關(guān)鍵詞：怎樣辨別返焦率、返炭量、“疤”與“渣”這些絕然不同的概念；

摘  要：返焦與返炭的區(qū)別在于；塊煤在爐內(nèi)受熱的溫度高低和在高溫條件下持續(xù)時間長短�；以鼱顩r是氣化過程的最終結(jié)果，從氣化的結(jié)果能分析爐內(nèi)的氣化條件，分析出形成的原因；氣化層內(nèi)平面溫差大、偏火偏灰是爐型擴(kuò)大后影響正常生產(chǎn)的“頑癥 ”。  

“技術(shù)進(jìn)步是節(jié)能降耗的根本途徑”，一個企業(yè)的節(jié)能降耗工作狀況如何，在很大程度上也體現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步的狀態(tài)如何。在造氣生產(chǎn)工序，煤氣發(fā)生爐的灰渣質(zhì)量如何，是爐內(nèi)氣化條件優(yōu)、劣的最終體現(xiàn)。在原料煤高價位的今天，一個生產(chǎn)廠家出渣質(zhì)量的優(yōu)、劣也決定了這個廠家的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)今，基本上每一個企業(yè)的內(nèi)部生產(chǎn)考評中，都有造氣“灰渣返焦率”這一項考核。然而，在一些地方這一方面還存有一些模糊認(rèn)識。比如，有的廠家一直將造氣灰渣的質(zhì)量用“灰渣返炭率”來評定。這一稱謂也并非完全錯誤，因為煤氣發(fā)生爐確實有排出“炭”來的時候，而這只能是爐內(nèi)工況極不正常的條件下才會出現(xiàn)，是非常不希望出現(xiàn)的。要搞好造氣的管理和正確考核，必需先搞清“返焦”與“返炭”的不同點，才能更細(xì)致、更準(zhǔn)確的去分析問題。

1.“返焦”與“返炭”的根本區(qū)別：

返焦是煤氣發(fā)生爐正常操作運行中的必然產(chǎn)物，為什么這樣講哪？因為固態(tài)出渣的UGI固定床間歇式煤氣發(fā)生爐，整體配套的設(shè)計條件，就決定了排渣中必然有一定量的未完全氣化，但已經(jīng)焦化的焦塊稱之“返焦” ，灰渣中返焦的量要求盡可能降低。

“返焦”在煤氣發(fā)生爐內(nèi)由兩條途徑產(chǎn)生：

一是塊煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)，經(jīng)過了干餾過程而焦化，并經(jīng)氧化層高溫氣化而殘留的焦塊。

二是主要的一個方面也是在現(xiàn)有配置條件下無法完全解決的問題；就是煤氣發(fā)生爐爐體下半部分，設(shè)置了水槽式夾套鍋爐所致。因夾套鍋爐的壁冷效應(yīng)，使煤氣發(fā)生爐內(nèi)貼近夾套鍋爐的邊緣區(qū)范圍內(nèi)，氣化溫度遠(yuǎn)低于外環(huán)區(qū)、內(nèi)環(huán)區(qū)、中心區(qū)（注：爐內(nèi)四個環(huán)區(qū)劃分；中心區(qū)、內(nèi)環(huán)區(qū)、外環(huán)區(qū)、邊緣區(qū)），一部分炭塊因夾套內(nèi)壁換熱，而形不成高溫條件，氣化速度慢氣化不完，因而產(chǎn)生一部分已經(jīng)焦化的返焦。當(dāng)然，夾套鍋爐這一導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)在該爐型上是必不可少的。

“返炭”是未經(jīng)過氣化的塊煤從排渣口排出或流出，是煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣化條件極不正常條件下的產(chǎn)物，是爐內(nèi)結(jié)疤、局部結(jié)疤、爐膛內(nèi)平面溫差過大、偏火偏灰、局部區(qū)域塌炭流生、局部區(qū)域出現(xiàn)風(fēng)洞、死火等因素造成的，是盡可能杜絕出現(xiàn)的。返炭的產(chǎn)生說明爐內(nèi)氣化條件惡化、各層區(qū)層次紊亂。實際上“返炭”指的是入爐的煤塊雖然加入爐內(nèi)又被排出，但其沒有經(jīng)過完全的干餾過程根本未焦化，其表面仍然是保持了原有的光澤性和光滑性。有時即使炭塊表面顏色略有變?yōu)榘缀稚�，但因其還沒有焦化也應(yīng)歸類于“返炭”。

