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•新疆五江兴华实业有限公司•朱柏杨•2016.41、用固定层煤气发生炉可制造出哪几种煤气？在碳和各种气态反应物的相互作用下，形成有可燃成份的气体，统称为煤气。用固定床的方法制造的煤气种类有：（1）空气煤气——是以空气作为氧化剂，与赤热的碳产生化学反应，所生成的煤气称为空气煤气（俗称吹风气），热值为4530KJ/m3，工业上作为燃料气用。（2）水煤气——是以水蒸汽作为气化剂，与赤热的碳产生化学反应，所生成的煤气称为水煤气。最早把水煤气称为蓝水煤气（简称为蓝气），热值为10152～11765KJ/m3，掺入城市煤气中用。（3）半水煤气——是以水蒸汽为主加入适量的空气为气化剂与赤热的炭反应，所生成的煤气称为半水煤气，它是合成氨的原料气，其成份中CO+H2一般在68%左右。（4）混合发生炉煤气——是以水蒸汽和空气的混合物为气化剂，与赤热炭产生连续气化反应，生成的煤气称为混合煤气。其热值为5150～5443KJ/m3（标准状态），工业上一般做为燃料气用。2、半水煤气成份中CO、CO2和CH4之间变化关系如何？一般情况下，半水煤气成份中CO含量高，则说明气化层温度高，CO2和CH4必然会低。CO含量如果急剧下降，即使氢的含量稍有增加，也说明气化温度是在下降。正常操作时，CO2含量的变化，总是与CO含量、气化层内温度、CH4含量的变化相反。CO含量高则说明煤气炉处在理想的高发气量阶段，所以熟练的工人在操作煤气炉时，经常要观察半水煤气中CO的变化情况，一旦出现偏差，要找出偏差原因加以调整，当煤气炉内工况恶化时，CO2、CH4含量上升，CO含量下降。3、什么叫气化效率？制造半水煤气生产的工艺操作条件是否合理，最终影响到气化效率之高低，所谓气化效率是指热量的利用率，即用于生成气化的热量与消耗燃料具有的热值之比。用间歇方法制造半水煤气，大体分吹风和制气两个阶段，所以需要通过对两阶段各自气化率的分析，为综合进行总效率的分析打下基础。4、煤气炉内燃料层分哪几个区？每个区的高度是多少？以￠3米炉为例，自上而下为：干燥区高度为150—200毫米；干馏区高度为300—400毫米；还原区高度为350—450毫米；氧化区高度为200—300毫米；灰渣区高度为100—200毫米。各区层的高度，随炉型和燃料的种类、性质的差异以及采用气化剂品位不同而有所区别。需要说明的是，各区层之间往往是相互交错，并没有明显的分界线。5、煤气炉干燥区的特性是什么？干燥区内一般不产生气化反应，此区内的燃料因刚加入炉内，故温度低。只是吹风时的吹风气、上吹时的煤气以及下吹时的（过热）蒸汽上下通过此区域时，将此区燃料中的水份蒸发，起到预热干燥作用。6、煤气炉内干馏区的特性是什么？在此区域内燃料受到热气体继续加热并分解放出低分子烃，在热分解时析出水份、醋酸、甲醇、甲醛、苯酚、树酯、一氧化碳、二氧化碳（依靠燃料中的氧及一部分碳）、硫化氢、甲烷、乙烯、氨、氮和氢等。气化剂通过此区域时，几乎不发生气化反应。7、煤气炉内还原区有什么特性？此区域是气化层产生气化反应的主要区域之一，由氧化区来的二氧化碳还原成一氧化碳及水蒸汽分解为氢，燃料依靠与热的气体换热被再次预热。此区的化学反应是：CO2+C=2CO；H2O+C=CO+H22H2O+C=CO2+2H2；CO+H2O=CO2+H28、煤气炉内氧化区（燃烧区）的特性是什么？在煤气炉整个燃料层中，氧化区的温度最高，煤气炉这时测量它的火层情况，就是间接地测量它的温度。在氧化层里，燃料中的碳与气化剂中的氧（空气的氧或富氧）发生化学反应，其气化反应是：C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2；2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2氧化层加上还原层总称为气化层。9、煤气炉内灰渣区的特性是什么？燃料层中的燃料经过气化后，剩余物质被称为灰渣（炉渣），灰渣在炉体最下部形成灰渣区。