系統(tǒng)思考實現(xiàn)造氣爐節(jié)能減排的極限—熱壁高效造氣爐的推廣原理-wenkub
2023-05-02 08:13:51 本頁面
【正文】 ，提高氣固反應(yīng)的效率，加強間歇反應(yīng)后氣體產(chǎn)物水煤氣和吹風(fēng)氣的分離效率是提高造氣爐氣化反應(yīng)的關(guān)鍵。3系統(tǒng)分析降低固定床造氣爐煤耗的方法我們以造氣爐作為一個系統(tǒng)分析。有了這些插件，我們就可用Excel完整解決物料熱量的工藝計算。對于問題（2）表、曲線的查找，Excel沒有提供現(xiàn)成的函數(shù)，可用VLOOKUP、MATCH、IF、OFFSET等函數(shù)的組合或者用圖表擬合公式來解決，但精度太差，只能是勉強近似解決。人們對Excel普遍熟悉的功能是表圖的處理，不太了解其在工程計算(如鍋爐、化工物料熱量衡算)中的應(yīng)用。計算機是進(jìn)行系統(tǒng)分析的很好工具，近二十年來，各設(shè)計院大量引進(jìn)國際上著名的化學(xué)工程專業(yè)計算軟件，如PRO(Ⅱ)、ASPEN PLAS、 HYSYS、HTFS、FRI、HTRI等，版次不斷更新。聯(lián)系二者的是工藝，工藝是設(shè)備的靈魂，設(shè)備為工藝而存在，但設(shè)備已存在，制定工藝必須適應(yīng)設(shè)備以發(fā)揮設(shè)備的最大作用。兩者一個是人，一個是物。從系統(tǒng)內(nèi)外來看，對企業(yè)的投資收益最好，對環(huán)境的影響最小，這樣的造氣配置就是最好的技術(shù)，但對每個企業(yè)二者都有個最合適值。我們要分析大系統(tǒng)，因為氣流床流化床要進(jìn)行空分，要多耗電，要多投資。系統(tǒng)外部總有更大的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部至少分為兩個小系統(tǒng)。系統(tǒng)思考實現(xiàn)造氣爐節(jié)能減排的極限—熱壁高效造氣爐的推廣原理王子國1概述何謂系統(tǒng)思考？就是對相對封閉的一個系統(tǒng)內(nèi)部及外部所進(jìn)行的思考。對造氣的消耗分析，很多廠家往往以噸氨(噸醇)來考核造氣，這不完全正確。多耗電、投資多那個不是用排放CO2換來的？固定床造氣爐通過吹風(fēng)氣回收燃燒后排CO2，最小投資獲得空氣的分離，更適合活性較低的無煙煤進(jìn)行氣化。每種氣化爐對所用原料煤都有其具體要求，生產(chǎn)的煤氣用途也不一樣，萬能氣化爐是不存在的。在設(shè)備管線未配置之前，設(shè)備管線只能適應(yīng)工程人員的要求配置，這是工程人員的責(zé)任。推動二者更好適應(yīng)的辦法就是技改提高配置，管理提高人員操作技能。其中應(yīng)用比較廣泛的是PRO(Ⅱ)、ASPEN PLAS、 HYSYS。Excel每一個單元格就是一個電子表格，很容易進(jìn)行一般的加、減、乘、除、乘方、開方，而三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)在EXCEL中可以直接引用內(nèi)部函數(shù)。上海的趙明利公布了一種應(yīng)用C++程序設(shè)計語言，用拉格朗日插值計算法在Excel中建立了自定義函數(shù)數(shù)據(jù)文件生成器LCZmaker，可自定義函數(shù)，筆者把常壓氣體在不同溫度下的焓等表格和設(shè)計手冊中的一些曲線函數(shù)化，以方便在Excel中調(diào)用。目前筆者已編制完成了氣液固三廢能源燃燒物料熱量衡算、固定床間歇造氣物料熱量衡算及固定床間歇造氣生產(chǎn)甲醇的物料衡算軟件。在這個系統(tǒng)中，有投入的氣化原料（原料煤和氣化劑），有產(chǎn)出物，產(chǎn)出物又分為我們需要的產(chǎn)物（水煤氣或半水煤氣）及副產(chǎn)物（爐渣、吹風(fēng)氣、夾套蒸汽、爐子散熱）。