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前言
全国70以上的合成氨厂

第一章 设置造气岗位的目的和意义

造气岗位是为合成氨备足高质量的原料气，以无烟煤或焦碳为原料，以空气和水蒸汽为汽化剂通过高温反应，制出合格充足的半水煤气。
煤气炉内的气化反应是空气和蒸汽交替通过燃料层进行的。以空气为气化剂制出的煤气叫空气煤气，习惯上称为吹风气；以水蒸气为汽化剂制出的煤气叫水煤气；空气煤气和水煤气按一定比例混合后就叫半水煤气。
第二章 反应原理
第一节 燃料气化的化学过程
一、燃料层的分区
固体燃料的气化过程，实际上是碳与氧及碳与蒸汽的交叉反应，这两种反应总称为固体燃料的气化反应。合成氨生产中，固体燃料的气化反应是在煤气发生炉内进行的，按煤气炉内生产过程的特性，自上而下的分干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰渣层五层。

干燥层

干馏层
还原层

氧化层
灰渣层

图2-1煤气炉燃料层的分布
燃料在煤气炉中，随着生产的进行，
自上而下的移动。在移动过程中发生一系
列变化，这些变化中有物理变化也有化学
变化。
在燃料的上部，煤与热气流接触，
并受下层温度较高的燃料层的热辐射，本
身所含水分开始蒸发干燥，这一区域叫干
燥层；干燥层以下的燃料层温度比较高，
燃料中的挥发份能够在此温度下发生热分
解，放出挥发份而逐渐焦化。由于其温度
条件与干馏炉相似而称其为干馏层；再往 图
下燃料层温度更高，使燃料能发生化
学反应，这就是燃料层的主要区域——气化层；
在气化层里，燃料中的碳与空气中的氧反应有两种情况：碳与氧作用生成氧化物；气化剂中的氧化物失去氧被还原。所以，气化层又分为氧化层和还原层。气化层下部由于气化剂与碳的反应而形成灰渣，气化层至灰盘的区域称为灰渣层。
在实际生产中，燃料层的分层并无严格的区分界限，并且往往是相互交错。随着燃料的种类、性质不同，所用的气化剂及气化条件不同，燃料层不仅分层不同，各层高度也不相同。如：干燥层和干馏层只是在含水和含挥发份较高的燃料气化中才能明显区分。在使用焦碳为燃料气化时，就没有干馏层；气化层和灰渣层也是在气化条件较正常或气化较完全时才有明显区分。
在一般情况下，气化剂通过燃料层中的干燥层、干馏层和灰渣层时，由于温度较低，一般不发生气化反应而只发生热量交换，只有气化层才具备使燃料发生气化反应的温度和条件。因此，燃料层的分区可粗分为上预热层（干燥层、干馏层）、气化层（氧化层、还原层）和下预热层（灰渣层）三大区域。
固定层煤气炉燃料层各区域的特性（自上而下）：
区域
名 称
用途及进行过程
化学反应
Ⅰ
灰渣层
1、 布气化剂，起分布器的作用；
2、借灰渣显热预热气化剂；
3、护炉底设备，免受高温影响；

Ⅱ
氧化层
碳被空气中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并
放出大量的热；
C + O2 =CO2
2C+ O2=2CO
Ⅲ
还原层
1、二氧化碳还原成一氧化碳；
2、水蒸汽分解为氢；
3、燃料依靠与热气体换热而被预热；
CO2 + C =2CO
H2O + C= CO + H2
2H2O + C = CO2+ 2H2
CO + H2O=CO2+ H2
C +2 H2 = CH4
Ⅳ
干馏层
燃料依靠热气体换热进行分解，并析出水份、
甲烷、焦油、硫化氢等

