系統(tǒng)思考實(shí)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-文庫吧在線文庫
【正文】 造氣爐氣化反應(yīng)是氣固間歇反應(yīng)，提高氣固反應(yīng)的效率，加強(qiáng)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。無煙煤揮發(fā)分含量最低，一般≤10%，含碳量很高，灰分、水分等雜質(zhì)較少，因而發(fā)熱量高約在21000 ～ 32500kJ/kg，著火和燃燼都很困難。固定床造氣爐一般要求最好操作在灰熔點(diǎn)T1和T2之間，在這個(gè)溫度下，以一些難熔灰渣為框架，一些易熔碳粒形成液滴均布在相當(dāng)于渣填料的框架中，此時(shí)氣固液接觸最為均勻傳質(zhì)反應(yīng)速度最快。實(shí)驗(yàn)證明，添加量一定時(shí)，對(duì)于相同的陰離子，不同陽離子催化活性順序是Cs RbKNaBaLiSrCaMgBe，另有資料說明Cr Mn, Fe Ni, Co Ca, Zn Al,Cu K。腐植酸型煤的活性比碳化煤球、黃泥白泥煤球的活性高，主要原因?yàn)樵虾置夯钚院?，又很少降低型煤中的固定碳，制作過程中加入了NaOH，形成的CONa鏈?zhǔn)呛芎玫拇呋Y(jié)構(gòu)。在動(dòng)力燃燒狀態(tài)下，提高燃燒速度，強(qiáng)化燃燒過程最有效、最直接的辦法是提高燃燒的溫度條件T。碳與氧及碳與蒸汽的反應(yīng)中都可一分為二的有兩種控制阻力：化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制及擴(kuò)散控制。對(duì)于碳與水蒸汽的反應(yīng)生成CO和H2，400℃ T 1000℃時(shí)，屬動(dòng)力學(xué)控制區(qū)；T 1100℃時(shí)，屬擴(kuò)散控制區(qū)，兩者之間屬于過渡控制區(qū)。使空氣、蒸汽和碳的兩種氣化反應(yīng)均處于擴(kuò)散控制之下，以達(dá)到高效燃燒貯熱高效蒸汽氣化。所以，煤氣發(fā)生爐靠近水夾套地方有部分的碳渣層遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于著火溫度，經(jīng)實(shí)際測(cè)試由于水循環(huán)冷卻效應(yīng)導(dǎo)致水夾套內(nèi)周圍80mm環(huán)區(qū)處內(nèi)部的原料煤層溫度過低，不能很好的燃燒貯熱及氣化。解決水夾套冷壁效應(yīng)的方法，最早有的研究單位認(rèn)為，此區(qū)碳粒不能完全燃燒主要因?yàn)槿鄙倏諝?，于是采用增大爐柵底層布風(fēng)通道、在灰倉中進(jìn)行二次布風(fēng)的措施，結(jié)果適得其反，造成爐渣殘?zhí)剂糠炊仙Ｒ陨蠋追N方法，都能或多或少減輕水夾套冷壁效應(yīng)，但都不能徹底消除其低溫影響，主要因?yàn)槠涮釡睾苡邢蓿荒鼙ＷC到無煙煤的燃點(diǎn)600～800℃以上，更不能使其環(huán)區(qū)脫離動(dòng)力學(xué)控制，進(jìn)而達(dá)到同氣化層溫度一致進(jìn)入擴(kuò)散控制范圍。當(dāng)然存在的氣化層相對(duì)反應(yīng)死區(qū)不是靜態(tài)的，但煤粒每走到此氣化層相對(duì)反應(yīng)死區(qū)都要受到影響。在固定床煤氣發(fā)生爐氣化整個(gè)過程中，從大的方面講，可分為煤的空氣燃燒貯熱同時(shí)產(chǎn)生吹風(fēng)氣、煤的蒸汽降溫氣化同時(shí)產(chǎn)生水煤氣、分離吹風(fēng)氣水煤氣三個(gè)過程。帶出物損失比例4% 上行煤氣溫度350℃，下行煤氣溫度250℃， 蒸汽溫度220℃空氣溫度30℃，%，爐渣溫度250℃。這些混和空間造成了分離吹風(fēng)氣水煤氣時(shí)效率不高。目前的煤氣發(fā)生爐多采用三、四臺(tái)一組，水煤氣共用一臺(tái)聯(lián)合除塵器除塵、一臺(tái)廢鍋回收煤氣顯熱，一臺(tái)洗氣塔洗滌降溫，單爐設(shè)干式水封以方便檢修，只在洗氣塔處設(shè)水封與后工序隔開。