不稳定多煤种煤棒固定层间歇式制气操作要点

向 宏

（湖北新洋丰合成氨厂，湖北荆门 448150）

随着原料煤价格的飞涨和运输成本的飙升，越来越多的合成氨厂放弃对块煤的争夺，改用成本相对较低的粉煤，制成煤球或煤棒来制气。又因煤棒制作工艺简单，投资少，见效快，制气工艺较成熟，因而受到了大多数厂家的青睐。然而，一般的大中型合成氨厂，每天消耗的原料粉煤都在数千吨以上，迫使厂家千方百计寻求多源头购进原料煤。东西南北不定点的原料煤，其固定碳、灰熔点、灰分、发热量、化学活性和机械强度等物理、化学性质都参差不齐，该如何应对不同性质的煤棒，在保证炉况稳定的前提下，制出合格的半水煤气，满足生产的需要呢——这也是许多厂家苦思冥想急需解决的难题。

湖北新洋丰合成氨厂是一个年产合成氨150kt的中型企业，共有φ2 650mm造气炉14台。所用原煤有兰花、大宁、天台山、天润、三煤国际、本地等六种煤，还掺烧10%的烟道灰。因每天消耗粉煤量大，原料煤配比很难长时间稳定，变化频繁，导致入炉煤棒质量无法稳定，（固定碳含量61%～67%、灰分含量23%～32%、发热量22～28MJ／kg）。有时一天三个班，入炉煤灰分变化三次，上个班与下个班波动幅度达到了5%。原料煤性质的大幅波动，给炉况的稳定造成了极大威胁。面临困难，合成氨人群策群力，从硬件和软件两方面着手，狠抓煤棒和蒸汽的稳定，加大对新技术、新设备的引进运用，积极探索最佳工艺和操作方法，最终探索出了一套物料、设备、工艺的最佳组合，创造出了长开13台造气炉，班产合成氨180t，吨氨耗煤棒达到1.42t的好成绩。

下面我就新洋丰合成氨厂造气车间摸索出的多煤种煤棒固定层间歇式制气的一些经验与大家交流分享，希望能对造气同仁们有所启迪和帮助。

1 尽力确保入炉煤棒质量的稳定

煤棒质量的好坏直接关系到造气炉况的稳定和出力，以及合成氨成本的高低。煤种变化频繁，我们无法改变现实，但可以从源头开始加强管理，制造出最好的煤棒，为造气创造良好条件。

1.1 原料煤管理

原煤必须入库。露天堆放易被风吹雨淋，增加煤的风耗损失，同时湿的原煤既不利于加工，又难以配进腐殖酸，易导致煤棒机套筒堵，制造出的煤棒强度差，返料多，电耗上升，且产量低，无法满足造气生产的需要；不同产地和性质的煤分放不同库区。原煤入库后要迅速树立标示牌，标明煤的产地、性质、数量等，便于管理和配煤的需要。

1.2 原料煤和腐殖酸的配比

型煤车间应积极配合生产科，根据原料煤的库存量、种类、性质摸索出最优的原料煤配比，并适时调整腐殖酸的配比，确保沤制煤灰分的相对稳定，煤棒机的出力正常，和煤棒质量的稳定。

1.3 煤的沤制和煤棒的制作

各厂可根据生产的需要，设置多个沤制仓，轮换使用仓中沤制煤，保证沤制时间不低于24h；必要时亦可多个仓中沤制煤掺杂使用。制作煤棒时尽量少加水，及时更换煤棒机套筒，确保煤棒质量合格。

1.4 煤棒的烘干

大中型合成氨厂均使用吹风气潜热回收系统，一般利用潜热系统产生的烟气烘干煤棒。烟气温度过高，烘干窑煤棒易燃，过低则难以烘干煤棒，所以在实际操作中，要根据实际情况合理控制入烘干窑烟气流量及温度。烟气温度过高，可在潜热系统烟气出口和烘干窑前引风机出口配适量冷风；冬天气温低，仅靠烟气温度难以烘干煤棒，此时可在烘干窑引风机前增加一热风炉，保证造气入炉煤棒水分含量低于5%。需要注意的是，烘干窑用鼓风机的功率应与烘干窑相匹配，否则极易导致窑顶煤棒湿而底部煤棒燃的不良后果。