2.“疤”與“渣”的根本區(qū)別：

“疤”與“渣”這兩個字代表了兩種截然不同的氣化條件，從物理形狀看；灰渣中的疤塊其表面及截面呈熔巖狀，結(jié)構(gòu)質(zhì)密無孔，比重大于渣塊的一倍以上。疤的產(chǎn)生一是爐溫因吹風(fēng)效率過大、蒸汽用量偏少等原因，爐內(nèi)失去熱平衡，使氣化層內(nèi)溫度超過煤的灰熔點T3溫度，使煤炭熔化、凝結(jié)形成堅硬疤塊。二是當(dāng)今煤氣爐擴(kuò)徑改造后時常出現(xiàn)的局部結(jié)疤而產(chǎn)生的疤塊，“疤塊”與“返炭”均是爐況極不正常條件下的產(chǎn)物。因此，正常生產(chǎn)中是很不希望出現(xiàn)的。

“渣”是煤氣爐正常運行中的產(chǎn)物，而且希望成渣率達(dá)到高限為好。渣是正常氣化過程中多粒型煤或塊煤在不斷氣化中，其表面的碳分子被轉(zhuǎn)入氣相，剩余的灰份在高溫作用下仍然具有一定的粘性和塑性，因此灰份不斷的邊剝離邊粘結(jié)而形成渣塊，成渣的數(shù)量即“成渣率”。

成渣率是可調(diào)的，它取決于氣化層溫度高低，灰份成渣環(huán)境的溫度高則成渣率高。但是，溫度達(dá)到原料的T3溫度就會使原料熔化使?fàn)t況惡化，而氣化層溫度控制在原料的T2與T3之間是最佳溫度，但因目前溫度檢測技術(shù)沒達(dá)到相應(yīng)水平，所以該溫度值是不容易摸準(zhǔn)的，因此目前的氣化層溫度一般都在原料的T2溫度上。

而如果灰份的成渣環(huán)境溫度低；則成渣率低、細(xì)灰量大、返焦率高。當(dāng)然，成渣率高低也受原料不同的化學(xué)活性和灰份的原素組成有關(guān)。

3.返焦率高的條件狀態(tài)分析：

前文提到煤氣發(fā)生爐排出的灰渣中，夾帶一定量的返焦是正常的。為什么這么講哪？其原因：

一是該氣化裝置設(shè)有夾套鍋爐產(chǎn)生壁冷效應(yīng)。

二是入爐煤粒度不能達(dá)到均勻，塊煤氣化速度不一致。

三是入爐煤由多個礦點混合，特性混雜，煤的灰熔點和化學(xué)活性不同，氣化速度不一致。

四是由爐箅決定的氣化劑分布均勻性問題。

五是工藝條件和操作控制條件問題。這些因素的存在，決定了不能將灰渣中的可燃成份，降低到象新型氣化法的出渣含碳量那樣低。也就是說煤氣發(fā)生爐出渣返焦率，只是一個量多和量少的問題。

煤氣爐灰渣的成渣率高低和返焦率高低，除了與煤的化學(xué)活性和煤中所含灰份的成份有一定關(guān)系外，還與爐內(nèi)的氣化溫度和持續(xù)經(jīng)受高溫氣化的時間長短有關(guān)。因此，高負(fù)荷、高氣化層溫度是提高成渣率和降低返焦率的首要條件。另外，煤氣爐的三個高徑比（煤氣爐、水夾套、炭層）達(dá)到合理，有效氣化空間增加，原料煤在爐內(nèi)有充足的干燥、干餾、氣化時間，而且有然高溫氣化條件，在此條件下成渣率必然提高，返焦率必降低。

