浅析常压固定床煤气发生炉饱和温度的调节与控制

浅析常压固定床煤气发生炉饱和温度的调节与控制 王勇 张斌昌 【摘要】在气化过程中，要正确选择合适的饱和温度，可以提高煤气的产量与质量。合理的调节饱和温度，可以有效地避免煤气发生炉内结渣，并能够减轻劳动强度。 【关键词】气化 调节 饱和温度 前言 煤气化是一种复杂的物理化学过程，它是煤炭经过干馏后残余的焦炭在空气、氧气或水蒸气的混合气以及其他气体的作用下，生成可燃气体的过程。但在该过程中，饱和温度的调节与控制是工艺操作的基础，也是煤气发生炉实现自动化控制的核心点。深入掌握饱和温度的调节与控制，对于完善煤气发生炉自动化程度和提高煤气发生炉优化运行程度至关重要。 一.饱和温度[1] 空气在一定温度下，只能混合一定量的水蒸汽，超过定量的水蒸气，就不能再呈气态混合，此时空气中水蒸气达到饱和状态。这个温度成为饱和温度，饱和温度与饱和压力有对应关系。在引入露点概念后，对饱和温度也可以有这样的理解:在一定温度下，使空气相对湿度[2](φ)等于100%，这个温度称为饱和温度。 二.饱和温度与反应温度的关系 表1 水蒸气饱和后气体的水蒸气压和水蒸气含量 1 /KPa 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 ω1 17.3 18.3 19.4 20.5 21.8 23.0 24.3 25.7 27.2 28.7 30.3 32.0 33.7 35.6 37.5 39.5 41.6 43.8 46.1 48.5 51.0 2 ω2 18.5 19.7 21.0 22.3 23.7 25.1 26.7 28.3 30.0 31.8 33.6 35.6 37.7 39.9 42.2 44.6 47.1 49.8 52.5 55.5 58.5 ω3 19.0 20.2 21.5 22.9 24.4 26.0 27.6 29.3 31.1 33.1 35.1 37.3 39.6 42.0 44.5 47.3 50.1 53.1 56.2 59.6 63.1 2.34 2.49 2.64 2.81 2.98 3.17 3.36 3.56 3.78 4.00 4.24 4.49 4.75 5.03 5.32 5.62 5.94 6.27 6.62 6.99 7.37 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 7.78 8.20 8.64 9.10 9.58 10.08 10.61 11.16 11.73 12.33 12.96 13.61 14.29 15.00 15.73 16.50 17.30 18.14 19.10 19.92 20.85 21.83 53.6 50.4 59.2 62.2 65.2 68.5 71.8 75.3 78.9 82.7 88.6 90.7 94.9 99.3 104 109 114 119 124 130 135 141 3 61.7 65.0 68.5 72.2 76.0 80.0 84.2 88.5 93.1 97.8 103 108 113 119 125 131 137 144 151 158 165 173 66.8 70.8 74.9 79.3 84.0 88.8 94.0 99.5 105 111 118 125 132 140 148 156 166 175 186 197 208 221 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 22.85 23.90 24.99 26.54 27.33 28.55 29.82 31.15 32.51 33.94 35.42 36.95 38.54 40.18 41.87 43.63 45.46 47.33 147 154 160 167 174 181 189 197 205 213 222 231 240 249 259 269 279 290 181 190 198 207 217 226 236 247 258 269 281 293 360 319 332 342 361 375 234 248 263 280 297 315 335 357 380 405 432 461 493 528 566 608 654 705 如表1所示，，当饱和温度为45?时，空气中水蒸气含量0.084Kg/m3， 当饱和温度达到60?时，空气中水蒸气含量为0.197 Kg/m3。可见饱和温 度对空气中水蒸气含量影响很大，从45?