?shù)據(jù)變化表。

2.2 氣化刨渣的大致過(guò)程

為了順利完成此次試驗(yàn)，獲得有效的研究成果。必須事先成立研究小組，制定詳細(xì)刨渣過(guò)程，同時(shí)立即成立研究小組，選擇合適的技術(shù)手法，周密設(shè)計(jì)爐內(nèi)爐渣各點(diǎn)位置。經(jīng)過(guò)多方考量考察，我們選擇了運(yùn)行情況良好，各項(xiàng)參數(shù)波動(dòng)幅度小的11爐作為試驗(yàn)的器材。根據(jù)渣樣的外觀狀況和分析數(shù)據(jù)，還原爐內(nèi)具體過(guò)程。積極取照。分析從上到下放置的爐內(nèi)煤渣，并記住爐內(nèi)煤渣的具體位置，利用魯奇爐作為熄火降溫停爐處理的設(shè)備。

2.3 分析爐渣工業(yè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)

表1 不同爐內(nèi)位置的爐渣成分表

依據(jù)選定的試驗(yàn)方案合理劃分爐內(nèi)爐渣取樣位置。根據(jù)各種各種軸線的劃分將爐渣分為14個(gè)平面層，一定要考慮東南西北這四個(gè)方向，將每個(gè)軸向?qū)觿澐譃?-12個(gè)環(huán)形區(qū)間，本次試驗(yàn)原料煤工業(yè)分袖數(shù)據(jù)分別是Mad 8.33%、Mt34.52%、Vad43.45%、Aad15.72%、FCad 39.53%。當(dāng)準(zhǔn)確好一切材料時(shí)，停止?fàn)t火13s，立即用氮?dú)庀鐮t火同時(shí)調(diào)低溫度。然后依次推開(kāi)煤箱，采取一定的方法刨渣。將先前各區(qū)域的爐渣撈出來(lái)，并進(jìn)行分析和采集數(shù)據(jù)。采樣部位距爐口的距離就是采樣深度，經(jīng)過(guò)大量的分析總結(jié)，整理出大量有關(guān)工業(yè)分析的爐渣數(shù)據(jù)。

2.4 有關(guān)魯奇爐的運(yùn)行狀況和改革措施

研究發(fā)現(xiàn)，魯奇爐最薄弱的地方是氧化層和爐內(nèi)灰渣層，同時(shí)也是氣化爐運(yùn)行最薄弱的區(qū)域。這兩部分高度為200mm，氣化爐重點(diǎn)監(jiān)控這兩個(gè)地方。這兩個(gè)區(qū)域?qū)︳斊鏍t的整體運(yùn)行非常重要。一般情況下，灰渣層的厚度根據(jù)原料煤數(shù)量的多少來(lái)決定，最佳范圍是110～390cm，氧化層的厚度在160～290cm最為適宜。在具體操作過(guò)程中可以根據(jù)灰渣殘?zhí)剂康臄?shù)量、粗煤氣構(gòu)成、原料煤的各種情況，通過(guò)不斷清理各種殘?jiān)覊m的方式，根據(jù)需要具體決定灰渣層的高度。

一旦這兩個(gè)區(qū)域自身運(yùn)行系統(tǒng)被損壞，將難以維持爐內(nèi)正常的氣化工，造成極大的危害。例如：粗煤氣氧氣含量大幅度提高、爐內(nèi)溫度過(guò)高、爐內(nèi)結(jié)塊、氣化劑偏移等各種情況，最嚴(yán)重的直接造成氣化爐停車(chē)。因此，適當(dāng)上調(diào)火層，增加灰渣層的高度，便于氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行是非常必要的。

魯奇爐的m內(nèi)層燃料分布情況如下，干燥層一般距離爐口600-2400mm，厚度約為2000mm，還原層的厚度約為700 mm，一般距離爐口3900～4600mm之間。干餾層一般距離爐口2600～3900mm，它的厚度約為1600mm，灰渣層的厚度約為210mm，一般距離爐口5000～5200mm，氧化層一般距離爐口4800～5000mm，厚度約為240mm。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，灰渣底部到還原層這部分外圍黑色柱帶，相同高度的氣化爐中心片區(qū)比恒定含碳量普遍低于49倍。造成魯奇爐含碳量高的根本原因就在于灰渣底部到還原層這部分外圍黑色柱帶的煤炭燃燒利用率并不高。爐箅布?xì)獾闹睆胶脱貖A套內(nèi)壁溫度直接影響著煤炭的燃燒效果，當(dāng)其直徑過(guò)小，溫度過(guò)低時(shí)都易造成魯奇爐含碳偏量。

因此，有必要改造魯奇爐的操作運(yùn)行，根據(jù)灰渣含碳量和原料煤的多少，清理各種垃圾殘?jiān)?dāng)含碳量升高時(shí)，馬上降低爐條機(jī)運(yùn)行速度，將每8h四次降為每班3次，合理控制氧化層和灰渣層的厚薄。嚴(yán)格把控爐內(nèi)溫度，不超過(guò)224℃，保持燃料層的穩(wěn)定。努力控制爐內(nèi)CO2的含量，占比不超過(guò)36%，防止氣化劑偏離和爐內(nèi)結(jié)塊，最后提高爐箅布?xì)庵睆?，適當(dāng)改造爐箅，提高氣化爐的運(yùn)行水平。

3 改進(jìn)優(yōu)化結(jié)果

魯奇爐經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化修理，運(yùn)行速度和質(zhì)量相比于以前有了很大提高，運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，穩(wěn)定也不斷增強(qiáng)，減少了各種人力物力成本?；以剂恐鹉杲档?，爐內(nèi)碳轉(zhuǎn)化率不斷提高，真正做到了節(jié)能環(huán)保和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的有效統(tǒng)一。

4 結(jié)語(yǔ)

雖然魯奇爐的運(yùn)行狀況受多種因素的影響，但主要受氧化層和灰渣層的控制。