目前，關(guān)于灰渣狀況的問題稱謂術(shù)語較多。例如：返焦率、返炭量、殘?zhí)苛�、灰渣可燃物含量等。以上稱謂只有二項確切，一是物理分析法的“返焦率”，二是化學(xué)分析法的“灰渣含碳”的百分含量。而“灰渣可燃物”一般是指蒸汽鍋爐排渣的含碳量。

通過觀察分析灰渣形態(tài)變化，分析返焦形成的反應(yīng)機(jī)理，就能基本斷定壁冷效應(yīng)的影響程度；當(dāng)工藝條件、原料條件和操作控制都處于理想狀態(tài)，爐況處于穩(wěn)定狀態(tài)的條件下�；以�成渣率高、細(xì)灰很少、細(xì)渣量大的條件下，仍有少量粒度比較大的返焦，粒徑15～30mm，數(shù)量少于15％，細(xì)小焦粒特別少，這種條件下氣化區(qū)產(chǎn)生的返焦極少，灰渣中的返焦95％以上是邊緣區(qū)產(chǎn)生的，主要還是壁冷效應(yīng)的體現(xiàn)。這種出渣狀態(tài)也說明煤氣發(fā)生爐內(nèi)工況優(yōu)良，負(fù)荷已經(jīng)進(jìn)入極限狀態(tài)。  ��

而灰渣中細(xì)小粒度的返焦量大，則屬于掌握、控制、管理方面有一定問題�；以�中帶出的細(xì)小焦粒，使原料轉(zhuǎn)化利用率受到很大影響，這部分焦粒難以回收再入爐氣化利用。而且這部分可燃物的量有時往往大于可回揀焦塊的量，很多廠家因此而造成嚴(yán)重的原料浪費。

即使再二次入蒸汽鍋爐利用，雖然替代一部分燃料煤，但也是將一部分原料煤降值為燃料煤利用了，對綜合成本影響很大，能源降值利用不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念。而這一個問題同樣也是可以通過人為控制來降低的。更確切地說細(xì)小焦粒是可以讓它少量出現(xiàn)或不出現(xiàn)的。小粒度返焦量大在不少廠家存在，這一現(xiàn)象是原料煤轉(zhuǎn)化利用率低的主要原因之一。

無煙塊煤經(jīng)干餾層后產(chǎn)生了質(zhì)的改變，由“煤”轉(zhuǎn)化為“焦”，返焦是塊煤經(jīng)干餾層加溫后失去揮發(fā)份，在氣化層又經(jīng)表層氧化放熱反應(yīng)，同時經(jīng)高溫煅燒后而殘留的焦塊。由塊煤轉(zhuǎn)化為返焦后，由于其表面光滑度高的膠質(zhì)層因干餾而失去，焦塊也由油黑色變?yōu)榛液稚�，其表面變的粗糟。外形也失去棱角，呈圓形、卵形或枕形。由于失去了揮發(fā)份和水分比重變小，表面氣化產(chǎn)生的氣孔清晰可辨。返焦因其表面粗糟而產(chǎn)生較大的流動澀性，滑動能力差，自然堆積狀態(tài)下邊緣產(chǎn)生的安息角大于塊煤。

在煤氣爐正常運行的條件下，因為塊煤經(jīng)干餾焦化后其表面澀性增大，使氣化層內(nèi)物料的流動性弱化，有利于氣化層位置穩(wěn)定，偏灰垮炭的幾率降低。（一般情況下爐內(nèi)物料的流動性強(qiáng)、弱可分為以下四個級別，即：塊煤＞返焦＞細(xì)灰渣＞渣塊、疤塊）。

4.返炭量高的條件狀態(tài)分析：

前文中提出，返焦率高低除了受氣化設(shè)備的特點和原料理、化特性影響所致以外，還與操作控制條件有關(guān)。然而，相比之下返焦率不論高低，起碼也說明爐況處于基本正常的狀態(tài)，是可調(diào)的，而且是可以扭轉(zhuǎn)的。而“返炭”含量高，則是爐內(nèi)工況極不正常、臨界惡化或者已經(jīng)惡化的征兆或結(jié)果。