Ⅴ
干燥层
依靠气体的显热，蒸发燃料中的水分；

Ⅵ
炉上空间
聚集煤气，均匀分布下吹蒸气；

二、 煤气炉内的气化反应
1、气化过程中的主要反应方程式：
① C + O2 + 3.76N2 = CO2 + 3.76N2 + 96.0千卡
② 2 C + O2 + 3.76N2 = 2CO + 3.76N2 + 56.6千卡
③ CO + 3.76N2 + O2 = 2CO2 + 3.76N2 + 135.4千卡
④ CO2 + C = 2CO - 39.4千卡
⑤ C + H2O（汽） = CO + H2 - 29.3千卡
⑥ C + 2 H2O（汽） = CO2 + 2H2 - 19.2千卡
⑦ CO + H2O（汽） = CO2 + H2 + 10.1千卡
⑧ C + 2H2 = CH4 + 19.9千卡
⑨ CO + 3H2 = CH4 + H2O + 42.9千卡
⑩ CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O +39.1千卡
⑾ 2H2 + O2（+3.76N2）= H2O （+3.76N2）+ 115.2千卡
其次还有两个副反应： S + H2 = H2S + Q
S + O2 = SO2 + Q
第二节 吹风阶段的反应
（1） C + O2 = CO2 + Q （ 2—1）
（2） 2 C + O2 = 2CO + Q （2—2）
（3） 2 CO + O2 = 2CO2 + Q （2--3）
（4） CO2 + C = 2CO - Q （2—4）
自下而上进行的上反应过程，空气中氧的浓度迅速下降，二氧化碳浓度相应迅速上升。当氧的浓度降至最低时，二氧化碳的浓度达到最高值，这一反应区域为氧化层。氧化层所进行的反应主要是反应式（2--1）至（2--3）的放热反应，因此，氧化层是煤气炉中温度最高的区域。由于这几个反应的速度极快，所以，氧化层的厚度一般在100~200mm范围内。氧化层以上是还原层，还原层所进行的主要是反应式（2--4）的吸热反应，所需的热量是气流从氧化层中传递来的，且随着反应吸热的进行，温度逐渐降低。由于二氧化碳的还原反应速度较慢，所以，还原层的厚度远大于氧化层，一般在200~400mm范围内。
吹风阶段的理想要求是：尽可能短时间内将燃料层升到较高的气化层温度；同时还要使吹风气中一氧化碳含量尽可能低，以减少吹风气带出的潜热损失，和二氧化碳还原成一氧化碳所损失的碳，提高吹风效率，把大量的热储存在气化层内。为达到上述要求，应丛化学反应速度和化学平衡两个方面考虑。
第三节 化学反应速度和化学平衡
一、 响化学反应速度的因素：
1、反应速度的影响：
质量作用定律：在一定温度下，化学反应速度与各反应物浓度幂的乘积成正比，这一规律就是质量作用定律。
2、 压力应速度的影响：
对于有气态物质参加的反应，压力影响该反应的速度。在一定温度时增大压力，气态物质的浓度增大，反应速率增大。反之，降低压力，气态物质的浓度减小，反应速率减小。
3、 温度对反应速度的影响：
温度对反应速度有很显著的影响。一般，升高温度，反应速率增大，降低温度，反应速率减小。
一般，当温度每升高10℃，反应速率增大到原来的2~4倍。这一规律是范特荷甫研究发现的。一般，当温度升高时，吸热反应的速率增长的倍数大些，放热反应的速率增长倍数小些。
4、 其他因素对反应速率的影响：
在有固体物质参加的化学反应中，固体粒子的大小对反应速率也有影响。一定量的固体物质，颗粒愈小。其总的表面积愈大，固-液或固-气间分子接触的机会就愈多，反应速率就愈大。
二、 化学平衡
1、可逆反应
几乎只能向一个方向进行“到底”的反应叫做不可逆反应；在同一条件下，能同时向相反方向进行的反应叫做可逆反应。通常把化学反应式中向右进行的反应叫正反应；向左进行的反应叫逆反应。
2、化学平衡
当可逆反应进行到正、逆反应速率相等时的状态，叫做化学平衡。化学平衡的特征是：在外界条件不变时，反应体系中各物质浓度不在随时间改变。化学平衡状态是在一定条件下化学反应进行的最大限度。
3、影响化学平衡的因素
因外界条件改变，使化学平衡有原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程，叫化学平衡移动。
（1）浓度的影响：对任何可逆反应，其他条件不变时，增大反应物浓度（或减少生成物浓度），平衡向增大生成物浓度方向（正反应方向）移动；增大生成物浓度（或减少反应物浓度），平衡向增大反应物浓度方向（逆反应方向）移动。
（2）压力的影响：当温度不变时，增大压力，平衡向气体分子总数减少的方向移动；降低压力，平衡向气体分子总数增多的方向移动。
（3）温度对化学平衡的影响：升高温度时，平衡向吸热方向移动；降低温度时，平衡向放热方向移动。
综合浓度、温度、压力等条件对平衡的影响，将其概括为一条普遍规律：假如改变平衡体系的条件之一，如温度、压力、或浓度，平衡就向能减弱这个改变的方向移动。这个规律称为吕·查德里原理，也叫平衡移动原理。
三、吹风过程中的反应速度和化学平衡
（1）吹风过程的反应速度
煤气炉内的气化反应属于气固相系统的多相反应。整个过程包括物理和化学两个过程。物理过程和气体扩散有关；化学过程和化学反应有关。所以，总的气化速度有这两个过程因素来决定。当这两个过程有一个因素较慢时，该较慢因素就决定了整个气化过程的速度。当

