1．腐植酸鈉煤棒造氣的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)無煙煤塊日益供不應(yīng)求，價格也一再攀升。有些地方本地有粉煤資源，或因歷史習(xí)慣，或因信息不了解，沒有利用來造氣，反而舍近求遠(yuǎn)，高價從外地進(jìn)煤，增加人力、財力、運力，不僅成本高，而且很麻煩。而且一些以塊煤為原料制氣的企業(yè)中，從塊煤中篩出的無煙粉煤也堆積如山，不加利用則造成資源的浪費和資金的積壓，即使賣出、燒鍋爐，也很不合算。因此，如何用無煙粉煤成型生產(chǎn)合成氨成為擺在氮肥企業(yè)面前的一個重要課題。如何降低成本，提高資源利用率，增強企業(yè)競爭力。
我省小氮肥采用煤棒制氣是從七十年代初開始的，三十年來，湖南省小氨肥行業(yè)立足粉煤資源，堅持不懈開發(fā)推廣煤棒制氣生產(chǎn)合成氨，不斷改進(jìn)設(shè)備和氣化工藝，提高生產(chǎn)水平，目前全省近50家小氮肥廠都采用煤棒制氣生產(chǎn)氮肥。回顧30年來走過的道路，現(xiàn)在煤棒造氣已推廣到全國十多省市，取得了很好的效果。從現(xiàn)在全國十多省市這么多氮肥廠的應(yīng)用實踐來看，煤棒造氣的推廣和發(fā)展，無疑成了中小氮肥企業(yè)當(dāng)前降低成本，增加競爭力的一個有力武器，取得了很好的效果。
2．煤棒的技術(shù)經(jīng)濟評價方面
使粉煤用于生產(chǎn)氮肥和煤球比，成型方法優(yōu)越；和碳化煤球比由于不需加入石灰，大大降低了加工費用；只加入少量粘結(jié)劑，其灰份幾乎沒有增加，有利于利用含灰份稍高的原煤；應(yīng)用煤棒制出的半水煤氣，其有效成份比用碳化煤球制氣提高4~5%，相對增加了壓縮機的生產(chǎn)能力，節(jié)電。設(shè)備投資少，占地小，可不需烘干，也不需蒸汽，操作簡便。加工成本一般40元/T左右，而塊煤和粉煤差價120元以上，顯然是合算的。
技術(shù)方面；煤棒可以滿足氣化工藝對入爐原料的要求。煤棒的孔隙率高增加了氣化反應(yīng)的速率。此外，腐植酸粘結(jié)劑的加入，對提高原料的氣化活性也有好處。一般來說，煤棒造氣較少形成大疤死疤，灰渣多孔疏松，比較易于處理。氣化工藝易于掌握。但煤棒在強度和固定含量上不及塊煤，在煤棒制氣中要針對煤棒的這些特點，對氣化工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
客觀的說，煤棒的氣化強度比塊煤造氣還是差一些，氣體中甲烷含量也較高，其消耗一般都要高于塊煤制氣。但由于粉煤的價格遠(yuǎn)低于塊煤，從經(jīng)濟上來說，利用煤棒造氣還是合算的。
3．改進(jìn)型煤、多種雜煤混合摻燒操作方法
當(dāng)前合成氨生產(chǎn)正面臨著原料越來越緊缺的嚴(yán)重局面，要想全燒單一品種的優(yōu)質(zhì)煤已經(jīng)是不太現(xiàn)實了，所以試燒、改燒型煤和各種雜煤是今后原料路線改變的必然趨勢。
造氣爐燒優(yōu)質(zhì)塊煤是造氣崗位每位師傅的迫切愿望。因為燒優(yōu)質(zhì)塊煤，造氣爐發(fā)氣量大，半水煤氣質(zhì)量高，煤耗低、爐況穩(wěn)定，而且還好操作，綜合效益顯著。如果改燒含碳量低的劣質(zhì)煤，雖然比含碳量高的優(yōu)質(zhì)煤價格便宜，但是劣質(zhì)煤灰份高，灰熔點低，爐況變化大，容易結(jié)疤、結(jié)塊、出風(fēng)洞，工人上班提心吊膽，操作稍不精心，爐子惡化，經(jīng)常停爐打疤，造成生產(chǎn)被動，供氣緊張，特別是半水煤氣的質(zhì)量較差，總體看來綜合效益不佳。因此，改進(jìn)型煤操作方法和探索各種雜煤混合摻燒是我們急待解決的課題。下面探討煤棒制氣的調(diào)優(yōu)方法和雜煤摻燒的操作改進(jìn)。
