苑卫军 周金国 徐东海
（唐山科源环保技术装备有限公司 河北唐山 063020）
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摘要：从两段炉的造气原理和煤气杂质分析出发，对的煤气管道堵塞原因进行了简要分析，指出煤气管道的堵塞，是由于煤气中的灰尘和冷凝下焦油在煤气管道中混合，造成焦油流动性严重下降，沉积在管道中造成的，而且煤气温度120-250℃时，煤气管道更容易堵塞。并从发生炉的结构设计及规范操角度，详细介绍了防止上下段煤气管道堵塞的有效措施。
关键词：两段炉；上段煤气；下段煤气；干馏段；煤位探测器；满料层操作；煤气比例
0 前言
2008年以来，受国际石油价格波动的影响，液化石油气及天然气的价格也随之出现同步震荡，而中国煤炭资源相对丰富，其单位热值价格相对较低，受国际能源价格的影响也较小，但同时煤炭作为直接燃料的应用又受到国家严格的环保政策的制约，在这种形势下，常压固定床煤气发生炉特别是两段炉，作为煤炭资源洁净利用的一种形式，环保节能效果明显，且附产焦油的销售收入又可以抵消相当部分煤气站运行成本，既符合中国能源安全战略和环保政策，又符合相关燃耗企业的利益要求，得到了诸如玻璃、陶瓷、冶金、机械、化工等燃耗较大行业的广泛应用。
在两段炉的应用过程中，许多煤气站常常会遇到煤气管道堵塞现象，严重影响企业的正常生产，从两段炉的造气原理、设备结构及发生炉操作等方面出发，对其煤气管道堵塞问题进行简要剖析，找出管道堵塞的根源所在，有效克服和避免煤气管道的堵塞，从而保证煤气站安全、正常、稳定运行。
1 两段炉煤气的生产过程【1】
1.1 煤气发生炉内固态物质行程
通过加煤机将储煤仓中的煤分批次注入煤气发生炉内，加入煤气发生炉中的煤首先进入干馏段，煤在干馏段中缓慢下移，在此经历干燥及低温干馏过程。首先煤炭中的水分被干燥出来，随着煤炭的不断下移，温度进一步升高，干馏出焦油和干馏煤气。经过干燥和干馏后呈半焦状态的煤继续下移，进入气化段，在气化段经过氧化还原反应，形成以CO和H2为主要成分的煤气。煤炭中的灰分及极少部分未参与反应的煤炭以灰渣形式继续下移，由灰刀将其清出炉外。
1.2 煤气发生炉内气态物质行程
如图1所示，作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内，在1100－1200℃条件下，与进入气化段的呈半焦状态的煤发生氧化还原反应，形成以CO和H2为主要成分的煤气Q，气化烟煤自加煤机，通过炉顶分煤器均匀加入发生炉内后，经过8－10小时的干馏过程，缓慢下移至气化反应层，此时的烟煤已变成半焦状态（如果干馏充分，此时煤中挥发分含量非常少），它在气化反应层反应生成的煤气Q含有很少量的焦油。
为保证干馏段煤料干馏充分，在发生炉操作时，需结合入炉煤挥发分含量的多少及其含水量的多少，调整下段煤气出口阀门的通量，人为的将气化反应段产生的煤气Q分为Q1和Q2两部分，Q1自下段引出作为下段煤气；Q2在炉内上行用于对干馏段中的煤料进行充分干馏，干馏过程中同时产生一部分以CH4、H2为主要成分的干馏煤气Q3和大量的焦油蒸汽，Q2和Q3由上段煤气导出口导出构成上段煤气。
图1 两段炉煤气生产过程示意
2 煤气管道堵塞原因分析
