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稳定和提高发生炉煤气热值的措施弓朝红（中国铝业山西分公司，山西河津043304）摘要：稳定和提高煤气热值能够提高焙烧炉氧化铝的产量和质量，本文从多方面探讨了稳定和提高煤气热值的措施，即稳定气化用煤、稳定饱和温度、采用满料层操作、掺入焦炉煤气，还重点阐述了发生炉富氧生产、炉出余热利用两项技术的可行性。关键词：煤气热值；饱和温度；满料层操作；富氧生产引言中国铝业山西分公司煤气分厂于1992年正式投产，现有TG-3MI型煤气发生炉22台，生产混合发生炉煤气，气化原料为阳泉和晋城无烟块煤，煤气热值为5.2~5.6MJ/Nm3，属低热值煤气，日供气量为120万m3，主要是为氧化铝2#、3#焙烧炉提供工业燃气。炉出煤气经双竖管、洗涤塔和电除尘冷却除尘后，由排送机加压送至4公里外的氧化铝2#、3#焙烧炉。氧化铝焙烧炉是把AL(OH)3焙烧成产品氧化铝的设备，山西分公司2#、3#焙烧炉为引进丹麦技术设计制造的大型气体悬浮式焙烧炉，日产成品AL2O31300吨，设计使用煤气热值为5.2~5.6MJ/Nm3。氧化铝焙烧炉通过煤气燃烧放热，完成AL(OH)3脱去附着水和结晶水，并使氧化铝晶型发生变化，成为适合电解铝生产要求的氧化铝。在焙烧过程中影响产品氧化铝质量和产量的因素主要是焙烧温度，一般焙烧温度保持在1000～1150℃，煤气热值的高低、稳定与否对焙烧炉的炉温影响很大，表现在：1、煤气热值过低时，燃烧温度降低，炉温下降，此时为保证产品质量，计算机控制系统可自动调节AL(OH)3下料量，造成焙烧炉产能下降，热值越低，下料量越小；2、当煤气热值波动时，焙烧炉温度也随之波动，在短时间内由于炉温下降控制系统来不及调节AL(OH)3下料量时，产品中势必存在一部分未“烧熟”的AL2O3，造成产品质量下降，并且煤气热值波动越大，产品质量越差。综上所述，为了提高氧化铝的产量和质量，就必须尽可能的在保证热值稳定的情况下，同时提高煤气热值。1稳定煤气热值的措施1.1发生炉煤气的气化理论分析在理想气化条件下，碳全部转化成CO，且C和O2生成CO2的反应所放出的热量全部用于水蒸气的分解反应，气化系统为绝热。碳的化学热将无损失的全部转入煤气中，气化效率为100%，理想气化指标见表一。发生炉煤气的理想气化指标表一煤气低热值，MJ/m3煤气体积百分比，%1Kg纯碳气化消耗与煤气产率COH2N2空气消耗，/m3蒸汽消耗，/Kg煤气产率,/m37.5041.6020.8037.62.150.754.48作为气源厂，稳定和提高煤气热值之中，首先是产气炉煤气热值的稳定，稳定是前提，提高是锦上添花。混合发生炉煤气的生产过程是一个自热式的气化过程，它是以空气中掺入一定量的水蒸气作为气化剂，煤在炉子里自下而上分为灰层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层，总成料层，气化所需热量来自氧化层内煤的剧烈燃烧放热，(见式①)C+O2=CO2+Q1①CO2+C=2CO-Q2②H2O+C=H2+CO-Q3③C+H2O(g)=H2+CO-Q4④因此整个料层中氧化层温度最高，要提高煤气热值，就必须尽可能提高氧化层温度，以供给还原层足够的热量，使还原反应（见式②和③）得以完全进行。