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| 煤氣發(fā)生爐造氣過(guò)程的煤炭與熱量消耗 發(fā)表于: 2011/11/5 9:34:48 |
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| 我國(guó)是世界上煤炭資源較為豐富的國(guó)家之一，煤炭在我國(guó)能源構(gòu)中占有舉足輕重的地位，大力發(fā)展?jié)崈裘簯?yīng)用技術(shù)符合我國(guó)能源安全戰(zhàn)略，而且隨著國(guó)際能源形勢(shì)的日趨緊張，石油及天然氣等能源價(jià)格不斷飆升，以煤炭為原料制取的人工煤氣，開(kāi)始成為許多中國(guó)企業(yè)的首選燃料，其中發(fā)生爐煤氣的應(yīng)用最為廣泛。煤氣發(fā)生爐的造氣過(guò)程，是煤炭與空氣中的氧氣和水蒸氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過(guò)程，最終生成以CO和H2為主要可燃成分的發(fā)生爐煤氣，為燃?xì)庥脩?hù)提供燃料。通過(guò)合理的簡(jiǎn)化和假設(shè)，計(jì)算出煤炭及反應(yīng)熱量在各氧化還原過(guò)程中的消耗比例，有利于有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施，強(qiáng)化氣化反應(yīng)，降低不必要的能耗。
煤氣發(fā)生爐氣化反應(yīng)簡(jiǎn)化
發(fā)生爐氣化反應(yīng)是以煤炭為氣化原料，以空氣及水蒸氣為氣化劑，煤氣生產(chǎn)過(guò)程可以分兩步理解：首先是空氣通過(guò)燃料層，C與O2發(fā)生放熱反應(yīng)，為下一步反應(yīng)提供熱量和反應(yīng)物CO2；隨后是蒸汽和空氣混合通過(guò)燃料層，C與H2O、O2和CO2發(fā)生吸熱和放熱的混合反應(yīng)，生成發(fā)生爐煤氣，忽略諸多中間反應(yīng)，可以將發(fā)生爐氣化反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)化如下。
（1）氧化層反應(yīng)
碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳，并放出大量的熱量，煤氣的熱化學(xué)反應(yīng)所需的熱量靠此來(lái)維持。氧化層溫度一般維持在1000～1250℃左右，這主要取決于原料煤的氣化反應(yīng)活性，反應(yīng)活性越強(qiáng)，需要的氧化層溫度越低。
C+O2=CO2；△H=-409 KJ/mol （1）
（2）還原層反應(yīng)
還原層是生成主要可燃?xì)怏w的區(qū)域，CO2與灼熱碳進(jìn)行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃?xì)怏wCO；水蒸氣與灼熱碳進(jìn)行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃的CO和H2，同時(shí)吸收大量的熱。
CO2+C=2CO；△H=162KJ/mol （2）
C+H2O=CO+H2；△H=119 KJ/mol （3）
發(fā)生爐氣化反應(yīng)過(guò)程中，碳與氧的氧化反應(yīng)消耗總用煤量的33.2%，水煤氣反應(yīng)和CO還原反應(yīng)各消耗總用煤量的47.5和16.0%，隨灰渣排出爐外的煤占總用煤量的3.3%。發(fā)生爐操作時(shí)，控制的飽和溫度不同，則各反應(yīng)的反應(yīng)強(qiáng)度不同，煤氣中H2、CO及CO2組分比例不同，則各反應(yīng)層煤炭消耗的比例也略有不同。
在煤氣發(fā)生爐內(nèi)，碳與氧的氧化反應(yīng)在最后一道煤炭有效利用的反應(yīng)層內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)均化爐內(nèi)布風(fēng)、采用富氧氣化技術(shù)等措施，強(qiáng)化該層的反應(yīng)，有利于降低灰渣含碳量，有效利用氣化用煤。
氧化反應(yīng)放熱量的56.92%用于水煤氣反應(yīng)和CO還原反應(yīng)，其余43.08%為反應(yīng)余熱。反應(yīng)余熱的一部分用于克服煤的結(jié)構(gòu)反應(yīng)阻力，氣化用煤氣化反應(yīng)活性越強(qiáng)，消耗的這部分熱量越少；另外一部分熱量被灰渣、爐體散熱、煤氣及水蒸氣顯熱等帶走，對(duì)這部分熱量損失，采取相應(yīng)的余熱回收措施，可以有效提高系統(tǒng)熱效率。
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