在生产中灰渣区起到了预热气化剂、分布气化剂，保护炉篦和随燃料层骨架的作用。10、决定煤气炉内燃料层总高度的依据有哪些？决定燃料层总高度主要依据是根据炉型和所使用的煤种及粒度而定的。在￠3米炉内，以晋城大块煤为原料的燃料层各区域为1000～1600毫米为宜。有时也根据煤气炉床层内的阻力层高度，即阻力小的燃料层可适当提高些，阻力大的料层维持维持低些。如烧焦炭时炉内阻力应要小得多，它可以维持在1600～1800毫米比较理想。化肥厂以煤球或以煤棒为原料的气化炉内，燃料层的总高度一般在1100～1300毫米为宜。（以炉蓖顶部为基准）11、上吹制气的目的是什么？吹风之后，燃料层具有很高的温度，一般在1100～1250℃之间，用蒸汽少量的空气混合作为气化剂自下而上进入燃料层，燃料的高温碳与气化剂产生混合反应，生成半水煤气。制气阶段通入燃料层的空气，主要目的并非给蒸汽源提供热量，而主要是为了调节达到合成氨原料气CO+H2：N2=3.2的配氮目的，故称为“加氮空气”。此外，下吹制气阶段和二次上吹制气阶段所加入的适量空气的目的亦相同（本公司未采用下吹加氮、二上加氮）。12、下吹制气的目的是什么？上吹制气之后，燃料层的温度已经下降，按照工艺过程，应该转入吹风提温阶段。但是，如果只以吹风和上吹制气的简单过程反复下去，就会导致气化层（火层）上移，炉上温度越来越高，炉面将会因长期上吹而造成挂炉结疤，气化条件越来越差，使燃料层不能维持正常的气化条件。为了避免上述现象发生，所以要在上吹制气之后，蒸汽（和氮空气）改变进入燃料层的方向，自上而下地通过燃料层产生半水煤气，以使气化层的位置和温度始终稳定在一定的区域和范围内，这一过程称之为下吹制气化阶段。13、二次上吹制气的目的是什么？下吹制气之后，燃料层的温度已经大幅度下降，按照燃料气化的需要应立即转入吹风提温阶段。但是由于下吹制气之后，炉下系统存有残留煤气，此时如果立即吹风，那么空气遇到炉下的半水煤气在炉内有火源的情况下必然会发生爆炸。因此，下吹制气之后，先用蒸汽进入炉底将下吹残留在炉下的半水煤气排入炉上，这一过程称为二次上吹制气，它既能平衡火层又能生产煤气，更主要的是为空气进入炉底创造了条件，确保安全生产。14、为什么要进行空气吹净？空气吹净阶段的主要目的是回收因二次上吹制气之后残留在炉上部系统各设备管道内的半水煤气。如果直接吹风，从安全上讲也是可以的，但是造成不必要的浪费。一般空气吹净阶段的时间较短，只占整个工作循环的3%～5%，以完全回收炉上部系统空间的残留煤气为原则。15、吹风气中CO2和CO生成与空气流速有何关系？在氧化层中燃料的碳与氧（空气）进行氧化反应生成CO2并放出热量，使氧化层温度升高，空气中的氧迅速消耗，使氧的浓度急速下降，由于氧的减少，故有部分CO生产，此时还有少量CO2还原成CO，此反应为吸热反应。所以希望在吹风时的空气流速尽力快些，燃料层低些，这样可减少CO2的还原。16、二氧化碳还原速度与吹风速度的关系？二氧化碳的还原速度，在一般煤气炉操作温度下，反应是处于动力学控制区的，反应速度随着温度升高而增加，它们两者间成正比关系。此反应速度比碳的燃烧速度要慢得多，需要较长的反应时间才能达到平衡，故在吹风阶段为了降低吹风气中一氧化碳的含量，必须提高吹风速度。17、在循环阶段中如何选择最佳的吹风百分比？最佳吹风时间的分配，以使燃料层具有较高温度为主要原则，即利用较短的时间达到最高温度。实现这个目的，决定于空气鼓风机能否提供较高的空气流速和燃料层是否能承受较高的空气流速。原料煤性质与吹风时间分配随燃料的机械强度、热稳定性及化学活性的不同而有差别。一般而言，上述三种性质较好，燃料层阻力小，有利于提高空气流速，只要用较少的时间就能使燃料层达到高温，反之则相反。燃料层的阻力，除了因燃料的机械强度和热稳定性有影响外，燃料层的高度和煤的粒度都有很大的关系。此外，炉篦结构对气化剂在燃料层的分布均匀与否也有关系。中型氮肥厂吹风百分比大都在24%～26%之间，小型氮肥厂一般在22%～24%之间，有些企业利用高效风机后吹风百分比下降到16%～19%之间。