-60?之间，水蒸气含量提高达 一倍之多。因此，饱和温度越高，标准状况 4 下，每立方米空气中水蒸气含量越多，相反，饱和温度越低，空气中 水蒸气含量越少。 如图1所示，煤气发生炉内 反应温度与吹入空气的饱和 温度有线性关系[3]:在低饱和 温度下，煤气发生炉内反 应温度较高，可以适当提高 饱和温度;在高饱和温度下 煤气发生炉内反应温度较低， 则应适当降低报温度。 饱和温度的大小对煤气发生炉内 燃烧与气化过程的变化十分敏感， 因此可以慢速度进行调节与控制，不可以大 幅度变化。 三.饱和温度的调节与控制[4] 1.根据煤质来调节饱和温度 煤质是根据原始成煤物质、成煤年代长短及成煤过程的外界条件不同而不同，所以不同地区的不同煤种的煤，其煤质是不一样的，就是同一煤种的不同矿区，其煤质也是不一样的，饱和温度是主要的操作参数，它也是根据不同煤质而不同。 煤质中的灰分组成、灰熔点、气化活性与饱和温度控制有很大关系。煤种的灰份组成主要是氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)、氧化 5 1000反应温度/?950900饱和温度/? 镁(MgO)、氧化钙(CaO)和氧化铁(FeO及Fe2O3)，若其中MgO、 CaO、Fe2O3含量大，此时饱和温度要略为放大，反之亦然，因为上列组份其本身熔点较低，所以由这类组份组成的炉灰其灰熔点也较低，气化灰熔点高的煤炭，炉内氧化层温度可以维持的高一点，这样饱和温度就控制的小一些，气化灰熔点低的煤炭则炉内氧化层温度不能很高，否则就容易产生结渣现象，因此必须将饱和温度控制的高一点。 气化活性即煤炭的反应活性，活性好的煤炭气化反应强烈，反应放热量大，因而饱和温度要适当提高一些;活性差的煤炭，气化反应缓慢，则 饱和温度要适当控制小一些，否则由于过高的饱和温度会造成氧化层熄灭。烟煤的反应性好，所以同样灰熔点的烟煤和无烟煤相比，其中烟煤的饱和温度就要调整的高一些。 2.根据气化强度来调节饱和温度 根据气化强度调节饱和温度是操作上的一个关键点，不是用某一煤种以后其饱和温度就可以确定一个定值，对每一个煤种来说，只能确定一个范围，在此范围内如何波动，主要取决于气化强度。 不同的气化强度，概述性的来讲，就是不同的流量，饱和温度也不同，流量提高了，饱和温度控制就要用到范围的上限;流量低时，则就要用到范围的下限。因为气化强度高时，煤气发生炉内氧化层反应速度过快，由于氧化层是放热反应，若不及时的用去放热反应产生的热量，那么此热量积累，使反应的氧化层温度更高，靠近氧化层的灰渣，此时温度也因升高而熔融造成结渣。气化强度低时，用较高的 6 饱和温度时，那么其中的水蒸气吸收部分热量，造成氧化层温度下降，随之气化反应也会减弱，造成煤气发生炉冷运行。 3.根据煤气发生炉炉况调节饱和温度 根据煤气发生炉炉况出现的多方面现象调节饱和温度，往往有一种现象产生就要及时调节饱和温度。 (1)氧化层上移，要降低饱和温度，氧化层下移，要提高饱和温度。 (2)煤气发生炉内料层紧，要提高饱和温度，料层松，探火钎很容易探入料层，此时就要降低饱和温度。 (3)出现长氧化层，要适当提高饱和温度。 (4)氧化层温度过高就要适当提高饱和温度，氧化层温度过低就要适当降低饱和温度。 (5)煤气发生炉内出现结渣现象，就要适当调高饱和温度。 上述列举的都是一个单独的现象，但有时出现多种现象方向是一致，那么就要适当提高或降低饱和温度。如果出现方向相反的两种现象，氧化层上移，表面温度很高，同时炉内又有结渣，根据前者要适当降低饱和温度，根据后者要适当提高饱和温度，此时就需要根据哪种现象严重，就根据哪种现象来处理，因此饱和温度调节也是灵活的。 四.结语 煤气发生炉属于环保设备，在煤气发生炉控制过程中，调节手段也是灵活多变的。对于目前已经成熟的固定床常压煤气发生炉来讲，深入掌握煤气发生炉在操作过程中的每一环节尤为重要。研究煤气发 7 生炉饱和温度的调节，既是当前煤气发生炉运行过程中面临的现实问题，也是未来所攻克的难关。只有不断提高现有的调整能力、增强新途径的可行性，将各种方法有机地结合起来，取长补短才能找到调整饱和温度的合理方法。 参考文献 [1]陈长标，刘秀华.工业煤气发生炉使用管理与安全运行.北京:中国计量出版社，2009.12. [2]第一机械工业部工人技术培训教材编审领导小组编.发生炉煤气的生产与使用.北京:科学普及出版社，1982 [3]JB/T7327-1994常压固定床煤气发生炉通用技术条件 [4]王自强编著.发生炉煤气.全国煤气科技信息总网.2007.8 8