汽提蒸汽入魯奇爐工藝過程危險(xiǎn)性解析

李君菲(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

1 氣提蒸汽進(jìn)入魯奇爐的危險(xiǎn)性概述

煤化氣技術(shù)是目前世界范圍內(nèi)對(duì)煤炭利用最為高效，并且清潔、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)之一，它是以煤炭為原料的能源及化工制氣技術(shù)，當(dāng)前這一技術(shù)正在向高壓化、大型化發(fā)展。眾所周知，煤炭經(jīng)過氣化之后，可以轉(zhuǎn)化成為清潔并且高效的新型能源，既可以提高對(duì)能源的利用率，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的友好作用。魯奇爐是德國魯奇工程公司生產(chǎn)的一種大型煤化氣設(shè)備，最早出現(xiàn)于上世紀(jì)40年代，其原理是通過碎煤加壓的方式，特點(diǎn)是生產(chǎn)的適應(yīng)性較為廣泛，對(duì)煤炭種類不做挑剔，目前被大多數(shù)國家和地區(qū)所接受。

本文中那個(gè)所采用的MARK-Ⅳ型魯奇爐正是其中的一個(gè)型號(hào)，原來為西北產(chǎn)區(qū)的褐煤，將褐煤原料粉碎之后，添入氣化爐頂部的儲(chǔ)煤斗，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)閥、煤箱上閥、下閥添加到爐內(nèi)，與氣化劑（水蒸氣、氧氣）反應(yīng)形成粗煤氣。

經(jīng)過反應(yīng)生成的粗煤氣還需要進(jìn)一步的加工，通過冷卻、分離、冷凝等步驟，再經(jīng)由甲醇清洗。氣提裝置所提供的整齊溫度一般為240攝氏度，壓力3.3MPa，送入氣化爐入爐蒸汽管，按照一定的比例和原有的熱蒸汽混合（包括純氧氣），經(jīng)過中心管道、風(fēng)帽、灰渣層等進(jìn)入反應(yīng)層。

在這一過程中，氣提法的應(yīng)用，是為了讓蒸汽與廢液接觸，吸收廢液中的有害物質(zhì)，從而達(dá)到分離降低污染的目的。然而，氣提蒸汽中會(huì)含有大量的氨氣、硫化氫、酚以及油，在與氧氣混合之后會(huì)產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)性。

2 氣提蒸汽進(jìn)入魯奇爐的爆炸可能性分析

魯奇爐產(chǎn)生爆炸性危險(xiǎn)的來源，是由于氣蒸汽中可能含有可燃成分，要避免這一問題的發(fā)生，首先要對(duì)爆炸極限進(jìn)行計(jì)算，即不同比例的氣提蒸汽與氧氣混合時(shí)，是否會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)性的理論分析。

作者從以下兩個(gè)角度進(jìn)行研究：

2.1 氣提蒸汽是否存在爆炸可能性；

2.2 發(fā)生爆炸危險(xiǎn)所需要的濃度條件；

首先，對(duì)（1）情況進(jìn)行理論分析。當(dāng)100%比例的水蒸汽與氧氣進(jìn)行混合的時(shí)候，由于中壓蒸汽和夾套回收蒸汽的惰化，混合室內(nèi)的可燃成分含量是最好的，毫無疑問，在這種情況下，魯奇爐反應(yīng)層發(fā)生爆炸的可能性最大。通過比例公式計(jì)算，100%比例氣提蒸汽與氧氣混合，混合室內(nèi)的氣體主要為二氧化碳、硫化氫、氨氣、酚、油和水。其中可燃的成分主要是硫化氫和氨氣。而硫化氫和水的反應(yīng)通常會(huì)減弱可燃性能，因此主要考慮的部分為氨氣。

氨氣（NH3）與水混合，NH3在氧氣中的爆炸極限（濃度）為15%-79%，惰性氣體體積分?jǐn)?shù)為94%；爆炸極限的計(jì)算公式為：混合氣中的可燃燒成分極限，乘以惰性氣體所占的百分比與混合氣體中毒性氣體所占的百分比。由此可以計(jì)算出，混合氣體的爆炸下限為77%，上限為99%。

由此可見，氣提蒸汽進(jìn)入魯奇爐內(nèi)存在高爆炸性。

其次，對(duì)（2）情況進(jìn)行分析。發(fā)生爆炸危險(xiǎn)所需要的濃度條件，也就是最低的濃度下限。100%比例的氣提蒸汽在正常的工作狀態(tài)下，流量約為10854m3/h，當(dāng)氧氣的流量為850m3/h是最危險(xiǎn)的狀態(tài)，因此可以通過氣化爐中的燃燒成分阻斷，以避免發(fā)生爆炸性危險(xiǎn)。由于混合室內(nèi)的蒸汽和氧氣混合后，蒸汽分解率約為35%-45%，在這里可以按照最小量55%計(jì)算；當(dāng)氣化爐中的氨氣為7.85%時(shí)，其他可燃性物質(zhì)的濃度遠(yuǎn)低于爆炸極限。同時(shí)，氨氣在沒有完全燃燒的情況下就被帶入還原層，其他可燃性氣體也會(huì)快速被未分解的水蒸汽阻斷，不會(huì)發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

此外，氣提蒸汽與氧氣混合的狀態(tài)下，當(dāng)氣提蒸汽的體積分?jǐn)?shù)為88%+，高于爆炸下限的77%，低于爆炸上限98%，依然處于爆炸極限范圍之內(nèi)。因此，在設(shè)計(jì)工作狀況時(shí)，僅有氣提蒸汽與夾套回收蒸汽混合依然存在危險(xiǎn)。根據(jù)工藝流程，只要將氣提蒸汽提前與中壓過熱蒸汽進(jìn)行混合，就不會(huì)存在爆炸的危險(xiǎn)性。

3 結(jié)語

通過以上的分析不難看出，氣提蒸汽進(jìn)入魯奇爐的工藝中確實(shí)存在爆炸性的危險(xiǎn)，（100%比例的氣提蒸汽和氧氣混合為頂點(diǎn)值），因此必須在魯奇爐內(nèi)加入中壓過熱蒸汽，或者通過夾套回收蒸汽才能降低爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)工況下，前兩種解決方案并不能完全消除危險(xiǎn)，需要將氣提蒸汽提前與中壓過熱蒸汽進(jìn)行混合。

同時(shí)，進(jìn)入氣化爐的蒸汽和氧氣混合物質(zhì)里面，氨氣（NH3）是最具有爆炸危險(xiǎn)的成分，因此要控制它的含量低于允許濃度，其他的成分均按照比例，降低在這一程度之下。

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