粒度對(duì)殼牌氣化爐氣化過程的影響

楊明濤

（同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037002）

引 言

在當(dāng)今的社會(huì)中人們對(duì)于環(huán)境的保護(hù)意識(shí)越來越強(qiáng),由于煤炭直接使用對(duì)于環(huán)境的危害非常大,因此人們開始發(fā)展更加環(huán)保的煤氣化技術(shù)。在煤氣化的過程中,煤炭的粒度有著非常重要的影響,并且殼牌氣化爐對(duì)于煤炭顆粒的要求更高,這就需要人們研究粒度對(duì)氣化過程較為具體的影響,這樣才能更好地控制煤炭的粒度,讓氣化過程更加完善,從而增加氣化的質(zhì)量和效果。

1 煤氣化技術(shù)簡介

煤炭在我國是最為重要的能源之一,對(duì)于煤炭的利用是國家需要解決的一項(xiàng)重要課題。煤炭直接燃燒會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的危害,于是人們根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理將煤炭進(jìn)行氣化處理后再進(jìn)行使用,這樣就不會(huì)產(chǎn)生較多的有害氣體,并且煤炭的利用率也有很大的提升。煤炭的這些特性更加促使人們對(duì)煤炭氣化技術(shù)進(jìn)行研究,如今煤氣化技術(shù)已經(jīng)成為煤炭處理最為重要的一項(xiàng)技術(shù),對(duì)于人們的生產(chǎn)生活都有著很大的影響。煤氣化的水平越來越高效,并且越來越環(huán)保,氣化的產(chǎn)品已經(jīng)滲入到生活的方方面面,給經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來很大的動(dòng)力。煤氣化的技術(shù)可以根據(jù)不同的氣化爐而分成不同的幾種,例如固定床氣化技術(shù)、流化床氣化技術(shù)和氣化床氣化技術(shù)等,不同的技術(shù)有著不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),可以選擇合適的進(jìn)行氣化工作。其中氣流床氣化技術(shù)中應(yīng)用到的氣化爐就是殼牌氣化爐,相比于其他種類的氣化爐,這種氣化爐對(duì)于煤炭顆粒的要求非常高,要求入爐粒度應(yīng)當(dāng)要在5μm～90μm之間,若是煤炭的力度不能夠滿足其要求,就可能有很大的影響,氣化的效率就會(huì)降低,并且對(duì)于后續(xù)的工作也帶來很大的難題,因此,對(duì)于殼牌氣化爐來講,煤炭粒度的影響非常值得人們?nèi)ミM(jìn)行討論。

2 粒度對(duì)殼牌氣化爐氣化過程影響分析

2.1 粒度對(duì)于粉塵流動(dòng)性的影響

對(duì)于殼牌氣化爐來講,由于其工作的設(shè)備較為精密,因此對(duì)于粉體的流動(dòng)性的要求也是非常高的。粉體就是小顆粒物質(zhì)的一種總稱,殼牌氣化爐要求的力度就是處于粉體的范圍內(nèi)。由于粉體相當(dāng)?shù)奈⑿?因此其顆粒狀固態(tài)的性質(zhì)并不明顯,相反,其具有猶如流體類似的流動(dòng)性,人們也常常將粉體說成是第四類的物質(zhì)。粉體能夠流動(dòng)是由于顆粒太小顆粒之間的相互作用力就會(huì)非常明顯,這樣就會(huì)造成其具有類似于流體分子之間的一些作用力,因此也就具有著一定的流動(dòng)性,但是顆粒之間的受力確實(shí)較為復(fù)雜,人們難以弄清楚各種力之間的作用。對(duì)于殼牌氣化爐來講,其對(duì)煤炭顆粒的運(yùn)送時(shí)采用的是密相加壓氣力運(yùn)輸,在進(jìn)行運(yùn)輸時(shí),需要有一定的氣體保證其有一個(gè)向前的推動(dòng)力,通常要選用與氣化爐中進(jìn)行的反應(yīng)不會(huì)有影響的氣體,例如惰性氣體等,這樣就能將煤粉送到氣化爐中。由于煤粉的流動(dòng)性是非常弱的,因此在進(jìn)行輸送的時(shí)候會(huì)有一定的困難,這就要求人們盡可能提升煤粉的流動(dòng)性,保證粒度合適,確保證運(yùn)送過程的完好。影響粒度流動(dòng)性的因素有很多,例如粒度的水分會(huì)造成煤粉顆粒之間相互粘連,造成顆粒的增大,降低其流動(dòng)性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)送的管道出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。另外,粒度的分布也對(duì)煤粉的流動(dòng)性有著一定的影響。不同粒度之間可能會(huì)有不同的靜電力的作用,靜電力較大的就會(huì)對(duì)帶有相反電荷的小顆粒進(jìn)行吸引,也會(huì)造成煤粉的顆粒變大,造成其流動(dòng)性降低。不同粒度之間也是有著不同的摩擦因數(shù),在進(jìn)行輸送時(shí),也有可能會(huì)因?yàn)槟Σ亮Φ脑蛟斐善淞鲃?dòng)性的降低［1］。

