固定層制氣制氣對(duì)煤焦的粒度有一定的要求，最大粒度不超過(guò)120mm，最小的小籽粒度在5mm以上，一般來(lái)說(shuō)80mm以上的塊煤被認(rèn)為是大塊煤，一些買混裝塊煤的廠把80～120mm粒度的煤進(jìn)行分級(jí)篩選出來(lái)直接入爐燃燒，從燒的情況看，大塊煤透氣性好，吹風(fēng)阻力小適合較強(qiáng)負(fù)荷的生產(chǎn)，但是容易出現(xiàn)燒不透的現(xiàn)象。大粒度煤焦的燒透問(wèn)題可以從灰渣的情況看到，大粒度的煤焦表面看似已完全燃燒，但破碎后內(nèi)部卻存在著大量的未燒透的煤。大粒度煤焦燒透問(wèn)題應(yīng)從煤焦進(jìn)入氣化爐的幾個(gè)階段分別進(jìn)行分析。
1.干燥干餾層的分析
煤焦入爐后，首先進(jìn)入干燥干餾層，煤的表面溫度迅速增高，析出水分以及揮發(fā)分，使得大塊煤的表面形成孔狀結(jié)構(gòu)。單純從燒大粒度煤焦的問(wèn)題上來(lái)看，形成孔狀結(jié)構(gòu)越多、越大越好，這時(shí)因?yàn)檫M(jìn)入氣化層后，空氣中的氧能夠比較容易滲透到煤焦的內(nèi)部進(jìn)行燃燒，燃燒后的生成物也會(huì)比較容易從孔狀結(jié)構(gòu)中脫附出來(lái)，大顆粒的塊煤表面的孔狀結(jié)構(gòu)形成的好，進(jìn)入氣化層后的反應(yīng)越好，活性也越好。但是形成的孔狀結(jié)構(gòu)多，說(shuō)明析出的揮發(fā)分就越多，揮發(fā)分中的成分大多數(shù)都是有C－H化合物組成的，而揮發(fā)析出的多，必然把大量的制氣所需要的C帶出，造成消耗升高。因此在干燥干餾層中形成的孔狀結(jié)構(gòu)的多少對(duì)于消耗來(lái)說(shuō)是很矛盾的。
對(duì)于孔狀結(jié)構(gòu)的形成來(lái)說(shuō)，爐上溫度高，揮發(fā)分大量快速的溢出，特別是制氣所需要的碳原子，據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，在快速熱解的條件下，一個(gè)氫原子能帶出更多的碳原子，因此爐上溫度高，形成的孔狀結(jié)構(gòu)就會(huì)越多，同時(shí)消耗也會(huì)隨之增加。低爐上溫度，使揮發(fā)分溢出速度均勻緩慢的進(jìn)行，當(dāng)爐面溫度較低時(shí)，煤進(jìn)入爐內(nèi)后可以得到緩慢的加熱，揮發(fā)分緩慢地析出，在向爐外逸出過(guò)程中，它們會(huì)發(fā)生裂解或聚合反應(yīng)，最終在炭表面產(chǎn)生沉積物，特別是碳?xì)浠衔锏闹玖呀猱a(chǎn)生CH4和C2H6，重CH化合物裂解產(chǎn)生焦油，最終發(fā)生裂解產(chǎn)生的沉積物是C，發(fā)生再聚合反應(yīng)產(chǎn)生的是揮發(fā)的高碳聚合體。
綜合消耗的問(wèn)題以及孔狀結(jié)構(gòu)的問(wèn)題來(lái)看，爐上溫度高對(duì)孔狀結(jié)構(gòu)的形成有好處，對(duì)下一步進(jìn)入氣化層增加煤的活性也是很有利的，但是對(duì)揮發(fā)分大量溢出所造成的消耗增加是不利的。從前述的情況來(lái)看，爐上溫度的高低對(duì)于燒好大塊煤是很重要的，因此根據(jù)各地煤種的不同、活性的不同因素來(lái)制定相應(yīng)的爐上溫度控制指標(biāo)，燒大塊煤爐上溫度要控制的適當(dāng)?shù)母咭恍钚圆畹拿簯?yīng)控制的更高。
2.氣化層的分析
進(jìn)入氣化層的煤焦在吹風(fēng)階段處于氣化層的最上層，接觸的氧是有限的，在氣化層下部大量消耗掉了氧，只有少部分未反應(yīng)的氧進(jìn)入煤焦表面的孔狀結(jié)構(gòu)中，與氧反應(yīng)的C進(jìn)入氣相，留下的灰分依然維持孔狀結(jié)構(gòu)的骨架，在氣化層的上層只是煤焦的表層部分開(kāi)始燃燒反應(yīng)，當(dāng)進(jìn)入氣化層的中部，大量未反應(yīng)的氧開(kāi)始滲透到煤焦的孔狀結(jié)構(gòu)中，使得表層的孔狀結(jié)構(gòu)的C很快燃燒完，并在大塊煤的表面形成了一層較厚的灰殼。再往下未完全燒透的大塊煤進(jìn)入氣化層的下部，大量的新鮮空氣進(jìn)入包裹住大塊煤，這時(shí)高濃度的氧氣可以充分的向灰殼的孔狀結(jié)構(gòu)中滲透反應(yīng)，但是隨著灰殼的加厚，氧氣進(jìn)入灰殼內(nèi)部越來(lái)越困難，一般來(lái)說(shuō)，氧進(jìn)入灰殼反應(yīng)需要經(jīng)歷五個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，即滲透、吸附、反應(yīng)、脫附、脫離。越往灰殼內(nèi)部走，反應(yīng)物和未反應(yīng)物的通道越加擁擠，因此氧進(jìn)入大塊煤的內(nèi)部反應(yīng)是非常困難的。這也就是大塊煤不能燒透的主要原因。
