摘要：介紹了煤的氣化原理，分析了傳統氣化操作控制法易造成煤氣質量不穩定、工人勞動強度大、工藝引數不易控制、裝置執行周期短等弊端，通過對煤氣發生爐爐況檢測、飽和溫度控制、加煤、水套水位等人工控制改造為計算機進行監測控制，可以使煤氣爐生產處於最優狀態，煤氣質量穩定，各項指標達到優化。
關鍵詞：煤的氣化發生爐爐況加煤飽和溫度灰層水套水位
0、前言
煤氣是一種高效清潔能源，越來越多的企業開始使用煤氣作為加熱熱源，由於發生爐煤氣站屬於工業企業的輔助生產裝置，其技術的進步未有得到有效的重視，造成工業煤氣行業裝備技術水平低，煤氣發生爐的操作主要靠人工手動方式，受人為因素的影響大，工藝技術指標不夠穩定，而且人工操作自動化水平低，勞動強度大。近年來，由於煤炭資源越來越緊張，**不斷**，煤氣生產企業制氣成本居高不下，給企業造成很大的壓力，如何進一步提高原料煤的利用率，穩定爐況，提高單爐發氣量，降低消耗，已經成為企業生存和發展的大問題，鑑於這種情況，分公司氧化鋁廠煤氣站在煤製氣過程中，通過對煤氣生產系統採用計算機自動控制，使指標不斷優化，能耗得到有效降低，取得不錯效果。
1、煤的氣化原理
混合煤氣是一種以一氧化碳（co）氫氣（h2）及甲烷（ch4）等可燃氣體為主要成分的工業熱燃料氣，它是在特定結構的裝置中即——發生爐中，控制氧化條件，煤塊在空氣和蒸汽混合組成的氣化劑的作用下發生一系列複雜的物理化學變化而產生的，混合發生爐煤氣熱值一般在5.1---7.5mj/m3之間（上限為富氧鼓風），若對進入焙燒爐內的空氣進行預熱實際燃燒溫度可達到1500度。
實踐證明煤碳氣化是一種最有效、最終經濟、最潔淨的熱能利用最高的能源轉換方式之一。
煤氣發生爐由爐上部加煤裝置加入原料煤，底部通入氣化劑（空氣+蒸汽）進行逆向接觸反應，爐內料層可分為灰層、氧化層、還原層、乾餾層、乾燥層、空層六個層帶。具體如下圖所示
各個層次反應過程：氣化劑在灰層內被預熱和均勻分布，在氧化層氣化劑中的o2與煤中的c進行燃燒反應：c+o2=co2+q，生成co2釋放出大量熱能，氣流中的co2和h2o進入還原層後與煤中的碳原子進行還原反應：
co2+c=2co－q，c+h2o=co+h2－q，生成煤氣中的主要可燃成分co和h2，在乾餾層煤的大分子結構區域性受熱後發生裂解反應：cmhn→cm―1hn―4+ch4，生成煤氣中的另一可燃成分ch4，在乾燥層煤的水分受熱被蒸發，煤氣通過空層引出爐體。以上各反應進行程度取決於發生爐的操作條件,即氣化化溫度在壓力氣化劑的組成和流速氣化劑與燃料的接觸時間以及燃料的反應性,表面性質等。
1-灰層 2-氧化層 3-還原層
4-乾餾層5-乾燥層 6-空層
2、煤氣生產現狀
2.1灰層厚度的監測與控制
灰層在煤氣爐內主要起到保護爐篦、均勻分布氣化劑、預熱氣化劑的作用，一般在正常操作中控制在300-600mm高度。灰層過低，容易燒壞爐底裝置，灰渣含碳量公升高，煤氣爐熱量損失增加，同時還會破壞氣化層的形成，灰層過高將使煤氣爐出口溫度公升高，煤氣顯熱損失加大，煤氣帶出物增加。現對煤氣爐內灰層的監測主要通過探火實現的，一般每班每小時通過人工探火一次，來了解爐內灰層、氧化層、還原層高度以及結渣情況，然後通過對爐篦轉速等的調整進行調控。
