馬志偉

(云南先鋒化工有限公司技術(shù)部，云南 尋甸 655200)

碎煤熔渣氣化技術(shù)是在魯奇碎煤加壓氣化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種液態(tài)排渣移動床氣化技術(shù)。與傳統(tǒng)的碎煤加壓氣化爐相比，其具有：①氣化效率高，氣化強(qiáng)度大，碳的轉(zhuǎn)化率高、煤氣水少。②氣化排渣由傳統(tǒng)的固態(tài)排渣變?yōu)橐簯B(tài)排渣。③設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，爐內(nèi)沒有傳統(tǒng)的爐篦子等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。其主要的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理如圖1所示：

1.煤箱；2.上部傳動裝置；3.噴冷器； 4.布煤器；5.攪拌器； 6.爐體；7.噴嘴；8.排渣口；9.熔渣急冷箱；10.灰箱圖 1 碎煤熔渣氣化爐結(jié)構(gòu)原理示意圖[1]

在爐內(nèi)，原料煤加裝有一定的床層高度，水蒸汽和氧氣組成的氣化劑從爐子下部進(jìn)入，與煤進(jìn)行激烈的燃燒和氣化反應(yīng)，形成的高溫煤氣，自下而上，通過上部煤層中的孔隙。同時發(fā)生相應(yīng)的氣化反應(yīng)，最后以粗煤氣從爐子上部離開氣化爐。煤從爐子上部進(jìn)入，在爐內(nèi)自上而下，緩慢移動的同時，與爐子下部上升的氣體接觸，發(fā)生復(fù)雜的氣、固、液三相間、兩相間和同相間的物理化學(xué)反應(yīng)，床層形成了干燥區(qū)、干餾區(qū)、還原區(qū)、燃燒區(qū)和爐底的渣池。在燃燒區(qū)，因燃燒反應(yīng)的強(qiáng)度和溫度高，煤中不可氣化的灰份，以高溫熔化的液態(tài)匯集到爐底形成渣池。高溫液態(tài)的渣，通過爐底的排渣口，間歇排出氣化爐。

與傳統(tǒng)的碎煤加壓氣化相比，其突出的特征為燃燒區(qū)的溫度高，在2000～2400 ℃，即在煤的灰熔點(diǎn)以上操作。這一特征，使碎煤熔渣氣化技術(shù)具有了氣化效率高，氣化強(qiáng)度大，碳的轉(zhuǎn)化率高、煤氣水少、氣化排渣由傳統(tǒng)的固態(tài)排渣變?yōu)橐簯B(tài)排渣等特點(diǎn)。

1 褐煤在碎煤熔渣氣化上的應(yīng)用情況

基于碎煤熔渣氣化技術(shù)的應(yīng)用，目前在國內(nèi)主要有三家，分別是云南解化清潔能源開發(fā)有限公司、呼倫貝爾金新化工有限公司、中煤鄂爾多斯能源化工有限公司。應(yīng)用情況充分說明了優(yōu)質(zhì)煤在碎煤熔渣氣化技術(shù)上的應(yīng)用是成熟的、成功的。但劣質(zhì)褐煤在碎煤熔渣氣化技術(shù)上的應(yīng)用，表現(xiàn)出在應(yīng)用優(yōu)質(zhì)煤時和上一代碎煤加壓氣化技術(shù)時不曾出現(xiàn)的問題，突出表現(xiàn)為：床層的穩(wěn)定性差，工藝負(fù)荷低，帶塵嚴(yán)重，排渣不暢，爐內(nèi)耐火內(nèi)襯和噴嘴損壞嚴(yán)重等。使得碎煤熔渣氣化技術(shù)在褐煤上的應(yīng)用效果不理想，設(shè)備運(yùn)行周期短，嚴(yán)重影響了工廠的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行。

2 爐內(nèi)正常運(yùn)行狀態(tài)