3．1改進(jìn)煤棒的制氣方法
對粉煤原料質(zhì)量的要求；因為煤棒的制作需要加一定量的粘性煤和粘結(jié)劑，必然相應(yīng)降低了固定碳的含量，所以要求原料煤含碳量要高、機械強度要大、熱穩(wěn)定性要好、化學(xué)活性好、灰份少、灰熔點高、粉碎的粒度均勻等，以山西省晉城煤沫為好。
對粘煤的要求；因為固定碳含量高的原料煤硬度較大，彈性較高，具有很強的疏水性，像石英砂一樣，粘結(jié)成煤棒較為困難，而摻燒部分粘性煤，能增加水溶性，提高粘結(jié)性能，所以要選親水性能較好、粘結(jié)性較強的粘性煤。如：含有腐植酸之類的煤。
3．2添加劑添加一定量的具有粘結(jié)性較強的添加劑，如腐植酸鈉等。
煤棒加工制造；煤棒加工過程中，必須認(rèn)真把好各個環(huán)節(jié)。首先，將原料煤沫、親水性粘煤、添加腐植酸之類和水按比例合理搭配，采用定量噴灑工藝摻合調(diào)勻，保證有足夠的堆漚時間，使水份和粘結(jié)劑能均勻摻入原煤顆粒，才能確保煤棒強度高，熱穩(wěn)定性好。
3．3煤棒制氣方法的改進(jìn)
造氣爐應(yīng)增設(shè)專燒煤棒的布料器；因為煤棒剛制出之后水份含量很高，即使在入爐前配有足夠數(shù)量的空心斗車，讓入爐時的煤棒水份降低，增加了其冷態(tài)強度，也增加了熱穩(wěn)定性，緩解煤棒入爐后因水份急劇蒸發(fā)所造成的粉化。但是，比起塊煤，煤棒水份仍然還是高的。所以，需專門增設(shè)煤棒布料器，將煤棒裝滿爐、預(yù)熱、烘干煤棒，增厚爐內(nèi)有效碳層，提高制氣強度。同時，回收吹風(fēng)和上吹氣體帶走的熱量，降低上行爐溫在150℃左右，使入爐煤棒不至于受溫度激烈變化而粉化、隨溫度逐漸升高其強度增加，而且還不會增加碳層阻力，這是因為在布料器和爐墻之間還保留著一定的環(huán)隙，這是燒好煤棒的重要設(shè)施之一。
（1）增設(shè)下吹蒸汽分布器；在爐頂蓋下邊設(shè)置兩道環(huán)形蒸汽均布器，減緩蒸汽入爐的空速，保護煤棒不被強蒸汽流沖擊，并使蒸汽垂直通過氣化層，提高蒸汽分解率。上述兩項改造均兼有除塵作用，使吹出物明顯減少80%以上。
（2）強風(fēng)短吹提高碳層的蓄熱量；由于布料器和爐墻之間的環(huán)隙，碳層比原碳層控制的低，所以碳層阻力明顯減少。再者煤棒塊度比較均勻，它的空隙率也比塊煤高得多，入爐之后經(jīng)過干燥、干餾后形成多孔結(jié)構(gòu)，比表面積很大。其粘結(jié)劑的成分也有一定的提高氣化活性的作用，并能提高氣化強度。另外，多數(shù)化肥廠已實現(xiàn)了吹風(fēng)氣回收，基本上該系統(tǒng)為負(fù)壓吹風(fēng)。
以上三點說明吹風(fēng)阻力很小，造氣離心風(fēng)機的風(fēng)量和阻力成反比，風(fēng)機送風(fēng)量提高了可以實現(xiàn)強風(fēng)短吹，減少吹風(fēng)過程中產(chǎn)生的副反應(yīng)：CO2+C 2CO-164.95KJ，降低吹風(fēng)氣中CO含量,提高吹風(fēng)效率。由于煤棒制氣需要蒸發(fā)的水份大大高于塊煤制氣，因此吹風(fēng)量相對要多才能夠滿足。根據(jù)煤氣爐熱平衡關(guān)系，送風(fēng)氣量和半水煤氣量的關(guān)系以0.8—1.2為宜。顯然，要保持較高的煤氣產(chǎn)量就必須保證有足夠的吹風(fēng)量，才能產(chǎn)生較好的半水煤氣氣量和氣質(zhì)，讓半水煤氣中的CO2含量＜7%，CO含量＞31%。
在制氣過程中，因為吹風(fēng)為制氣反應(yīng)提供熱量，所以是控制造氣的關(guān)鍵；保證適宜的大風(fēng)量是增加碳層蓄熱量、提高氣化水平的前提。
