对水煤浆气化反应的认识

2008年第4期35对水煤浆气化反应的认识陈敬仁,王伟(究矿国宏化工有限任公司,山东邹城273500)关键词气化炉流场结构反应过程中图分类号TQ54文献标识码A水煤浆在气化炉内的反应过程非常复杂,属于高分析起来在管流区的下面还应有一个集束区,因温高压非均相湍流状态下的的火焰型反应牵扯到雾为气化炉内的反应物系在到达气化炉锥底部位后,反化规律、混合规律、流动规律和热量传递规律。气化炉应物系受到气化炉锥底的影响会相对集中收拢,存在内的流场结构雾化效果停留时间传热方式混合程水平方向的分速度不再符合管流区的流动特点应当度对气化炉内的反应影响很大,决定着气化反应的有划分为一个新的区域,称之为集束区。另外管流区内效气体成分、碳的转化率、装置生产强度、比氧耗和比的反应物系在到达气化炉锥底部位后反应物系并没煤耗有全部进入集束区,而是有一部分受到气化炉锥底的阻挡,反射回来形成一个向上的逆向的环流沿着气化1气化炉内的流场结构炉壁的四周向上走,经过管流区的外围进入回流区,把气化炉内的流场结构分为射流区、管流区和回流这个集束区以上、管流区以外狭小的反向环形区域称区。射流区指的是烧嘴喷射出来的扇形物流段。管流为逆向环流区。需要指出的是进人逆向环流区的这部区是指离开射流区以后物流沿着与喷嘴中心轴线平分物料对气化炉内反应物的停留时间分布和平均停留行的方向竖直向下行进的反应物流段,在该段内的反时间有着较大的影响,是一个值得注意的问题。图应物流基本上没有水平方向的流动就像在管道内流为气化炉内的流场结构示意图。动一样,所以称为管流区。回流区是指射流区外围的艺烧咀水平方向分速度较大的部分物流脱离射流区后在喷嘴射流区喷射流的吸引下,向上回流并且被卷吸到射流区内,这部分区域被称为回流区。射流区逆向环流区管流区收稿日期:2008-03-26作者简介陈敬仁(195-),男,山东冪城人。山东科技大学煤化集荣区工专业本科毕业,兖矿国宏化工有限责任公司气化车间副主任,工程图1气化炉内的流场结构示意图现在应用Web来进行教学的网络课程的教学模话环境作为辅助方式来支持合作交流活动式,主要有以下几种:以课堂教学为基础的课程强调课程的内容设计(1)信息传递式:信息传递式是指利用Wb发布而以Web为基础的教学不应是传统课程内容的照搬教学信息,Web只用于呈现教学大纲,课程内容或者讲今后网络课程的设计应结合Wb的特点(资源共享、交座笔记作业细节和百科全书加上在线信息资源的超流通讯),是以Fml答疑、电子论坛、计算机视频会议链接,学生可以在没有教师或者同伴交流下完成学习等学习活动为中心的设计。任务。这种模式是目前网络课程最普遍和最有限的方运用现代信息技术确实给教育教学工作带来了太多的方便。对教育工作者来说,掌握更多现代信息技(2)辅助学习式:这种课程模式的特点是辅助学术,合理使用它们更好地服务于教育教学工作。习者的学习,它提供指导讨论等服务;采用Emil电子论坛或计算机视频会议来实现电子对话;辅助学习参考模式还可以确定参数来建立多用户对话环境。[1]中国煤化工中国电化教育(3)合作学习模式:合作学习模式主要强调的是21CNMHG能力培养的理论与试验学生之间的交流活动。它通过创设支持式环境使得研究酶[3]林君芬,余胜泉关于我国网络课程现状与问题的思考北京师范班级学生成员之间可进行提问解答和资源共享等合大学现代近程教育技术研究所作活动;Fil电子论坛、计算机视频会议或多用户对2008年第4期燃烧区时,在高温和富氧的环境下基本上完全燃烧了。2气化炉内的反应过程划分及反应情况分析粗煤气中的甲烷主要来源于气化反应后期的甲烷化反进入气化炉的水煤浆在气化炉内的反应过程大体应:比如CO+3=CH+H20以及C+2H2=CH的反可分为三个反应区段:裂解区、燃烧区、气化区。应。在气化反应后期,系统当中富含CO和H以及未在裂解区主要进行了水煤浆中水分的蒸发、挥发反应的残碳,上述的反应是可以进行的。