碎煤熔渣氣化爐內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，通過十多年的實(shí)踐應(yīng)用，有一個業(yè)內(nèi)普遍接受的結(jié)論：碎煤熔渣氣化爐就是一個不加入鐵礦石的煉鐵爐，其鐵礦成分僅為原料煤中所含的氧化鐵。正常運(yùn)行的爐內(nèi)，一定高度的煤床，自上而下緩慢移動，與爐下部上升的高溫煤氣逆向接觸，形成典型的床層溫度分布如圖2所示。對應(yīng)不同的床層溫度形成了不同狀態(tài)的區(qū)帶，其正常運(yùn)行各區(qū)帶分布狀態(tài)如圖3所示。以下對照煉鐵爐對氣化爐內(nèi)各區(qū)帶正常運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行粗淺的和定性的分析描述：

圖2 氣化爐內(nèi)溫度分布示意圖

圖3 氣化爐內(nèi)各區(qū)帶示意圖

2.1 散料層

散料層由爐上部干燥、干餾和部分還原區(qū)組成。床層溫度在軟化溫度以下，物料內(nèi)還未出現(xiàn)液相成分，以固態(tài)形式存在，形成爐子上部的散料層。散料層中的物料緩慢向下移動，爐子下部的氣體通過料層的空隙上升，之間進(jìn)行著傳熱傳質(zhì)，固體物料溫度逐漸上升。同時，固體物料逐漸破碎，顆粒變小。煤粒發(fā)生熱解，逐漸變成半焦顆粒。散料層形成了相應(yīng)孔隙率ε，孔隙率ε的大小與所使用的煤種的熱穩(wěn)定直接相關(guān)。煉鐵爐上總結(jié)的爐氣通過散料層的阻力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式如表達(dá)式1[3]：

(1)

Vg—煤氣流速;ΔP—散料層壓力降;k—常數(shù);ε—床層孔隙率。

其幾乎只與床層的孔隙率ε相關(guān)，確定了氣化爐基礎(chǔ)負(fù)荷。散料層孔隙率ε只會比下部床層的孔隙率大。因此，正常運(yùn)行狀態(tài)下，能通過下部床層，經(jīng)下部床層進(jìn)行了二次分布的上升爐氣，能正常通過上部散料層。所以，煉鐵爐有個總結(jié)：上部調(diào)節(jié)的作用小于下部調(diào)節(jié)[2]。

2.2 軟熔帶

散料層之下的床層，煤焦顆粒的溫度逐漸上升到軟化溫度，料層中開始出現(xiàn)液相成分，此為床層中軟熔帶上界面。至此往下直到爐底的床層，與之上的散料層相比，明顯的特征是床層中含有了液相成分，因此，也由此將床層分為上部的散料層和下部的含渣層。

從軟熔帶上界面繼續(xù)向下，煤焦顆粒的溫度繼續(xù)上升到熔化溫度處，顆粒內(nèi)可熔化部分完全轉(zhuǎn)化成液相，但煤焦顆粒形態(tài)仍然存在，此為軟熔帶的下界面。其中產(chǎn)生的液相成分即為初渣。軟熔帶是煉鐵爐中對應(yīng)鐵礦石的軟化溫度和熔化溫度形成的區(qū)帶。氣化爐內(nèi)沒有鐵礦石的參與。所以，沒有軟熔帶中鐵礦石產(chǎn)生的滴落和下流的液相渣鐵，而為煤灰形成初渣，它與下部的滴落帶自然過渡溶合成了一個區(qū)帶。

