專利名稱：固定層煤氣發(fā)生爐三階段制氣工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與由固態(tài)含炭物料生產(chǎn)水煤氣和半水煤氣有關(guān)，尤其與固定層煤氣爐氣化固體燃料的工藝有關(guān)。
傳統(tǒng)的間歇法制造半水煤氣或水煤氣的過程，首先使空氣通過燃料層，碳與氧發(fā)生放熱反應(yīng)以提高溫度。隨后使蒸氣和空氣混合通過燃料層，碳與蒸氣和氧發(fā)生吸熱和放熱的混合反應(yīng)生成水煤氣或半水煤氣。如此間歇交替進(jìn)行生產(chǎn)。間歇法制氣的工藝循環(huán)包括五個階段。
首先是吹風(fēng)階段。吹風(fēng)的目的，是通過碳與氧的化學(xué)反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，貯存于燃料層中，為制氣階段的碳與蒸氣的吸熱反應(yīng)提供熱量。
為了充分利用吹風(fēng)氣中有效成分的反應(yīng)熱，可在吹風(fēng)氣通過燃燒室的過程中，向燃燒室送入適量的空氣，使一氧化炭與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出反應(yīng)熱，并被耐火磚吸收貯存起來，在下吹制氣時，用來預(yù)熱進(jìn)入燃料層的氣化劑，以提高制氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。
吹風(fēng)以后，是上吹制氣階段，蒸氣和空氣混合，自下而上地通過溫度約1000-1200℃的燃料層，燃料中的碳，與蒸氣和氧混合反應(yīng)，生成半水煤氣。制氣階段通過燃料層的加氮空氣，主要目的不是給蒸氣還原提供熱量，而是調(diào)節(jié)達(dá)到合成氨原料氣的配氮目的，故稱為“加氮空氣”。
上吹制氣以后，燃料層的溫度已經(jīng)下降，按照工藝過程，可以轉(zhuǎn)入吹風(fēng)以提高溫度。但是，如果是以吹風(fēng)和上吹制氣的簡單過程反復(fù)循環(huán)下去，蒸汽經(jīng)常自下而上地通過燃料層，就會出現(xiàn)下層的溫度逐步降低，使具備氣化溫度條件的氣化層越來越稀薄，不僅燃料氣化不夠完全，而且使氣化條件越來越差，以至于使燃料層熄滅。
為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，在上吹制氣階段之后，即為下吹制氣階段，蒸氣和加氮空氣改變進(jìn)入燃料層的方向，自上而下通過燃料層生產(chǎn)半水煤氣，以保持氣化層的位置和溫度穩(wěn)定在一定的區(qū)域和范圍內(nèi)。
下吹制氣以后，燃料層的溫度已經(jīng)大量下降，按照燃料氣化的需要，轉(zhuǎn)入吹風(fēng)是迫切的。但是，由于吹風(fēng)時空氣是自下而上通過燃料層，下吹階段之后煤氣爐下部及其燃料層空間殘留著遇氧就可燃易爆的半水煤氣，如果此時吹風(fēng)就會發(fā)生爆炸。因此，在下吹制氣階段之后，即為二次上吹階段，蒸氣和加氮空氣再次改變方向，自下而上通過燃料層，用以既生產(chǎn)半水煤氣，又能排凈煤氣爐下部殘留的半水煤氣，為空氣通過燃料層創(chuàng)造安全條件。
在二次上吹后是空氣吹凈階段，空氣自下而上通過燃料層，將煤氣爐上部空間，燃燒室，廢熱鍋爐和上吹氣管道空間里的半水煤氣排除干凈送主氣柜貯存。
傳統(tǒng)的五階段制氣工藝，控制閥門啟閉頻繁，閥門壽命不長，需經(jīng)常維修更換，影響制氣生產(chǎn)進(jìn)程。傳統(tǒng)的工藝流程中，吹風(fēng)結(jié)束后馬上為上吹制氣階段，不僅消耗氣化層中的大量熱量，還會造成氣化層急劇上移，有效的氣化層受到破壞。其后轉(zhuǎn)入的下吹制氣階段結(jié)束后，爆氣爐下部及其燃料層空間殘留著半水煤氣，為了安全，必須再經(jīng)過二次上吹和空氣吹凈階段，縮短了循環(huán)時間中的有效制氣時間。由于在較短的時間內(nèi)蒸汽和加氮空氣通過燃料層的方向不斷變換，使燃料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性下降，使燃料層的阻力增大和分布不均，使燃料層難以在較少的吹風(fēng)時間內(nèi)達(dá)到理想的較高溫度，難以獲得較多數(shù)量和較高質(zhì)量的煤氣。