2.2 粒度對(duì)于煤氣化反應(yīng)的影響

在利用殼牌氣化爐對(duì)煤炭進(jìn)行氣化時(shí),需要對(duì)煤樣粒度分布進(jìn)行一定的分析,這樣可以對(duì)反應(yīng)中可能出現(xiàn)的各種元素進(jìn)行預(yù)估,可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)粒度有所降低時(shí),主要元素就會(huì)跟隨粒度的不同而發(fā)生改變,在進(jìn)行反應(yīng)的期間,會(huì)有灰分的產(chǎn)生,在不同的粒度中,灰分在反應(yīng)后的含量會(huì)有所不同。粒度還會(huì)對(duì)煤粉的各種性質(zhì)有著一定的影響,粒度越小,會(huì)使煤粉在進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)候更加的完全,但是反應(yīng)完成后各種剩余的殘留物的成分也不相同。粒度還會(huì)對(duì)煤粉反應(yīng)的溫度有著一定的影響,一般來講,粒度越大會(huì)使煤粉的熔融溫度越高,反應(yīng)就會(huì)更加地難以進(jìn)行。不同的粒度還會(huì)有不同的表面積,這些也會(huì)對(duì)氣化反應(yīng)有著一定的影響,在進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算后可以發(fā)現(xiàn)隨著粒度的不斷增加其表面積和體積的比例在不斷地減小,但是在實(shí)際的反應(yīng)中可以發(fā)現(xiàn)主要影響的是一些中孔和大孔,對(duì)于更小的孔徑是沒有太大的影響的,其影響作用可以忽略不計(jì)?？斩磳?duì)于反應(yīng)的影響主要體現(xiàn)在反應(yīng)的活度上,表面積和體積的比例越大,其在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的活度就會(huì)降低,這樣就會(huì)有利于反應(yīng)的進(jìn)行,同時(shí),對(duì)于氣體劑的擴(kuò)散和在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)物質(zhì)傳輸?shù)男识加幸欢ǖ挠绊?。不同的孔徑有著不同的反?yīng),在選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)以最為合適的去進(jìn)行選擇,這樣才能對(duì)反應(yīng)的效率有一定的保證,同時(shí)還可以讓反應(yīng)更加完全地進(jìn)行［2］。

2.3 粒度波動(dòng)性對(duì)殼牌氣化爐的影響

在對(duì)氣化過程進(jìn)行評(píng)估的時(shí)候,需要對(duì)反應(yīng)的比氧耗和煤耗進(jìn)行分析,其對(duì)于氣化的過程有一定的作用,反映出氣化過程中出現(xiàn)的一些問題,讓人們?nèi)ミM(jìn)行調(diào)整。比氧耗和煤耗可以由粒度的波動(dòng)性進(jìn)行分析,根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析得知粒度的波動(dòng)性和這兩者之間的比例有著一定的負(fù)相關(guān)的比例,隨著粒度波動(dòng)性的增大,比氧耗也會(huì)有一定的降低,進(jìn)行分析可以得知這是由于當(dāng)粒度較低的時(shí)候,煤樣的堆積密度降低,這就會(huì)導(dǎo)致在煤粉的運(yùn)輸過程中產(chǎn)生堵塞的現(xiàn)象,使煤粉進(jìn)入率降低。當(dāng)粒度大于90μm的時(shí)候,對(duì)煤粉的波動(dòng)性就會(huì)有較大的影響,但是這種波動(dòng)性對(duì)于在進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的各種物質(zhì)的性質(zhì)并不會(huì)產(chǎn)生很大的影響,例如其礦物的組成,熔融時(shí)的溫度等都不會(huì)發(fā)生較大的改變。當(dāng)粒度有所降低時(shí),煤粉的一些物理性質(zhì)就會(huì)相應(yīng)發(fā)生一定的改變,會(huì)對(duì)煤粉的流動(dòng)性有著較小影響,但是并不會(huì)影響到氣化過程的大體,一般來看都會(huì)有著小程度上的提升,對(duì)于氣化反應(yīng)的增進(jìn)作用并不大。當(dāng)粒度非常小的時(shí)候,也會(huì)對(duì)氣化反應(yīng)造成一定的影響,粒度太小就會(huì)讓氣化爐噴嘴的流量大幅減小,降低氣化反應(yīng)的效率,在反應(yīng)時(shí)很容易產(chǎn)生甲烷過多的現(xiàn)象,但是為了反應(yīng)的進(jìn)行需要對(duì)甲烷進(jìn)行一定的控制,就會(huì)讓氣化合成的產(chǎn)量大大降低?？梢钥匆?對(duì)于殼牌氣化爐來講,煤粉的粒度一定要有著一定的范圍控制,讓各種粒度有著較為合適的含量,這樣對(duì)于氣化反應(yīng)來講就會(huì)有著較好的效果,讓氣化產(chǎn)物的質(zhì)量也有著較大的提升［3］。

3 結(jié)語

本文針對(duì)粒度對(duì)殼牌氣化爐氣化過程的影響問題,主要從兩個(gè)方面進(jìn)行探討,首先對(duì)煤氣化技術(shù)進(jìn)行簡介,然后對(duì)粒度對(duì)殼牌氣化爐氣化過程影響進(jìn)行分析,通過分析得知有著粒度對(duì)于粉塵流動(dòng)性的影響、粒度對(duì)于煤氣化反應(yīng)的影響和粒度波動(dòng)性對(duì)殼牌氣化爐的影響這三個(gè)方面的影響,希望能夠?qū)ο嚓P(guān)研究有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

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［2］ 婁彤,張忠孝,周志豪,等.氣流床氣化爐高熔點(diǎn)煤氣化反應(yīng)模擬［J］.熱能動(dòng)力工程,2015,30（3）：407－412.

［3］ 東赫,劉金昌,解強(qiáng),等.典型氣流床煤氣化爐氣化過程的建模［J］.化工進(jìn)展,2016,35（8）：2426－2431.