上述爐況控制有以下缺點：通過一小時探火一次檢測灰層，不能進行**檢測，灰層高度不易控制在正常範圍，尤其近幾年因煤氣原料煤**緊張，造成原料煤質量下滑，因煤質不穩，煤氣爐況時有波動，現有灰層監測調整方法很難對爐況進行及時有效調整，造成煤氣爐執行不穩定，嚴重時出現流紅炭、結疤停爐等現象，生產不穩定，消耗居高不下。
2.2煤氣爐加煤控制
煤氣爐內料層高度對煤氣質量有著重要影響，當料層高度控制高時，汽化劑在爐內和煤接觸反應的時間較長，煤反應的較完全，生產出的煤氣質量較好，灰渣含碳量比較低。煤氣爐在氣化過程中要消耗膛內煤料，因此,向爐膛加煤是煤氣爐操作乙個基本作業步驟，而煤氣爐內料層的總高度主要由加煤時間和加煤量來決定。
tg爐加煤系統自上而下由以下幾個部分組成：發生爐煤倉→滾筒閥→煤鎖上閥→左右煤鎖→左右煤鎖下閥→下料管→爐膛。煤料從煤倉進入爐膛的設計過程為：
爐膛缺煤時爐出口溫度公升高，當爐出口溫度上公升到一定的程度後，左右煤鎖下閥開啟，煤鎖記憶體煤進入爐膛，爐膛加滿煤後關閉左右煤鎖下閥。之後先開啟煤鎖上閥再開啟煤滾筒閥，煤倉內的煤進入左右煤鎖，煤鎖加滿煤後先關閉滾筒閥再關閉煤鎖上閥，整個加煤過程一般持續10～15秒。
煤氣爐加煤控制一般採用人工控制方式，當爐出溫度達到550℃左右時，逐一啟動現場控制櫃上的開關進行加煤，一般乙個小時加煤一次，而當煤氣爐採用高料層操作時，10-15分鐘就需加煤一次，操作人員勞動強度比較大，最主要的是人為影響因素比較大，往往造成加煤不及時，影響煤氣指標。
2.3飽和溫度控制
飽和溫度是發生爐煤氣生產過程中最重要的技術引數，控制好飽和溫度可使爐內的氣化反應過程在最優狀態，從而提高煤氣質量，降低煤單耗，要使發生爐爐況處於良好狀態，對飽和溫度的控制要求合理而且波動要小，影響飽和溫度的主要因素是入爐的水蒸氣量，影響入爐水蒸氣量主要有軟水上水溫度、煤氣出口溫度、氣溫等。
tg煤氣爐生產時，其自產蒸汽全部進入爐內，如果要控制入爐蒸汽量最好的辦法是各台爐建立乙個蒸汽收集器，而這需要比較大的投資，由於我站建有廢熱鍋爐，因此通過配水作業可以將軟水溫度降到30℃以下，而且不浪費熱能，所以我們可以通過控制軟水流量對飽和溫度進行控制，由於飽和溫度會隨著爐溫、軟水溫度和氣溫等因素不斷變化而波動，因此在當前人工調節的情況下，是很難做到的。
3、煤氣生產自動化控制
3.1灰層厚度**檢測
煤氣爐在爐體的下部四周的爐膛內均勻地分布四個阻灰器，阻灰器的溫度可以正確反映爐況，可以採用熱電偶準確測出阻灰器的溫度值，然後找出溫度和爐內灰層高度、位置的關係，通過測量阻灰器溫度來反映灰層高度位置，判斷火層位置，進而對爐況進行判斷調整。
具體實施方法：在阻灰器上鑽乙個孔，將測溫熱電偶插入阻灰器內部，然後將四隻熱電偶的測溫訊號通過司爐主控室微電腦顯示出來，四個點的溫度實際上反映了爐膛內四個不同點的料層溫度，操作人員可以根據溫度的變化，判斷料層位置的變化，特別是火層位置、灰層高度。在實際生產中發現，以上探測適合爐況穩定，火層比較靠近阻灰器的狀況，由於阻灰器的長度有限，不能準確反映爐內中心位置的灰層高度，為此我們通過在爐篦中間爐板下方及大灰包內再安裝兩套熱電偶進行溫度測量，再結合探火操作及爐出溫度變化，就可以比較準確的判斷出爐內灰層高度是否正常，進而進行快速準確地進行調整爐篦轉速。