“返炭”指的是在灰渣中混雜的，未得到完全干餾或根本未得到干餾、未完全焦化，表面仍呈黑色。表面膠質(zhì)層未完全失去光澤度，棱角等外觀沒有改變的煤塊。

返炭產(chǎn)生的其主要原因；

一是高強(qiáng)度氣化條件下，由于火層位置控制不當(dāng)使火層散亂，局部結(jié)疤，爐內(nèi)火層分布不均勻，煤氣發(fā)生爐處于偏運行狀態(tài)，床層下降速度不一至，兩灰倉一側(cè)排疤塊，另一側(cè)因灰層排凈而流炭。

二是爐內(nèi)結(jié)疤；疤塊間隙中形成風(fēng)洞，煤塊漏至灰盤上而被排出。

三是設(shè)備缺陷致；破渣、排灰機(jī)構(gòu)設(shè)計配置不合理，致使?fàn)t內(nèi)易出現(xiàn)偏火偏灰，致使出現(xiàn)返炭。

四是爐箅破渣能力差，出渣粒徑過大，排出渣塊時其背部低溫區(qū)松散的燃炭隨之塌陷。

五是煤氣發(fā)生爐處于低負(fù)荷氣化條；低溫條件下，成渣率低、返焦率高，灰渣層穩(wěn)定性差，流動性強(qiáng)，防流措施稍有欠缺就易出現(xiàn)塌炭流生。

六是操作控制水平低，操作不當(dāng)，灰渣層排凈，火層落底。

另外，在低溫條件下，爐內(nèi)新陳代謝速度過慢，局部區(qū)域易出現(xiàn)過火，形成低溫大渣塊，有渣塊的區(qū)域下降更慢，而無渣塊的區(qū)域因低溫灰渣松散下降快而形成偏灰偏火。

總之，返炭量高起源于工藝條件不合理、灰渣積聚過多使火層位置漂移，形成熱量分布不均衡、局部結(jié)疤、層區(qū)紊亂、偏火偏灰或設(shè)備缺陷。有時也會因為操作過程中，對一些問題處理不及時或處理方法不當(dāng)，又使問題加重，致使床層中下部局部形成空穴而造成垮塌。在工況不正常狀態(tài)下，由于不同粒度的燃炭進(jìn)入床層底部，使灰渣層的運動澀性降低，返炭的存在對灰渣層穩(wěn)定性的影響很大，使灰渣層的流動性增強(qiáng)，塌炭流生的幾率大幅度的增加，垮塌的幾率特別高。（爐內(nèi)物料的流動性強(qiáng)、弱在不正常時分為六個級別：塊煤＞返炭＞細(xì)炭＞細(xì)灰＞渣塊＞疤塊）

5. 返焦的利用：

正常條件下，塊煤在氣化過程中是從煤塊表面開始，邊氣化、灰分邊剝離、邊在高溫作用下成渣，煤塊粒度逐漸減小，直至氣化完全而成渣。然而，因夾套鍋爐壁冷效應(yīng)的作用，還有正常氣化的區(qū)域內(nèi)有一部分粒度過大的塊煤，加之氣化速度和代謝速度等因素的影響，總會有部分焦塊未氣化完就排出爐外。然而，殘留焦塊的含炭量未減少，而且經(jīng)高溫后塊煤所含的揮發(fā)分、焦油、硫份及其它烴類物質(zhì)已基本不存在，因此，返焦的品位高于入爐塊煤。

從這一方面講，少量摻燒返焦時，沒有必要改變原有的操作規(guī)律和工藝條件，如果大量摻燒焦類原料氣化時，因焦類原料無干餾過程，火層位置上移速度就會加快。焦類原料的氣化特點就體現(xiàn)出來，工藝條件就應(yīng)該相應(yīng)改變。