均布?xì)饣療岜诖呋咝Х蛛x固定床造氣爐有多種形式，下圖是其中兩種配置結(jié)構(gòu)示意圖，氣化層采用的是絕熱壁及半絕熱壁。集成采用時(shí)，該爐型及配套流程可比普通造氣爐氣化強(qiáng)度增加20%以上，水煤氣有效成分提高2%以上，噸醇噸氨煤耗至少降低10%～30%。（3）、采用爐頂爐底氣流通道各一根管道及耐磨一控多通異型閥，流程簡(jiǎn)捷、置換時(shí)間最短，水煤氣和吹風(fēng)氣分離徹底，爐外氣流空間無死角。4小結(jié)—系統(tǒng)分析降低固定床造氣爐煤耗的設(shè)備管線配置依據(jù)上述系統(tǒng)分析，筆者設(shè)計(jì)出了均布?xì)饣療岜诖呋咝Х蛛x固定床造氣爐，并已申請(qǐng)了多個(gè)多項(xiàng)專利保護(hù)（專利號(hào)： 專利號(hào)： 專利號(hào)：ZL ），它的爐體及管道配置形式有多種，但都圍繞著解決了以往造氣爐中存在的如下缺點(diǎn)：（1）、水夾套的冷壁效應(yīng)環(huán)區(qū)導(dǎo)致爐渣里單塊小返焦中殘?zhí)几?、蒸汽分解率低、造氣污水外排循環(huán)量大、水煤氣中含氧的問題。另外由于目前的煤氣發(fā)生爐上部混和空間比爐下混和空間大，下吹蒸汽行程長，部分蒸汽分散于爐內(nèi)空間，無法到達(dá)氣化層參與反應(yīng)，在進(jìn)行下一時(shí)段(上吹)時(shí)，被吹出煤氣發(fā)生爐，致使下吹蒸汽分解率較低。模擬計(jì)算結(jié)論：從以上數(shù)據(jù)分析可看出，吹風(fēng)氣成分和水煤氣成分對(duì)噸醇煤耗影響非常大，計(jì)算條件4是按中氮肥大爐型數(shù)據(jù)進(jìn)行的模擬，最高消耗和最低消耗噸醇差300多公斤，噸醇煤耗上升后，還可造成造氣排到大氣中的CO2增加。提高水煤氣的有效成分及流量，降低吹風(fēng)氣有效氣成分及流量的方法，除了提高其氣固反應(yīng)效率外，只有通過加強(qiáng)分離效果來實(shí)現(xiàn)。此爐型當(dāng)時(shí)是為了提高碳層而不用加高爐體采取的辦法，但同時(shí)也增強(qiáng)了氣固接觸反應(yīng)的均勻性，也減少了爐膛氣體混合空間。在圖一造氣爐型中，由于上行煤氣出口（吹風(fēng)氣出口）在爐體的一側(cè)，這樣在吹風(fēng)時(shí)將導(dǎo)致靠近吹風(fēng)氣出口側(cè)氣流速度比另一側(cè)快，空氣偏流導(dǎo)致氣化層有的地方反應(yīng)劇烈，有的地方反應(yīng)不充分，有的地方熱量能帶出，有的地方熱量帶不出。可見蒸汽提溫很有限，克服水冷壁效應(yīng)的作用也就不很明顯。應(yīng)該說明的是水夾套冷壁環(huán)區(qū)溫度是呈梯級(jí)的，靠壁面的地方溫度降低最多。水夾套的目的，一是降低爐壁處碳渣層的溫度，防止高溫結(jié)渣掛爐，二是保護(hù)爐下灰盤等設(shè)備不受高溫?fù)p壞，三是回收熱量副產(chǎn)蒸汽供煤氣發(fā)生爐制氣使用。根據(jù)對(duì)無煙煤的燃燒速度測(cè)定得知，無煙煤在600～800℃時(shí)才能開始緩慢著火，但是燃燒速度很慢，隨著溫度的上升燃燒速度加快。3） 增加擴(kuò)散反應(yīng)速率的措施主要有：適宜的顆粒直徑及合適氣速的增加。它的物理意義在于：在擴(kuò)散燃燒區(qū)，碳燃燒速度ωc只決定于氧氣向碳表面的擴(kuò)散能力，而與燃料性質(zhì)、溫度條件幾乎無關(guān)。我們以碳的燃燒反應(yīng)為例來分析三個(gè)控制區(qū)的有關(guān)規(guī)律。另外加入的催化劑不能降低煤的灰熔點(diǎn)。另外由于添加催化劑，燃料可以在較低的溫度下具備氣化反應(yīng)的活性，就可使氣化反應(yīng)盡快由動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)入擴(kuò)散控制，提高制氣效率。 —溫度煤的燃燒速度隨溫度的增加而很快增加，碳與氧進(jìn)行反應(yīng)的活化能，無煙煤為140～，煙煤為117～
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