1.5 除去煤棒中粉尘

大中型合成氨厂均采用皮带传输煤棒，烘干窑下料及运输过程中，不可避免要产生大量粉尘，若不及时除去，既污染环境，又增加制气时的带出物，还会恶化炉况，有百害而无一益。要除去煤棒中粉尘，可在烘干窑下料处、皮带机交接处、振动筛处安装布袋除尘吸口，用布袋除尘吸取粉尘，效果较好，回收后的煤粉尘还可返回再次利用。

2 采用新技术，加大设备更新换代的力度

高科技武器是打赢现代战争的制胜法宝，同样，先进的硬件设备，亦是提高造气能力的必要条件之一。DCS中控系统、自动加煤、自动下灰、不停炉排烟道灰、更新排灰装置，已被现代固定层间歇式制气厂家普遍采用，其综合效益是不言而喻的。

2.1 DCS中控系统

能对整个造气的液位、压力、温度、流量、阀检、转速、联锁、炭层高度，气柜高度进行实时监测及自动控制，提高了造气生产的安全性和精确度，降低了工人的劳动强度，是实现造气自动化作业的基础，尤其是自动加焦和自动下灰，都必须以其为基础才能实现。

2.2 自动加焦

2009年10月，新洋丰合成氨造气安装河北长佳自动加焦系统，试车合格后投运，至2012年4月，运行效果良好。原来手动加煤每班需停炉15次（若烧劣质煤，加煤次数会更多），每次3～4min，8h共停炉加煤耗时45～60min。由于炉内炭层高度不稳，气化层位置上下移动频繁，炉况波动大，停炉处理炉况亦频繁，致使全厂生产都十分被动。自动加焦投运后，炉内炭层稳定，气化层位置亦相对稳定；每次加煤量85kg左右，冷的煤棒造成的炉内热量损失相应减少，每台造气炉气化效率提高了12.5%，13台炉每班共多产煤气近78 800m3，相当于每班多产25t氨，效益十分可观。

2.3 自动下灰

2010年10月，河北长佳自动下灰技改项目在新洋丰合成氨造气车间验收合格后投运，至2012年4月，运行平稳。技改前每班下灰4～5次，若烧劣质煤不低于5次。每次下灰约5min，单炉每班下灰需耗时25min左右，13台炉共耗时约325min。技改后，全部实现不停炉下灰，每班共多产煤气32 840m3，相当于每班多产10t氨。需要注意的是，因技改后的下灰圆门开关频繁，下灰油缸与曲臂的连接螺杆极易断裂，易发生喷火烧伤事故，所以下灰圆门除了安装阀检联锁报警装置外，还应定期检查更换连接螺杆；下灰圆门密封要严，适当控制灰仓加水时间，防止圆门漏气。

2.4 不停炉排集尘器灰

相比利用块煤制气，煤棒制气无论是上行旋风除尘器、单元总集尘器，还是吹风回收集尘器，带出物都要多一些。若停炉排灰，单炉旋风除尘器排空至少需10min以上，单元总集尘器和吹风回收集尘器更无法停炉排灰。新洋丰合成氨造气经多次摸索实验，终于找到了一种不停炉带压排灰的新方法，此举每个班可多产煤气约13 000m3。

2.5 选用适宜的炉箅

因各厂的具体情况千差万别，通用型炉箅不适用，需根据造气炉、风机、管道阀门、系统阻力等多方面综合考虑，选择适宜的炉箅（最好是定制炉箅），才能让造气炉发挥出最佳水平，产出质优量足的合格半水煤气。新洋丰合成氨造气车间共使用东方、淄博、兴亚三种炉箅，从使用情况来看，兴亚炉箅效果较佳：布风均匀、破渣能力强、渣量适中、带出物少，大齿圈积灰少、耐烧、耐磨、阻力小，尤其在煤质不稳的情况下，能较好地维持炉子的长周期平稳运行。