2.3 滴落帶

從軟熔帶之下到噴嘴噴口位置之上的區(qū)域，煉鐵爐內(nèi)稱為滴落帶。在氣化爐內(nèi)，滴落帶的主體仍然由煤焦顆粒組成，因溫度已較高，煤焦顆粒有一定的軟化，在上部床層的重力作用下，會有一定的壓縮，滴落帶床層的孔隙率會進(jìn)一步減小，氣化爐的基礎(chǔ)負(fù)荷也會進(jìn)一步減小。爐氣在煤焦顆粒間隙之間上升流動，同時初渣在煤焦顆粒間隙之間向下流動，不能流動的渣則在煤焦顆粒表面附著滯留。由于沒有鐵礦石的參與，因此，氣化爐內(nèi)沒有源于軟熔帶滴落或流下的液相渣鐵與初渣進(jìn)行混合互熔作用，而僅有煤焦顆粒內(nèi)灰分形成的渣以及局部煤焦顆粒與助熔劑接觸形成的渣。因此，滴落帶中的渣的成分變化非常復(fù)雜。但總體而言，自上而下，渣量逐漸增多，渣成分特性逐漸從初渣向渣池中的終渣方向發(fā)展變化，發(fā)展變化過程復(fù)雜。這里的渣被稱為中間渣。煉鐵爐上是將這個復(fù)雜過程，轉(zhuǎn)換為對滴落帶內(nèi)床層滯渣量(床層中滯留的渣的含量)的研究。煉鐵爐上總結(jié)的爐氣通過滴落帶的阻力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式如表達(dá)式2[3]：

(2)

ΔP—散料層壓力降;H—床層高度;k1、k2—透氣阻力系數(shù);ε—床層孔隙率;h—床層滯渣量;d—煤焦顆粒與液渣的調(diào)和直徑;u—煤氣流速;μ—渣的粘度;ρ—渣的密度。

可以看到，其除了與床層孔隙率ε有關(guān)外，還與床層厚度H、床層中滯渣量h、渣的密度和粘度ρ和μ以及爐氣的流速u有關(guān)。

煉鐵爐長期實(shí)踐研究結(jié)果表明：在上述各因素中，滯渣量是影響滴落帶阻力特性的重要因素，而滯渣量又與渣的流動性指標(biāo)粘度μ和爐氣的流速u密切相關(guān)。在氣化爐某一特定負(fù)荷的情況下，爐氣的流速范圍也基本一定，滯渣量主要與渣的流動性指標(biāo)粘度密切相關(guān)。渣的流動性好(即渣的粘度低)，側(cè)能流走通過滴落帶的渣多，滯渣量小，反之，側(cè)滴落帶中滯渣量將增大?？梢钥吹?，爐氣通過滴落帶的阻力遠(yuǎn)比通過散料層的阻力大，能正常通過滴落帶的爐氣，即能正常通過上部散料層。而當(dāng)滯渣量增加到一定程度時，床層阻力會急劇升高，破壞床層的正常運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生偏流、溝流、管道、鼓泡等失常爐況，破壞爐氣的二次分布。經(jīng)煉鐵爐長時間實(shí)踐的總結(jié)：要控制滯渣量的大小，即為控制渣的粘度。煉鐵爐內(nèi)渣的流動性可接受的指標(biāo)是：終渣在 1400 ℃ 時的粘度μ<2 Pa.s，極限為粘度<3 Pa.s[2]。在氣化爐內(nèi)，因床層孔隙率更小，渣的流動性可接受的指標(biāo)應(yīng)考慮比上述值更小。

滯渣量是滴落帶產(chǎn)生煤氣阻力的主要因素，同時，滴落帶產(chǎn)生的煤氣阻力也是整個床層煤氣阻力的主要組成部分。根據(jù)煉鐵爐實(shí)測數(shù)據(jù)，軟熔帶及其以下含渣層的煤氣壓差大約為全部壓差的60%～80%。

另外，滴落帶中，客觀存在煤焦顆粒和助熔劑分布的不均勻，如果再疊加原料成分的波動，由于灰成分的不同，渣的熔化溫度、密度、粘度、熱容等物化參數(shù)都會變化，會加大滴落帶內(nèi)中間渣粘度的波動和分布的不均勻性，也就造成滴落帶阻力特性的波動和不均勻，波動和不均勻大到一定程度時，同樣會破壞爐內(nèi)的正常運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生偏流、溝流、管道、鼓泡等失常爐況，破壞爐氣的二次分布。煉鐵爐上的總結(jié)：中間渣能否順利通過滴落帶料層，取決于原料成分穩(wěn)定和爐溫的穩(wěn)定[2]。

