固定层间歇生产造气炉吹风量分析

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1、固定层间歇生产造气炉吹风量分析杜始南，白二川(山西原平化学工业集团有限责任公司，山西原平034100)2004-07-16众所周知，影响固定层间歇生产造气炉制气反应的主要因素是温度。如果气化层温度远低于灰熔点t，增加吹风时间或加大风量都能够提高气化层温度，从而有利于蒸汽分解，多产煤气；但如果气化层温度已达灰熔点，继续提高吹风量反而易造成炉内结块、结疤。固定层造气炉的生产能力，归根结底，取决于吹风阶段炉内的蓄热状况。在炉型和原料确定后，吹风量的大小就成了关键。本文将结合调试实践，对此作深层次的分析。1炉内吹风氧化层1.1炉内气相温度比固相温度高很多由吹风时

2、炭氧化过程的原理知，炭与氧的燃烧反应是不可逆的，在温度高于1000℃时，燃烧产物主要为CO，而在500℃以下，燃烧产物主要为CO2。然而，只要气流主体存在一定的氧浓度，高温燃烧所产生的CO又会立即与气流主体中的O2二次燃烧，形成CO2。实验证明，炭烧成灰，固相温度最高为灰熔点温度；而气相温度却很高(最高达1800℃)，高温炭粒和最高CO2浓度的球面是造成炉内火层中氧化层气相温度大大高于固相炭温度的真正原因。1.2一次风的氧在氧化层被完全耗光炭与氧的燃烧反应，在温度＜527℃时，为化学反应过程控制，是在整个炭颗粒中进行的；527～927℃时，处于微孔扩散控

3、制，受O2钻进炭微孔的速率制约。燃烧速率与温度的关系决定于活化能。在化学反应控制区，炭氧本征反应的活化能为138kJ／mol；在微孔扩散区，表观活化能为本征反应活化能的一半，即69kJ／mol左右。外扩散控制区，即温度＞927℃时，炭氧反应速率只受氧扩散到炭外表面的过程控制，反应速率几乎与温度无关。这也是一次风的氧在氧化层为什么瞬间被烧得精光的原因。1.3吹风氧化层的厚度很薄试验证明，吹风氧化层在1100～1450℃的高温区，厚度仅100～150mm，原因就是炭氧燃烧外扩散控制过程反应速率超乎想象的快。因为O2仅需扩散至CO二次燃烧的球面，并在此被非常彻

4、底地消耗光。2吹风过渡层一次风在氧化层燃烧后，氧与炭反应生成了CO2，所以过渡层的热量来源不是来自炭燃烧。过渡层的炭由于紧挨吹风氧化层，其热量来自高温氧化层熔融炭灰渣的辐射热及热气体上行在气固对流中的传热。由氧化层来的烟气中只有CO2和N2。过渡层实际上只进行CO2的还原反应，CO2和高温碳反应生成CO，因此，吹风烟气中除了N2和CO2外，还有CO。2.1过渡层的厚度决定于一次风量辐射传热传给过渡层的热量几乎全被吸收，过渡层与氧化层界面的温度跟氧化层一样高。氧化层上行的吹风气温度极高，根据过渡层厚度不同，传热温差达800～900℃。气固对流传热的传热系数

5、主要取决于气体对固体的冲击程度。一次风量愈大，烟气量愈大，烟气流速就愈大，高温烟气传给过渡层的热量也就愈多，过渡层就愈厚。2.2吹风烟气CO含量与造气炉况的关系吹风烟气从炭的氧化层出来时的主要成分是CO2+N2，经炭过渡层后，主成分变成了CO2+CO+N2。过渡层以上的炭层，仅接受氧化层过来的烟气的对流传热，温度不高(900～400℃)，所以，吹风烟气在这段行程中可认为只进行换热，基本无化学反应。吹风烟气上行至上气道，经燃烧室、废热锅炉从烟囱放空。由于在燃烧室未加二次风，故整个行程也只传热、无反应。所以，可从烟囱取样分析烟气中的CO含量来评判造气炉的炉况

6、。2.3吹风烟气分析CO的含量有个较低值吹风过渡层上面进行的CO2还原反应的反应速率远较燃烧反应慢。该反应在1000℃以下为反应动力学控制，在1000℃以上为内扩散过程控制。但不管是反应动力学控制还是内扩散控制，此反应速率都强烈依赖于温度。在过渡层的迎氧面，由于温度高，CO2还原反应特快，再往上，随着温度的降低，CO的平衡含量急剧下降。因此，当风速较大时，烟气对流传热给过渡层的热量较多，过渡层温度较高，CO2还原反应更趋充分；风速较低时，烟气经过过渡层的时间将较长，由于时间因素的作用，也能使CO2还原反应充分。各种炉况下的吹风烟气CO含量有个较低值。因为

7、CO2分解需要消耗炉内热量，尽管可以用吹风烟气余热回收装置回收吹风烟气中的CO潜热，但毕竟移走了炉内热量，会降低煤气产量，因此，一般不希望吹风烟气里含有太多的CO。我公司2004年2月对4#炉最佳吹风量寻优调试的记录如表1。通过表中反映的吹风量和吹风烟气CO含量数据可以看出，风量在28500～29700m3/h时，吹风烟气中CO含量较低。3合适吹风量吹风量决定了炉内蓄热量，亦即决定了炉内吹风氧化层的温度、厚度，以及炉内过渡层的温度、厚度，从而决定了制气气化层的状态。由此可见一次风量在造气炉制气生产中的重要性。炉内气化层温度的提高靠更多的氧跟炭燃烧反应放出

8、热，故风量愈大放热愈多。灰熔点高的原料允许一次风量大一些。但风量的上限受两个因素