碳表面上反应物化学反应速度很快，整个过程的速度主要有反应物扩散到碳的表面或生成物扩散入气相中的速度控制，此种情况称为扩散控制。相反，当整个反应速度受化学反应速度控制时，则反应物或生成物的扩散速度并不影响整个过程的速度，此种情况称为反应动力学控制。影响扩散速度的最主要因素是气流速度。影响化学反应速度的最主要因素基本上是温度。
碳与氧的反应是燃烧反应。有实验证明，这一反应在800℃以上时，几乎完全是自左向右正反应方向进行。当温度大于900℃时，化学反应的速度已经很快，生成CO2（2--1）的反应速度仅依靠氧扩散到碳表面上的速度以及生成CO2从碳表面扩散的速度而定。因此，在一般煤气炉操作的温度下，对于CO2生成的总反应来说，氧的扩散速度乃是这个反应的主要控制因素。所以，在实际生产中采取提高进入煤气炉流速，即提高吹风率的方法来加速碳与氧的反应，以达到较短时间内迅速提高燃料层温度的目的。
当然，在较低温度下，反应速度受温度影响很大，因为此时的反应过程受化学反应速度控制。在实际生产中炉温较低和流速较慢时，会出现煤气中氧含量升高的现象。
在一般的煤气炉操作温度范围内，CO2的还原成CO反应速度（2--4）远比氧燃烧的速度慢。CO2的还原成CO反应速度与燃料的性质有关，反应属于反应动力学控制。几种燃料的CO2的还原速度快慢如下：泥煤焦﹥木炭﹥褐煤﹥冶金焦﹥无烟煤
二氧化碳还原与温度和时间接触的关系 CO%
如图所示。 1300℃
二氧化碳在1000℃时与碳接触在43 秒 80 1100℃
生成有60%一氧化碳；当温度升高到 1200℃
1100℃时只需6秒就能达到同样的结果， 60
可见二氧化碳的还原速度随温度的升高 40 1000℃
而加快。在相同的温度下，如1000℃时
43秒就有60%一氧化碳生成，如果 20
10秒 ，就只有20%的一氧化碳生成 0 10 20 30 40 50 60 秒
图2-2 CO2还原反应的速度与温度接触时间关系图
可见，接触时间越短，二氧化碳生成一氧
化碳的量就越少。降低温度尽管可以抑制
二氧化碳还原，但与吹风的目的有矛盾。 实际生产中用尽可能缩短二氧化碳与碳接触时间，提高风速、适当降低燃料层高度的方法来降低吹风气中一氧化碳的含量。
（2）吹风过程的化学平衡
吹风阶段由于气化剂（空气）和燃料均在不断的补充，反应物浓度较大，在煤气炉可能允许的温度范围内，燃烧反应（2—1）和（2—2）
到（2—3）的平衡组成中几乎
全部是生成物，这三个反应实际上是不可逆 100
的，因此无需研究化学平衡。 80 CO2 CO
对于CO2 + C = 2CO（2—4）的反应则不 60
然，在煤气炉允许温度范围内，其平衡组 40
成相对含量随平衡时温度变化而有很大差 20
可逆反应。 400 600 800 1000℃
CO2和CO的平衡组成与温度关系如图 图2-3 CO2和CO的平衡组成与温度关系
所示。从图中可以看出，随着温度的升高，一氧化碳的平衡浓度增加，二氧化碳的平衡浓度降低。例如，在800℃和1大气压下，平衡混合物中一氧化碳的含量约90%，二氧化碳为10%；温度上升到1000℃时，一氧化碳含量增加到99.1%，二氧化碳几乎全部转化为一氧化碳了。
由于（2—4）的反应是体积增大的反应，所以增大压力有利于抑制二氧化碳还原成一氧化碳。相反，当压力降低时则有利于生成一氧化碳。例如，800℃和一个大气压下，平衡化合物中一氧化碳含量约90%；当压力减至0.1大气压时，一氧化碳平衡含量增加至97% 。可见在同一温度下总压力较低时，平衡混合物中一氧化碳含量较高。以上讨论都是假定气相中只有一氧化碳时作出的。事实上，工业上是以空气为制造煤气的气化剂，因而随空气中氧进入煤气炉的同时，还拌有氮气。由于氮气的存在，混合物中CO2+CO就为氮气所稀释，因此一氧化碳分压与二氧化碳分压之和就要减小，这种情况有利于二氧化碳的还原，使平衡向生成一氧化碳的方向移动。
综合反应速度和化学平衡两方面因素，煤气炉吹风阶段要达到升温快、消耗少、吹风气一氧化碳含量低的要求，必须使风速和风量足够大，燃料层高度和温度保持适当。
第四节 制气阶段的反应和化学平衡
一、 制气阶段的反应
蒸汽通过赤热的炭层进行气化反应的过程称为制气。蒸汽最先通过的气化层习惯上称为主还原层。主还原层内主要发生如下反应：
C + H2O（汽） = CO + H2 - 29.3千卡 （2—5）
C + 2 H2O（汽） = CO2 + 2H2 - 19.2千卡 （2—6）
主还原层中生成的二氧化碳在次还原层中被还原成一氧化碳：
CO2 + C = 2CO - 39.4千卡 （2—7）
在温度较低时，还有生成甲烷的副反应：
C + 2H2 = CH4 + 19.9千卡 （2—8）
制气的目的，是努力使化学反应向提高蒸汽分解率，增加一氧化碳和氢气产量的方向进行。因此，也必须从化学平衡和反应速度两方面讨论。
二、 气过程的化学平衡

