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、冷熱強度差，經(jīng)發(fā)生爐氣化后煤氣熱值、氣化強度和效率較低，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)運行時，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)出煤氣因有大量氮氣，C0+H2的量相對較低，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氣的含量，從而提高發(fā)生爐的氣化強度和煤炭利用率。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)中進行，這樣C+C02=2C0反應(yīng)的機會就比較多，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，因為它遠離氧化層，所以溫度比較低，故對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)的進行速度較緩慢。氧化在氧化層中進行，還原是在還原層中進行，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，氧氣已經(jīng)趨近于O,正常氣化時在煤氣中只含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，二氧化碳就逐漸上升，在氧化層的上部至第一還原層時，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_第二還原層時，二氧化碳下降緩慢，然后又有上升，這是因為一氧化碳與水蒸氣反應(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，逐后在空層部分由于一氧化碳和水蒸氣生成二氧化碳，而此時一氧化碳就有下降趨勢。(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)我們在實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氣的含量，提高發(fā)生爐的氣化強度和煤炭利用率，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)生爐富氧制氣時的氣化劑流量控制在2800~3300mVh?；旌厦簹獍l(fā)生爐富氧制氣時的飽和溫度控制在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)生爐富氧制氣時的最佳氣化劑氧濃度范圍，在氣化煤化程度較低、冷熱強度差、粒度為1350mm的貴州中塊煤時，煤氣熱值可以比沒有實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))，達到提高混合發(fā)生爐煤氣熱值、氣化強度、效率和降低灰渣含碳量的效果。節(jié)能減排，有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。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，對富氧制氣進行了初步的探索。由于裝置在負荷運行初期，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穩(wěn)定，指標(biāo)有一定的改善。在富氧投入或退出時，爐況不易掌握，煤氣質(zhì)量波動比較大，曾因爐況惡化被迫退爐檢修。盡管遇到個別程控閥關(guān)閉不到位、水環(huán)真空泵漏氣、UPS電源不能工作、PLC系統(tǒng)死機和富氧后爐內(nèi)料層移動快等問題，但是相關(guān)人員在實踐中，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，為下一步試驗積累了經(jīng)驗。表1氧氣流量80mVh~120m7h效果對比\^稱時間\^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)。實施例22007年8月份，制氧系統(tǒng)共停機5次，其中2次是程控閥故障，停機時間較長，2次因CPU背板接線接觸不良死機，1次是對氧氣站計劃性修理。15曰開始生產(chǎn)，由于有上月的經(jīng)驗，爐況控制的比較平穩(wěn)，66個熱值分析數(shù)據(jù)有7個超過6.0MJ/Nm3以上。表2氧氣流量140m7h200m7h效果對比<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)。實施例32007年9月份，按計劃繼續(xù)提升富氧含量，每當(dāng)增加或減少氧氣流量時，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的無煙煤占了很大比例，該煤含粉率髙達25%，且含水5.5%以上，都會造成發(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，司爐工的搡作能力還有待加強。而無富氧的中塊煤爐灰渣含碳量控制較低、熱值相對穩(wěn)定，說明司爐操作人員積累了一定燒劣質(zhì)煤的經(jīng)驗。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日我們有計劃地對15#煤氣發(fā)生爐進行退爐檢查，在場的工程技術(shù)人員針對以下問題點進行了確認a、磨損的爐排、阻灰器25#鑄鋼的磨損程度進行了判定，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)生爐實施富氧制氣工藝，技術(shù)可行、設(shè)備適用。實施例42007年10月份，經(jīng)過三個月的反復(fù)實驗研究，富氧變壓吸附裝置運行趨于穩(wěn)定，產(chǎn)能由350mVh逐步提高到440m7h，司爐對富氧技術(shù)的應(yīng)用的認可，操作水平得到提高。課題組從現(xiàn)場實際和成本考慮決定氧氣流量控制在180mVh~200m7h之間再次進行實驗，截止20日共60個熱值分析樣，有19個超過6.0MJ/Nm3以上。表4氧氣流量180mVh200m7h效果對比<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。試驗期間，我們不但摸清了發(fā)生爐、氧氣站的運行情況，還對釆集的數(shù)據(jù)作了分析，對發(fā)生爐關(guān)鍵操作參數(shù)進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，不納入效益計算。盡管單臺煤氣發(fā)生爐通入25.42%富氧氣化劑與課題設(shè)計富氧最大到33%有一定距離，但是我們認為富氧氣化劑在24%~25.29%是比較經(jīng)濟可行的。所以我們后期工作的重點是控制適當(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、選取運行時間最長、最穩(wěn)定的富氧濃度24.06%、24.50%、24.80%和25.29%計算得出平均熱值為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氣的含量，提高發(fā)生爐的氣化強度和煤炭利用率，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氣的含量，提高發(fā)生爐的氣化強度和煤炭利用率，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、氣化強度、效率，降低灰渣含碳量，達到節(jié)能減排目的，有可觀的經(jīng)濟和社會效益。文檔編號C10J3/20GK101250438SQ200810073538公開日2008年8月27日申請日期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,黎枝肖申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司