CN1052690A

CN1052690A - 固定层煤气发生炉三阶段制气工艺

Info

Publication number: CN1052690A
Application number: CN 89104144
Authority: CN
Inventors: 包世发
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-12-18
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-07-03

Abstract

本发明将固定层煤气发生炉常规五个阶段(吹风、下吹、上吹、二次上吹、吹净)制气改为三个阶段 (吹风、下吹、上吹)制气。在不增加原料的情况下，每个循环将节约3％(吹净阶段)周期用于制气。取代吹净用于上、下吹加氮空气，制气热稳定性好。新工艺对煤的要求不高，系统阻力减少，气化层的温度和范围稳定，增加制气的数量和质量。大大减少循环阀门的开关次数，延长液压阀使用寿命。有很大的经济效益。

Description

本发明与由固态含炭物料生产水煤气和半水煤气有关，尤其与固定层煤气炉气化固体燃料的工艺有关。

传统的间歇法制造半水煤气或水煤气的过程，首先使空气通过燃料层，碳与氧发生放热反应以提高温度。随后使蒸气和空气混合通过燃料层，碳与蒸气和氧发生吸热和放热的混合反应生成水煤气或半水煤气。如此间歇交替进行生产。间歇法制气的工艺循环包括五个阶段。

首先是吹风阶段。吹风的目的，是通过碳与氧的化学反应，放出大量的反应热，贮存于燃料层中，为制气阶段的碳与蒸气的吸热反应提供热量。

为了充分利用吹风气中有效成分的反应热，可在吹风气通过燃烧室的过程中，向燃烧室送入适量的空气，使一氧化炭与氧发生化学反应放出反应热，并被耐火砖吸收贮存起来，在下吹制气时，用来预热进入燃料层的气化剂，以提高制气的产量和质量。

吹风以后，是上吹制气阶段，蒸气和空气混合，自下而上地通过温度约1000-1200℃的燃料层，燃料中的碳，与蒸气和氧混合反应，生成半水煤气。制气阶段通过燃料层的加氮空气，主要目的不是给蒸气还原提供热量，而是调节达到合成氨原料气的配氮目的，故称为“加氮空气”。

上吹制气以后，燃料层的温度已经下降，按照工艺过程，可以转入吹风以提高温度。但是，如果是以吹风和上吹制气的简单过程反复循环下去，蒸汽经常自下而上地通过燃料层，就会出现下层的温度逐步降低，使具备气化温度条件的气化层越来越稀薄，不仅燃料气化不够完全，而且使气化条件越来越差，以至于使燃料层熄灭。

为了避免上述现象发生，在上吹制气阶段之后，即为下吹制气阶段，蒸气和加氮空气改变进入燃料层的方向，自上而下通过燃料层生产半水煤气，以保持气化层的位置和温度稳定在一定的区域和范围内。

下吹制气以后，燃料层的温度已经大量下降，按照燃料气化的需要，转入吹风是迫切的。但是，由于吹风时空气是自下而上通过燃料层，下吹阶段之后煤气炉下部及其燃料层空间残留着遇氧就可燃易爆的半水煤气，如果此时吹风就会发生爆炸。因此，在下吹制气阶段之后，即为二次上吹阶段，蒸气和加氮空气再次改变方向，自下而上通过燃料层，用以既生产半水煤气，又能排净煤气炉下部残留的半水煤气，为空气通过燃料层创造安全条件。

在二次上吹后是空气吹净阶段，空气自下而上通过燃料层，将煤气炉上部空间，燃烧室，废热锅炉和上吹气管道空间里的半水煤气排除干净送主气柜贮存。

传统的五阶段制气工艺，控制阀门启闭频繁，阀门寿命不长，需经常维修更换，影响制气生产进程。传统的工艺流程中，吹风结束后马上为上吹制气阶段，不仅消耗气化层中的大量热量，还会造成气化层急剧上移，有效的气化层受到破坏。其后转入的下吹制气阶段结束后，爆气炉下部及其燃料层空间残留着半水煤气，为了安全，必须再经过二次上吹和空气吹净阶段，缩短了循环时间中的有效制气时间。由于在较短的时间内蒸汽和加氮空气通过燃料层的方向不断变换，使燃料的机械强度和热稳定性下降，使燃料层的阻力增大和分布不均，使燃料层难以在较少的吹风时间内达到理想的较高温度，难以获得较多数量和较高质量的煤气。

本发明的目的是降低发水炉中的阻力，使燃料层在较短的吹风时间内获得理想的制气温度;维持燃料层里气化层的稳定，增加有效的制气时间，在特定循环时间里获得数量较多的高质量煤气。可使用热稳定性差的固定燃料制气。减少操作程序，延长液压阀使用寿命，节约修理，购置费用。