%
H2O
50 H2

30 CO2
CH4
10

100 300 500 700 1000℃
图2-4 碳与蒸汽反应平衡组成
制气阶段碳与蒸汽的反应（2—5）和（2—6）和二氧化碳的还原反应（2—7）均为吸热反应，根据化学平衡移动原理，温度升高有利于反应向又进行，生成我们所需要的一氧化碳和氢气。（2—8）生成甲烷的反应为放热反应，所以温度升高也有利于抑制惰性气体甲烷的生成，碳与蒸汽的反应如图（2—4）所示，由图可以
看出，一氧化碳和氢的含量随温度升高而增加，二
氧化碳和甲烷随温度的升高而降低。因此，提高气
化层温度有利于蒸汽的分解和二氧化碳的还原，在
实际生产中，因为化学反应并为达到平衡，加上燃
料的性质及形成的不同气化条件对反应的影响很大，
使得生成物的组成与图（2—4）所示稍有不同。
此外，蒸汽的分解反应和二氧化碳的还原反应
都是体积增大的反应，而生成甲烷的反应是体积缩
小的反应，根据化学平衡移动原理得出，减低压力
有利于提高气体有效成份，减少甲烷有还成份。所以，在能保证正常气化条件和气量的前提下，蒸汽压力应尽可能低一些。
三、 制气过程的反应速度
有实验证明，蒸汽与碳的反应速度以及由此得到的水煤气中各组份的浓度，除决定温度外，还决定于燃料的性质。
通常我们用蒸汽分解率来间接表示碳与蒸汽的反应速度。所谓蒸汽分解率，是指反应掉的蒸汽量与如炉蒸汽量的百分比。蒸汽分解率与温度、反应时间和燃料的性质有关。同一种燃料在相同的时间下，反应温度越高，蒸汽分解率就越高，反应速度越快；同一种燃料在同一种温度下，接触时间越长，蒸汽分解率越高。因此，提高气化层温度和厚度，对提高蒸汽分解率是有利的。燃料种类对蒸汽分解速度影响次序，同前述燃料种类对二氧化碳还原速度的影响次序一致。对活性较高的燃料，反应速度基本处于扩散或过度区。对于活性差的燃料，反应速度基本处于动力学控制区。因此，采用活性较高的原料制气时，在同样温度下适当提高气化剂的入炉速度（既提高蒸汽的扩散速度），可以在不影响气体质量的前提下提高气化强度；而使用活性差的燃料气化时，在同样温度下提高气化剂入炉速度，气体质量和气化强度就下降甚快。
通过以上对煤气炉内的化学反应的分析可以发现，吹风阶段与制气阶段其所要求的反应温度、气化剂流速、碳层高度等方面是互相矛盾的，而这两个阶段的反应又是在同一炉内交替进行的。因此，在实际操作中要综合考虑各方面因素和情况，权衡利弊，确定最合理的生产工艺条件。所以，要想当好造气一名合格的操作工是不容易的。
第三章 工艺条件的选择和控制
第一节 间歇式制半水煤气的工作循环
在间歇式水煤气发生炉内，需要周期地送入空气和蒸汽。自上一次开始送空气至下一次开始送空气为止，称为一个工作循环。
一、 循环各阶段的作用
小氮肥厂生产中通常把每个工作循环分为六个阶段（有的厂分为五个阶段）
1、吹风阶段
吹风是为了使空气中的氧与碳反应放出大量的热并贮存于碳层中，供给制气过程中水蒸气与碳反应所需要的热量。吹风时空气从炉底进入，吹风气从炉上出来，经旋风除尘器送往一网落，二次燃烧和回收吹风气带出的显热。
2、回收阶段
为了制得符合合成氨氢氮比要求得半水煤气，要回收部分含氮量较高得吹风气送入气柜。吹风后期，炉温较高，吹风气中一氧化碳含量相对较多，此时回收吹风气可以同时回收一部分有效成分一氧化碳，所以回收阶段一般设在吹风后期。
3、上吹阶段
回收阶段后，炉温达到了整个循环得最高点（约1000～1200℃）。此时开始上吹制气：吹风伐关闭，总蒸汽伐开，蒸汽从炉底通入，进入炉内与赤热的炭发生化学反应，生成一氧化碳和氢气，含有效成分较高的水煤气从炉上出来，经冷却除尘后进入气柜。客观上，上吹有两个作用：①制造水煤气：②使火层按正常规律逐渐上移，提高上层温度。实际生产中，如果炉底温度较高，炉顶温度较底，可以适当延长上吹时间或适当加大上吹蒸汽量，提高炉顶温度，降低炉底温度，防止炉下结疤结块。但是，上吹时间不能过长。否则会引起炉上温度偏高，产生炉上结疤挂炉，同时引起灰渣层含碳高，灰渣中返炭多，消耗高。
4、下吹制气
上吹制气以后，燃料层温度已经下降，按照工艺过程可以转入吹风提高炉温。但是，如果只以吹风和上吹制气的简单过程反复循环下去，势必造成上层温度逐渐升高，不仅热损失增大，而且燃料气化不完全，使气化条件越来越差，汽化效率大大下降，甚至无法生产。为了避免上述现象发生，在上吹制气阶段以后，需将蒸汽从炉顶通入，生成的煤气从炉底引出送至气柜，此阶段称为下吹制气。其作用：①制造水煤气：②避免火层上移，稳定气化层位置；③降低炉上温度减少气体带走的热量损失和灰渣中返焦的量。