当氧化层温度提高到煤灰熔点T2温度时，煤中的灰分将软化、熔融而成为高粘度的液态或半液态物质，这种情况首先将影响发生炉断面的通风均匀性，造成炉内截面上温度分布不均匀，局部过热，造成结渣，影响发生炉的正常运行，而且燃料会被熔渣包裹，不能继续气化，引起灰渣含碳量升高，浪费煤炭资源；当气化剂中水蒸气含量过高时，氧化层温度降低，气化反应不完全，煤气热值降低，同样也会造成灰渣含碳量升高，原煤利用率低。因此氧化层温度过高或过低都属于极端情况，都不利于发生炉的长期稳定运行，只有合理的控制饱和温度，，根据气化状况不断调节，使氧化层温度处于一个相对较高的温度（小于T2），时，发生炉才处于一个经济、稳定、高效的状态。1.2稳定发生炉煤气热值的措施1.2.1稳定无烟煤的质量入炉无烟煤必须满足粒度均匀（我厂发生炉设计粒度比≤2）、含粉率低（我厂生产中要求≤7%）、机械强度和热稳定性好、灰分含量适中等条件。粒度方面我厂目前所用阳泉无烟煤基本符合要求；在含粉率和灰分方面，分厂要严格控制，因为不合格的原煤对输煤系统及发生炉操作带来一系列困难，首先是增加了输煤系统筛分设备的负荷,入炉煤质量难以保证，其含粉率超过10%，入炉煤含粉率高，造成粒度不均匀，虽然小粒度煤能提供较多的反应表面，但粒度不均匀将影响炉内上升气流的均匀分布，大颗粒必然滚向炉壁，小颗粒和粉煤则集中于炉膛中央，形成阻力较大的区域，气流很难由此通过，原料不能充分气化，而在靠近炉壁处则形成阻力较小的区域，这样大部分气流流向炉壁，在此进行强烈燃烧，从而使炉况恶化，最终造成气化不均匀，原煤浪费，煤气成本升高。由于进厂原煤矿点较多，灰分难以保证稳定，灰分含量偏高时，不仅降低了可燃成分，使产气率降低，而且还增加灰中碳带出的损失。我厂入炉煤质量标准表二灰分AfVadFcSqf机械强度热稳定性含粉率≤20%≤10%≥70%≤1%≥60%≥65%≤7%综合近几年所用过的阳泉煤、阳城煤、晋城煤，通过质量、价格、运费的综合分析，我们认为现阶段应多用阳泉煤。1.2.2稳定饱和温度饱和温度是气化操作中一个非常重要的控制、调节参数，前面提到，饱和温度的变化，即蒸汽加入量的多少，对发生炉氧化层温度影响非常明显。运行中保持饱和温度的相对稳定，是稳定煤气热值的关键，工艺上要求其波动幅度在±1℃范围内。我厂发生炉软化水在95年增设冷却塔后，软化水供水温度目前稳定在50～65℃，饱和温度的调节主要靠外来蒸汽调节，虽然以前也要求用软化水进水阀门调节，但由于实际生产中很难控制，目前饱和温度的波动范围为5℃，为此，建议饱和温度改为汽包控制，既减小了饱和温度的波动范围，又减轻了职工的劳动强度。1.2.3采用满料层操作在发生炉内，③和④式的反应速度、完全程度决定着煤气的质量，而提高氧化层温度和延长赤热碳与CO2、H2O的反应时间，对CO2的还原、水蒸气的分解非常有利，随着温度的提高，反应时间会缩短，反应越完全；而当温度不变，随着赤热碳与CO2、H2O的接触时间延长，反应的完全程度也会提高。但是温度提高受到煤灰熔点的限制，所以要提高煤气热值，只有延长反应时间，延长反应时间有两种办法：一是减少产气量，二是增加料层厚度，即所谓的满料层操作。减少产气量受到用户限制，无法实现。所以要提高固定床常压气化炉的煤气热值，除适当提高氧化层温度外，必须采用满料层操作。我厂2003年在发生炉开始实行满料层操作，即始终保持下料管里煤不脱空，与半料层操作相比较，主要有以下有优点：⑴由于不存在空层，加煤时煤气带出物大大减少，减少了后续系统压力，竖管清喷淋次数明显减少；⑵炉出温度波动幅度相对减小，气化反应相对稳定，同时设备烧裂次数大大减少；⑶料层厚度增加后，延长了气固两相的接触反应时间，使反应更加彻底，从而提高了煤气热值。