專利名稱：：混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種混合煤氣發(fā)生爐，具體涉及一種混合煤氣發(fā)生爐的富氧制氣方法。技術(shù)背景以空氣和水蒸汽的混合氣體作為氣化劑的常壓固定床煤氣發(fā)生爐簡稱混合煤氣發(fā)生爐，我們目前使用的TG-3m型和A-3m型煤氣爐均屬于混合煤氣發(fā)生爐，氣化煤種主要是粒度為1350mm的貴州中塊煤，該種煤的煤化程度較低、冷熱強(qiáng)度差，經(jīng)發(fā)生爐氣化后煤氣熱值、氣化強(qiáng)度和效率較低，灰渣含碳量偏高，煤炭資源沒有得到充分利用?；旌厦簹獍l(fā)生爐內(nèi)的主要化學(xué)反應(yīng)種類有1)煤中的碳與氣化劑中氧、水蒸氣之間的反應(yīng)。2)氣化劑中的氧、水蒸氣、各種生成氣之間的反應(yīng)。3)煤的熱裂解反應(yīng)。這三種反應(yīng)在發(fā)生爐中的不同層次內(nèi)進(jìn)行?；旌厦簹獍l(fā)生爐的層次大約可以分為下列幾層1)準(zhǔn)備層①干燥層煤中的水份從此層逸出。②干餾層又稱為分解層，煤經(jīng)熱裂解后，其中揮發(fā)份及部分氣體從此層逸出。2)氣化層①還原層水蒸氣與碳反應(yīng)，二氧化碳與碳反應(yīng)生成發(fā)生爐煤氣的主要部分氫氣和一氧化碳。②氧化層氧氣與碳反應(yīng)生成一氧化碳和二氧化碳。3)灰渣層氣化劑預(yù)熱及灰渣冷卻。4)空層有少量生成氣和氣化劑之間的氣相反應(yīng)?；旌厦簹獍l(fā)生爐中起最主要作用的是在氣化層。發(fā)生爐正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，由于爐中有氧與碳的氧化反應(yīng)釋放熱量，又有二氧化碳與碳的吸熱還原反應(yīng)和水蒸汽與碳的吸熱反應(yīng)，可保持生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行，所以混合煤氣發(fā)生爐是連續(xù)制氣的，其產(chǎn)出煤氣因有大量氮?dú)?，C0+H2的量相對(duì)較低，在4oy。左右，故煤氣熱值較低。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是釆用氧氣含量超過20.93%的富氧空氣與蒸汽的混合物作為發(fā)生爐生產(chǎn)煤氣的氣化劑?；旌厦簹獍l(fā)生爐富氧制氣工藝的最大特點(diǎn)是通過提高氣化劑中有用成分氧氣的濃度來降低惰性氣體氮?dú)獾暮浚瑥亩岣甙l(fā)生爐的氣化強(qiáng)度和煤炭利用率。本發(fā)明的原理是根據(jù)并利用混合煤氣發(fā)生爐內(nèi)所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。其主要變化發(fā)生在氣化層，即氧化層和還原層。煤在氣化中是先燃燒產(chǎn)生熱量，然后以產(chǎn)生的熱量使進(jìn)一步反應(yīng)而產(chǎn)生可供燃用的一氧化碳和氫氣，如沒有熱量則下一步生成一氧化碳和氫氣的反應(yīng)就不可能進(jìn)行，燃燒即是碳與氧起的氧化反應(yīng)，氧化可以生成二氧化碳，也可以不完全氧化生成一氧化碳，由二氧化碳生成一氧化碳以及由水蒸氣和碳進(jìn)行的反應(yīng)都是還原反應(yīng)，隨著發(fā)生爐氣化劑氧含量的提高，則燃燒速度加快，單位時(shí)間和空間內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量和二氧化碳，為下一步的還原準(zhǔn)備了更充足的反應(yīng)條件。還原層可以分為二層，即第一還原層和第二還原層；第一還原層在還原層的下部，第二還原層在還原層的上層。在第一還原層中主要的反應(yīng)是C+CO產(chǎn)2CO-162405千焦/千摩爾C+H20=CO+H2-118821千焦/千摩爾C+2H20=C02+2H「75237千焦/千摩爾所以從第一還原層中的三個(gè)反應(yīng)可以看到，由于靠近氧化層，層內(nèi)溫度高，反應(yīng)更容易在吸熱量多的反應(yīng)中進(jìn)行，這樣C+C02=2C0反應(yīng)的機(jī)會(huì)就比較多，4C+H20-CO+H2次之，最少起反應(yīng)的是C+2H20-C02+2H2，這樣可知生成的CO比較多，而&比較少。在第二還原層中主要的反應(yīng)是C0+H20=C02+H2+43585千焦/千摩爾C+CO2=2CO-162405千焦/千摩爾在第二還原反應(yīng)層，因?yàn)樗h(yuǎn)離氧化層，所以溫度比較低，故對(duì)于在第一還原中已生成的CO在此條件下與水蒸氣反應(yīng)就轉(zhuǎn)換為H2。