5、二次上吹
经过上、下吹制气后，炉内温度大幅度下降，按道理应该进行吹风以提高温度。但由于下吹后炉下部的空间和管道内积有大量的水煤气，若马上送风，水煤气与空气混合会引起爆炸事故。为了安全起见，要把这部的煤气赶走。所以，蒸汽从炉底通入，把炉底煤气吹净，同时产生的水煤气一并送入气柜，这就是二上吹。其作用：①吹净炉底煤气；②制造水煤气送入气柜。二次上吹以保证安全生产为原则，时间不宜过长，否则影响半水煤气产量和质量。
6、空气吹净
二次上吹后，煤气炉上部空间及上行管道、设备内充满水煤气。如果马上转入吹风阶段放空，是很大的浪费。为了回收二次上吹后的残余煤气，在转入吹风之前，增加一个空气自下而上通过燃料层，产生空气煤气送入气柜的短暂过程，将残余水煤气一并送入气柜，这一阶段称为空气吹净阶段。其作用：①回收二次上吹后残余煤气；②提高炉温，回收空气煤气。空气吹净后又转入吹风，开始了另一个循环。
二、循环时间的分配原则
所谓循环时间，是指循环各阶段时间的总和。循环周期的确定和每个循环各阶段时间的分配，在气化操作中是极为重要的。它根据燃料性质、机械性能的允许范围及后工序对煤气质量的要求等综和考虑而确定的。拟定时必须合乎下列原则：
1、 保证生产的绝对安全及稳定；
2、 力求制气前后阶段的温度波动不大、气化层位置稳定；
3、 在满足提高炉温的前题下，尽量缩短吹风时间，相应延长制气时间；
4、 半水煤气质量合乎工艺要求，在提高碳利用率的条件下尽量提高气化强度。
5、 尽可能减少热损失，提高蒸汽分解率，降低两煤消耗。
一般情况下，二次上吹和空气吹净阶段的时间长短，以能够达到排净煤气炉下部空间和上部空间的残留煤气为原则，即安全和节约的原则。因而一般是固定不变或很少改变的。为了保证空气自煤气炉下部进入不发生爆炸，二次上吹较长一些比较安全。但是，由于二次上吹制气时燃料层的温度比较低，生成的水煤气的数量少且质量差，时间过长是不适当的．所以一般只占循环时间的7-9％。空气吹净阶段的时间，主要是排净煤气炉上部及设备内残留煤气，因而时间最段，一般占循环时间的4％。现在大部分氮肥企业，造气炉都采用油压程控，各驱动阀门起落明显加快，二次上吹时间都控制在了7%以下。空气吹净控制在4%以下。
吹风时间的长短，以使燃料层具有较高温度和使煤气炉有较大生产能力为主要原则。至于能否用较短的时间达到较高的炉温，决定于空气鼓风机的性能以及燃料层是否允许提高气流速度等条件。燃料的性质与吹风时间分配原则的关系，随燃料的机械强度和热稳定性不同而异。机械强度和热稳定性较好的燃料，碳层阻力小而且阻力均匀，有利于提高气流速度，只用较少的时间就能使燃料层升到要求的温度。相反，机械强度和热稳定性差的燃料，燃料层阻力大且气体分布不均匀，提高空气流速易导致燃料层吹翻，因而不能用较短的吹风时间来达到较高的炉温．达到理想炉温所用的时间长短，以提高空气流速为主要手段，但以不致使燃料层吹翻为限．当空气流速已经达到燃料层阻力及其分布所允许范围的高限时，若还许提高炉温，则应通过延长吹风时间来达到．燃料的机械强度和热稳定性最终是反映在粒度上。燃料层阻力的大小取决与粒度的大小，燃料层阻力的分布取决与粒度是否均匀．所以，不同粒度的燃料吹风时间的分配原则，与上述机械强度和热稳定性一致。各种原料吹风百分比一般在19.5％－25.5％范围内。
上、下吹制气阶段时间的分配，以稳定气化层位置，有利于炉顶炉底温度指标的控制和保证气体质量为原则。吹风阶段之后，燃料层的温度高，上吹制气的产量和质量都比较好，上吹制气阶段的时间长一些似乎是合理的。但是，上吹制气时间过长不仅消耗气化层大量的热量，而且使气化层急剧上移，对以后的制气不利。因此，在上、下时间，以利于防止火层上移及下部未燃碳的充分利用，达到稳定操作和降低消耗的目的。
对于固定碳含量较低、灰熔点低、粒度小、比重大的原料，容易发生燃料层阻力大，火层下移或者上、下反复交替移动的情况。为了防止结快和发生火层反复移动，上吹时间百分比相对多一些。例如，以白煤为原料时，上、下吹时间百分比可按下式确定：
　　　　　上吹＋二次上吹＋2％＝下吹（白煤）
假定上吹为27％，二次上吹为8％，下吹则为：
