型煤在煤氣發(fā)生爐中的氣化及工藝條件的優(yōu)化研究

摘要：在煤氣發(fā)生爐中進行氣化是型煤必經(jīng)的一個過程，但是就目前的情況來看，氣化型煤存在著一定的問題，根據(jù)分析顯示是型煤氣化工藝操作條件方面的因素，基于此，本文主要對型煤在煤氣發(fā)生爐中氣化及工藝條件的優(yōu)化進行了研究。

關(guān)鍵詞：型煤;煤氣發(fā)生爐;氣化;工藝條件;優(yōu)化

中圖分類號：X70 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-01

Abstract： Gasification in a gasifier is a process that must be passed by coal briquettes. However， as far as the current situation is concerned， there are certain problems in gasification briquette. According to the analysis， it is a factor in the operating conditions of coal gasification process. Based on this， this paper mainly studies the gasification of coal briquettes in gas furnace and the optimization of process conditions.

Key words： Briquette;Gas generator;Gasification;Process conditions;Optimization

當前，市場上無煙塊煤供不應求，導致無煙塊煤的價格不斷攀升。與此同時，無煙粉煤卻無市場需求，形成了無煙粉煤長期堆積的情況，也就造成了大量的無煙粉煤資源浪費，并在一定程度上出現(xiàn)了環(huán)境污染的情況。為了對這種情況進行解決，我們將無煙粉煤加工成為氣化型煤，其不僅能夠?qū)o煙塊煤進行替代，還能夠降低入爐煤成本，從而促使企業(yè)競爭力的提高。但是根據(jù)目前的情況來看，氣化型煤在工業(yè)煤氣發(fā)生爐上難以進行長期穩(wěn)定的運行，所以我們需要對型煤在煤氣發(fā)生爐中的氣化及工藝條件的優(yōu)化進行分析。

1 型煤氣化情況以及操作條件的優(yōu)化分析

1.1 型煤氣化為煤氣的組成分析

在煤進行氣化的過程中，能夠形成復雜的氣固相之間的非均相反應以及少數(shù)氣體反應物之間的均相反應，也就是將煤的物理擴散過程和化學擴散過程進行組合。根據(jù)相關(guān)研究顯示，在煤進行氣化的過程中，動力學因素以及擴散因素都能夠?qū)ζ錃饣乃俣犬a(chǎn)生影響，所以其屬于一種過渡控制。與燒塊煤相對比，在型煤進行氣化的過程中，其煤氣二氧化碳含量偏高，但氧化碳量較低，其他各種氣體成分則與普通塊煤燃燒無差異。由此可見，因為有效氣體成分能夠得到降低，所以氣化型煤的煤氣熱值相對氣化塊煤的煤氣熱值更低，并且在混合發(fā)生爐煤氣中，以下兩個還原反應能夠?qū)τ行怏w成分的產(chǎn)生進行有效闡述：

在以上兩個反應當中，氧化層中能夠生成的氣體為二氧化碳，處于上升過程中的水蒸氣氣化劑與熾熱的碳進行反應，能夠生成氧化碳以及氫氣。相關(guān)研究顯示，在反映溫度升高的前提下，在氧化碳的平衡濃度中，二氧化碳所占的比例越大，其反應平衡常數(shù)也就越大，所以在通常情況下，在發(fā)生爐煤氣爐操作溫度的環(huán)境下，以上兩個反應均屬于化學動力學的控制區(qū)，并且水蒸氣與碳所發(fā)生的反應能夠進行強烈的吸熱，所以就能夠?qū)囟犬a(chǎn)生嚴重的影響，而在溫度提高的情況下，更易生成氧化碳，所以將爐溫提高，能夠促使氧化碳以及氫氣的平衡濃度增加。

與此同時，因為氣化型煤的煤氣中，二氧化碳含量相對于氣化塊煤的煤氣二氧化碳含量更高，所以我們認為，發(fā)生爐操作溫度較低，能夠?qū)е旅簹庵械亩趸己吭黾?，所以我們應該將發(fā)生爐的爐溫適當提高，以促使二氧化碳得到充分的還原，從而降低氣化型煤煤氣中二氧化碳的含量，使氣化型煤的煤氣質(zhì)量得到改善。并且根據(jù)研究，我們發(fā)現(xiàn)在氣化型煤的煤氣質(zhì)量得到改善的同時，以上兩個反應的反應速度能夠得到加快，也就是反應時間縮短，同時，氣化型煤在單位時間內(nèi)單位截面與碳的反應量能夠增加，也就能夠促使煤氣的產(chǎn)量得到增加，以此為基礎(chǔ)，氣化生產(chǎn)的強度能夠得到提高，此時將鼓風速度提高，以促使爐溫得到增加，實現(xiàn)碳與氧的反應速度加快，就能夠增加單位時間內(nèi)氣化型煤的煤氣所釋放出的熱量，從而滿足進行還原反應的條件。但是在此過程中需要注意的是，雖然我們需要促使氣化的強度得到提高，但是對于鼓風速度，我們必須進行有力的控制，避免鼓風速度增加過快，如果鼓風的速度過快，則有可能導致氣化劑在還原層進行反應的時間縮短，也就不利于碳進行充分反應，從而導致氣化型煤中煤氣的帶出物增加，不利于進行氣化反應。