2.6 选用适宜的风机

空气鼓风机的选择，亦应根据各厂造气炉大小、床层阻力、系统阻力、燃料性质并结合生产需要来确定，以达到强风短吹的目的，还要能根据入炉煤棒质量的变化适时调整入炉风压，保证短时间内能为气化反应提供足够热量，为制气阶段节约出时间。新洋丰合成氨厂造气车间使用KD450、KD500、C450—1.24、C500－1.28四种风机。经多年实践证明，使用KD500、C500—1.28风机，入炉风压比其他两种风机高出5～6kPa，相同条件下比用其余两种风机每个循环可节约吹风时间1～3s，气化效果亦优于其他两种风机。

2.7 选用适宜的炉条机和灰盘

随着造气炉高径比的不断增大，造气炉内炭层越加越高，重量不断增加，排灰机构的负荷亦愈来愈重。尤其是在入炉煤灰分愈来愈高的情况下，单位时间内排出的渣越来越多，采用自动加焦和自动下灰新技术后，炉条机和灰盘均不停歇运转，因而合成氨造气对炉条机和灰盘的选择要求亦越来越高。新洋丰合成氨厂采用滚道灰盘和易拆封闭式炉条机，灰盘运转时阻力小，炉条机运行时间长，保证了多煤种煤棒制气时造气炉的正常出力。需要注意的是，灰盘下部支撑铁及灰盘边缘压灰条要严格密封，否则细灰极易进入大齿圈，导致灰盘移位或炉条机拉坏，必要时可停炉人工定期清理大齿圈积灰。

3 蒸汽的合理配置

蒸汽亦是造气的主要原料之一，其压力、流速、品位的高低，都直接影响制气的质量。现代大中型合成氨厂造气炉台数多，单元多，蒸汽管线长，若蒸汽管从一头进，另一头出，将导致部分炉入炉蒸汽压力、流速、温度均高，部分炉入炉蒸汽压力、流速、温度均低的现象，对安全和制气生产均十分不利。如何合理配置蒸汽，才能确保各单元炉入炉蒸汽压力、流速的均衡和温度的稳定呢？新洋丰合成氨有45t／h造气灰渣蒸汽发电锅炉一台；造气车间有风机汽轮机两台，35t／h吹风气回收潜热锅炉一台；14台造气炉分为4个单元（1＃、2＃炉单独一单元，其余炉四炉一单元），各单元配上下行煤气显热回收器一台。经过多年探索和技改，终于完成了对多源头蒸汽的合理分配，为造气奠定了良好基础。

3.1 主管蒸汽均匀分配

将发电锅炉所产蒸汽与潜热锅炉所产蒸汽过热后统一归并到汽轮机分气缸，部分蒸汽供驱动汽轮机用，两台汽轮机出口蒸汽分两头直接进各单元蒸汽缓冲罐；部分蒸汽经自调阀减压后去蒸汽总管，然后经自调阀调节后进两炉共用蒸汽缓冲罐。

3.2 副产蒸汽单元炉自用

夹套副产蒸汽经显热回收器上部与上下行煤气换热后直接进该单元蒸汽缓冲罐。

3.3 各单元蒸汽总管连通

蒸汽经各蒸汽缓冲罐缓冲后进入各单元蒸汽总管。若单元蒸汽总管不连通，极易导致部分单元炉蒸汽压力低，部分单元蒸汽缓冲罐和汽包安全阀超压启跳的现象，若连通则可均衡各炉入炉蒸汽压力，保证入炉蒸汽压力的平稳。

3.4 合理设置自调阀预调值

各单元蒸汽自调阀调节值不求一致，而应以调节后缓冲罐的蒸汽压力一致为标准，根据实际情况适时调整设定值。

3.5 自动疏水

蒸汽总管、自调阀处蒸汽管、蒸汽缓冲罐都应安装圆盘式自动疏水阀，及时疏掉蒸汽冷凝水，防止入炉蒸汽带水。

4 采用适宜的制气工艺

自动加焦、自动下灰、稳定的高品位蒸汽、先进的设备配置，为制气工艺的制定，做好了充分的准备，即使入炉煤棒质量变化频繁，调节起来仍是游刃有余。新洋丰合成氨造气车间经多年坚持不懈的努力，从炉内炭层高度、入炉蒸汽和空气流量及压力、循环时间及上下吹蒸汽分配等方面，探索出了一套科学、实用的制气工艺，为多煤种不稳定原料煤在造气的推广应用找到了一条成功的捷径。