我們通過長期的摸索發現：阻灰器溫度控制在100-250℃、灰包內溫度不超過120℃、爐出溫度小於550℃，灰層高度一般處於正常狀態，否則就需要進一步探火檢查。
3.2自動加煤控制
煤氣爐自動加煤方式一般有兩種：一種為根據爐出溫度進行加煤，另一種為根據加煤間隔時間進行加煤，在發生爐穩定的生產狀態下，尤其在煤氣爐高料層執行中，要求料層保持高而穩定，我們往往可以通過加煤間隔時間進行加煤，一般正常生產爐每15分鐘加煤一次。當爐況需要調整時，根據爐出溫度進行加煤比較合適。
利用plc我們很容易實現煤氣爐自動加煤，自動加煤方框圖如下：
其主要控制方式：設定
某一加煤間隔時間，當間隔
時間到時，煤閥開啟，經過
一定時間加煤（可設定），煤
閥關閉，然後開始記時，加煤
間隔時間重新到後，進行新
一輪加煤，如此迴圈往復，完
成煤氣爐自動加煤控制。
利用此種控制方式，通過
對煤閥開啟時間、爐出溫度等引數
的設定與調整，使發生爐達到少量多次加煤，而在人工操作條件下達到此種狀況是很困難的。
3.3飽和溫度自動控制
首先將煤氣爐補充蒸汽閥關死，通過配水作業將軟水溫度穩定在30-40℃之間，使通過軟水流量調節飽和溫度成為可能。具體實施方法：在單台爐軟水上水管安裝一氣動調節閥，由主控室微電腦進行控制，在電腦上設定一飽和溫度範圍如60-65℃，當飽和溫度超過設定溫度上限時，通過電腦發出指令，調節閥自動開大，軟水上水量增加，飽和溫度降低。
當飽和溫度低於設定溫度下限時，調節閥自動關小，軟水上水量減少，飽和溫度公升高，從而實現飽和溫度的自動調節。
由於水套在生產過程中必須處於不缺水狀態即保持溢流，否則有可能燒壞裝置釀成事故，因此軟水上水調節閥不允許關的過小，為此可在水夾套上部安裝乙個液位計，通過電腦進行控制，即當水套正常執行時，其水位應保持溢流，當水不溢流時，應發出報警訊號，電腦發出指令使軟水調節閥開大（不受飽和溫度大小控制），以消除隱患。
4.效果
通過對煤炭氣化過程中，煤氣爐灰層、加煤、飽和溫度的自動化控制改造，可實現爐況灰層**監測、煤氣爐自動加煤、飽和溫度自動調節。其具有以下效果：減少操作人員人數，司爐工由原先一人操作一台爐模式開始向一人操作兩台爐模式，而且還減輕了勞動強度。
減少人為因素影響，能根據爐況變化及時的修正引數或操作處理，使爐況保持穩定，煤氣質量波動小。煤氣指標不斷優化，改造後，煤氣熱值由5.8mj/nm3提高至5.
9mj/nm3，灰渣含碳量由23%降為21%左右。
5、結論
（1）煤炭氣化及自動化作業系統的出發點在於通過使用高度整合的氣化手段，使複雜的氣化工程問題簡單化
（2）發生爐裝置的合理的結構裝置，完善的自動控制操作平台及裝置較高的可靠性是煤炭氣化及自動化系統的關鍵所在。
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