　　　　　　　27％＋8％＋2％＝37％
上、下吹制气时间的分配还应考虑风机能力和时间百分比的长短。若吹风时间长，下吹制气时间要适当增加；吹风时间短，上吹时间要适当增加。因为稳定气化层位置不仅取决于上、下吹制气时间的分配，吹风时间的长短亦影响气化层的移动程度。
循环各阶段的时间分配研究确定后，根据炉内实际温度及气化层位置的变化，再用上、下吹蒸汽量来调节，以维持炉内气化正常。
煤气炉内的温度在一个循环周期内的波动范围，随循环时间的长短有较大差异。循环时间长，吹风初期温度起点底，必须经过较长吹风时间将气化层温度提高。但是，吹风后期以一氧化碳形式带出的潜热损失相对增多，吹风效率降低。同时，由于制气阶段末期温度较低，这就使制气效率、气化强度也随之下降；如缩短循环时间，就相对减少了吹风阶段的热损失，气化层温度波动相对减小，制气阶段的反应相对地经常保持在高温区进行，有利于煤气炉的生产负荷。同时，由于上、下吹时间相对缩短，气化层位置得到相对稳定，使炉顶炉底温度较易控制，有利于减少气体显热损失和煤气炉的正常操作管理。但是，循环时间过短，液压阀门开关动作频繁，使用寿命缩短，使得有效生产时间亦相对缩短。
第二节 工艺条件的控制
合成氨生产中，煤气炉的操作稳定控制是提高合成氨产量、降低两煤消耗的关键。影响煤气炉操作的因素比较复杂，着重从碳层的控制、炉温的控制和氢氮比调节三方面叙述。
一、碳层高度的控制
一）稳定碳层的意义
煤气炉炭层高度控制是否合理，对煤气的产量和质量均有较大影响。实际操作中所谓的“高炭层” ，只是一个相对的概念。对于不同的燃料，不同的设备及不同的生产负荷，炭层高度的变化是很大的。一般的说，控制适当的“高炭层”有利于燃料层各分区高度的相对稳定；可以适应高风量的操作条件，能够储存较多的热量；有利于提高入炉蒸汽量和提高蒸汽分解率；气化层增厚还可以增加二氧化碳与碳的接触时间，有利于二氧化碳的还原反应的进行。炭层控制适宜，还容易使炉顶、炉底气体温度得到适当控制，因而减少热损失。
合理的炭层高度确定之后，在操作中就要严格控制。炭层高度稳定，有利于保持炭层阻力一定，从而保证了入炉空气、蒸汽稳定地穿过炭层，可以较好的维持炉内的热平衡。如果炭层控制的不好，则操作的其他条件就要随之加以调节。诸如循环百分比、入炉空气量、蒸汽流量等相互关联的操作条件就不能适应和相对稳定，必将破坏炉内热平衡，使气化层位置上、下移动，气化层分布不均，造成炉顶、炉底出气温度波动，气体的产量和质量都会受到较大的影响。同时，循环氢的调节规律也必将被打乱。所以维持炭层高度的稳定，使搞好稳定操作的重要一环。
二） 炭层高度的选择
生产中，炭层高度是通过测量炭层表面与看火孔（或炉口）之间的空间高度来间接测得的。这一空间高度称为“空程”。既然“高炭层”只是个相对概念，对于已经确定的生产条件，如何选择炭层高度“或者说空程高度 ”呢？炭层控制的实际高度，要根据燃料的特性、鼓风机能力的大小以及生产负荷的轻重等因素综合考虑。
当采用焦碳为原料时，其固定碳含量及机械强度较高，热稳定性较好，特别是由于其比重小，空隙率和比表面大，这些因素都不易形成炭层阻力，因而适于较高的炭层操作。与焦碳相比，白煤的固定碳含量低，机械强度差。如果炭层控制过高，则会因阻力大而使气化剂分布不均，局部吹翻炭层，影响气化作业的正常进行。所以，以白煤为燃料时，炭层控制不易过高。。
以下情况，炭层可控制指标的高限
1. 生产负荷大；
2. 鼓风机能力大（风量＞20000立方米/小时）；
3. 燃料机械强度高，热稳定性好；
4. 粒度均匀，透气性好。
反之，则应根据实际情况控制指标下限。
三） 稳定炭层的方法
所谓炭层稳定，是指在每次循环加煤一定的情况下（全自动加煤机），加碳量和耗碳量基本平衡（加碳量=气化耗碳量+气体带出物+灰渣排出量）。即空程高度保持不变。
引起炭层波动的原因主要有
1. 炭层下降慢。
1） 炉内出现结疤、结块现象；
2） 炉温低，蒸气用量大；
3） 火层上移，炉上温度控制过高；
4） 炉内出现吹翻、灭火、风洞等现象；
5） 气化层分布不均，气化反应不完全；
6） 炉条机开启时间过少或转速减慢；
7） 炉条机开启时间过少或转速减慢；炉栅磨损，破碎能力差，或灰犁插入过浅，排灰速度慢；
8） 炉条机出现打滑现象未能及时发现；
9） 阀门出现故障；
10）系统阻力增大