簡化流程設(shè)備，取消旋風(fēng)除塵器、洗氣箱、廢鍋，管道、閥門據(jù)各廠具體實際情況適當(dāng)擴大，為強風(fēng)短吹進(jìn)一步制造條件，大風(fēng)量、高風(fēng)壓也不會吹翻碳層。因為增設(shè)的無底鳥籠布料器罩著整個碳層，帶出物也很少，吹風(fēng)效率高。
3．4確配合理適宜蒸汽流量
因為煤棒本身含有大量的水份，蒸汽下吹階段將該水份吹進(jìn)碳層變成蒸汽進(jìn)入火層，代替了外加蒸汽，所以下吹蒸汽量應(yīng)適當(dāng)減少。但是整體來講，下吹蒸汽總量仍應(yīng)大于上吹蒸汽總量，將氣化層盡量壓低在偏下部，讓灰層減薄，降低阻力，吹風(fēng)時爐溫提升的快，達(dá)到強風(fēng)短吹，使吹風(fēng)氣當(dāng)中CO含量偏低的目的。同時使H2+C — CH4的生成副反應(yīng)減少，火層適當(dāng)偏下部，不會掛爐，更不容易翻爐，爐況相對好穩(wěn)定；熔融發(fā)粘的火層距離轉(zhuǎn)動著的爐柵較近，便于松動發(fā)粘的邊緣帶，不至于結(jié)成大疤塊；適當(dāng)加大下吹，將吹風(fēng)階段產(chǎn)生的熱量壓回，集中在火層，產(chǎn)氣量大，氣質(zhì)高。
（1）短循環(huán)；當(dāng)爐子負(fù)荷確定之后，據(jù)熱平衡關(guān)系，總?cè)霠t空氣量=1—1.2；半水煤氣量配適宜總蒸汽量（上吹+下吹+二次上吹）選擇短循環(huán)為宜。一個循環(huán)≤120S，上下吹變動頻繁，火層溫度波動小，高限溫度上升慢；低限溫度相應(yīng)升高的較快，因而氣化層位置移動幅度也隨之變小，氣化層溫度容易始終處在較高溫度下運行，爐況穩(wěn)，操作容易。
但是，循環(huán)時間也不宜太短，要考慮閥門的壽命和啟降速度的影響，特別是傳統(tǒng)流程留下的空氣死角、煤氣死角、蒸汽死角，每個循環(huán)造成的浪費也不可低估。應(yīng)根據(jù)各個廠的設(shè)施狀況和操作條件因地制宜，不能雷同照搬。
總之，在制氣階段，上吹過程產(chǎn)生的煤氣將火層內(nèi)的熱量移至碳層上部，使?fàn)t頂溫度升高。所以，上吹時間不宜過長，否則帶出顯熱太多，破壞爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)溫度的合理分布，特別使上部煤棒因水份受熱急劇膨脹而粉化嚴(yán)重。更為重要的是氣化層上移了，爐柵的移動松動不了火層下緣，爐溫稍有波動，火層溫度超過灰熔點，使結(jié)疤產(chǎn)生周邊風(fēng)洞，爐況難以穩(wěn)定。所以應(yīng)適當(dāng)加大下吹過程的蒸汽量，回收上部爐面的熱量，降低爐頂溫度，減少帶出熱，同時將吹風(fēng)熱量、火層高熱量集中下移到碳層底部，提高爐子產(chǎn)氣量和煤氣質(zhì)量，又保證了足夠的干燥、干餾層，使煤棒既能緩慢的蒸發(fā)水份，又能增加強度保持煤棒的完整及穩(wěn)定火層高溫區(qū)的適宜位置十分有利，也有利于爐子內(nèi)熱量的積蓄。但是，下吹時間也不宜過長，否則使下爐溫升高，帶出顯熱增多，火層高溫區(qū)下移過分，爐箅容易變形，使用壽命短，甚至燒壞爐柵。
（2）制定適宜的上、下吹百分比；在正常情況下，下爐溫應(yīng)稍高于上爐溫。因為進(jìn)入上吹之前再吹風(fēng)，碳層中積存了熱量，溫度高，上吹帶走熱多，而下吹階段碳層積存的熱量被利用了一部分，氣化層溫度較低，所以下吹氣體帶走的熱量要少一些。所以，要求下吹采用低壓，蒸汽吹的時間長一點，對煤棒制氣尤為重要。下吹時間的增加必須和蒸汽總量相匹配。上、下吹蒸汽百分比的差值應(yīng)盡可能減少，即下吹百分比減上吹百分比＜15%為宜；使下吹于上吹蒸汽分解率，盡量接近，兩者的差值＜6%為好。應(yīng)當(dāng)上吹短而強，下吹長而弱的原則為合理。
