煤氣發(fā)生爐炭層高度對制氣量和氫氣含量影響的試驗(yàn)研究

趙凌，黃建平，王鳳利

(1.安陽工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，河南安陽455000;2.河南安陽化工集團(tuán)，河南安陽455133)

煤氣發(fā)生爐炭層高度對制氣量和氫氣含量影響的試驗(yàn)研究

趙凌1，黃建平1，王鳳利2

(1.安陽工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，河南安陽455000;2.河南安陽化工集團(tuán)，河南安陽455133)

考察了不同爐徑的UGI發(fā)生爐分別處在的不同炭層高度，找到最佳炭層高度，得到最大的制氣量和最高的氫氣含量，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

煤氣發(fā)生爐;炭層高度;節(jié)能降耗

常壓固定層床間歇式氣化技術(shù)是一項(xiàng)傳統(tǒng)的煤氣化技術(shù)，我國從20世紀(jì)30年代開始采用，經(jīng)過70多年的發(fā)展，改造創(chuàng)新，實(shí)踐證明此種氣化技術(shù)是成熟的，工藝是可行的，并且投資少、見效快，原料的適應(yīng)性廣，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，固定床間歇式的氣化技術(shù)仍是我們煤氣化的主要方向［1］。

1 炭層高度

炭層高度指爐膛內(nèi)可裝填高度，即從灰渣層到干燥層的高度［2］。通常情況下，炭層高度等于煤氣爐的高度減去空層高度。空層高度指爐內(nèi)料層上表面到爐頂之間，即加料和反應(yīng)生成物在爐內(nèi)停留的空間。試焦器位于爐頂，在正常生產(chǎn)中的任何時(shí)候都可以測量空層高度。而煤氣爐的高度是已知的，兩項(xiàng)的差值就是炭層高度。

炭層高度與床層阻力成正比關(guān)系［3］。即炭層高度越高，床層阻力越大，反之則相反。煤氣爐內(nèi)床層阻力的大小是直接影響氣化強(qiáng)度高低的重要因素。當(dāng)煤氣爐氣化層溫度一定時(shí)，入爐氣化劑通過燃料層的速度直接影響氣化反應(yīng)速度，它決定于氣化劑擴(kuò)散過程和氣化劑與燃料的接觸時(shí)間。當(dāng)床層阻力過大時(shí)，氣化劑通過燃料層時(shí)與燃料接觸時(shí)間就長，它雖然有利于蒸汽分解率的提高，但是它同時(shí)使氣化劑通過燃料層的速度減慢，氣化反應(yīng)速度也減慢。也就是說，雖然生產(chǎn)出的煤氣成分中有效組分較高，但是在單位時(shí)間內(nèi)氣化強(qiáng)度受到限制。反之，床層阻力過小，氣化劑通過燃料層的速度過快，氣化反應(yīng)速度在單位時(shí)間內(nèi)可以獲得較高的氣化強(qiáng)度，但是煤氣中有效氣體組分減少，且含有大量未分解的蒸汽。由此可見床層阻力過大或過小均不好，即炭層高度過高或過低都不好。

2 氣化過程的評價(jià)指標(biāo)

半水煤氣是將水蒸氣和空氣(或富氧空氣)按1∶1的比例一起吹入煤氣發(fā)生爐中與赤熱的C作用而產(chǎn)生的煤氣。主要成分是CO、CO2、H2、N2，氫氮比為3∶1，是合成氨的原料。制氣效率指所獲得半水煤氣熱值與氣化時(shí)所消耗的燃料所具有的熱值、氣化劑(蒸汽)所帶入的熱量、吹風(fēng)階段時(shí)積蓄于燃料層可利用熱量利用三者之和之比。提高制氣效率，必須提高半水煤氣熱值，即提高單位制氣量和水煤氣中的有效成份H2含量。H2是在制氣階段由水蒸氣與赤熱的C反應(yīng)制得，H2的含量高則制氣效率高。制氣效率的高低決定著半水煤氣質(zhì)量的高低。因此，H2含量成為評價(jià)半水煤氣的質(zhì)量的指標(biāo)。即H2含量高，半水煤氣質(zhì)量優(yōu)。氣化過程的優(yōu)劣主要通過制氣量和半水煤氣的質(zhì)量的高低來表現(xiàn)［4］。炭層高度對這兩個(gè)指標(biāo)有著重要的影響。

3 數(shù)據(jù)和分析

筆者考察了安陽化工集團(tuán)、安陽九陽公司、河南心連心化肥有限公司等，得到了下面的幾組不同爐徑下不同炭層高度情況下的情況，詳見圖1～5。本文數(shù)據(jù)采用UGI型發(fā)生爐，加入山西煤，煤氣爐的配置相同的基礎(chǔ)上得到的。

由5組數(shù)據(jù)得出，不同爐徑發(fā)生爐的制氣量和H2含量都隨炭層高度成拋物線。在最佳炭層高度時(shí)，制氣量和H2含量都達(dá)到最大。即炭層高度對制氣量和煤氣質(zhì)量有重要影響。如Φ2 650 mm發(fā)生爐最佳炭層高度在3.8 m左右;Φ2 800 mm發(fā)生爐最佳炭層高度在4.0m左右;Φ3000mm發(fā)生爐炭層高度在4.3 m左右;Φ3 200 mm發(fā)生爐最佳炭層高度在4.2 m左右;Φ3 600 mm發(fā)生爐最佳炭層高度在4.6 m左右。適宜的炭層高度不是運(yùn)用公式計(jì)算出來的，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的。炭層高度又受到多種因素的制約，只能達(dá)到某一限度范圍。如果其中一個(gè)影響因素變化很大，炭層高度的范圍也不一樣。各個(gè)工廠由于原料不同，操作工素質(zhì)不同等原因，采用的高度也不同。

4 結(jié)束語

適宜炭層高度使制氣量和煤氣質(zhì)量都達(dá)到最高和最優(yōu)。適宜的炭層高度不是運(yùn)用公式計(jì)算，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的。炭層高度又受到多種因素的制約，只能達(dá)到某一限度范圍。如果其中一個(gè)影響因素變化很大，炭層高度的范圍也不一樣［5］。

［1］梅安華.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

［2］沙興中.楊南星.煤的氣化與應(yīng)用［M］.上海:華東理工大學(xué)出版社，1995.

［3］徐振剛.水煤氣發(fā)生爐煤氣化工藝效率分析［J］.煤化工，2000，93(4):9－12.

［4］許世森，張東亮.任永強(qiáng).大規(guī)模煤氣化技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

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1003－3467(2012)14/16－0018－02

2012－06－12

2010年中央財(cái)政支持地方高校發(fā)展(安陽工學(xué)院應(yīng)用化學(xué))專項(xiàng)資金

趙凌(1980－)女，講師，主要從事過程設(shè)備強(qiáng)化研究工作，E－mail:zhaolingwfl@163.com。