試談熱壁高效造氣爐的推廣原理-全文預(yù)覽
【正文】 置不同的造氣爐。由于熔鹽的熔點(diǎn)142℃以上，所以熔鹽的啟動(dòng)相當(dāng)麻煩，開(kāi)停車循環(huán)不好的情況下，很易燒壞夾套。有的研究單位采用提高夾套內(nèi)的蒸汽壓力來(lái)提高夾套內(nèi)壁的溫度，但由于蒸汽壓力不可能提得很高，℃，℃，℃，℃。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講，水夾套的水冷壁效應(yīng)導(dǎo)致其碳粒內(nèi)大部分處于化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制范圍。在吹風(fēng)時(shí)空氣中的氧氣在此環(huán)區(qū)中不能較好地和碳反應(yīng)，導(dǎo)致吹風(fēng)氣中氧含量較高，進(jìn)而影響到水煤氣或半水煤氣中的氧含量較高，使變換反應(yīng)蒸汽消耗增加。從前述的原理可形成共識(shí)，水夾套周圍的冷壁因溫度降低導(dǎo)致其周圍原料煤的活性降低，燒腐值酸煤球比燒無(wú)煙煤影響小，活性越差的煤影響越大。目前煤氣發(fā)生爐內(nèi)干燥層、干餾層部分或全部處在水夾套筒中，氣化層、灰渣層全部處在水夾套筒中。至少要求應(yīng)盡快控制處于1100℃以上，使蒸汽和碳的氣化反應(yīng)處于擴(kuò)散控制之下；為了使水蒸汽氣化不致因爐溫的降低而效率大幅度降低，最好至少應(yīng)要求在吹風(fēng)階段控制處于1200℃以上；為了氣固反應(yīng)的均勻及強(qiáng)化，一般要求最好操作在灰熔點(diǎn)T1和T2之間，防止進(jìn)入T3點(diǎn)。另外，各種含碳原料的活性不同，上述控制區(qū)溫度數(shù)據(jù)也就有所差別。775℃ T 900℃ 時(shí)，屬過(guò)渡控制區(qū)。2） 增加動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率的措施主要有：添加催化劑及提溫。在這種狀態(tài)下的燃燒稱為過(guò)渡燃燒。此時(shí)碳燃燒化學(xué)反應(yīng)速度式（11）變?yōu)椋? ωc≈βαk C∞ 此時(shí)的燃燒狀態(tài)稱為擴(kuò)散燃燒。其物理意義在于：在動(dòng)力燃燒區(qū)，碳的燃燒速ωc幾乎只決定于化學(xué)反應(yīng)的能力，既燃燒的溫度條件T及燃料的性質(zhì)（這里反映在燃料的活化能E上），而與氧氣向碳表面的擴(kuò)散情況無(wú)關(guān)。碳的燃燒和碳的蒸汽氣化反應(yīng)都可分為三個(gè)過(guò)程：動(dòng)力控制區(qū)、過(guò)渡控制區(qū)、擴(kuò)散控制區(qū)。選用催化劑應(yīng)盡量做到廢物利用，不少工農(nóng)業(yè)廢棄物可能是性能優(yōu)良的催化劑，例如含有大量Na、Ca離子的造紙黑液、用完廢棄的電石、含有NaOH的廢水等。合理的配方可以使各組分之間相輔相成，甚至利用痕量元素成分做助催化劑，能使催化效果明顯增加。不同催化劑具有不同的催化活性，催化劑活性越強(qiáng)，效果越好。催化劑增加煤的反應(yīng)活性，降低煤的燃點(diǎn)，吹風(fēng)時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)使氣化層達(dá)到較高的溫度，相應(yīng)縮短了吹風(fēng)時(shí)間，增加單爐制氣能力。提高溫度對(duì)無(wú)煙煤的活性影響很大，但要受制于煤的灰熔點(diǎn)以防氣固原料接觸的偏流?；钚愿叩暮突钚缘偷?、灰熔點(diǎn)高的和灰熔點(diǎn)低的不同煤配燒，以達(dá)到兼顧二者的目的。而且其活性與其形成焦炭的內(nèi)部疏松程度、表面狀況、密度、粒度等關(guān)系很大。氣體原料提高活性的方法，主要提高其溫度，但要受制于爐渣的熱量回收。當(dāng)產(chǎn)物的有效成分越好、量越大，副產(chǎn)物的有效成分越少、量越小時(shí)，氣化效率最高。各廠技術(shù)人員可考慮分工段進(jìn)行編制計(jì)算書，留好數(shù)據(jù)接口，然后可很方便地組合成全廠的物料熱量衡算書，然后進(jìn)行全廠工藝過(guò)程模擬，找出系統(tǒng)需解決的優(yōu)化問(wèn)題。另一個(gè)比較好的插件是上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所楊宇設(shè)計(jì)的，他根據(jù)IAPWSIF97和IFC67標(biāo)準(zhǔn)編制《水和蒸汽性質(zhì)計(jì)算軟件包》，設(shè)計(jì)了Excel加載插件，可很方便地在Excel表中加載水、蒸汽有關(guān)函數(shù)。