由于大塊煤的堆密度小，同時(shí)孔狀結(jié)構(gòu)的比表面積也小，同樣的空氣量進(jìn)入爐內(nèi)，要把氧氣完全反應(yīng)掉，大塊煤的氣化層肯定就會(huì)厚，同時(shí)干燥干餾層就會(huì)變薄，爐上溫度隨之升高，為了控制爐上溫度又不減單爐負(fù)荷就應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣咛紝痈叨龋虼藢?duì)于燒大塊煤來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)奶岣咛紝痈叨葧r(shí)必須的。
從前面的分析可以看出大塊煤的氣化層比較厚，當(dāng)系統(tǒng)工藝條件發(fā)生改變時(shí)，氣化層溫度控制不好的話，更容易結(jié)大疤塊，由于大疤塊不容易破碎和排出，很容易造成爐條機(jī)電流高甚至損壞設(shè)備的惡性事故。因此在燒大塊煤時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂瓢l(fā)生爐的負(fù)荷，減少入爐空氣量，調(diào)節(jié)氣化層厚度不超過(guò)排灰口的高度為宜。
3.過(guò)渡區(qū)和灰渣層的分析
這里給固定層氣化反應(yīng)又分出一個(gè)過(guò)渡區(qū)，大塊煤不能完全燒透，增加一個(gè)過(guò)渡區(qū)來(lái)專門分析是非常有意義的。所謂的過(guò)渡區(qū)應(yīng)該是氣化層和灰渣層之間的一層，它還能進(jìn)行微弱的燃燒放熱反應(yīng)，但是所產(chǎn)生的熱量是非常有限的。對(duì)于小粒煤來(lái)說(shuō)，不存在燒透的問(wèn)題，因此也就沒(méi)有這層過(guò)渡區(qū)。
未完全燒透的大塊煤進(jìn)入氣化層和灰渣層之間的過(guò)渡區(qū)時(shí)，由于有較厚的灰殼包裹，氣化反應(yīng)較難進(jìn)行，但是在吹風(fēng)階段，有大量的新空氣包裹著，內(nèi)部的煤仍然能夠燃燒，雖然燃燒反應(yīng)有限，所產(chǎn)生的熱量積蓄不能夠分解蒸汽，但是仍然可以加熱蒸汽，高溫蒸汽進(jìn)入氣化層當(dāng)然是非常有利的。
隨著灰殼厚度的增加，燃燒反應(yīng)越來(lái)越困難，加之上吹蒸汽進(jìn)入吸熱，過(guò)渡區(qū)未燒透的煤便完全熄滅成為了灰渣。
對(duì)于大塊煤來(lái)說(shuō)，由于爐下存在過(guò)渡區(qū)和灰渣層，它們的厚度相對(duì)要比燒中塊煤及小粒煤的渣層厚得多，氣化層也就是我們所說(shuō)的火層就會(huì)上移，爐上溫度就會(huì)不容易控制，爐況會(huì)產(chǎn)生惡化。根據(jù)這種情況，在燒大塊煤時(shí)，盡量減薄灰渣層的厚度，這時(shí)過(guò)渡區(qū)就會(huì)下移，同時(shí)爐條溫度就會(huì)上漲，但是由于過(guò)渡區(qū)的溫度畢竟有限，因此爐條溫度的上漲也是有限度的。因此燒大塊煤時(shí)，爐條溫度的指標(biāo)要制定的相應(yīng)高些。
4.結(jié)論
通過(guò)大塊煤從入爐到成渣的幾個(gè)過(guò)程分析可以看出，大塊煤的燒透問(wèn)題是復(fù)雜的并且充滿矛盾的，要想完全燒透也是非常困難的，這里提出幾點(diǎn)建議以供參考。
（1）如果條件允許盡量不要燒大塊煤，因?yàn)橄目隙ㄒ葻袎K煤高。
（2）燒大塊煤必需控制發(fā)生爐的負(fù)荷，這樣可以在盡量燒透的同時(shí)，爐況能夠控制住。
（3）適當(dāng)提高爐上溫度，這樣雖然會(huì)增加潛熱顯熱的消耗，但是可以提高塊煤的活性。
（4）適當(dāng)提高爐下溫度，不但可以保持氣化層的位置，還可以加熱上吹蒸汽。
（5）適當(dāng)提高碳層高度，維持發(fā)生爐各層厚度達(dá)到相應(yīng)的要求，維持爐上爐下溫度的合理性。