一般情況下返焦的化學(xué)分析結(jié)果（注：發(fā)熱值為應(yīng)用基單位：KJ／kg）

6.綜合分析：

前述分析了 “返焦”與“返炭”的根本區(qū)別，還有各自產(chǎn)生的條件區(qū)別，以及對煤氣爐內(nèi)工況造成的不同影響�？梢姺到古c返炭的性質(zhì)與形成條件截然不同，前者是爐內(nèi)工況處于工藝條件和操作條件基本正常，但未得到優(yōu)化的狀態(tài)中。

而后者則是爐內(nèi)工況處于層區(qū)錯亂，偏火偏灰，甚至已經(jīng)開始由惡化的臨界線發(fā)展或已經(jīng)惡化。這兩個問題是不同程度的直接關(guān)系到原料的轉(zhuǎn)化利用率的首要問題，而要解決這兩問題卻必須要采取截然不同的相應(yīng)措施。

解決返焦率高的問題；

一是要抓好煤氣發(fā)生爐工藝指標(biāo)的合理確定。

二是要確定適合本系統(tǒng)，內(nèi)、外部客觀條件又科學(xué)合理的操作方法。

三是要抓好工藝條件的合理控制和穩(wěn)定操作條件。

四是抓好入爐原料煤的粒度控制、篩選，根據(jù)特性合理搭配。

五是要建立即科學(xué)合理、又嚴(yán)格細(xì)致的規(guī)章制度，以此規(guī)范操作，從而優(yōu)化工藝條件，穩(wěn)定爐況，降低煤氣發(fā)生爐出渣返焦率、降低消耗。

解決偏火偏灰、返炭量多的問題，首先要實事求是的深入分析本系統(tǒng)技術(shù)裝備、工藝條件、操作方法等內(nèi)、外部客觀存在的實際問題。再分門別類找出重點，抓住關(guān)鍵性問題對癥下藥，并且還要采取軟件和硬件兩方面的技術(shù)改造同時進(jìn)行。

煤氣發(fā)生爐采用的爐箅，不論什么內(nèi)、外部條件的企業(yè)，都有根據(jù)現(xiàn)有條件專門選擇并要求專門設(shè)計的必要。因受外部條件的影響和煤氣發(fā)生爐床層分布特點的影響，煤氣發(fā)生爐床層內(nèi)各環(huán)區(qū)阻力不一致，加之原料結(jié)構(gòu)、加煤方式、風(fēng)機(jī)性能、系統(tǒng)阻力等方面的問題，不同廠家有其不同特點，甚至一個廠家煤氣發(fā)生爐各自也有不同特點。

因此，早就有“一廠一情，一爐一況”之說。所以必須要通過選擇適合于本廠實際情況的爐箅，來適合不同的阻力特征。因為不同的加煤方式、不同的煤質(zhì)、不同的物理特性和化學(xué)特性、不同的風(fēng)機(jī)性能，使床層內(nèi)阻力特點各有特征區(qū)別，一種性能定型的爐箅是不能包容萬象的。   

煤氣發(fā)生爐破渣、防流工作必須要做好，一是要注重控制出渣粒度，二是要做好防流、阻流、延流工作�！皟�(nèi)擋”、“下阻”、“外延”等防流措施各有利弊，要在眾多措施方法之中選擇適合于本系統(tǒng)配套條件的方法和措施。

煤氣發(fā)生爐的操作中，應(yīng)當(dāng)避免長時期在大風(fēng)量超負(fù)荷狀態(tài)條件下運行，或長時期的小風(fēng)量低負(fù)荷條件下運行。對出灰機(jī)構(gòu)的維護(hù)方面，要在合理匹配爐箅的同時，還需要保證灰犁和分布在四周的破渣條整齊完好，保證環(huán)周破渣和出灰的均勻性。排灰速度的控制要絕對防止?fàn)t條機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)幅度過大，應(yīng)昌導(dǎo)并積極應(yīng)用筆者提出的“新‘四穩(wěn)操作法’”。