2. 炭层上涨。
1） 炉内严重结疤，炉底部堆积大块过多或出现底部架空现象；
2） 加炭多，制气时间短；
3） 炉条机不转或大灰盘出现故障；
4） 灰斗积灰过多，下灰不及时。
3. 炭层下降快
1） 生产负荷过重，气化反应加快；
2） 炉条机开车时间过长或转速过快；
3） 炉内出现塌炭；
4） 更换比重较大的燃料；
5） 灰犁插入较深，排灰速度快；
6） 燃料机械强度及热稳定性差，或燃料带入粉末多，造成带出物增多。
对于以上影响炭层稳定的因素，根据不同情况，可采取以下几种措施予以调节：
1）缩短或延长制气时间；
2）增加或减轻生产负荷；
3）增加或减少加碳数量；
4）增加或减少加炉条机转速及开启时间。
以上措施，有时单独采用，有时要同时采用。操作工应首先弄清炭层不稳的原因，针对具体情况加以补救。
二、炉温的控制
一）炉温高低的选择
气化层的温度高低和厚度，是决定半水煤气产量和质量的主要因素。生产实践中，煤气炉温度并非越高越好。由吹风和制气阶段反应速度和化学平衡叙述我们知道，吹风阶段，气化层温度越高，二氧化碳还原成一氧化碳的机会越多，造成了燃料热量的损失，影响了吹风效率的提高。在制气阶段，蒸汽与碳反应的速度随温度的升高而加快，适当提高气化层的温度，气化强度明显提高。这说明，吹风和制气两个阶段对于气化层温度和厚度的要求时不同的。吹风阶段应尽量避免形成二氧化碳还原的条件，希望气化层薄、炉温低；制气阶段则要求有利于形成二氧化碳还原反应的条件，希望气化层厚，炉温高。
另外，气化层温度还受到燃料灰熔点的限制。炉温过高，超过灰熔点所能允许的温度，则会熔结成块，使操作恶化。
气化层温度的选择，应丛气化强度和热利用律两个方面综合考虑。如果需要气化强度大，则应选择燃料所能允许的高限指标，以利于气化层增厚，增大气化反应区。如果气化强度不需要很大，则应维持气化层温度低限指标。这样可使吹风效率和制气效率都得到提高，以利于消耗定额。但是，在气化层温度维持低限指标时，上、下吹蒸汽量应相应减少，否则会使炉温过低，水煤气产量低、质量差，为分解的蒸汽带走显热增大，影响制气效率。
二）判断炉温高低的依据
掌握好气化层温度，是保证气化作业正常运行的重要方面。在固定层煤气炉生产中，由于燃料层不断的由上而下移动，以及气化层位置随工艺过程的变化不断移动，燃料层位置不断随工艺过程的变化不断移动，燃料层温度不便于直接测量，炉温的高低是通过间接的方式来加以判断的。主要有以下各点：
1、 停炉后观察炉面判断炉温
一般情况下，气化层温度的变化和位置的推移，通过观察炉面情况可以进行初步判断。当气化层温度和位置适宜时，以白煤为原料：炉心灰暗，四周暗红并加有较多兰色火焰；以煤球为燃料：炉心灰白，四周暗红。
若为燃尽的碳清晰可见，炉心灰黑，四周暗红，兰色火焰较多，说明气化层温度低或火层下移，炉面呈橙黄色甚至白热化，是气化层上移或炉温过高的表现。
2、 通过探火判断炉温
通过火棍插入的难易程度和所显示的气化层厚度，可以判断炉温高低。看火时火棍应从探火孔各个不同位置分别插入。插入炭层时分别有直差和斜插两种。直插时距夹套边距20-30cm，斜插时插向风顶帽。一般ø18mm的看火棍看火时间为三分钟。看火后可依次将火棍排列起来，整个气化层厚度和位置即明显显示出来。火棍呈黑色的为灰渣层，红颜色的为气化层。我们现在使用的全自动加煤机只有一个探火孔，可用一根探火棍多插几个位置，最后插向风帽顶。
炉温正常时，火棍较易插入，火棍显示的气化层也较厚，若拔出火棍，不显示黑色或黑色较短，或发现竹节状火棍，均是气化层偏移、紊乱的异常现象。火棍插不下去，则可根据火棍停留的位置判断炉内哪个部位发生了结疤。
3）通过半水煤气成分判断炉温
半水煤气组分含量的变化，主要于炉温控制有关，因此可以通过气体成分反过来判断炉温。由煤气炉的反应速度和化学平衡叙述我们知道，气化层温度高，有利于二氧化碳的还原反应；气化层温度低，有利于生成甲烷的副反应。所以，一般情况下，半水煤气中一氧化碳含量高，二氧化碳含量低，表明气化层温度高；一氧化碳含量低，二氧化碳及甲烷含量升高，表明气化层温度低。
4）根据发气量大小判断炉温
发气量大小主要决定于炉温高低。在后工段半水煤气用量一定的情况下，气柜上升速度代表了发气量的大小。所以，在压缩机开机台数不变时，一般可根据气柜上升快慢判断炉温高低。
台炉发气量可用下式计算：