吹风时间CO2CO30秒16.919.2060秒15.0010.0990秒13.9013.68120秒11.1118.0618、吹风时间长短对吹风气的组成有何影响？煤气炉在吹风阶段时，随着空气的继续送入，燃料层的温度将不断升高，与此同时，吹风气的组分也随着变化，组分中CO2随着吹风时间的延长而逐渐减少，CO则相反，随着吹风时间的延长而逐渐增加。如：以焦炭为原料。上述情况是属于CO2还原反应造成的。因此，要求在吹风阶段的时间越短越好，只有这样才有利于节能。19、在吹风阶段燃料层温度多高才合适？吹风阶段燃料热能的利用，只有当燃料层温度不太高时吹风效率才高。为了获得高的吹风效率，燃料层的温度最好不要超过1000℃。但是，水蒸汽分解和煤气的质量又是与燃料层温度有着密切关系。温度过低显然对水蒸汽的分解是不利的。因此，必须同时研究两个阶段的效率后，才能最后决定燃料层的最佳温度。在吹风末期是燃料层温度最高阶段，一般控制在燃料灰熔点T2左右为宜。20、吹风阶段对燃料层的厚度有什么要求？气化炉内燃料层的厚薄，对气化有很大影响。从吹风角度来看，料层过厚，会使吹风气与炭接触时间长，使吹风气中的CO2较多被还原成CO，吹风气的潜热损失大。因此，燃料层过厚对吹风阶段来说是不利的。燃料层过薄虽然潜热损失小，但是它不能随较高的吹风强度，还会破坏气化床层（俗称吹翻）。吹风阶段理想的燃料层厚度是要综合考虑的，不同的炉型、不同的燃料和不同的吹风强度就有不同的料层厚度。21、什么是理想的吹风强度？固定层煤气发生炉理想的吹风强度，即最佳高风量。在理想的吹风强度下，送入的空气量达到最大极限值，碳的完全燃烧反应也就有了接近理想状态下的高浓度的氧；同时使扩散速度也大为加快。理想的吹风强度不宁有一定的燃料层厚度，则会导致燃料床层的破坏，只有这样碳的燃烧才能处于最佳状态，碳与氧的气化反应速度最快，提高燃料层温度所需要的时间才最短，相应的延长了制气时间，提高了煤气炉生产能力。22、理想的吹风强度在炉膛内如何达到均匀布风目的？在理想的吹风强度下，要想使炉膛的空气达到均匀分布，必须使炉内燃料层有一个理想的高度和理想的燃料粒度（即理想的床层阻力）以及符合高风量时的理想炉篦结构，三者之间有着紧密的联系，它们是达到炉膛内均匀布风的目的的重要因素。23、燃料层的高低对吹风时空气的分布有何影响？当煤气炉内原料粒度固定不变时，其料层的高低对吹风时的空气均匀分布有一定影响。料层过高，吹风气流易向外环区扩散，造成此区温度过高，产生挂壁结疤等不良现象；料层过低，吹风气流易向中心区集中，出现吹翻、吹凹、吹风洞现象，不但气化床遭到破坏，还会引起半水煤气中氧含量增高。因此，要求料层高度要与生产负荷相适应，生产中如出现偏差，应及时加以调节，才能使气化炉达到理想的最佳工艺状态。24、吹风时燃料粒度对均匀布风有何影响？燃料粒度的大小对炉内均匀布风有较大的影响，粒度的选择主要根据炉型而定，如果在同一炉膛里，燃料粒度大小悬殊太大，则会出现通风不均匀现象。当采用人工垂直加炭，或者使用自动加焦机分布器行程向上时，原料都是从炉膛中心垂直加入炉内（小化肥厂用吊桶加煤也是从中心加入炉内），一般情况是较大些的原料滚落在炉膛四周的外环区，较小些的原料落在中心区，中等粒度的燃料落在内环区。整个炉面是中心区原料最小向四周看去是逐渐增大，故中心区阻力最大，截止到外围阻力越小。阻力大的地方通过的空气就少，阻力小的地方通过的空气就多，这样就会出现整个炉膛截面通风不均，致使气化层各处温度高低不一，还会使外环区因通风过多，而造成局部过热出现结疤挂炉现象。因此，要想达到理想的均匀布风，首先要求入炉燃料的粒度均匀，上下限较接近，低于下限和超过上限粒度越少越好。25、影响水蒸汽与碳反应速度的因素有哪些？影响的主要原因有原料的化学活性、气化层的温度以及水蒸汽在炉内停留的时间等因素。当选用化学活性较高的燃料时，温度要在1000℃～1100℃以上才能达到扩散控制区。温度的影响反应在气体成分上的变化，二氧化碳是随着温度的上升而减少，一氧化