本發(fā)明的目的是降低發(fā)水爐中的阻力，使燃料層在較短的吹風(fēng)時間內(nèi)獲得理想的制氣溫度;維持燃料層里氣化層的穩(wěn)定，增加有效的制氣時間，在特定循環(huán)時間里獲得數(shù)量較多的高質(zhì)量煤氣?？墒褂脽岱€(wěn)定性差的固定燃料制氣。減少操作程序，延長液壓閥使用壽命，節(jié)約修理，購置費(fèi)用。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)的煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)不變，如可以用自控機(jī)，煤氣發(fā)生爐，旋風(fēng)除塵器，聯(lián)合過熱器上，下行水加熱器，洗氣塔，氣柜組成制氣系統(tǒng)。使用的固體燃料為焦炭或白煤等無煙煤。三階段制氣工藝循環(huán)首先為吹風(fēng)階段，空氣從下部通過燃料層，炭與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，貯存于燃料層中，為制氣階段的炭與蒸氣吸熱反應(yīng)提供熱量。此階段主要生成二氧化碳，也同時生成較少的一氧化碳。吹風(fēng)氣從煙囪放空。第二個階段為下吹制氣階段，蒸汽和空氣自上而下通過熾熱的燃料層(溫度約1000-1200℃)，燃料中的碳，與蒸汽和氧混合反應(yīng)，生成半水煤氣。下吹制氣可減少熱量流失，進(jìn)一步穩(wěn)定和增加汽化層的范圍。最后為上吹制氣階段，蒸汽和氮空氣自下而上地通過燃料層，蒸汽與碳繼續(xù)反應(yīng)。
碳與蒸汽的反應(yīng)，主要是灼熱的碳將氫從其氧化物(水)中還原出來。主要化學(xué)反應(yīng)式為
在溫度較低時，還會發(fā)生生成甲烷的付反應(yīng)，以及生成物中的一氧化碳被蒸氣轉(zhuǎn)化為氫的反應(yīng)
工藝循環(huán)的最后階段為上吹制氣階段，可使氣化層的位置和溫度穩(wěn)定在一定的區(qū)域和范圍內(nèi)，同時清除煤氣發(fā)生爐下部的反應(yīng)生成氣，起一定的安全作用，為下一個循環(huán)的吹風(fēng)階段作好準(zhǔn)備。循環(huán)時間分配為下吹階段時間要大于上吹階段時間，吹風(fēng)階段時間要小于上吹階段時間和下吹階段時間。
本發(fā)明的循環(huán)時間分配可為%吹風(fēng)階段 15-22下吹階段 40-50上吹階段 32-40本發(fā)明的循環(huán)時間分配為吹風(fēng)階段18%，下吹階段46%，上吹階段36%。
本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)的五階段制氣工藝，使燃料層的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性保持穩(wěn)定，煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)阻力大大減小，氣化層的溫度和范圍穩(wěn)定，使燃料層始終保持制氣的理想的較高溫度。在不增加原料的前提下，每個循環(huán)節(jié)約3%(吹凈階段)時間用于制氣。增加了循環(huán)時間中的有效制氣時間，增加制氣量，制氣熱穩(wěn)定性好，降低了半水煤氣中的甲烷含量。本發(fā)明可使用熱穩(wěn)定性差的白煤。不增加人力和設(shè)備。操作程序簡單，易于掌握。更加安全可靠。由于減少了二次上次和空氣吹凈階段，每個循環(huán)閥門將少開關(guān)8次，每天每爐工作二十三小時計(jì)，則單爐每日閥門少開4476次。延長液壓閥使用壽命，節(jié)約修理，購置費(fèi)用。