2.1 煤气中含杂质分析【2】
由于下段煤气导出口距离气化反应段较近，对气化反应段进行的探火操作、事故打钎操作及气化反应段中煤料热爆产生的粉尘，大部分会随下段煤气Q1导出，下段煤气还含有一部分水分，其所含焦油量与煤料在干馏段内的干馏程度有关，如果煤炭干馏透彻，下段煤气焦油含量很少。下段煤气所携带的主要杂质为粉尘、部分水分和少量焦油。
作为上段煤气一部分的Q2在离开气化反应层上行时，也同时携带由于探火操作、事故打钎操作及煤料热爆产生的粉尘，但在上行过程中，经过5-6米左右高度的干馏煤层的过虑，这部分粉尘基本被过虑于下行煤炭中。煤料干馏所产生的焦油，以焦油雾滴形式由上段煤气帯出。上段煤气所携带的主要杂质为煤炭干馏产出焦油、煤中蒸发出的水分和由煤气流吹起携出的少量灰尘。
2.2 煤气管道堵塞原因
煤气管道的堵塞，大多是由于煤气中的灰尘和冷凝下焦油在煤气管道中混合，造成焦油流动性严重下降，沉积在管道中造成的，由此可以看出，煤气管道堵塞的必要条件，是煤气中含有大量的粉尘及焦油。
实践证明，当煤气温度处于120-250℃时，含有焦油和粉尘的煤气较易堵塞管道，这主要是因为在此温度下，煤气中的水呈气态（煤气未达到饱和状态），焦油以粒径微小的气雾态存在，煤气中的粉尘被气雾态焦油湿润，但此时的焦油粒径微小，无法以流态形式将该部分粉尘带出，于是经过焦油湿润后的粉尘便沉积粘附于煤气管道和设备内壁上，慢慢形成堵塞。
当温度低于120℃时，煤气中的焦油呈流动性较好的液态形式，煤气温度再低，煤气中的水汽也可以部分冷凝呈液态，液态的焦油和水可以将沉积于煤气管道内的粉尘，冲洗带出管道，从而使管道堵塞概率降低。
当温度高于250℃时，煤气中的焦油和水呈气态混于煤气中随煤气流动，煤气管道中沉积下的粉尘未被气态的焦油或水湿润，与管道壁的附着力较小，很容易被煤气流重新圈起带出管道，所以，此温度下煤气管道也不容易堵塞。
4 防止煤气管道堵塞的解决方案
4.1 防止下段煤气管道的堵塞
4.1.1 合理的干馏段结构【3-4】
为保证下段煤气管道不被堵塞，须充分保证煤料在干馏段内得以充分干馏，这就要求两段炉的干馏段结构必须合理，具有足够的高度和容煤空间，同时保证上段煤气出口具有足够的通径，才能保证煤料在到达气化段前，得到充分的干馏，使下段煤气尽量少的含有焦油，从而有效防止下段煤气管道的堵塞。
4.1.2上、下段煤气流量比例的正确调节
文献【5】通过介绍美国FW-Stoic两段式煤气发生炉的结构及应用测试情况，揭示了两段炉上下段煤气比例调节对煤炭干馏的影响和意义。正确调节上、下段煤气的流量比例，即根据入炉煤挥发分含量的多少及其含水量的多少，将气化段所产煤气合理的分配给上下段，其目的是充分保证干馏段中煤料干馏所需要的干馏热量，使煤炭得以充分干馏，保证下段煤气焦油含量较少，从而有效避免下段煤气管道堵塞，上下段煤气比例分配，以优先保证上段煤气的流量为原则。
4.2 防止上段煤气管道的堵塞
4.2.1分煤器、煤位探测器的设置与满料层操作
为保证上段煤气管道不被堵塞，必须禁止发生炉空层操作（空层操作加煤时，会出现大量扬尘，随上段煤气携出），随时保证满料层操作，从而减少上段煤气中的粉尘含量。发生炉顶部须设置分煤器及煤位探测器，随时在线检测煤位，并保证满料层操作。分煤器保证煤料均匀分布于发生炉内，并保证足够的加煤容煤空间；煤位探测器对于保证发生炉满料层操作至关重要，煤位探测器在线随时检测煤位满否情况，视煤位满否自动指令加煤机动作加煤。