5）测定蒸汽分解率判断炉温
气化层温度的提高对蒸汽分解率的提高，影响是很显著的。炉温高，蒸汽分解率高。实际操作中，蒸汽分解率的高低，除与炉温有关外，还与气化层的厚度和均匀程度、炭层高低、蒸汽压力及如炉蒸汽量有关。因此，蒸汽分解率的测定对改进操作、提高发气量有重要作用。
7）观察下灰质量和数量判断炉温
每次下灰数量多少和质量好坏，是判断炉内气化作业是否正常及炉温高低的一个方面。排出的灰中，如果渣块多，细灰返焦少，大块少或虽有大块但结构松散，说明炉温控制适宜。如果大块多而结构坚固、比重大，灰中细灰少、返碳多，则说明炉温控制过高，这种灰质在处理结疤、结块后较为常见。如灰渣中，细灰、返焦多，渣块少，说明炉温低，上吹蒸汽用量过大或上吹时间过长。
下灰数量与质量有直接关系，灰渣质量较好，一般下灰数量也正常。如果两灰斗灰渣数量明显减少，或一边灰多一边灰少，则说明炉底大块多或被大块卡住，影响正常排灰。有时两灰斗积灰极少或者无灰，是炉内结疤严重、较大疤块在炉箅与夹套保护板之间悬空造成的。

全自动加煤机

炉顶内衬

炉底内衬