如下是本發(fā)明的附1為自控機(jī)水壓路線流程示意圖如下是
具體實(shí)施例方式本發(fā)明將ZK8-57型自動控制機(jī)用于合成氨廠煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)，用來控制自動程序系統(tǒng)中各個液壓閥門的動作，間隙地、交替地將空氣、氮空氣、水蒸氣送入煤氣發(fā)生爐。
ZK8-57型自動控制機(jī)有8個水壓缸，工作壓力8公斤力/厘米2。選定工作循環(huán)周期2.5分鐘。配套電動機(jī)型號Y801-2-0.75KW。
水壓路線流程圖中第1主水壓缸控制三通閥1，上吹蒸汽閥2，下吹蒸汽閥3。第2主水壓缸控制吹風(fēng)閥4，安全擋板5，吹風(fēng)閥6。吹風(fēng)閥4.6同時開關(guān)，當(dāng)吹風(fēng)閥開時，安全擋板5關(guān)，當(dāng)吹風(fēng)閥關(guān)時，安全擋板開。第3主水壓缸未用。第4主水壓缸控制煙囪閥9。第5主水壓缸控制蒸汽閥10，加氨空氣總閥11。第6主水壓缸控制下吹加氮空氣閥12。第7主水壓缸控制上吹加氮空氣閥13。第8主水壓缸控制加焦放空閥(手動)。
本發(fā)明工藝裝備包括煤氣發(fā)生爐，下行除塵器，旋風(fēng)除塵器，聯(lián)合過熱器，上下行水加熱器，洗氣塔，煙囪。煤氣發(fā)生爐為2260毫米水煤氣發(fā)生爐。其技術(shù)規(guī)格如下爐膛直徑2260毫米燃料消耗量 焦炭、無煙煤900-1000公斤/小時燃料層高度 2.1-2.2米最大風(fēng)壓 2000毫米水柱半水煤氣產(chǎn)量 2600-2800米3/小時配套鼓風(fēng)機(jī)型號A1200-1.2。額定功率125KW。
本發(fā)明使用的工業(yè)煤成分分析，熱值，混煤比
每個工作循環(huán)為2.5分鐘。三階段制氣工藝的循環(huán)時間分配為吹風(fēng)階段18%，下吹階段46%，上吹階段36%。
水壓自控機(jī)照如下調(diào)節(jié)制氣軸 OTO OT71 OT9 OTO OTO T OTO T 738 7 6 5 4 3 2 1吹風(fēng)軸 0-0 0-74 0-56 0-0 0-0 0-0 0-64各自動閥開啟，關(guān)閉的時間如下(循環(huán)周期%)0 煙囪閥開，吹風(fēng)開始17 煙囪閥關(guān)18 蒸汽總閥開，吹風(fēng)結(jié)束，下吹氣開始18 吹風(fēng)閥關(guān)20 下吹加N2空氣開56 下吹加N2空氣關(guān)64 三通閥倒上吹，下吹蒸汽閥關(guān)、下吹結(jié)束、上吹開始70 上吹加N2空氣開90 上吹加氮空氣關(guān)99 蒸氣總閥關(guān)，上吹蒸汽閥關(guān)，上吹結(jié)束0 煙囪閥開、下一個循環(huán)開始吹風(fēng)。
本發(fā)明爐溫測定(2.5分鐘一個循環(huán))如下℃(從上一次加碳到下一次加碳間隔30分鐘，每個循環(huán)所測)上行溫度 320 260 240 235 250 260 270 290 300 310 315 320循環(huán) 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12下行溫度 200 175 175 180 185 185 185 190 195 195 200 200本發(fā)明蒸汽用量瞬時流量下吹階段2.6噸/小時上吹階段2.2噸/小時氣化層，灰層測定
氣化層350-550 mm;
灰層100-200 mm。
阻力測定毫米水銀柱吹風(fēng)階段15-20下吹階段47上吹階段45本發(fā)明氣體成分測定%CO2CO H2N2O2CH4吹風(fēng) 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如下是傳統(tǒng)的固定層煤氣發(fā)生爐五階段制氣工藝對比實(shí)例每個工作循環(huán)為2.5分鐘。