发生炉满料层操作是保证上段煤气少携带粉尘的关键，因为满料层操作时，每次加煤机向发生炉内加煤，所加入的煤均保证在分煤器的容煤空间内。随着清灰操作，炉内煤料缓慢下移，分煤器容煤空间的部分煤缓慢下移至炉内，此时，煤位探测器探测到分煤器内缺煤，从而指令加煤机加煤。这样，由于加煤造成的扬尘就会停留于分煤器容煤空间内，而沉降下来后，随煤缓慢下移至炉内，不会随上段煤气帯出。上段煤气所携带灰尘含量又很少，而且焦油流动性很好，从而有效防止上段煤气管道的堵塞。
发生炉满料层操作，一般是由设置于炉顶的分煤器及煤位探测器自动检测并完成的，但有些两段炉，并未设置分煤器及煤位探测器，而是依靠人为观察料位而确定加煤与否，更有许多发生炉根据上段煤气温度确定是否加煤。依靠观察料位而确定加煤与否，工人劳动强调大，而且很不可靠，发生炉很容易形成空层；而根据上段煤气出口温度确定是否加煤，根本无法保证发生炉满料层操作，因为，上段煤气出口温度是随上段煤气的流量、煤料中的挥发分含量及含水量的变化而发生变化的，根据上段煤气出口温度控制加煤频率，大多数是在有空层的情况下操作。发生炉处于空层状态下操作，加煤时就会造成严重的扬尘，大量粉尘随上段煤气流入煤气管道，这部分灰尘和冷凝下焦油在煤气管道中混合沉降，造成煤气管道堵塞。
4.2.2 上段煤气出口处增加冷却设备
两段炉的上段煤气，一般需要经过旋风预除焦器，然后进入电捕焦油器，最后与预净化后的上段煤气汇合，共同进行深度净化和冷却。两段炉操作规程中规定，上段煤气出口温度需要控制在80-120℃之间，实际操作中发现如果上段煤气温度超过150℃，其电捕焦油器前的煤气管道和设备堵塞概率明显提高。
对于北方干燥地区气化水分较低的烟煤，两段炉中，煤炭干燥耗热量较小，在上行煤气量较小的情况下，上段煤气温度就会超过120℃，但由于干馏段截面积较大，较小流量的上行煤气在干馏段内出现偏流现象，只能对部分煤炭进行干馏，致使干馏效果明显下降，此时需要加大上行煤气流量，但同时煤气出口温度会急剧增高，部分煤气管道和设备堵塞压力加大。鉴此，应该在靠近上段煤气出口处，对炉出煤气进行冷却，使煤气中的部分水和焦油呈液体流动状态，从而将煤气中的粉尘带出设备，这样，既保证了煤炭的充分干馏，又避免了管道及设备的堵塞。
5 结论
（1）煤气管道的堵塞，大多是由于煤气中的灰尘和冷凝下焦油在煤气管道中混合，造成焦油流动性严重下降，沉积在管道中造成的，而且当煤气温度处于120-250℃时，含有焦油和粉尘的煤气较易堵塞管道。
（2）解决两段炉下段煤气管道堵塞问题，应该从保证干馏段煤炭充分干馏入手，使下段煤气尽量少的含有焦油。一方面，通过合理设计两段炉的干馏段结构，使其具有足够的高度和容煤空间，同时保证上段煤气出口具有足够的通径。另外，正确调节上、下段煤气的流量比例，上下段煤气比例分配，以优先保证上段煤气的流量为原则。
（3）解决两段炉上段煤气管道堵塞问题，应该降低上段煤气粉尘含量，同时保证上段煤气冷凝出相当量的具有较好流动性的液态焦油和水，从而将沉积的粉尘带出煤气管道。一方面，发生炉顶部须设置分煤容煤器及自动煤位探测器，随时 | 