（3）勤調(diào)、微調(diào)上下吹百分比一秒一秒的小幅度調(diào)整穩(wěn)定兩灰犁凹窩內(nèi)兩測溫度3000—350℃。
（4）連續(xù)大拉爐條機切不可停爐條機；總之，煤棒制氣強度要比優(yōu)質(zhì)塊煤低，為提高煤棒氣化水平，要求高限爐溫，接近或在灰熔點臨界溫度上、下徘徊，稍有波動，更重要的是通過工藝調(diào)整使火層下緣產(chǎn)生輕度而疏松的碎小疤塊。讓灰熔點低的煤熔融發(fā)粘而裂縫，高灰熔點的煤包不住，燃燒更徹底。為達(dá)到此種操作水平，對爐子進(jìn)行必要改造也是不可缺少的，即增設(shè)鳥籠布料器，下吹蒸汽均勻分布器，爐內(nèi)除塵器等。預(yù)熱煤棒，水份逐漸蒸發(fā)，增加強度，減少帶出物，降低消耗。在此基礎(chǔ)上針對煤棒氣化工藝特點，在確保爐況穩(wěn)定的前提下，也開大下吹蒸汽手輪門，對吹風(fēng)、上吹、下吹、二次上吹、吹凈等時間比例進(jìn)行尋優(yōu)對比試驗。再根據(jù)氣量、氣質(zhì)、煤耗、汽耗、爐渣等情況靈活有機的人機結(jié)合，達(dá)到增產(chǎn)、降耗、節(jié)能、穩(wěn)定的目的。
3．5改進(jìn)雜煤混燒的操作方法
劣質(zhì)雜煤具有三多（石頭多、煤矸石多、灰份多）和三低（固定碳含量低、灰熔點低、機械強度低）容易粉化。據(jù)此特點制定以下操作原則：
（1）降低入爐蒸汽壓力，減少入爐蒸汽量，適當(dāng)開大上、下吹蒸汽手輪門，讓入爐蒸汽在碳層覆蓋面積擴大，蒸汽在碳層、灰層、火層分布相應(yīng)較均勻，并能使入爐蒸汽流速變慢，蒸汽在爐內(nèi)相應(yīng)的存留時間延長，既提高蒸汽分解率，也提高了煤氣質(zhì)量，增加了發(fā)氣量。減少過多的蒸汽帶出熱、降低蒸汽消耗，也降低了原料煤的消耗。如能增設(shè)下吹蒸汽分布器就更為理想偏高限爐溫控制，并將火層壓至底部，爐柵連續(xù)不停的勻速轉(zhuǎn)動，不斷的抬拱疏松氣化層下邊緣發(fā)粘部位，制造成小渣塊，即便火層溫度稍超灰熔點也不會結(jié)大疤塊，為工人操作控制創(chuàng)造一個寬松的彈性。
（2）采用高碳層操作。有效碳層的提高既能增加火層的厚度，又增加了蓄熱量。（爐內(nèi)碳層始終是保持滿爐）增設(shè)鳥籠布料器，將煤加滿爐，不增加阻力，此鳥籠無底和爐墻形成一環(huán)隙，能通過部分氣體。所以，無底鳥籠雖然裝滿煤，但不形成阻力，只回收吹風(fēng)和上吹高溫氣體的熱量，預(yù)熱入爐煤，并為大風(fēng)量高壓不會吹翻爐創(chuàng)造條件。
（3） 強風(fēng)短吹：快速提升爐溫，確保雜煤燃燒的完全，碳層蓄熱量多，熱量氣化水平。因為煤種雜，灰熔點高低不同，需要快速提溫，讓高灰熔點的煤燃燒得徹底，減少返碳。
（4）短循環(huán)劣質(zhì)雜煤彈性特別小，要提高產(chǎn)氣量，即要高爐溫，又要爐況穩(wěn)。如果循環(huán)時間長，上下爐溫波動大，爐況不好穩(wěn)定，變化太難操作，容易結(jié)疤結(jié)塊，下紅火生碳，有效成分低。所以應(yīng)短循環(huán)，循環(huán)時間短了，低限溫度相應(yīng)上升的較快；高限溫度相應(yīng)升高的較慢了，所以氣化層的溫度相對波動較小，火層的位置上、下移動的幅度相對也隨之變小，氣化層溫度比較容易始終控制在高限溫度下運行。故采用短循環(huán)是不花投資、很好操作、火層集中、爐況十分穩(wěn)定、消耗低、經(jīng)濟效益高的有利途徑，也是未來煤氣爐在運行時間選擇上的發(fā)展趨勢。
（5）上、下吹蒸汽百分比的差值要小，在上、下吹蒸汽用量匹配合理前提下，使下吹百分比略大于上吹百分比，其差值＜15%為宜，同時分析上、下蒸汽分解率越接近越好，兩者的差值＜6%較為合適。