在氣化爐內(nèi)，由于沒有鐵礦石的參與，軟熔帶與滴落帶之間自然過渡，沒有明確的界線，可認(rèn)為是同一特性的區(qū)帶。本文將軟熔帶和滴落帶合并稱為軟熔滴落帶。正常運(yùn)行情況下，與該區(qū)帶特性相適應(yīng)量的爐氣能通過滴落帶和軟熔帶，并在上升過程中形成對爐氣的二次分布。

2.4 風(fēng)口循環(huán)區(qū)(風(fēng)口回旋區(qū))

在滴落帶下沿的區(qū)域內(nèi)，氣化劑由噴口噴入，形成爐內(nèi)噴嘴前方的含氧燃燒區(qū)，該區(qū)域內(nèi)，因氣化劑高速噴入(150 m/s 左右)，噴射動能可推動噴嘴前滴落帶和部分死料堆內(nèi)的物料運(yùn)動，同時，氣化劑與煤焦顆粒發(fā)生激烈燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高溫煤氣，煤焦顆粒中的灰分和中間渣也能在這里與助熔劑較充分地混合熔化，灰渣特性較接近終渣，在噴嘴噴射力作用下，主體流入風(fēng)口循環(huán)區(qū)前方和下方的死料堆里。煤焦顆粒的燃燒和灰渣的流走，讓出新的空間，上部滴落帶的煤焦顆粒、中間渣和助熔劑可不斷落入燃燒區(qū)反應(yīng)，最終在噴嘴前形成風(fēng)口循環(huán)區(qū)。風(fēng)口循環(huán)區(qū)是爐內(nèi)熱量和初始煤氣的主要源點(diǎn)，其有一定的形狀、大小和位置，初始煤氣由此向周邊擴(kuò)散，形成爐內(nèi)的一次布?xì)狻?/p>

煉鐵爐上用循環(huán)區(qū)的長度D和高度H來表征風(fēng)口循環(huán)區(qū)的形狀特征，總結(jié)的風(fēng)口循環(huán)區(qū)形狀特征經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式如表達(dá)式3、式4、式5[3]：

(3)

D=0.88+0.000092E-0.00031×Pc/n

(4)

(5)

E—鼓風(fēng)動能;Vot—風(fēng)口風(fēng)速;Pc—噴煤量;n—風(fēng)口數(shù)量;D—風(fēng)口循環(huán)區(qū)長度;H—風(fēng)口循環(huán)區(qū)高度;g—重力加速度;d—煤焦顆粒平均粒度。

其受風(fēng)口結(jié)構(gòu)尺寸、周邊物料的透氣性和透液性影響。正常的風(fēng)口循環(huán)區(qū)形狀是噴嘴噴射前方與噴射錐內(nèi)接的圓球形，圓球形在噴射錐上方。在噴射前方的床層物料的透氣性和透液性好和噴射動能大時，圓球形會向長軸與噴射方向平行的橢球形發(fā)展，這時的初始煤氣向爐中心發(fā)展。反之，在噴射前方的床層物料的透氣性和透液性差和噴射動能小時，圓球形會向長軸為垂直方向的橢球形發(fā)展，這時的初始煤氣向邊緣發(fā)展。正常運(yùn)行的氣化爐內(nèi)的風(fēng)口循環(huán)區(qū)，應(yīng)具有足夠的長度，使一次布?xì)饽苓m當(dāng)?shù)南蛑行牟课话l(fā)展，盡量減小邊緣發(fā)展，避免爐墻燒損，使?fàn)t內(nèi)獲得較均勻的一次布?xì)庑Ч?/p>