出渣粒度是可調(diào)的，出渣粒度的大小對工藝條件的影響卻很大。出渣粒度塊徑在200—300mm，與塊徑在150mm以內(nèi)的兩種出渣狀態(tài)，對返炭量的影響是有天壤之別的。

出現(xiàn)結(jié)塊結(jié)疤時，在疤塊的下面空氣不能穿過，所以大量的空氣只能在疤塊的邊緣通過，造成疤塊邊緣放熱反應(yīng)較其它區(qū)域強(qiáng)，所以這一區(qū)域溫度超過其它區(qū)域，該區(qū)域生成的渣很容易成為熔化狀態(tài)，并且粘結(jié)在原有的疤塊上，于是疤塊越結(jié)越大，大粒度疤塊在離開氣化層時，背部一直托著一個低溫團(tuán)，低溫團(tuán)內(nèi)的塊煤因所處位置范圍內(nèi)溫度偏低，因此表面光滑，流動性強(qiáng)。有時疤塊位置也會順著灰盤轉(zhuǎn)動的方向移動，這主要是由于大渣塊在爐箅最大層與破渣筋條上方或之間滑動不易破碎，故渣塊被推擠繞灰道轉(zhuǎn)動，而渣塊上面的背部總是存在著低溫區(qū)。

因疤塊移動慢，灰盤旋轉(zhuǎn)將疤塊下面的灰渣移走，因而疤塊下部形成空穴，局部形成懸料。疤塊落入下部懸空的灰倉范圍內(nèi)，而引起床層內(nèi)程度不同的垮塌，燃炭或生炭隨之落入灰倉，垮塌面隨疤塊一起轉(zhuǎn)到排灰口，大疤塊排出易造成大面積垮塌，流紅炭甚至流生炭便難以收拾了。

在出渣口產(chǎn)生的即時垮塌流出的是燃炭（也稱下“紅炭”）；而在灰倉范圍內(nèi)出現(xiàn)的床層垮塌，垮塌面轉(zhuǎn)到出渣口時流出的是己熄滅的生炭。因此，疤塊如不盡快破碎排除就會越來越大。要做到盡快破除掉疤塊，并且控制排渣粒度不過大而均勻，在爐箅設(shè)計和破渣筋條配套技術(shù)上，要慎重考慮嚴(yán)肅對待，力求配套合理。

如果設(shè)計的破渣條件達(dá)到了要求，出渣粒度調(diào)整合理了。大渣塊在破渣區(qū)被破碎至100mm左右，氣化效果就不同了。渣塊破裂后因其下部灰道內(nèi)有灰渣埔墊，不會立即落到灰盤上，渣塊開裂后其縫隙間便有了通風(fēng)、通汽條件。因此，疤塊開裂后背部原料煤得以快速氣化而形成新的灰渣層。有了此過程，爐況波動得到很大程度的控制，其結(jié)果當(dāng)然與出渣粒度過大的條件下截然不同。在煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)中，爐內(nèi)無渣塊時，空氣分布由爐箅布風(fēng)的特點所控制，風(fēng)量均勻分布，流速均衡。而有疤塊時，疤塊縫隙內(nèi)氣化劑流量就大于正常區(qū)域。

7.結(jié)束語：

煤氣發(fā)生爐灰渣中“返焦”與“返炭”率高，是嚴(yán)重影響原料轉(zhuǎn)化利用率的兩大頑癥，是降低煤耗和穩(wěn)定爐況的重要阻礙。必需要下大力氣整治，消除設(shè)備缺陷、提高工藝水平，才能使煤氣發(fā)生爐運行的狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定。有了堅實的基礎(chǔ)，并且在此基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝和操作，才能談得上進(jìn)一步降低消耗。煤氣發(fā)生爐工藝條件和操作條件的確定和控制，是一項極為復(fù)雜的工作。首先要搞清原理，應(yīng)當(dāng)清楚的理解“返焦”與“返炭”的不同概念，將更便于識別情況、便于分析原因，更利于“對癥下藥”。