炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统.docx

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1、炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统1引言现阶段，各类型燃煤手烧工业炉、0.52.0t/h手烧锅炉、茶浴炉普遍存在于我国很多城市及人口密集地区。长期以来，由于设备陈旧、燃烧方式落后，上述设施造成的烟尘污染问题特别严重。同时，总的热能利用效率低下，能源浪费现象惊人。国内外诸多烟尘治理技术的理论经历说明，工业炉、小锅炉、茶浴炉等直接手烧燃煤设施的根本出路在于改变燃料构造、进步技术装备程度或者改变燃烧方式，常规方法可以包括燃油、燃气天然气、电加热或者构造改造等。根据我国现阶段的根本国情，普遍地推广燃油、燃气或者燃电在能源供给和经济承受才能方面都存在较大难度，除少数城市或者经济兴旺地区外，以煤为主要燃料的场面

2、将长期存在。理论证实，依托储量丰富的可气化煤种资源，利用已经成熟的挪动床也称固定床煤炭气化工艺，实现炉前制气，并通过热煤气燃烧，来完成工业炉、小锅炉、茶浴炉等的燃料构造及燃烧方式的改变是一种最有效、最有经济竞争力的手段。调研及资料研究结果显示，我国消费全机械化固定床煤气发生炉的厂家并不少，但产品根本上是消费才能较大、负荷要求相对稳定的大型工业用发生炉，用户主要是：大型热处理厂、大型玻璃厂、大型陶瓷厂及煤气厂等，发生炉的特点是规格较大、构造复杂、造价较高、操纵技能要求也较高等。显然，这种发生炉对上述点多面广、用气量小且负荷波动幅度大、平安使用要求高的小型用户不适应。近年来，煤炭科学研究总院北京煤

3、化学研究所开发出可合适于小型、分散用户使用的炉前煤炭气化及热煤气燃烧联锁一体化系统，并已在山西大同、江苏丹阳、浙江金华及湖南吉首等地与小型锅炉和工业窑炉的加热经过配用，在减少污染物排放、进步煤炭利用效率、改善操纵条件等方面获得良好效果。1挪动床气化概述1.1原理简介混合发生炉热煤气是一种以一氧化碳(CO)、氢气(H2)及甲烷(CH4)等可燃气体为主要成分的工业热燃料气。它是在特定构造的装置即挪动床发生炉内，控制气化条件，块煤(或者焦炭)在空气(富氧空气或者纯氧气)和蒸汽混合组成的气化剂的作用下发生一系列复杂的物理化学变化而产生的。混合发生炉热煤气热值一般在4.67.5MJ/Nm3(109817

4、90kcal/Nm3)之间(上限为富氧鼓风)，假设进入燃烧器的助燃空气进展预热，实际燃烧温度最高可达1500以上。由于混合发生炉热煤气气化方法简单、流程短、热效率高，因此，气化工艺及热煤气在机械、冶金、建材、陶瓷、化工、食品等行业和部门都得到广泛应用。1.2化学反响混合发生炉热煤气消费经过可能发生的化学反响包括以下化学反响。CO2CO2-394.1kJ/mol2CO22CO-220.8kJ/molCCO22CO+173.3kJ/molCH2OCOH2+135.0kJ/molC2H2CH484.3kJ/mol2H2O22H2O-490.6kJ/mol2COO22CO2-567.4kJ/molCO

5、H2OH2+CO2-38.4kJ/molCO3H2CH4+H2O-219.3kJ/mol上述各反响进展的程度取决于发生炉的操纵条件，即气化温度、压力、气化剂的组成和流速、气化剂与燃料的接触时间以及燃料的反响性、外表性质等。1.3气化经过发生炉在消费操纵经过中，气化剂自炉底进风管进入炉内床层，气化生成的粗煤气从顶部输出。炉内物料分布自下而上可以描绘为灰渣层、氧化层、复原层、干馏层、枯燥层和空层。(1)灰渣层，厚度约为100200mm，气化剂在灰渣层中不发生化学变化，只与灰渣进展热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰渣释放热量被冷却，同时对炉箅起保护作用。(2)氧化层，即有O2存在的燃料层，煤中固定碳

6、与气化剂中的氧气发生强烈氧化反响，放出大量的热，使床层内保持足够高的温度。(3)复原层，从氧化层上来的高温CO2和水蒸气与炽热的碳发生复原反响，吸收床层蓄积的热量，生成CO和H2。氧化层与复原层统称发生炉火层。(4)干馏层，煤炭受热干馏，释放出挥发分。挥发分进一步受热分解或者加氢得到CH4、CnHm、焦油蒸汽等气态烃类物质及其它气体成分。(5)枯燥层，入炉煤炭在该层内脱除外在水分。(6)空层，料层上部的气相空间，各种气体在此会合形成出炉煤气。2炉前制气及燃烧联锁一体化系统完好的炉前制气及热煤气燃烧联锁一体化工艺系统主要包括高度集成化的煤气发生炉装置、自动控制子系统及燃烧器，工艺流程如图1所示。