日常的操作份的脱除和热裂解,该过程需要的热量主要来源于炉中反映出甲烷的含量与气化炉的温度成反比例,炉温内高温环境辐射的热量,回流过来的高温反应气的加越低甲烷的含量越高这是因为甲烷化反应都是放热热。煤脱除挥发份以后变成煤焦。的反应,温度越低越有利于甲烷化反应的进行。在燃烧区主要进行的是燃烧反应。首先发生燃烧(3)生成二氧化碳的认识:对于CO2的生成反应,反应的是裂解区产生的可燃气体,以及少量的从回流在气化阶段有以下三个重要的还原反应区卷吸进来的反应气,紧接着发生煤焦的燃烧反应。C+CO2=2C0-38790千卡千克分子燃烧反应的主要产物为CO2,只有在气化炉内的大部C+H2O=CO+H2-28380千卡/千克分子分氧气消耗掉以后才产生CO的反应。气化炉内的氧C+2H2O=CO2+2H2-19790千卡/千克分子气消耗过程为:与可燃气反应约占入炉总氧的10%,与这三个反应中第三个反应需要的热最少,在气化煤焦反应产生CO2约占炉总氧的6%,与煤焦反应产反应后期更容易进行,这也是水煤浆气化反应粗煤气生CO约占炉总氧的30%中CO2含量较高的原因。谢尔气化炉粗煤气中的CO2与氧气的消耗情况相对应,煤焦的消耗情况为:燃含量就少得多原因是谢尔气化是干粉进料,氧气和水烧产生CO2消耗煤焦总量的30%,燃烧产生CO约占蒸气为气化剂,碳燃烧产生的热量主要供还原反应吸煤焦30%,还有约40%的煤焦在燃烧区未能参加燃烧热用,热量相对比较富裕,有足够的热量满足反应中反应而直接进入了气化区CO2还原的需要。而水煤浆气化碳燃烧的热量有相当在气化区主要发生煤焦和水蒸气的反应、煤焦和部分用于水煤浆中约3%的水分蒸发。所以水煤浆C2的还原反应以及其他一些氧化还原反应。气化反气化工艺原料煤在进入气化阶段后可以利用的热量相应是气化炉内的主要反应存在着化学反应平衡的问对较少,因而主要发生了消耗热量较少生成CO2的反题需要较长的时间较多的热量对气化反应的结果应。这也是水煤浆气化与干煤粉气化粗煤气中CO2比影响也比较大。例相差较大的原因。在各阶段反应所需要的时间划分上,裂解反应和燃烧反应所占的比例很小,约占不到10%气化还原反4关于煤浆在气化炉内的转化过程所占的时间较多约占90%以上。下面是气化炉内几种物质与碳的反应速率对比水煤浆经工艺烧嘴喷人气化炉后,煤浆受到氧气燃烧反应:C+O2=CO2的反应速率为1000的冲击被高效雾化成小煤粒,小煤粒在气化炉内的裂解区迅速地蒸发掉水分成为固体小煤粒,然后小煤粒还原反应:C+H2O=CO+H2的反应速率为4发生裂解反应释放出裂解气成为煤焦。裂解气进人气C+CO2=2CO的反应速率为1相煤焦继续下行进入燃烧区。在燃烧区煤焦和氧气从碳的反应速率可以看出,燃烧反应的速率非常发生燃烧反应产生CO2和CO并放出大量的热量,C2大,还原反应的速率相对比较小,所以还原反应所占的和CO进入气相,未反应的残碳进入气化区。在气化区时间比例比较大。残碳与H2O、CO2等气体反应转化为气体,最后还有少3对生成氢气甲烷和二氧化碳反应的认识量未反应的煤焦被称为残碳和不参加反应的灰份一起排出气化炉燃烧室进入激冷窒。(1)生成氢气的认识:通过煤的元素分析可以知气化炉内的反应是气固两相并流的反应过程,煤道在煤当中氢占的比例较少,约占45%,碳氢比(质粒是固相,其余的气体成分为气相。小煤粒虽然体积量比)约为10.04,而在水煤浆气化炉产生的粗煤气很小,但是相对于气体分子来讲仍然是很大的在气体当中碳/氢比为:10.095,增加的这部分氢的来源是煤分子微粒中间它像一个体积相对很大的圆球,它在气和水蒸气反应产生的。煤和水蒸气反应产生的氢约占化炉内参加反应时是一层层的讲行。从这个角度可以粗煤气当中总氢的32%。所以在气化炉内的反应中水中国煤化工很长的过程。蒸气的分解反应占有相当的比例。CNMHG(2)生成甲烷的认识:在煤的裂解过程中可能产生参考文献量的甲烷,但是作为比较易燃的气体在通过气化炉[1]王辅臣,6.5M水煤浆气化反应过程剖析[].大氮肥,199-5