同時(shí)COz又與焦炭生成CO，但由于第二還原層溫度低，所以此反應(yīng)的進(jìn)行速度較緩慢。氧化在氧化層中進(jìn)行，還原是在還原層中進(jìn)行，氧化層和還原層是沒有明顯的界線，氣化層的下部主要是氧化層，在氣化層的上層主要是還原層，但它們還是有交錯(cuò)的。由附圖1可以大致了解到各氣體成分在各層次內(nèi)的分布。(1)氧氣在灰渣層不起反應(yīng)，主要反應(yīng)是在氧化層與碳起反應(yīng)，在氧化層結(jié)束時(shí)，氧氣已經(jīng)趨近于O,正常氣化時(shí)在煤氣中只含0.2%左右氧氣。(2)二氧化碳是在氧化層生成，在氧氣消耗逐漸下降時(shí)，二氧化碳就逐漸上升，在氧化層的上部至第一還原層時(shí)，由于碳與二氧化碳還起還原反應(yīng)，所以二氧化碳就逐漸下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)第二還原層時(shí)，二氧化碳下降緩慢，然后又有上升，這是因?yàn)橐谎趸寂c水蒸氣反應(yīng)生成二氧化碳所造成。(3)—氧化碳在氧化層后段及第一還原層是生成一氧化碳最多的區(qū)域，此時(shí)主要是二氧化碳與碳起還原反應(yīng)生成一氧化碳，在第二還原層上部就有微微下降的趨勢(shì)，逐后在空層部分由于一氧化碳和水蒸氣生成二氧化碳，而此時(shí)一氧化碳就有下降趨勢(shì)。(4)水蒸氣主要是耗用在第一還原層和第二還原層，在空層中也有少量耗用。(5)氫氣主要在第一還原層生成，在第二還原層及空層中還有少量生成。從上面各種氣體的消耗及生成的情況可以得到這樣一些規(guī)律①氧的耗用與二氧化碳的生成是一消一漲，氧的下降才能促進(jìn)二氧化碳生成。②二氧化碳與一氧化碳也是一消一漲的關(guān)系。③水蒸氣與氫氣基本也存在一消一漲的關(guān)系。這些規(guī)律可以指導(dǎo)我們?cè)趯?shí)際操作中掌握氣化劑氧含量、氣化溫度、飽和溫度，以便獲得更好的氣化效果。本發(fā)明技術(shù)方案如下通過提高氣化劑中有用成分氧氣的濃度來降低惰性氣體氮?dú)獾暮浚岣甙l(fā)生爐的氣化強(qiáng)度和煤炭利用率，確定了TG-3ra型或fl-3m型混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的最佳氣化劑氧濃度范圍為24.0%~25.5%?；旌厦簹獍l(fā)生爐富氧制氣時(shí)的氣化劑流量控制在2800~3300mVh。混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的飽和溫度控制在65°C-75°C，爐出溫度控制在500°C-65(TC。本發(fā)明確定了TG-3m型或fl-3m型混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的最佳氣化劑氧濃度范圍，在氣化煤化程度較低、冷熱強(qiáng)度差、粒度為1350mm的貴州中塊煤時(shí)，煤氣熱值可以比沒有實(shí)行富氧制氣的混合發(fā)生爐煤氣高出10%以上(以5.40MJ/Nm3為基準(zhǔn))，灰渣含碳量也可以降低10%以上(以33%為基準(zhǔn))，達(dá)到提高混合發(fā)生爐煤氣熱值、氣化強(qiáng)度、效率和降低灰渣含碳量的效果。節(jié)能減排，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。圖1為按燃料高度的蒸汽空氣煤氣的組成變化圖。具體實(shí)施方式2007年7月份，在選定的爐子上按80mVh、100m3/h、120m3/h的氧氣流量通入空氣管，對(duì)富氧制氣進(jìn)行了初步的探索。由于裝置在負(fù)荷運(yùn)行初期，設(shè)備原因起、停裝置頻繁，產(chǎn)氣總量約為350m3/h、濃度大于80%,以15'爐作為主要試驗(yàn)用爐，多余的氧氣通入13#爐或放空，期間爐內(nèi)曾出現(xiàn)不同程度的氧化層拉長、結(jié)渣等現(xiàn)象，富氧氣化期間爐況相對(duì)穩(wěn)定，指標(biāo)有一定的改善。在富氧投入或退出時(shí)，爐況不易掌握，煤氣質(zhì)量波動(dòng)比較大，曾因爐況惡化被迫退爐檢修。盡管遇到個(gè)別程控閥關(guān)閉不到位、水環(huán)真空泵漏氣、UPS電源不能工作、PLC系統(tǒng)死機(jī)和富氧后爐內(nèi)料層移動(dòng)快等問題，但是相關(guān)人員在實(shí)踐中，了解和掌握了系統(tǒng)的工作原理和操作技能，總結(jié)出了一套行之有效的操作方法，為下一步試驗(yàn)積累了經(jīng)驗(yàn)。