制氣工藝分為五個階段，其百分比分配時間為吹風(fēng)18%，上吹32%，下吹41%，二次上吹6%，空氣吹凈3%。自動閥工作時刻如下所示0 煙囪閥開，吹風(fēng)開始18 煙囪閥關(guān)。
18 蒸氣和加氮空氣部閥開，吹風(fēng)結(jié)束，上吹制氣開始。
44 上吹加氮空氣關(guān)50 三通閥變下吹，下吹制氣開始55 下吹加氮空氣閥開75 下吹加氮空氣閥關(guān)91 三通閥變上吹，下吹結(jié)束，二次上吹開始97 蒸汽和加氮空氣總閥關(guān)，二次上吹結(jié)束0 煙囪閥開，空氣吹凈結(jié)束。下一個循環(huán)吹風(fēng)開始。
蒸氣用量上吹2.45噸/小時下吹2.8噸/小時爐溫9加炭18分鐘后所測)吹風(fēng)275℃上吹305℃下吹290℃上吹285℃空氣吹凈280℃爐底溫度＜200℃系統(tǒng)阻力測定毫米水銀柱吹風(fēng) 38上吹 75下吹 66二次上吹 75空氣吹凈 75氣化層，灰層測定氣化層溫 300-450 mm灰層厚 100-200 mm氣體成分如下循環(huán)階段 CO2CO H2N2O2CH4吹風(fēng) 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 2.4權(quán)利要求
1.固定層煤氣發(fā)生爐三階段制氣工藝，包括用自動控制機(jī)控制自動程序系統(tǒng)中各個液奪閥門的動作，間隙地、交替地將空氣、氮空氣、水蒸氣以規(guī)定的方向，在分配時間內(nèi)進(jìn)入煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)與固體燃料焦炭或無煙煤產(chǎn)生一系列的氣化反應(yīng)，生成煤氣等原料氣，其特征在于制氣的工藝循環(huán)首先為吹風(fēng)階段，空氣從下部通過燃料層，碳與氧發(fā)生放熱反應(yīng)，其次為下吹階段，蒸氣氮空氣自上而下通過燃料層，進(jìn)一步穩(wěn)定和增加氣化層范圍，最后為上吹制氣階段，蒸汽和氮空氣自下而上地通過燃料層，保持氣化層的位置和溫度穩(wěn)定在一定的區(qū)域和范圍內(nèi)，同時清除煤氣發(fā)生爐下部的反應(yīng)生成氣，起一定的安全作用，為下一循環(huán)的吹風(fēng)階段作好準(zhǔn)備，循環(huán)時間分配為下吹階段時間要大于上吹階段時間，吹風(fēng)階段時間要小于上吹階段時間和下吹階段時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定層煤氣發(fā)生爐三階段制氣工藝，其特征在于循環(huán)時間分配為吹風(fēng)階段為15-22%，下吹階段為40-50%，上吹階段為32-40%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定層煤氣發(fā)生爐三階段制氣工藝，其特征在于循環(huán)時間分配為吹風(fēng)階段18%，下吹階段46%，上吹階段36%。
全文摘要
本發(fā)明將固定層煤氣發(fā)生爐常規(guī)五個階段(吹風(fēng)、下吹、上吹、二次上吹、吹凈)制氣改為三個階段(吹風(fēng)、下吹、上吹)制氣。在不增加原料的情況下，每個循環(huán)將節(jié)約3％(吹凈階段)周期用于制氣。取代吹凈用于上、下吹加氮空氣，制氣熱穩(wěn)定性好。新工藝對煤的要求不高，系統(tǒng)阻力減少，氣化層的溫度和范圍穩(wěn)定，增加制氣的數(shù)量和質(zhì)量。大大減少循環(huán)閥門的開關(guān)次數(shù)，延長液壓閥使用壽命。有很大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C10J3/02GK1052690SQ8910414
公開日1991年7月3日 申請日期1989年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月18日
發(fā)明者包世發(fā) 申請人:包世發(fā)