在促使發(fā)生爐爐溫提高的過程中，爐溫能夠受到燃料灰熔點的限制，如果爐溫超過了燃料的灰熔點，則能夠出現(xiàn)燃料結(jié)渣的情況，進而導致氣化劑的分布不均勻，能夠與氣化劑進行充分接觸的部分，可以得到均衡的反應，而總體的反應，還需采用化學動力進行控制，當爐溫升高時，其反應速度就能夠得到增加，從而促使總反應的速度得到增加，而被灰熔渣進行包裹的碳不能夠與氣化劑進行充分的接觸，所以燃料碳表面的氣化的濃度就會相對較低，也就會導致總反應處于擴散區(qū)不利于其進行高速的擴散。在此情況下，因為反應速度各不相同，所以燃料層下降速度就能夠形成一個梯形，進而導致發(fā)生爐內(nèi)出現(xiàn)偏爐的情況，如果偏爐情況嚴重，還可能出現(xiàn)燃料層穿孔的情況，導致氧氣由孔洞上升直至發(fā)生爐的上部，將煤氣進行燃燒，甚至可能與煤氣進行混合，并引起爆炸，對正常的氣化型煤生產(chǎn)造成嚴重的不利影響。

如果從另一個方面來看，控制較低的飽和溫度，減少入爐的蒸汽量，以對足夠的爐溫進行維持，也能夠成為促進爐溫提高的有效方法，由此可見，對適宜的爐溫進行有效控制也十分重要，所以將發(fā)生爐的爐溫控制在合理范圍內(nèi)，是進行氣化型煤生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵因素之一。

1.2 能夠?qū)以剂慨a(chǎn)生影響的因素

通過上文我們可以了解到，相對于普通的塊煤來講，氣化型煤的灰渣含碳量較高，而能夠?qū)以剂慨a(chǎn)生影響的因素，主要包括加料方式、操作條件以及燃料性質(zhì)。如果燃料的性質(zhì)以及加料的方式能夠確定，那么進行操作的條件，將能夠成為對灰渣含碳量產(chǎn)生影響的主要因素，并且因為發(fā)生爐的爐溫能夠?qū)饣a(chǎn)產(chǎn)生重要的影響，同時對型煤進行氣化的過程中，如果發(fā)生爐的爐溫較低，二氧化碳還原以及水分解的反應條件都會相對惡化，由此能夠?qū)е卵趸嫉纳闪拷档停胰剂线M行氣化不充分，也就說明在相同的時間之內(nèi)，進行型煤氣化的灰渣含碳量相對較高，由此可見，對發(fā)生爐的爐溫進行合理控制，能夠?qū)ζ錃饣a(chǎn)中的各項指標產(chǎn)生重要的影響。

在進行實際工業(yè)操作的過程中，我們一般可以采用飽和溫度對所通入的蒸汽量進行控制，并通過發(fā)生爐的爐溫度對氣化層的溫度進行控制，如果發(fā)生爐的爐溫較高，可以在其中加入過量的水蒸氣，以促使爐溫得到降低，但是需要注意，水蒸氣的加入量必須適量，如果水蒸氣的加入量過多，發(fā)生爐內(nèi)的原料層爐溫則會出現(xiàn)降低的情況，進而導致氣化反應的條件惡化，使有效氣體的成分進一步降低，也就能夠?qū)е聽t渣的含碳量增加，所以對于水蒸氣的增加量，必須控制在適宜的范圍之內(nèi)，要求其既能夠保障氣化劑的用量，又能夠產(chǎn)生質(zhì)量較高的煤氣，并且與此同時，發(fā)生爐的爐溫也應該控制在合理的范圍內(nèi)，如果發(fā)生爐爐溫過高，會導致局部燃料過熱，并凝結(jié)成渣，未進行燃燒的碳，將會被灰渣包裹，也就失去了與氣化劑進行反應的機會，只能夠在最后隨灰渣同時排出爐外，在一定程度上導致了燃燒碳的損失，所以只有對飽和溫度和爐出溫度進行適宜的控制，才能夠?qū)崿F(xiàn)高效和穩(wěn)定的計劃生產(chǎn)。

2 結(jié)束語

通過上文我們可以了解到，新型氣化型煤的質(zhì)量更加穩(wěn)定，并且冷態(tài)強度和熱態(tài)強度能夠分別滿足發(fā)生爐進行氣化生產(chǎn)過程中的要求，雖然型煤進行氣化時，發(fā)生爐煤氣的氣體中二氧化碳含量相對較高，但是并不會對氣化爐的正常生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，并且在氣化原料一定的情況下，氣化工藝的操作條件能夠?qū)Πl(fā)生爐系統(tǒng)制氣的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。所以我們應該適當?shù)卮偈箽饣瘜拥臏囟鹊玫教岣?，從而對氣化劑的流量以及溫度進行合理控制，以保障灰渣的含碳量能夠盡可能地降低，也就實現(xiàn)了提高氣化效率、優(yōu)化操作條件的目的，有利于生產(chǎn)企業(yè)進行長期可持續(xù)的發(fā)展。

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收稿日期：2019-01-07

作者簡介：李顯榮（1968-），女，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為型煤工藝與發(fā)展、煤質(zhì)分析等。