表1氧氣流量80mVh~120m7h效果對(duì)比\^稱時(shí)間\^氧氣流且里(m3/h)氧氣濃度(%)入爐富氧折算濃度(%)富氧爐熱值(MJ/Nm3)無富氧爐熱值(MJ/Nm3)富氧后熱值提高(％)一周808022.485.7985.4187.0一周1058323.15.8395.5635.0一周1208223.345.9025.5117.1月平均10181.722.975.8455.4657.0從表1可以看出，富氧制氣工藝技術(shù)工業(yè)應(yīng)用可行，在富氧含量不同的條件下煤氣品質(zhì)得到不同程度的提升。另外，由于富氧成為氣化劑后，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)加劇，給司爐崗位操作帶來了一定難度，崗位員工短期內(nèi)還不適應(yīng)。實(shí)施例22007年8月份，制氧系統(tǒng)共停機(jī)5次，其中2次是程控閥故障，停機(jī)時(shí)間較長，2次因CPU背板接線接觸不良死機(jī)，1次是對(duì)氧氣站計(jì)劃性修理。15曰開始生產(chǎn)，由于有上月的經(jīng)驗(yàn)，爐況控制的比較平穩(wěn)，66個(gè)熱值分析數(shù)據(jù)有7個(gè)超過6.0MJ/Nm3以上。表2氧氣流量140m7h200m7h效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2看出，富氧爐熱值穩(wěn)中有升，中塊煤質(zhì)量也比較穩(wěn)定，灰渣含碳量比上月偏高(見表6)。實(shí)施例32007年9月份，按計(jì)劃繼續(xù)提升富氧含量，每當(dāng)增加或減少氧氣流量時(shí)，爐況難于控制；另外，9月外供無煙煤緊張，倉底煤和露天堆場倒進(jìn)的無煙煤占了很大比例，該煤含粉率髙達(dá)25%，且含水5.5%以上，都會(huì)造成發(fā)生爐內(nèi)料層易被吹翻，料層局部形成風(fēng)洞、冒火等現(xiàn)象，使?fàn)t溫上升過快，容易導(dǎo)致爐況惡化，影響煤氣質(zhì)量、產(chǎn)量。表3氧氣流量200m7h~230mVh效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表3可以看出，富氧爐灰渣含碳量月均29.20%(見表6),熱值變化也比較大，可見煤質(zhì)和氣化劑含氧量(增加)都變化時(shí)，司爐工的搡作能力還有待加強(qiáng)。而無富氧的中塊煤爐灰渣含碳量控制較低、熱值相對(duì)穩(wěn)定，說明司爐操作人員積累了一定燒劣質(zhì)煤的經(jīng)驗(yàn)。在同等條件下富氧制氣的的部分指標(biāo)發(fā)生了變化，如飽和溫度、爐出溫度升高，氣化反應(yīng)加快，操作難度加大，調(diào)整爐況頻繁。那么原來發(fā)生爐的鋼材材質(zhì)和筑爐材料即工藝是否在爐內(nèi)溫度增加后發(fā)生變化呢？9月11日我們有計(jì)劃地對(duì)15#煤氣發(fā)生爐進(jìn)行退爐檢查，在場的工程技術(shù)人員針對(duì)以下問題點(diǎn)進(jìn)行了確認(rèn)a、磨損的爐排、阻灰器25#鑄鋼的磨損程度進(jìn)行了判定，磨損程度處于正常范圍。b、爐內(nèi)夾套外觀是否變形或表面炭化等，水套工作正常，材質(zhì)沒有異常。c、耐火材料即筑爐適應(yīng)工況的變化。結(jié)論在TG-3m型煤氣發(fā)生爐實(shí)施富氧制氣工藝，技術(shù)可行、設(shè)備適用。實(shí)施例42007年10月份，經(jīng)過三個(gè)月的反復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，富氧變壓吸附裝置運(yùn)行趨于穩(wěn)定，產(chǎn)能由350mVh逐步提高到440m7h，司爐對(duì)富氧技術(shù)的應(yīng)用的認(rèn)可，操作水平得到提高。課題組從現(xiàn)場實(shí)際和成本考慮決定氧氣流量控制在180mVh~200m7h之間再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，截止20日共60個(gè)熱值分析樣，有19個(gè)超過6.0MJ/Nm3以上。表4氧氣流量180mVh200m7h效果對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表4可以看出入爐富氧濃度在24.5%~25.29%，富氧爐煤氣熱值比較高，富氧爐灰渣2175%(見表6)，中塊煤發(fā)生爐灰渣含碳量創(chuàng)近年新低。