對(duì)于問(wèn)題（1）循環(huán)計(jì)算，Excel在工具菜單中提供了兩個(gè)命令：?jiǎn)巫兞壳蠼夂鸵?guī)劃求解，利用這兩條命令很容易解決，單變量相當(dāng)于解一元方程，規(guī)劃求解相當(dāng)于解多元方程組。采用辦公軟件Excel表格進(jìn)行物料熱量衡算是比較快捷準(zhǔn)確的方法。2工藝系統(tǒng)分析的工具長(zhǎng)期以來(lái)，很少人能對(duì)固定床造氣進(jìn)行深刻的工藝系統(tǒng)分析，主要原因是缺少系統(tǒng)分析工具，試想整個(gè)造氣工藝計(jì)算下來(lái)要好幾天才可完成，而系統(tǒng)分析需要人為變動(dòng)調(diào)節(jié)其中的某幾個(gè)數(shù)據(jù)看其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，一項(xiàng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)很多數(shù)據(jù)，要解很多方程組，計(jì)算下來(lái)要不知道耗費(fèi)多少時(shí)日。當(dāng)設(shè)備管線配置不能很好地適應(yīng)人員操作，就要進(jìn)行技術(shù)改造，這是技改人員的責(zé)任。我們把固定床造氣作為一個(gè)系統(tǒng)一分為二的分析看，它可分為人員操作和設(shè)備管線配置兩項(xiàng)決定因素。固定床造氣爐和氣流床流化床各有適用的范圍。有的人喜歡把固定床造氣爐和氣流床、流化床氣化爐直接對(duì)比氣化效率，這也不完全正確。只有劃分出來(lái)相對(duì)封閉的系統(tǒng)(雖然這個(gè)系統(tǒng)不可能完全封閉)，才能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部要素進(jìn)行分析，才能知道各系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)外部及內(nèi)部的影響。如同熱力學(xué)為研究方便建立個(gè)體系一樣。因?yàn)橐試嵃?噸醇)來(lái)計(jì)量，就涉及到造氣系統(tǒng)外的整個(gè)廠的大系統(tǒng)，應(yīng)該以單位有效氣的折標(biāo)煤耗較為公平。氣流床流化床采用無(wú)煙煤進(jìn)行氣化，比氧耗要增加，即使加活性劑助熔劑仍不能很好地適應(yīng)。本文的目的就是把固定床間歇造氣爐進(jìn)一步改進(jìn)完善。在設(shè)備管線配置到位之后，操作人員只能適應(yīng)已成形的設(shè)備管線配置而操作，這是生產(chǎn)管理人員的責(zé)任。本文要重點(diǎn)闡述的是，為了更好地完成造氣的工藝要求，如何進(jìn)行設(shè)備管線配置才最合理。但這些軟件使用費(fèi)用相當(dāng)昂貴，并且熟練掌握需要花費(fèi)比較多的時(shí)間，國(guó)外也沒(méi)模擬計(jì)算固定床造氣的參考例子，因?yàn)槟壳八旧鲜侵粚儆谖覀冎袊?guó)獨(dú)有研究的東西了。用Excel編制一般的工程計(jì)算程序還需解決的有以下兩個(gè)問(wèn)題：（1）循環(huán)計(jì)算，（2）表、單曲線、曲線組的查找（如表：常壓氣體在不同溫度下的焓），也就是書中一些數(shù)據(jù)表格曲線的函數(shù)化是個(gè)難題。國(guó)外也有類似的函數(shù)插件，但不如他的好用。使用非常方便，可隨意選擇更改幾項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝過(guò)程靜態(tài)模擬，原來(lái)需要幾天算出來(lái)的可在幾分鐘內(nèi)完成。當(dāng)氣化原料既定時(shí)，氣化效率就和產(chǎn)物和副產(chǎn)物有關(guān)。氣固反應(yīng)的效率與氣固原料的活性及氣固原料的接觸均勻程度有關(guān)。煤的活性與原有煤種的性質(zhì)有關(guān)，它們對(duì)CO2的還原能力是按照下列順序遞減的：泥煤、木炭、褐煤、煙煤、貧煤、無(wú)煙煤。有些劣質(zhì)煤機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性差，但是化學(xué)活性好，就可以選用少部分冷熱強(qiáng)度高的塊煤或焦炭摻燒，這部分強(qiáng)度好的煤（
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