本发明是这样实现的：

传统的煤气发生炉系统不变，如可以用自控机，煤气发生炉，旋风除尘器，联合过热器上，下行水加热器，洗气塔，气柜组成制气系统。使用的固体燃料为焦炭或白煤等无烟煤。三阶段制气工艺循环首先为吹风阶段，空气从下部通过燃料层，炭与氧发生放热反应，放出大量的反应热，贮存于燃料层中，为制气阶段的炭与蒸气吸热反应提供热量。此阶段主要生成二氧化碳，也同时生成较少的一氧化碳。吹风气从烟囱放空。第二个阶段为下吹制气阶段，蒸汽和空气自上而下通过炽热的燃料层（温度约1000-1200℃），燃料中的碳，与蒸汽和氧混合反应，生成半水煤气。下吹制气可减少热量流失，进一步稳定和增加汽化层的范围。最后为上吹制气阶段，蒸汽和氮空气自下而上地通过燃料层，蒸汽与碳继续反应。

碳与蒸汽的反应，主要是灼热的碳将氢从其氧化物（水）中还原出来。主要化学反应式为：

在温度较低时，还会发生生成甲烷的付反应，以及生成物中的一氧化碳被蒸气转化为氢的反应：

工艺循环的最后阶段为上吹制气阶段，可使气化层的位置和温度稳定在一定的区域和范围内，同时清除煤气发生炉下部的反应生成气，起一定的安全作用，为下一个循环的吹风阶段作好准备。循环时间分配为下吹阶段时间要大于上吹阶段时间，吹风阶段时间要小于上吹阶段时间和下吹阶段时间。

本发明的循环时间分配可为：%

吹风阶段 15-22

下吹阶段 40-50

上吹阶段 32-40

本发明的循环时间分配为吹风阶段18%，下吹阶段46%，上吹阶段36%。

本发明简化了传统的五阶段制气工艺，使燃料层的机械强度和热稳定性保持稳定，煤气发生炉系统阻力大大减小，气化层的温度和范围稳定，使燃料层始终保持制气的理想的较高温度。在不增加原料的前提下，每个循环节约3%（吹净阶段）时间用于制气。增加了循环时间中的有效制气时间，增加制气量，制气热稳定性好，降低了半水煤气中的甲烷含量。本发明可使用热稳定性差的白煤。不增加人力和设备。操作程序简单，易于掌握。更加安全可靠。由于减少了二次上次和空气吹净阶段，每个循环阀门将少开关8次，每天每炉工作二十三小时计，则单炉每日阀门少开4476次。延长液压阀使用寿命，节约修理，购置费用。

如下是本发明的附图

图1为自控机水压路线流程示意图

如下是本发明的实施例：

本发明将ZK8-57型自动控制机用于合成氨厂煤气发生炉系统，用来控制自动程序系统中各个液压阀门的动作，间隙地、交替地将空气、氮空气、水蒸气送入煤气发生炉。

ZK8-57型自动控制机有8个水压缸，工作压力8公斤力/厘米²。选定工作循环周期2.5分钟。配套电动机型号Y801-2-0.75KW。

水压路线流程图中第1主水压缸控制三通阀1，上吹蒸汽阀2，下吹蒸汽阀3。第2主水压缸控制吹风阀4，安全挡板5，吹风阀6。吹风阀4.6同时开关，当吹风阀开时，安全挡板5关，当吹风阀关时，安全挡板开。第3主水压缸未用。第4主水压缸控制烟囱阀9。第5主水压缸控制蒸汽阀10，加氨空气总阀11。第6主水压缸控制下吹加氮空气阀12。第7主水压缸控制上吹加氮空气阀13。第8主水压缸控制加焦放空阀（手动）。