7、图1炉前制气及热煤气燃烧联锁一体化系统略2.1集成化煤气发生炉集成化煤气发生炉包括单斗提升机自动上煤机构、水封加煤箱、杠杆加煤料钟、发生炉主体、杠杆摇臂卸灰炉箅、湿式出灰螺旋、放散钟罩阀及水封除尘器等。与常规挪动床煤气发生炉相比，集成化发生炉具有以下一些技术特点：无大型专用机械传动设备或者部件，加工工艺简单，本钱低，制造周期短，“煤改气用户初投资少，建立时间短，见效快；带凸起的梁式炉箅采用杠杆摇臂机构，不仅保证发生炉具有良好的破渣和卸灰才能，而且即使炉膛横截面较小时，也完全可以实现气化剂均匀分布，不产生边壁效应，进而使发生炉可以稳定消费，并保持较高的气化强度；单斗提升机自动加煤机构，煤斗在提升

8、的经过中依靠机械作用自动翻开水封加煤箱顶盖，在返回的经过中加煤箱顶盖依靠自身重力自动关闭，进而减轻操纵工人的劳动强度。单汽幕低压探火孔，煤气无外泄，保证了发生炉连续消费。2.2自动控制子系统自动控制子系统主要由水夹套自动上水、水夹套压力自动调节、气化剂饱和温度自动调节、点火熄火平安联锁及气化燃烧联锁负反应等单元构成。(1)自动上水单元。目的在于把水夹套内的水位控制在允许的波动范围内，进而保证发生炉炉膛内壁的冷却效果及气化用水蒸汽的稳定供给。(2)水夹套压力自动调节单元。目的在于使水夹套内上部的蒸汽压力稳定在某一定值，一方面起到平安的作用，另一方面也有利于气化用蒸汽及探火用蒸汽的稳定供给。(3)

9、气化剂饱和温度调节单元。气化剂中水蒸汽的多少直接影响到热煤气的产量和质量，气化剂饱和温度调节单元的目的在于使入炉空气和水蒸汽得到1个适当的配比，进而保证发生炉稳定运行，消费出高质量的煤气。(4)自动点火平安联锁单元。目的是为了使热煤气燃烧器实现点火和熄火保护，防止用户终端爆燃或者爆炸现象的发生。(5)气化燃烧联锁负反应单元。目的在于使发生炉的气化经过和用户的燃烧经过相匹配，即在用户的热负荷波动幅度较大时，采用比例调节器，实现发生炉气化负荷的自动调节。另外，自动控制平台还设置多路巡检仪，目的是对各主要参数进展集中显示和报警，便于及时发现和诊断消费故障。2.3热煤气燃烧器烧嘴热煤气燃烧器是以热煤气

10、为热源的加热设施如锅炉、工业炉等，用来实现热煤气燃烧经过的专用装置。主要作用是按一定比例和一定混合条件将热煤气和助燃空气引入加热设施内燃烧或者在烧嘴内燃烧，并知足加热经过对火焰的方向、外形、刚性和铺展性的要求。开发的热煤气燃烧器包括燃烧器本体及点火机构2局部。非恒温加热设施如锅炉，由于热负荷波动幅度大，燃烧器实现强迫比例配风燃烧较困难，因此，本体构造通常为自扩散式或者称自由式，即热煤气不与助燃空气提早混合或者只有在热强度要求较高时进展局部混合，而是喷入炉内后，与炉膛内空气边混合边燃烧。自扩散式燃烧器的优点是不易回火，调节比大，构造简单，燃烧负荷高，平安性能好；缺点是空气过剩系数大通常为1.11

11、.25，火焰强度低。恒温加热设施如大局部密闭式工业窑炉，由于炉膛内蓄热温度高，燃烧热负荷波动幅度小，煤气消耗量相对稳定，因此，燃烧器一般选择预混比例式燃烧方法，即煤气和助燃空气在燃烧器内或者喷口处已完成比例预混，然后喷入炉内燃烧。预混燃烧器的优点是空气过剩系数小通常为1.031.05，火焰强度高；缺点是易回火，调节比小。煤科总院煤化所根据不同的使用场合，开发出高压电脉冲式和柴油常明火式2种点火设施。但无论形式怎样，均能通过紫外光火焰检测器实现自动点火、熄火平安联锁保护。3结论(1)开展投资小、见效快、建立灵敏、构造相对简单、操纵简便、运行平安可靠、尤其合适于与小型锅炉及茶浴炉配合使用的中小型炉

12、前煤炭气化及热煤气燃烧联锁系统，对于解决数以万计小型用户普遍存在的燃煤效率低与烟尘污染重的问题和保护生态环境，促进地区经济开展具有特别重要的意义。(2)研制炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统的出发点在于通过使用高度集成化的气化手段，来解决手烧窑炉及锅炉等直接燃煤设施的燃烧问题，同时也使庞杂的气化工程问题得以简化。(3)煤气发生炉公道的构造配置、完善的自动控制操纵平台及较高的设备可靠性是炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统的技术关键所在。(4)炉前煤炭气化及热煤气燃烧系统的应用理论说明，无论在能源利用效率方面、污染物排放指标方面，还是在减轻司炉工人劳动强度方面，与直接手烧燃煤相比，均有显著的技术进步意义。参考文献1寇公主编.煤炭气化工程.北京：机械工业出版社,1992,72郭树才主编.煤化工工艺学.北京：化学工业出版社,1992,53王秉铨主编.工业炉设计手册.北京：机械工业出版社,1996,84韩昭沧主编.燃料及燃烧.北京：冶金工业出版社,1997,10