原理的突破是最大的突破，下面我們分別從原理上和配置上來討論如何使造氣爐氣化效率最高。我們重點討論原料煤的活性。一般來說，煤的活性和其碳化年齡有關(guān)，灰熔點大的往往活性不好，活性好的往往灰熔點低，了解煤的活性灰熔點的不同，我們就可進(jìn)行混煤摻燒。當(dāng)無煙煤和煙煤同時從1200K提高到1500K時，按其活化能分別為1117計算。通過觀察下渣形狀可看出造氣爐氣化層溫度是否處于這個階段，氣化層工作在灰熔點T1和T2之間，就可使無煙煤達(dá)到兼顧最大活性及最大均布性。燃煤催化劑種類繁多，它包括堿金屬、堿土金屬和過渡元素的氧化物、氫氧化物及其鹽類，其中應(yīng)用最多的是堿金屬、堿土金屬的鹽類。對于相同的陽離子，不同陰離子的催化活性順序是OH CO3 Cl SO42。針對粘結(jié)性過大的煤種，可采用微爆劑來增加碳粒的裂紋，擴大氣固接觸面。應(yīng)用催化劑的關(guān)鍵就是投入產(chǎn)出比，配方中要通過采用降低主催化劑的單價及使用量，添加合理的助催化劑來提高主催化劑的催化活性等方法來達(dá)到最佳效果。在碳的燃燒反應(yīng)中，碳的燃燒速度ωc=βKC∞=βC∞/(1/αk+1/k) 式（11）其中β為C與O2燃燒反應(yīng)化學(xué)當(dāng)量比，C∞為周圍介質(zhì)中的氧氣濃度，k為化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)，αk為質(zhì)量擴散系數(shù)根據(jù)k與αk的大小不同，可以把燃燒分為三種不同規(guī)律的燃燒區(qū)域（或燃燒狀態(tài)）。顯然，對于反應(yīng)能力強、活化能E小的燃料，可以在較低的溫度區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)燃燒強化；而對于反應(yīng)能力弱的、活化能E很高的燃料，除了添加催化劑降低原料的活化能E外，只有在更高的溫度條件下才能實現(xiàn)燃燒的強化。在擴散燃燒狀態(tài)下，要提高燃燒速度，強化燃燒過程，最有效、最直接的辦法是強化氣流湍動，增強空氣流與碳粒間的相對速度，提高供氧能力而不是其他。都可一分為三的分為三個過程：動力控制區(qū)、過渡控制區(qū)、擴散控制區(qū)。對于碳與氧氣的反應(yīng)，一般認(rèn)為先生成CO2，然后CO2再與碳反應(yīng)生成CO。對于碳與二氧化碳的反應(yīng)還原反應(yīng)在2000℃ 以下，屬于動力學(xué)控制，反應(yīng)速率大致為CO2的一級反應(yīng)。煤的著火是燃燼的前提，煤粒著火后加速了化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)控制到擴散控制過程的轉(zhuǎn)換。氣化劑在原料煤中濃度分布的不均勻性，導(dǎo)致原料煤氣化時的溫度不一致，部分原料煤煤塊不能充分燃燒及氣化，造成造氣爐氣固反應(yīng)效率低，部分原料煤容易燃燒過火很易結(jié)疤掛爐，給穩(wěn)定操作帶來了難度?！?，飽和蒸汽溫度120～135℃。水夾套冷壁效應(yīng)直接導(dǎo)致了爐渣中單塊小返焦的產(chǎn)生。隨著碳層的旋轉(zhuǎn)，水夾套冷壁環(huán)區(qū)不是靜態(tài)的、環(huán)區(qū)內(nèi)的碳粒表面也不是靜態(tài)的。主要原因我們前面原理中已分析過，此區(qū)因溫度過低處于化學(xué)動力學(xué)控制范圍，采取的措施只能提溫加催化劑才能減少低溫影響。有的研究單位采用夾套內(nèi)用導(dǎo)熱油來控制提溫，由于導(dǎo)熱油的使用溫度一般不能超過350℃，好的有機載熱體使用溫度僅限于400℃以下，所以克服夾套水冷壁效應(yīng)的作用也不明顯，并且長期運行控制不好導(dǎo)熱油容易結(jié)焦和分解，操作不好甚
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