2.5 死料堆

噴口位置之下到液態(tài)渣池的渣面之上的區(qū)域即為煉鐵爐所稱的死料堆區(qū)域,該區(qū)域由未完全消耗完的煤焦顆粒堆積組成并漂浮在液態(tài)渣池之上。由于氣化爐直徑遠(yuǎn)比煉鐵爐小，死料堆中心區(qū)堆積凸起部位較小，主體位置絕大部分處于風(fēng)口循環(huán)區(qū)之下(如圖3)，死料堆內(nèi)流動的煤氣量已較少，床層透氣性對爐況的影響已較小。但因組成死料堆的煤焦顆粒是漂浮在液態(tài)渣池之上，顆粒間隙里混有渣池里的渣或上方軟熔滴落帶和風(fēng)口循環(huán)區(qū)流下的渣，因此，死料區(qū)是爐內(nèi)固體床層中含渣量較高的區(qū)帶，要求灰渣的粘度小流動性要好，死料堆的透液性好，以使灰渣能在死料堆內(nèi)順暢流動。由于氣化爐還設(shè)有排渣口，不排渣時，燃燒器產(chǎn)生的高溫過氧的煙氣從排渣口鼓入爐內(nèi)，攪動渣池的同時，也能帶動死料堆中心區(qū)煤焦顆粒運(yùn)動，同時，過氧煙氣中所含的氧也能與死料堆中心區(qū)的煤焦顆粒發(fā)生反應(yīng)并放出熱量，形成爐內(nèi)另一個燃燒區(qū)并加快了死料堆中心區(qū)物料的置換。因此，氣化爐中的死料堆的中心部位比煉鐵爐內(nèi)活躍的多，所以，我們在氣化爐內(nèi)看不到明顯的死料堆存在。

2.6 渣池

上部爐子運(yùn)行過程中產(chǎn)生的渣，最后在爐底部匯集，形成渣池，它是氣化爐內(nèi)唯一主體是液態(tài)渣的區(qū)域。同樣，由于氣化爐還設(shè)有排渣口，不排渣時，燃燒器產(chǎn)生的高溫過氧的煙氣從排渣口鼓入爐內(nèi)，其對渣池中的渣具有加熱作用，使渣能保持一定溫度，有利于維持其流動性。同時，對渣池內(nèi)的渣也有攪動作用，有利于維持其化學(xué)成分的均勻性。這里的渣是終渣。渣池內(nèi)所存渣的總量也應(yīng)有一定的要求，以保證在渣池上部匯集來不同溫度和不同成分的渣時，不對渣池內(nèi)的渣的溫度和成分產(chǎn)生過大的影響。渣池內(nèi)的渣要間斷排出，這會使渣池的渣位變動，而帶動死料堆內(nèi)物料的置換。正常運(yùn)行的氣化爐對渣池的要求是：渣池內(nèi)的渣，溫度、化學(xué)成分穩(wěn)定，保證渣粘度足夠小，流動性好，渣能順暢排出爐外，不發(fā)生渣池堆渣(煉鐵爐稱爐缸堆積)的狀況。

氣化爐內(nèi)的整個床層，由上述各區(qū)帶組成。整個床層(含下部含渣層)的透氣性要好，能使煤氣順暢上升通過床層，床層表現(xiàn)為氣體流動阻力小。下部含渣層的透液性要好，表現(xiàn)為渣在含渣層中的滯渣量小，床層煤氣阻力小的同時，含渣層內(nèi)的渣能順暢下流通過床層匯集到渣池。渣池內(nèi)的渣成分穩(wěn)定，流動性好，能順暢排出爐外。爐內(nèi)上述各區(qū)帶有機(jī)穩(wěn)定地組合在一起，是氣化爐正常運(yùn)行的基本條件。

3 使用褐煤時爐內(nèi)運(yùn)行失常分析

當(dāng)褐煤應(yīng)用于碎煤熔渣氣化爐上時，由于褐煤含水高、揮發(fā)份高、熱穩(wěn)定性差、反應(yīng)活性高、灰成分變化大等原因，將直接影響氣化爐內(nèi)各區(qū)帶的正常特性，甚至打破各區(qū)帶自身和相互之間的平衡，導(dǎo)致爐內(nèi)不能順運(yùn)，爐況失常。

3.1 對散料層的影響：

因褐煤的特性，原料煤進(jìn)入爐內(nèi)后，在干燥、干餾發(fā)展成半焦的過程中，極易破碎成為小顆粒。會使散料層的孔隙率變得相對更小，使床層能通過的煤氣量減小，從而影響了氣化爐的負(fù)荷能力。在二次布?xì)獠徽r，由于氣流向局部某區(qū)域集中，極易發(fā)生鼓泡、偏流、溝流、管道等失常爐況。在失常爐況時，煤因受熱不均、碰撞摩擦程度加大等原因，更容易破碎，顆粒變得更小，散料層將處于惡性循環(huán)狀態(tài)，床層孔隙率將進(jìn)一步惡化。

