型煤在煤气发生炉中的气化及工艺条件的优化研究

摘要：在煤气发生炉中进行气化是型煤必经的一个过程，但是就目前的情况来看，气化型煤存在着一定的问题，根据分析显示是型煤气化工艺操作条件方面的因素，基于此，本文主要对型煤在煤气发生炉中气化及工艺条件的优化进行了研究。

关键词：型煤;煤气发生炉;气化;工艺条件;优化

中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract： Gasification in a gasifier is a process that must be passed by coal briquettes. However， as far as the current situation is concerned， there are certain problems in gasification briquette. According to the analysis， it is a factor in the operating conditions of coal gasification process. Based on this， this paper mainly studies the gasification of coal briquettes in gas furnace and the optimization of process conditions.

Key words： Briquette;Gas generator;Gasification;Process conditions;Optimization

当前，市场上无烟块煤供不应求，导致无烟块煤的价格不断攀升。与此同时，无烟粉煤却无市场需求，形成了无烟粉煤长期堆积的情况，也就造成了大量的无烟粉煤资源浪费，并在一定程度上出现了环境污染的情况。为了对这种情况进行解决，我们将无烟粉煤加工成为气化型煤，其不仅能够对无烟块煤进行替代，还能够降低入炉煤成本，从而促使企业竞争力的提高。但是根据目前的情况来看，气化型煤在工业煤气发生炉上难以进行长期稳定的运行，所以我们需要对型煤在煤气发生炉中的气化及工艺条件的优化进行分析。

1 型煤气化情况以及操作条件的优化分析

1.1 型煤气化为煤气的组成分析

在煤进行气化的过程中，能够形成复杂的气固相之间的非均相反应以及少数气体反应物之间的均相反应，也就是将煤的物理扩散过程和化学扩散过程进行组合。根据相关研究显示，在煤进行气化的过程中，动力学因素以及扩散因素都能够对其气化的速度产生影响，所以其属于一种过渡控制。与烧块煤相对比，在型煤进行气化的过程中，其煤气二氧化碳含量偏高，但氧化碳量较低，其他各种气体成分则与普通块煤燃烧无差异。由此可见，因为有效气体成分能够得到降低，所以气化型煤的煤气热值相对气化块煤的煤气热值更低，并且在混合发生炉煤气中，以下两个还原反应能够对有效气体成分的产生进行有效阐述：

在以上两个反应当中，氧化层中能够生成的气体为二氧化碳，处于上升过程中的水蒸气气化剂与炽热的碳进行反应，能够生成氧化碳以及氢气。相关研究显示，在反映温度升高的前提下，在氧化碳的平衡浓度中，二氧化碳所占的比例越大，其反应平衡常数也就越大，所以在通常情况下，在发生炉煤气炉操作温度的环境下，以上两个反应均属于化学动力学的控制区，并且水蒸气与碳所发生的反应能够进行强烈的吸热，所以就能够对温度产生严重的影响，而在温度提高的情况下，更易生成氧化碳，所以将炉温提高，能够促使氧化碳以及氢气的平衡浓度增加。

与此同时，因为气化型煤的煤气中，二氧化碳含量相对于气化块煤的煤气二氧化碳含量更高，所以我们认为，发生炉操作温度较低，能够导致煤气中的二氧化碳含量增加，所以我们应该将发生炉的炉温适当提高，以促使二氧化碳得到充分的还原，从而降低气化型煤煤气中二氧化碳的含量，使气化型煤的煤气质量得到改善。并且根据研究，我们发现在气化型煤的煤气质量得到改善的同时，以上两个反应的反应速度能够得到加快，也就是反应时间缩短，同时，气化型煤在单位时间内单位截面与碳的反应量能够增加，也就能够促使煤气的产量得到增加，以此为基础，气化生产的强度能够得到提高，此时将鼓风速度提高，以促使炉温得到增加，实现碳与氧的反应速度加快，就能够增加单位时间內气化型煤的煤气所释放出的热量，从而满足进行还原反应的条件。但是在此过程中需要注意的是，虽然我们需要促使气化的强度得到提高，但是对于鼓风速度，我们必须进行有力的控制，避免鼓风速度增加过快，如果鼓风的速度过快，则有可能导致气化剂在还原层进行反应的时间缩短，也就不利于碳进行充分反应，从而导致气化型煤中煤气的带出物增加，不利于进行气化反应。