4.1 选择适宜的炭层高度

通过将上行煤气管移至炉顶，将造气炉高径比增至1.88（优于一般中小厂），为炉内炭层的提高创造了条件；再通过自动加焦空程的设定，将有效炭层控制在2.2～2.3m，为实现强风短吹，延长蒸汽与煤棒发生气化反应的时间，提高蒸汽分解率打下了基础。

4.2 控制适宜的空气和蒸汽压力及流量

高炭层的确立，为高空速创造了条件。空速过低，弱风长吹，空气无法在较短时间内穿透炭层，不仅炉温难提，且由于吹风气在炉内停留时间过长，在还原层中二氧化碳与炭发生还原反应增强，既吸热，又徒增煤耗，故宜采用强风短吹；蒸汽流速过快，在炉内停留时间过短，气化反应时间短，蒸汽分解率不高。但在高灰分、高炭层情况下，若入炉蒸汽压力过低，不仅进入气化层参与气化反应的蒸汽量减少，高灰分导致的炉内局部疤块难以软化破碎，且由于蒸汽自调阀长提不落，反使入炉蒸汽消耗增加。

根据实验，相同条件下，常开13台炉，当减压后蒸汽总管压力由0.25MPa降至0.17MPa时，蒸汽用量每班将增加15～20t，且气质相应下降，亦不可取。新洋丰合成氨造气将入炉风压控制在25～28kPa（以不吹翻炭层为标准），风量过大时稍关小入炉风阀即可；减压后蒸汽总管压力控制在0.25～0.3MPa；上吹蒸汽手轮较下吹多出22%，13台炉每小时蒸汽流量控制在25t左右，经多年实践检验，效果良好。

4.3 选择合理的循环时间及百分比

4.3.1 循环时间的选择

循环周期过短，阀门动作频繁，磨损严重，缩短设备使用寿命；循环周期过长，还原反应时热量损失大，难以维持炉内热平衡，且气化层位置波动范围过大，当入炉煤棒性质发生变化时，难以及时调整工艺，故两者均不可取。

新洋丰合成氨造气选择120s为一循环周期，较好地避免了循环周期过短或过长的弊病，在多煤种入炉煤棒的制气生产中优势明显。

4.3.2 吹风百分比及加氮

吹风时间的长短，以能在较短时间内为制气提供足够热量为标准，尤其在入炉煤棒质量经常变化的情况下，灰分高时吹风时间过长易造成造气炉内局部结疤，恶化炉况；灰分低时吹风时间过短炉温低，蒸汽分解率低，发气量差，均不利于制气生产。一般情况下，在强风短吹的基础上，吹风百分比可占到循环总时间的17%～19%，视入炉煤变化加减即可；上吹加氮时间需结合炉温和循环氢变化情况确定，以多加氮少回收吹风气，同时稳定上行温度为原则，一般加氮阀比上吹蒸汽阀提前5s关，视具体情况开关加氮阀手轮。

4.3.3 上下吹百分比

吹风结束时炉温最高，此时进入上吹阶段，所产煤气气质佳，但若上吹时间过长，将消耗大部分热量，炉温下降快，不利于下吹制气，故上吹蒸汽量宜大而时间短；若煤棒水分较重，又需要上吹阶段煤气对炉上部煤棒进行烘干，增加炭层的透气性，但切不可因此而延长上吹时间。视入炉煤变化，一般上吹时间占循环时间的30%～32%，每25～30min做一次全上吹。下吹阶段除了制气，更重要的一个目的是稳定气化层，但因上吹已耗去较多热量，因而下吹时蒸汽应较上吹用量小而时间较上吹长，以能维持气化层位置的相对稳定为标准。一般下吹时间占循环时间的39%～41%。