3.2 對軟熔滴落帶的影響：

使用褐煤時，當(dāng)煤焦顆粒進(jìn)入軟熔滴落帶后，溫度已上升到軟化溫度以上，煤焦顆粒開始軟化，在上部床層重力的壓縮作用下，孔隙率將進(jìn)一步減小。同時，床層中開始出現(xiàn)了初渣。以先鋒煤為例，先鋒褐煤的典型灰成分(Si-Ca-Mg-Al四元圓整后)為：CaO 17.4%、MgO 1.9%、Al2O329.1%、SiO251.6%。從Si-Ca-Al三元相圖(如圖4中A點(diǎn)，)上可以看出：這樣的初渣粘度較高，大約為：1400 ℃ 時 100 Pa.s 左右，流動性較差，甚至不流動。初渣出現(xiàn)后開始了與助熔劑接觸而發(fā)生互熔，但因床層中助熔劑的分布客觀上存在不均勻，初渣與助熔劑的接觸并不充分。因此，在床層向下移動過程中，中間渣的成分發(fā)展變化也是不充分的。若此時助熔劑的調(diào)配不合理，如先鋒助熔劑調(diào)配的典型終渣(Si-Ca-Mg-Al四元圓整后)為：CaO 30.4%、MgO 4.1%、Al2O324.7%、SiO240.8%，如圖4中B點(diǎn)，這樣的渣的粘度大約是 1400 ℃ 時3～5 Pa.s，流動性是不理想的，這種情況下，中間渣粘度和流動性更是不能發(fā)展到理想狀態(tài)。再加上原料煤成分的波動(如圖4為先鋒褐煤原料煤成分和爐渣成分在三元相圖中的分布情況，可見其分布比較發(fā)散)，必將加大中間渣的灰渣特性的波動和不均勻。

這樣的灰渣狀態(tài)，已嚴(yán)重偏離了軟熔滴落帶內(nèi)灰渣的理想狀態(tài)，發(fā)生失常爐況將是必然。

圖4 先鋒褐煤原料成分及爐渣成分分布[2]

3.3 對風(fēng)口循環(huán)區(qū)的影響：

風(fēng)口循環(huán)區(qū)的大小、形狀受鼓風(fēng)動能、風(fēng)口結(jié)構(gòu)以及周邊床層的透氣性和透液性影響。煉鐵爐內(nèi)風(fēng)口循環(huán)區(qū)的長度一般在1.5～2米。但在使用裼煤的氣化爐內(nèi)，因爐內(nèi)顆粒小、噴口直徑小(φ16 mm 左右)，周邊床層常因灰渣特性原因，透氣和透液性能并不理想，據(jù)此估算的爐內(nèi)風(fēng)口循環(huán)區(qū)長度在0.8米或更小的范圍內(nèi)。另外，氣化爐內(nèi)噴頭向下傾斜的角度19度，更多地噴向死料堆，死料堆內(nèi)渣含量是較多的，噴射阻力較大，在滴落帶的灰渣發(fā)展和調(diào)配不理想時，噴射阻力將會更大，這會進(jìn)一步壓縮風(fēng)口循環(huán)區(qū)的長度，迫使風(fēng)口循環(huán)區(qū)一次布?xì)獾慕Y(jié)果為：煤氣不容易向中心發(fā)展而更容易向邊緣發(fā)展(如圖5中右側(cè)所示)。

同時，從上部軟熔滴落帶進(jìn)入風(fēng)口循環(huán)區(qū)煤焦顆?；以匦圆焕硐霑r，如上述先鋒煤的初渣粘度為 100 Pa.s，這是一種非常粘稠的渣，它將包裹煤焦顆粒，影響燃燒的過程，造成會有剩余的氧隨邊緣發(fā)展的氣流到達(dá)爐墻而增加爐墻熱負(fù)荷，爐墻容易燒損。

