試談熱壁高效造氣爐的推廣原理-全文預覽
【正文】 置不同的造氣爐。由于熔鹽的熔點142℃以上，所以熔鹽的啟動相當麻煩，開停車循環(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的蒸汽壓力來提高夾套內壁的溫度，但由于蒸汽壓力不可能提得很高，℃，℃，℃，℃。從統(tǒng)計學上講，水夾套的水冷壁效應導致其碳粒內大部分處于化學動力學控制范圍。在吹風時空氣中的氧氣在此環(huán)區(qū)中不能較好地和碳反應，導致吹風氣中氧含量較高，進而影響到水煤氣或半水煤氣中的氧含量較高，使變換反應蒸汽消耗增加。從前述的原理可形成共識，水夾套周圍的冷壁因溫度降低導致其周圍原料煤的活性降低，燒腐值酸煤球比燒無煙煤影響小，活性越差的煤影響越大。目前煤氣發(fā)生爐內干燥層、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。至少要求應盡快控制處于1100℃以上，使蒸汽和碳的氣化反應處于擴散控制之下；為了使水蒸汽氣化不致因爐溫的降低而效率大幅度降低，最好至少應要求在吹風階段控制處于1200℃以上；為了氣固反應的均勻及強化，一般要求最好操作在灰熔點T1和T2之間，防止進入T3點。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，屬過渡控制區(qū)。2） 增加動力學反應速率的措施主要有：添加催化劑及提溫。在這種狀態(tài)下的燃燒稱為過渡燃燒。此時碳燃燒化學反應速度式（11）變?yōu)椋? ωc≈βαk C∞ 此時的燃燒狀態(tài)稱為擴散燃燒。其物理意義在于：在動力燃燒區(qū)，碳的燃燒速ωc幾乎只決定于化學反應的能力，既燃燒的溫度條件T及燃料的性質（這里反映在燃料的活化能E上），而與氧氣向碳表面的擴散情況無關。碳的燃燒和碳的蒸汽氣化反應都可分為三個過程：動力控制區(qū)、過渡控制區(qū)、擴散控制區(qū)。選用催化劑應盡量做到廢物利用，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，效果越好。催化劑增加煤的反應活性，降低煤的燃點，吹風時可在短時間內使氣化層達到較高的溫度，相應縮短了吹風時間，增加單爐制氣能力。提高溫度對無煙煤的活性影響很大，但要受制于煤的灰熔點以防氣固原料接觸的偏流?；钚愿叩暮突钚缘偷?、灰熔點高的和灰熔點低的不同煤配燒，以達到兼顧二者的目的。而且其活性與其形成焦炭的內部疏松程度、表面狀況、密度、粒度等關系很大。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，氣化效率最高。各廠技術人員可考慮分工段進行編制計算書，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，然后進行全廠工藝過程模擬，找出系統(tǒng)需解決的優(yōu)化問題。另一個比較好的插件是上海發(fā)電設備成套設計研究所楊宇設計的，他根據(jù)IAPWSIF97和IFC67標準編制《水和蒸汽性質計算軟件包》，設計了Excel加載插件，可很方便地在Excel表中加載水、蒸汽有關函數(shù)。對于問題（1）循環(huán)計算，Excel在工具菜單中提供了兩個命令：單變量求解和規(guī)劃求解，利用這兩條命令很容易解決，單變量相當于解一元方程，規(guī)劃求解相當于解多元方程組。采用辦公軟件Excel表格進行物料熱量衡算是比較快捷準確的方法。2工藝系統(tǒng)分析的工具長期以來，很少人能對固定床造氣進行深刻的工藝系統(tǒng)分析，主要原因是缺少系統(tǒng)分析工具，試想整個造氣工藝計算下來要好幾天才可完成，而系統(tǒng)分析需要人為變動調節(jié)其中的某幾個數(shù)據(jù)看其對整個系統(tǒng)的影響，一項數(shù)據(jù)關聯(lián)很多數(shù)據(jù)，要解很多方程組，計算下來要不知道耗費多少時日。當設備管線配置不能很好地適應人員操作，就要進行技術改造，這是技改人員的責任。我們把固定床造氣作為一個系統(tǒng)一分為二的分析看，它可分為人員操作和設備管線配置兩項決定因素。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比氣化效率，這也不完全正確。只有劃分出來相對封閉的系統(tǒng)(雖然這個系統(tǒng)不可能完全封閉)，才能對系統(tǒng)內部要素進行分析，才能知道各系統(tǒng)對本系統(tǒng)外部及內部的影響。如同熱力學為研究方便建立個體系一樣。因為以噸氨(噸醇)來計量，就涉及到造氣系統(tǒng)外的整個廠的大系統(tǒng)，應該以單位有效氣的折標煤耗較為公平。氣流床流化床采用無煙煤進行氣化，比氧耗要增加，即使加活性劑助熔劑仍不能很好地適應。本文的目的就是把固定床間歇造氣爐進一步改進完善。在設備管線配置到位之后，操作人員只能適應已成形的設備管線配置而操作，這是生產(chǎn)管理人員的責任。本文要重點闡述的是，為了更好地完成造氣的工藝要求，如何進行設備管線配置才最合理。但這些軟件使用費用相當昂貴，并且熟練掌握需要花費比較多的時間，國外也沒模擬計算固定床造氣的參考例子，因為目前它基本上是只屬于我們中國獨有研究的東西了。用Excel編制一般的工程計算程序還需解決的有以下兩個問題：（1）循環(huán)計算，（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)化是個難題。國外也有類似的函數(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數(shù)據(jù)進行工藝過程靜態(tài)模擬，原來需要幾天算出來的可在幾分鐘內完成。當氣化原料既定時，氣化效率就和產(chǎn)物和副產(chǎn)物有關。氣固反應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。煤的活性與原有煤種的性質有關，它們對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、無煙煤。有些劣質煤機械強度和熱穩(wěn)定性差，但是化學活性好，就可以選用少部分冷熱強度高的塊煤或焦炭摻燒，這部分強度好的煤（
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