試驗(yàn)期間，我們不但摸清了發(fā)生爐、氧氣站的運(yùn)行情況，還對(duì)釆集的數(shù)據(jù)作了分析，對(duì)發(fā)生爐關(guān)鍵操作參數(shù)進(jìn)行了有效控制氣化劑流量為3000±300m7h,飽和溫度為70土5。C，爐出溫度為600±50。C,掌握了煤氣成份、熱值及效益隨富氧濃度變化的規(guī)律。由于9月份，富氧送入發(fā)生爐的比例增加爐況不易控制，指標(biāo)反彈，數(shù)據(jù)釆集不夠，不具有代表性，故9月的數(shù)據(jù)只做技術(shù)判定，不納入效益計(jì)算。盡管單臺(tái)煤氣發(fā)生爐通入25.42%富氧氣化劑與課題設(shè)計(jì)富氧最大到33%有一定距離，但是我們認(rèn)為富氧氣化劑在24%~25.29%是比較經(jīng)濟(jì)可行的。所以我們后期工作的重點(diǎn)是控制適當(dāng)比例富氧穩(wěn)定爐況，10月份13#、15#爐的最高熱值分別為6.441MJ/Nm3、6.466MJ/Nm3，平均熱值分別為6.020MJ/Nm3、6.000MJ/Nm3。表5不同富氧濃度的煤氣熱值等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表5中可以看出富氧濃度在24.06%到25.42%之間的數(shù)據(jù)是比較理想的(統(tǒng)計(jì)使用10月份的數(shù)據(jù)比例比較大)。其一、在裝置的正常供氧能力工作范圍內(nèi)；其二、富氧后熱值提高的效果比較顯著；其三、選取運(yùn)行時(shí)間最長、最穩(wěn)定的富氧濃度24.06%、24.50%、24.80%和25.29%計(jì)算得出平均熱值為5，976MJ/Nm3,同比平均提高了9.5%，富氧濃度每提高iy。，煤氣的熱值提高2.5%即增加0.137MJ/Nm3;如果以10月份13#、15#富氧爐平均熱值6.010MJ/NmH十算熱值提高11.3%,超過考核目標(biāo)10%(均以技術(shù)指標(biāo)5.40MJ/Nm3)。表6同煤種富氧與否灰渣含碳量月對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表6可見氧氣的氧化助燃作用，在氣化過程中，對(duì)煤碳的充分氧化還原十分重要。去除工況不太穩(wěn)定的9月份，平均灰渣含碳量由加氧前的32.64%降為25.53%,下降了21.78%，節(jié)能效果顯著。權(quán)利要求1、一種混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣方法，其特征是通過提高氣化劑中有用成分氧氣的濃度來降低惰性氣體氮?dú)獾暮?，提高發(fā)生爐的氣化強(qiáng)度和煤炭利用率，確定了TG-3m型或Д-3m型混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的最佳氣化劑氧濃度范圍為24.0％～25.5％。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣方法，其特征是混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的氣化劑流量控制在28003300ni7h。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣方法，其特征是混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的飽和溫度控制在65'C75X:,爐出溫度控制在50(rC650°C。全文摘要本發(fā)明提供了一種混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣方法，通過提高氣化劑中有用成分氧氣的濃度來降低惰性氣體氮?dú)獾暮浚岣甙l(fā)生爐的氣化強(qiáng)度和煤炭利用率，確定了TG-3m型或Д-3m型混合煤氣發(fā)生爐富氧制氣時(shí)的最佳氣化劑氧濃度范圍為24.0％～25.5％。本發(fā)明可以有效提高混合發(fā)生爐煤氣熱值、氣化強(qiáng)度、效率，降低灰渣含碳量，達(dá)到節(jié)能減排目的，有可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。文檔編號(hào)C10J3/20GK101250438SQ200810073538公開日2008年8月27日申請(qǐng)日期2008年4月17日優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日發(fā)明者乃為田,劉保偉,劉智勇,毅孫,張鐵韜,瞿向東,胡黔生,謝愛武,韋茂森,黃先朝,黎枝肖申請(qǐng)人:中國鋁業(yè)股份有限公司