在這種一次布?xì)獾臓顟B(tài)下，滴落帶中心活躍度將下降，煉鐵爐稱這種狀態(tài)為中心冷爐。

3.4 對死料堆的影響：

褐煤的使用，對死料堆的影響，主要是在灰成分的波動和助熔劑的調(diào)配不合理時，渣的流動性不好，死料堆透液性差，造成死料堆內(nèi)甚至死料堆上積渣，破壞風(fēng)口區(qū)的一次布?xì)庑Ч踔猎斐娠L(fēng)口區(qū)位置變化，上部軟熔滴落帶煤焦顆粒不能順利進(jìn)入風(fēng)口區(qū)。

3.5 對渣池的影響：

褐煤的使用，對渣池的影響，主要也是在灰成分的波動和助熔劑的調(diào)配不合理時，而使流向渣池和匯集到渣池內(nèi)的終渣本身波動大，這種波動表現(xiàn)在溫度和灰渣成分上。溫度和灰渣成分的波動容易造成渣池中鐵的凝固和渣流動性下降，從而極易造成渣池堆渣(煉鐵爐稱為爐缸堆積)。堆渣除影響渣池自身的正常運(yùn)行，同時，也將影響之上的風(fēng)口循環(huán)區(qū)和軟熔滴落帶的正常運(yùn)行。

碎煤熔渣氣化爐使用褐煤時，表現(xiàn)出：床層的穩(wěn)定性差，工藝負(fù)荷低，帶塵嚴(yán)重，排渣不暢，爐內(nèi)耐火內(nèi)襯和噴嘴損壞嚴(yán)重，運(yùn)行周期短等問題現(xiàn)象，正是氣化爐運(yùn)行處于爐況失常狀態(tài)的具體表現(xiàn)。

4 解決問題方法思路

通過對褐煤應(yīng)用于碎煤熔渣氣化爐的爐內(nèi)運(yùn)行狀況的分析，造成問題的主要原因可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

4.1 褐煤的熱穩(wěn)定性。

褐煤的熱穩(wěn)定性差，造成爐內(nèi)整個床層孔隙率相對一般情況都要小，床層透氣性相對差，氣化爐整體負(fù)荷能力下降。在下部含渣層，側(cè)造成床層透氣性差的同時透液性也相對差，使下部含渣層的滯渣量的冗余極限下降，含渣層容易發(fā)生偏流、溝流、管道等失常爐況。通過選擇熱穩(wěn)定性好的原料褐煤或通過提升煤熱穩(wěn)定性的提質(zhì)預(yù)處理可以改善床層孔隙率，從而有利于氣化爐的運(yùn)行狀況。

4.2 灰渣特性。

灰渣特性的影響，表現(xiàn)為原料煤的成分的穩(wěn)定和助熔劑的合理調(diào)配兩方面。從以上褐煤應(yīng)用于碎煤熔渣氣化爐的爐內(nèi)運(yùn)行狀況的分析，可以看到，灰渣特性的影響表現(xiàn)在氣化爐整個含渣層的各個區(qū)帶里，是破壞爐子正常運(yùn)行，造成爐況失常的重要因素。因此，保證原料煤的成分的穩(wěn)定和助熔劑的合理調(diào)配，以保證灰渣的粘度，應(yīng)該給予足夠的重視。

1)首先是原料煤成分的穩(wěn)定。穩(wěn)定的原料煤成分，可減小因原料煤成分的波動造成的爐內(nèi)軟熔滴落帶灰渣特性的波動和不均勻，減小渣池終渣成分和溫度的波動和不均勻，從而減小軟熔滴落帶運(yùn)行失常和渣池堆渣的風(fēng)險(xiǎn)。但原料煤成分的穩(wěn)定，與企業(yè)的采購、儲運(yùn)和生產(chǎn)調(diào)度相關(guān)，應(yīng)在條件具備的情況下給予保證。煉鐵爐上實(shí)踐有效的方法：“平鋪直取”[2]是其中一種有益的參考。