半料层与满料层操作主要技术指标对比表三指标料层高度，mm炉出温度，℃煤气热值，MJ/m3半料层1400～1600300～6505.40～5.45满料层1800～2000350～5505.45～5.502提高煤气热值的措施如前面所述，煤气热值稳定是前提，提高热值是锦上添花，目前山西分公司上下正积极开展“挖潜增效、控亏增盈”的活动，确保年底实现8500万“红线”目标，如何提高煤气热值，降低吨氧化铝煤气成本，已不是锦上添花，而是企业生存的迫切需求，是企业在金融危机下顺利过冬的唯一途径。2.1掺入附近焦化厂焦炉煤气山西分公司所处河津市煤炭资源丰富,焦化业工业发达,但炼焦副产品焦炉煤气的利用率比较低,价格特别便宜,几乎与发生炉煤气相同,但焦炉煤气热值高达16MJ/m3，是发生炉煤气热值的3倍，近几年我厂先后掺入了阳光集团和康家庄焦化厂焦炉煤气，既提高了煤气热值，又降低了生产成本。几种燃气的组成表四燃气名称H2，%CH4，%CO，%CO2，%N2，%Q，MJ/Nm3焦炉煤气55～6023～275～81～33～7171～9发生炉煤气13～171～324～285～850～555.4二者混合气28.87.616.26.839.88.132.2发生炉富氧生产发生炉富氧生产是通过在空气中注入纯氧改进发生炉气化技术，是提高煤气热值，降低灰渣含碳量，减少煤炭损失的重要手段。该技术的关键点是通过增加氧气浓度，促进反应①的彻底进行，增加了CO2浓度，最终提高了CO的含量，从而提高了煤气热值，而且降低了灰渣含碳量，达到降低能耗、节约原煤的目的。2.2.1富氧煤气生产的必要性目前，国际氧化铝市场激烈竞争，民营氧化铝企业快速崛起，产能不断攀升，给铝业公司提出了更高的要求。提产降耗是确保企业能立足市场，提升竞争能力的一条关键途径。提高焙烧炉产能，降低焙烧炉能耗对煤气质量提出了更高要求。煤炭市场的多变和国家政策的限制要求，造成目前焦炉生产波动性较大，焦炉煤气供气量不稳定。所以，在一定阶段2#、3#焙烧炉还是以使用发生炉煤气为主，只有不断提高发生炉煤气热值，才能更好地保证焙烧炉稳产高产，能耗降低。2.2.2我厂实施富氧生产的可行性1、同行企业中已经成功生产富氧煤气多年，生产技术成熟。（广西分公司煤气厂）2、鼓风机房北侧是大片空地，具备安装条件。只需将氧气管道与旁边的空气管道连接即可。3、该技术的实施，可大大提高煤炭的有效利用率。节煤效果十分明显。4、我厂有着大批的高素质技术工人，经过培训可以进行制氧操作。而且山西企业内部有医用氧制氧站，可以提供技术指导和培训学习。2.3预热气化剂发生炉炉出煤气温度高达350～550℃，利用竖管水气化潜热减低煤气温度，造成热能极大浪费，利用热管技术将炉出煤气余热利用，预热气化剂，提高了气化剂的温度，根据热力学原理，气化反应速度将加快，反应更加完全，有利于提高煤气产量和热值。该技术的亮点在于大幅提高气化剂的鼓风温度，既带入了大量的物理热，使气化剂中的蒸汽处在过热状态，既加快了气化反应速度，又可降低了炉内原煤燃烧产生的化学热的消耗，这样既节省了煤气炉中的碳，又可减少空气消耗，从而也少带入了N2，提高了煤气热值。这种气化工艺的前提条件是气化过程不结渣、少结渣，对所用煤的灰熔点有很高要求。3结束语3.1发生炉煤气通过抓原煤质量、优化各项技术指标、改进操作法可以稳定和提高煤气热值；3.2充分利用所在地焦炉煤气，既有效利用了资源，又提高了煤气热值；3.3在当前金融危机影响下，企业可以利用技术创新提高原煤利用率，降低生产成本，从而提高市场竞争力。参评论文稳定和提高发生炉煤气热值的措施作者：弓朝红2010年9月