在促使发生炉炉温提高的过程中，炉温能够受到燃料灰熔点的限制，如果炉温超过了燃料的灰熔点，则能够出现燃料结渣的情况，进而导致气化剂的分布不均匀，能够与气化剂进行充分接触的部分，可以得到均衡的反应，而总体的反应，还需采用化学动力进行控制，当炉温升高时，其反应速度就能够得到增加，从而促使总反应的速度得到增加，而被灰熔渣进行包裹的碳不能够与气化剂进行充分的接触，所以燃料碳表面的气化的浓度就会相对较低，也就会导致总反应处于扩散区不利于其进行高速的扩散。在此情况下，因为反应速度各不相同，所以燃料层下降速度就能够形成一个梯形，进而导致发生炉内出现偏炉的情况，如果偏炉情况严重，还可能出现燃料层穿孔的情况，导致氧气由孔洞上升直至发生炉的上部，将煤气进行燃烧，甚至可能与煤气进行混合，并引起爆炸，对正常的气化型煤生产造成严重的不利影响。

如果从另一个方面来看，控制较低的饱和温度，减少入炉的蒸汽量，以对足够的炉温进行维持，也能够成为促进炉温提高的有效方法，由此可见，对适宜的炉温进行有效控制也十分重要，所以将发生炉的炉温控制在合理范围内，是进行气化型煤生产过程中的关键因素之一。

1.2 能够对灰渣含碳量产生影响的因素

通过上文我们可以了解到，相对于普通的块煤来讲，气化型煤的灰渣含碳量较高，而能够对灰渣含碳量产生影响的因素，主要包括加料方式、操作条件以及燃料性质。如果燃料的性质以及加料的方式能够确定，那么进行操作的条件，将能够成为对灰渣含碳量产生影响的主要因素，并且因为发生炉的炉温能够对气化生产产生重要的影响，同时对型煤进行气化的过程中，如果发生炉的炉温较低，二氧化碳还原以及水分解的反应条件都会相对恶化，由此能够导致氧化碳的生成量降低，且燃料进行气化不充分，也就说明在相同的时间之内，进行型煤气化的灰渣含碳量相对较高，由此可见，对发生炉的炉温进行合理控制，能够对其气化生产中的各项指标产生重要的影响。

在进行实际工业操作的过程中，我们一般可以采用饱和温度对所通入的蒸汽量进行控制，并通过发生炉的炉温度对气化层的温度进行控制，如果发生炉的炉温较高，可以在其中加入过量的水蒸气，以促使炉温得到降低，但是需要注意，水蒸气的加入量必须适量，如果水蒸气的加入量过多，发生炉内的原料层炉温则会出现降低的情况，进而导致气化反应的条件恶化，使有效气体的成分进一步降低，也就能够导致炉渣的含碳量增加，所以对于水蒸气的增加量，必须控制在适宜的范围之内，要求其既能够保障气化剂的用量，又能够产生质量较高的煤气，并且与此同时，发生炉的炉温也应该控制在合理的范围内，如果发生炉炉温过高，会导致局部燃料过热，并凝结成渣，未进行燃烧的碳，将会被灰渣包裹，也就失去了与气化剂进行反应的机会，只能够在最后随灰渣同时排出炉外，在一定程度上导致了燃烧碳的损失，所以只有对饱和温度和炉出温度进行适宜的控制，才能够实现高效和稳定的计划生产。

2 结束语

通过上文我们可以了解到，新型气化型煤的质量更加稳定，并且冷态强度和热态强度能够分别满足发生炉进行气化生产过程中的要求，虽然型煤进行气化时，发生炉煤气的气体中二氧化碳含量相对较高，但是并不会对气化炉的正常生产产生不利影响，并且在气化原料一定的情况下，气化工艺的操作条件能够对发生炉系统制气的质量产生重要影响。所以我们应该适当地促使气化层的温度得到提高，从而对气化剂的流量以及温度进行合理控制，以保障灰渣的含碳量能够尽可能地降低，也就实现了提高气化效率、优化操作条件的目的，有利于生产企业进行长期可持续的发展。

参考文献

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收稿日期：2019-01-07

作者简介：李显荣（1968-），女，汉族，本科学历，工程师，研究方向为型煤工艺与发展、煤质分析等。