2)其次，通過配煤和助熔劑調(diào)配等手段，按照Si-Ca-Al系三元相圖和Si-Ca-Mg-Al系四元相圖反映出的灰渣內(nèi)在規(guī)律調(diào)配合理的灰渣成分，保證終渣的粘度μ<2 Pa.s，使渣池、死料堆、風(fēng)口循環(huán)區(qū)以及軟熔滴落帶等各區(qū)帶的渣能順暢流動。才能最后保證氣化爐的正常運(yùn)行，提升氣化爐的運(yùn)行周期。如不要只使用單一的石灰石做助熔劑，而用硅灰石+白云石等復(fù)合助熔劑。硅灰石熔點(diǎn)較低(約 1500 ℃)，可加快軟熔滴落帶內(nèi)中間渣的發(fā)展。不同的原料煤種，可使用不同的助劑方案，如配煤、直接使用石灰(減小石灰石在爐內(nèi)分解對爐溫的影響)、加CaF、鎂渣等。

4.3 氣化爐結(jié)構(gòu)

1)噴嘴噴射角下傾19度(原設(shè)計(jì)狀態(tài))的情況下，噴嘴噴射的正前方是死料堆(如圖5右側(cè))，死料堆內(nèi)灰渣含量是較高的，透氣性并不好，對噴射形成的風(fēng)口循環(huán)區(qū)的形狀會產(chǎn)生壓縮阻擋作用，一次布?xì)獠荒芟蛑行陌l(fā)展而更多的形成邊緣發(fā)展。調(diào)整噴嘴下傾噴射角，比如調(diào)整至5度(如圖5左側(cè))，使噴嘴噴射的正前方更多的避開死料堆，同時，相較噴射角下傾19度時噴射動能的水平分量增加，有利于加大風(fēng)口循環(huán)區(qū)的長度，使一次布?xì)庀鄬θ菀紫蛑行陌l(fā)展以改善一次布?xì)獾木鶆蛐?。另外，調(diào)整噴嘴下傾噴射角至5度后，噴口的位置相對19度上移，也為下一步擴(kuò)大渣池容積提供了空間。

2)調(diào)整擴(kuò)大渣池容積。碎煤熔渣氣化爐應(yīng)用褐煤時，最終匯集到渣池的渣的溫度和灰渣成分存在較大波動的可能，擴(kuò)大渣池容積，可以減小新匯集入渣池的渣的溫度和灰渣成分波動對渣池中原有的渣的溫度和灰渣成分的干擾，提升渣池的穩(wěn)定性，減少堆渣發(fā)生，為渣池的穩(wěn)定運(yùn)行提供更好的基礎(chǔ)。

設(shè)備結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可以輔助提升上述灰渣特性調(diào)整的效果，為其提供一個更好的設(shè)備基礎(chǔ)平臺。

4.4 操作調(diào)整

增加排渣口煙氣的氧含量。煙氣氧含量的增加，死料堆中心區(qū)的燃燒反應(yīng)加強(qiáng)，可加快死料堆中心區(qū)的物料置換。在加大死料堆中心區(qū)的活躍度的同時，可使中心區(qū)之上軟熔滴落帶內(nèi)物料下移的速度加快，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)中間渣向終渣方向發(fā)展的速度，從而有利于改善死料堆中心區(qū)和中心區(qū)之上軟熔滴落帶的透氣性和透液性。甚至可調(diào)整設(shè)備，加長單只或兩只噴嘴，專門負(fù)責(zé)活躍氣化爐中心區(qū)域。

圖5 噴嘴下傾角對比示意圖

5 結(jié)束

基于碎煤熔渣氣化爐就是一個不加入鐵礦石的煉鐵爐的認(rèn)識，引入煉鐵爐長期實(shí)踐得出的理論，對碎煤熔渣氣化爐進(jìn)行初淺的對照分析，得出褐煤應(yīng)用于碎煤熔渣氣化爐部分問題的原因所在和相應(yīng)的解決問題的方法思路。這些方法和思路部分已得到了實(shí)踐驗(yàn)證?？蔀樗槊喝墼鼩饣癄t今后發(fā)展完善提供有益借鑒和參考。