利用富氧提高煤气发生炉热效率探析

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1、利用富氧提高煤气发生炉热效率探析【摘要】我国的煤炭占世界的15%,石油占2.7%,天然气占0.9%。"富煤少油缺气”是我国基本的能源格局。煤炭工业是关系国计民生的基础性产业。因此，以煤为原料发展化学工业，以及由煤制取燃料油气工业必须作为重要的课题对待。煤炭利用必将以洁净煤技术为先导，充分利用化学这一物质相互交换的手段来建立起既环境友好又综合发展、高效益的新一代煤炭、能源、化工为一体的综合型企业。【关键词】富氧制气环保节能1综述煤气化技术是煤化工产业发展的龙头和核心技术，煤炭气化是洁净、高效利用煤炭的最主要途径之一，工业煤气发生炉成为降低燃料成本的一次新的革命。目前煤气化技术有固定床、流化床、

2、气流床三大类型，我国使用最多的是固定床气化工艺。存在的问题主要有两点：(1)热值低，即CO与H2含量低，作为燃料气时，产品产量上不去。(2)煤气发生炉的煤碳是转化成热量？还是转化成热值？虽说有些煤气发生炉已经完全燃烧，但由于转化成煤气比例太小，能源浪费看不到。通常空气中氧的体积含量为20.93%、氮为78.1%及其它少量惰性气体等，真正参与燃烧的氧只占空气总量1/5左右，而占空气总量约4/5的氮和其它惰性气体非但不助燃，反而将随着燃烧的进行带走大量的热能，造成热能损失，同时在高温下生成氮氧化物，造成大气污染。人们把含氧量大于20.93%的空气叫做富氧空气。采用富氧气化是降低煤耗、残碳含量及提

3、高煤气热值的有效途径。2国内外现状和发展趋势富氧助燃技术在应用过程中关键因素之一是富氧空气的制取，这是国内外研究的主要课题。目前，氧气制备主要有液化空气的精馆（深冷法）、使用各种吸附剂进行变压吸附（PSA法）和利用气体对膜的渗透性能不同进行分离（膜法）等方法。近年来膜法富氧已引起国内外的广泛关注。膜法富氧技术在制备富氧方面的应用正在迅速增长，并正在取代其它高成本且操作不方便的分离技术。早在上世纪80年代初，许多发达国家都投入了大量人力物力来研究膜法富氧技术，特别是日本，由于能源紧张，日本先后有近20家公司推出膜法富氧装置。该国曾在以气、油、煤燃烧的不同场合进行了各种富氧应用试验，得出如下结论

4、：用23%的富氧助燃可节能10%〜25%；用25%的富氧助燃可节能20%〜40%,用27%的富氧助燃则节能高达30%〜50%等。美国通用电气公司U0P公司制造的富氧发生器可生产氧含量为30%的富氧空气。联邦德国在一座马蹄型蓄热炉上用27%的富氧试验，使熔化率增加了56.2%,能耗下降20%。瑞典、英国、德国在滚轧和铝熔炉装置上采用膜法富氧浓度25%〜27%,节约燃料12%〜28%,而原设备生产率提高17%〜39%。值得一提的是国外绝大部分用的是整体增氧来助燃，所以投资非常大，故国外还没有广泛推广应用。我国在上世纪80年代中期开始研究此项技术，并取得了可喜的成果，已经研制成功“LTV-PS富氧

5、膜、4）100mmX1000mm卷式组件及装置"。国内在这方面的研究也有十多家，如清华大学、东北大学、中科院大化所、中科院广州能源所、辽宁省锅炉技术研究所等单位对膜法制氧及富氧燃烧技术都进行了积极的探索与应用。国内以煤为原料采用氧气、蒸汽为气化剂连续制造煤气的技术，已有鲁奇加压碎煤气化、德士古加压水煤浆气化和U-GAS常压碎煤气化。国外还有谢尔加压粉煤气化技术等。富氧气化技术早在60年代就有许多厂试用过，最后都因采用深冷法制氧成本高而停止应用。90年代初，变压吸附制氧装置问世，对富氧气化应用有了希望。3方法分析常压固定床煤气发生炉通常由炉体、加煤装置、除灰装置、旋转炉篦及其传动装置五大部分组

6、成。其主体是炉体，在这里，固体燃料（煤或焦炭）与气化剂（空气或氧+水蒸汽）在高温条件下发生化学反应，转化成气体燃料（煤气）。在煤气发生炉中固体燃料干镭后的剩余可燃部分基本上是由碳（C）一组成的。因此，所有在气化区中所发生的反应实质上就是碳和鼓风中的自由氧或结合氧所起的反应.作为结合氧参与气化反应的，通常是二氧化碳和水蒸汽中的氧。下面列出在气化区中进行的基本化学反应式.(1)C+02二C02+Q(2)2C+02=2C0+Q(3)2C0+02=2C02+Q(4)2H20+C=C02+2H2-Q(5)C02+C-f2C0-Q(6)H20+C—*C0+H2-Q注：+Q表示放热反应-Q表示吸热反应以上

7、反应中，前四种发生在气化区的氧化燃烧层中。反应式(1)为强放热反应，在该层中存在着大量的二氧化碳,且温度很高。为制取煤气必须将这些二氧化碳还原成CO,而气化区的还原层即是完成造气任务的，因此该层是煤气发生炉的主要操作部分和生产部分。反应式(5),(6)即是混合发生炉煤气生产过程中的基本化学反应，为吸热反应，反应速度较慢且可逆，处于化学反应动力区，(1)式放出的热量Q越大，反应式(5)和式(6)正反应速度就越快