4.3.4 二次上吹及吹净

二次上吹和吹净时间以能吹净炉底残存煤气，保障吹风安全和回收净炉顶及上行煤气管道内煤气为标准，一般情况下分别占循环时间的7%、4%为宜。

4.4 工艺调整思路

吹风、上下吹时间的调节应随入炉煤的变化而变化，灰分高时适当减吹风、上吹，加下吹时间，灰分变低时则反其道而行之，可成功应对煤质变化导致的炉况变化。最后，许多厂家容易忽视的一点是，造气炉距离气柜及吹风气回收潜热燃烧炉的远近，以及潜热系统压力对制气阻力的影响。造气炉距气柜及燃烧炉越远，阻力越大，吹风时间应相应增加；潜热系统负压越小，吹风阻力越大，此时应尽量避免多单元吹风气重风，同时调节潜热和型煤烘干窑前引风机转速，确保潜热系统适当负压，必要时增加造气炉吹风时间。

5 正确的操作方法

因入炉煤棒质量变化频繁，工艺调整的滞后性明显，往往要等到炉况已经变化了才作调整，若操作方法不当，极易导致炉况恶化。这就要求造气操作工具备较高的操作水平，能根据炉况的变化适时调整操作方法，以维持炉况的稳定。

5.1 控制合理的上下行温度

炉上温度过高，上行煤气带走热量多，热量损失大，不利于造气炉蓄热；同时，入炉煤棒易在高温下爆裂，导致制气生产中带出物增多，或炉内径向阻力不均，恶化炉况。炉上温度过低，整个炉温低，不利于蒸汽分解，气质差，且易造成煤气中氧含量跑高，亦不利于制气生产。炉底温度过高，易烧坏炉箅，且灰渣中残碳偏高，应坚决杜绝；炉底温度过低，多半属气化层上移，灰渣层过厚所致，易导致造气炉挂炉结疤，亦不可取。合理的炉上下温度，应以制气生产中炉温高、气质好、灰渣燃烧状况好、蒸汽分解率高、发气量高、气化层位置稳定、不伤炉箅、炭层下降均匀、煤耗低为标准，尤其在入炉煤质不稳的情况下，更要维持炉温的稳定。

新洋丰合成氨造气总结多年经验，严格控制炉顶温度在300～320℃，炉底温度在200～220℃，效果良好。具体操作时，操作工应预先了解本班入炉煤灰分的变化情况，视入炉煤质变化，增减上吹加氮量、炉条机转速，及延长或缩短自动下灰和全上吹设定时间，必要时再作工艺方面的调整。

5.2 防止氢氮比大幅波动

入炉煤的经常性变化，对气质的影响是不容忽视的。煤变好时蒸汽分解率高，循环氢高，需加大氮气的回收量；煤变差时蒸汽分解率相应降低，循环氢低，需减少氮气的回收量。但氢氮比的骤升骤降都会造成合成循环机压力及合成塔内段间温度波动，有时甚至导致大减量或全厂停车，不仅降低了氨产量，更对合成氨的安全平稳生产带来巨大威胁。因此，造气操作工应具有丰富的操作经验，具备超前意识，能准确预见合成循环氢的变化趋势，适时调整氮气回收量，确保循环氢的稳定，为高产稳产创造条件。实现氢氮比自调，是最佳选择。

5.3 其他应注意的问题

一是要密切监控灰仓温度。当气化层下移时，灰仓温度将迅速上涨，此时应立即减炉条机转速，必要时可停炉条机20～30min，待灰仓温度恢复正常时再启动炉条机。二是发现偏灰（一边灰仓有灰，一边无灰）时，应迅速停炉对无灰一侧灰仓组织人工扒炉，排除堵住的疤块，恢复正常排灰。三是灰仓灰满，上灰阀闸不下，无法自动下灰时，应停炉人工掏灰，待上灰阀落到位后再恢复自动下灰。

6 结 语

造气是一项涉及设备、物料、工艺、技术、操作等多方面的系统工程，其各部分是相辅相成的。只有将各部分有机结合，才能在煤炭价格一路飙升，化肥市场竞争白热化的今天，降低生产成本，稳产高产，掌握市场主动权。湖北新洋丰合成氨厂通过不断更新设备，采用新技术，摸索新工艺、新方法，成功解决了因原料煤频繁变化致炉况不稳，产气量下降的难题，为今后多煤种不稳定煤棒固定层间歇式制气探索出了一条成功的道路，或可为其他合成氨企业借鉴。