本发明工艺装备包括煤气发生炉，下行除尘器，旋风除尘器，联合过热器，上下行水加热器，洗气塔，烟囱。煤气发生炉为2260毫米水煤气发生炉。其技术规格如下：

炉膛直径：2260毫米

燃料消耗量焦炭、无烟煤900-1000公斤/小时

燃料层高度 2.1-2.2米

最大风压 2000毫米水柱

半水煤气产量 2600-2800米3/小时

配套鼓风机型号A1200-1.2。额定功率125KW。

本发明使用的工业煤成分分析，热值，混煤比

每个工作循环为2.5分钟。三阶段制气工艺的循环时间分配为吹风阶段18%，下吹阶段46%，上吹阶段36%。

水压自控机照如下调节：

制气轴 OTO OT71 OT9 OTO OTO T OTO T 73

8 7 6 5 4 3 2 1

吹风轴 0-0 0-74 0-56 0-0 0-0 0-0 0-64

各自动阀开启，关闭的时间如下：（循环周期%）

0 烟囱阀开，吹风开始

17 烟囱阀关

18 蒸汽总阀开，吹风结束，下吹气开始

18 吹风阀关

20 下吹加N₂空气开

56 下吹加N₂空气关

64 三通阀倒上吹，下吹蒸汽阀关、下吹结束、上吹开始

70 上吹加N₂空气开

90 上吹加氮空气关

99 蒸气总阀关，上吹蒸汽阀关，上吹结束

0 烟囱阀开、下一个循环开始吹风。

本发明炉温测定（2.5分钟一个循环）如下：℃

（从上一次加碳到下一次加碳间隔30分钟，每个循环所测）

上行温度 320 260 240 235 250 260 270 290 300 310 315 320

循环 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

下行温度 200 175 175 180 185 185 185 190 195 195 200 200

本发明蒸汽用量：瞬时流量

下吹阶段：2.6吨/小时

上吹阶段：2.2吨/小时

气化层，灰层测定：

气化层：350-550 mm;

灰层：100-200 mm。

阻力测定：毫米水银柱

吹风阶段：15-20

下吹阶段：47

上吹阶段：45

本发明气体成分测定：%

CO₂CO H₂N₂O₂CH₄

吹风 16.6 2.6 ＜0.8

下吹 7.8 30.8 54.1 4.27 0.6 2.43

上吹 10.6 24.0 34.0 28.73 0.6 2.07

如下是传统的固定层煤气发生炉五阶段制气工艺对比实例：

每个工作循环为2.5分钟。

制气工艺分为五个阶段，其百分比分配时间为：吹风18%，上吹32%，下吹41%，二次上吹6%，空气吹净3%。自动阀工作时刻如下所示：

0 烟囱阀开，吹风开始

18 烟囱阀关。

18 蒸气和加氮空气部阀开，吹风结束，上吹制气开始。

44 上吹加氮空气关

50 三通阀变下吹，下吹制气开始

55 下吹加氮空气阀开

75 下吹加氮空气阀关

91 三通阀变上吹，下吹结束，二次上吹开始

97 蒸汽和加氮空气总阀关，二次上吹结束

0 烟囱阀开，空气吹净结束。下一个循环吹风开始。

蒸气用量：

上吹2.45吨/小时

下吹2.8吨/小时

炉温9加炭18分钟后所测）：

吹风275℃

上吹305℃

下吹290℃

上吹285℃

空气吹净280℃

炉底温度＜200℃

系统阻力测定：毫米水银柱

吹风 38

上吹 75

下吹 66

二次上吹 75

空气吹净 75

气化层，灰层测定：

气化层温 300-450 mm

灰层厚 100-200 mm

气体成分如下：

循环阶段 CO₂CO H₂N₂O₂CH₄

吹风 17.2 2.2 0.8

上吹 10.6 23.6 33.0 30.11 0.6 2.09

下吹 7.4 31.2 53.2 5.17 0.6 2.43

二次上吹 8.0 27.0 40.0 21.95 0.6 2.46

Claims

1、固定层煤气发生炉三阶段制气工艺，包括用自动控制机控制自动程序系统中各个液夺阀门的动作，间隙地、交替地将空气、氮空气、水蒸气以规定的方向，在分配时间内进入煤气发生炉系统与固体燃料焦炭或无烟煤产生一系列的气化反应，生成煤气等原料气，其特征在于制气的工艺循环首先为吹风阶段，空气从下部通过燃料层，碳与氧发生放热反应，其次为下吹阶段，蒸气氮空气自上而下通过燃料层，进一步稳定和增加气化层范围，最后为上吹制气阶段，蒸汽和氮空气自下而上地通过燃料层，保持气化层的位置和温度稳定在一定的区域和范围内，同时清除煤气发生炉下部的反应生成气，起一定的安全作用，为下一循环的吹风阶段作好准备，循环时间分配为下吹阶段时间要大于上吹阶段时间，吹风阶段时间要小于上吹阶段时间和下吹阶段时间。

2、根据权利要求1所述的固定层煤气发生炉三阶段制气工艺，其特征在于循环时间分配为吹风阶段为15-22%，下吹阶段为40-50%，上吹阶段为32-40%。

3、根据权利要求1或2所述的固定层煤气发生炉三阶段制气工艺，其特征在于循环时间分配为吹风阶段18%，下吹阶段46%，上吹阶段36%。