拌和设备煤气化过程研究及应用

第41卷 2010年7月工程机械.........Contending Area拌和设备煤气化过程研究及应用何志勇B,李自光',李涛2,何清华3(1.长沙理工大学;2.湘潭公路机械制造有限公司;3.中南大学)摘要:阐述了沥青混合料拌 和站以柴油.重油或煤作为燃料燃烧加热骨料存在的缺点,分析了一段式煤气发生装置煤转气的基本原理和物化过程介绍了千馏煤气发生装置的基本结构,试验得出了某小型沥青混合料拌和站分别采用柴油、重油、煤或煤转气作为燃料的单位生产成本。对煤转气技术的工程应用具有-定的参考价值。关键词:煤气化;煤气发生装t;反应机理;沥青混合料拌和站目前沥青混合料拌和站生产通常都以柴油为煤 进行干馏，从而产生大量的一-氧化碳、氢气、甲烷燃料来加热骨料,但随着原油价格不断上涨,为降等混合气体;水煤气的产生方法是将煤从炉顶加.低生产成本,人们不得不寻求以煤或重渣油来取代人,在下落过程中,与从炉底鼓入的气化剂(蒸汽+柴油(轻油严。但重渣油黏性大,不易流动，燃烧效果空气)逆流相遇,在高温作用下发生物理、化学反不好,会对沥青混凝土质量产生不利影响,在应用应，产生粗煤气(即为水煤气)。时必须在燃烧器上增加预热装置以增加流动性,而利用煤气发生炉使煤在高温下进行干馏，产生预热能源仍然需用柴油或燃气获得，成本降低有一 氧化碳和氢气等的混合气体,热效率高达80%以限。更为重要的是重渣油燃烧后的产物二氧化硫和上。根据煤气发生炉内所进行的气化过程特点，可三氧化硫排到大气中形成酸雨，造成空气污染,并将煤层自下而上地分为灰渣层、氧化层、还原层、干.严重污染土壤以及水体,造成生态的失衡,对人体馏层、干燥层和空层門。产生危害。而煤粉作为直接燃料使用成本低,但存1.1 灰渣层在着污染大,操作环境恶劣,酸化沥青,燃烧器易结灰渣层是煤粉燃烧与气化后的混合物在发生渣等缺点。我国煤炭资源相当丰富,如果把相对丰炉中由 上向下移动的最后一层，其高度约为200~富的煤炭资源转化为无污染、清洁的气体资源再用300 mm,其作用一个是保证除渣装置的安全运转,于沥青混合料拌和设备上当作燃料,既达到了降低另一个作用是将煤气和空气进行冷热的交换,以提生产成本的要求，又和国家建设“资源节约型、环境供给氧化层最佳的所需物质,为氧化层的热化学反友好型社会”的战略-致。应带来优越条件,以供加速燃烧。1.2氧化层1煤转气的原理氧化层又称为燃烧层或火层，其高度约为500目前煤转气技术应用于拌和设备主要是- -段mm, 其主要目的是使从灰渣中升上来的气化剂中式煤气发生装置,其生产方式有干馏煤气和水煤气的氧 与煤强烈反应而生成二氧化碳,同时释放大量两种四:干馏煤气的产生方法是将煤在煤气发生炉的热量。它是煤气化过程中的主要区域之- - ,其反中点燃后，在炉底吹入适当的空气作为气化剂,对应过程是:作者简介:何志勇(1973- -),男,湖南人,讲师,博士.研究方向:工程机械产品优化设计,液压系统减振与降嗓。一69一Contendling Area工程机械第41卷2010年7月]C+02=C0+393.8 MJ/kmol厚度均匀的料层,经上下炉门鼓人的气化剂及高温1.3 还原层的作用,产生物化反应,生成的煤气聚集在炉体空还原层是生成煤气的主要区域，其高度约为层,随后进入煤气输送系统。300 400 mm,在此层中二氧化碳和水蒸气被碳还原2.2除尘及输送 系统成一氧化碳和氢气，还原层也因此而得名,其反应煤气由炉膛内出来后,一路通过管道输送与钟过程是:罩阀相连，另一路通过管道输送进人除尘系统,除CO+C=2C0-162.4 MJkmol去灰尘及其他有害物质后,进人燃烧器燃烧产生热C+H20=CO+H2+131.5 MJ/kmol能，对沥青混合料拌和站中的冷集料进行烘干加C+2H20=CO+2H2+41.0 MJkmol热。钟罩阀能起放散阀及安全阀作用,煤气管路上1.4干馏层 :还接有水封,用于管道煤气的切断。干馏层位于还原层的上部,由于还原层上升的2.3 煤气燃烧装置气体随着热量被消耗,其温度逐渐下降,煤在这个由调节阀、风机、烧嘴等组成。煤气进入烧嘴温度下，历经低温干馏的过程,煤中气化物发生裂前，与鼓风机吹人的空气按-一定比例混合,以达到解,产生甲烷、烯烃及焦油等物质,它们受热成为气最佳燃烧效果。各种调节阀分别用于煤气量、空气态,即生成煤气并通过上面干燥层而逸出,其高度量的合理控制。为200 mm。2.4安全控制系统1.5 干燥层采用煤气换向阀联合自锁动作机构,在出现停干燥层位于干馏层之上,干馏层产生的热煤气电 或电路故障的情况下，保证煤气排空,拌和简体在上升过程中与从炉顶加人的煤燃料在此层相遇内不会因大量囤积煤气而引发点火爆喷事故 ,炉体并进行热交换,燃料中的水分受热蒸发,所以称之内也不会产生回火现象。同时点火前采用强制吹扫为干燥层,其高度不固定。程序，使点火通道不会因囤积煤气而造成爆燃事1.6空层故。空层即炉体内燃料层上部的自由区,是煤气在3不同燃料使用成本的对比分析炉体内瞬间停留的空间,在炉体内温度较高时还有一些副反应发生,如CO分解放出- -些炭黑:2009年3月,由湘潭公路机械制造有限公司对2C0- +CO2+C国产某小型沥青混合料拌和机进行了煤转气加热实际生产中,气化过程在煤气发生炉内是物化方式的改造(图1),通过工业考核,得出该产品每生反应的复杂过程,其分层也不是很严格的,相邻两产1t沥青混合料使用不同燃料时的成本如表1。从层往往相互交错+,很难具体划分,因此各层中气体表中的对 比结果可以看出,使用煤转气作燃料后该成分的变化就更加复杂。2 - -段式煤气发生装置主要组成结构整套煤气发生装置由煤气发生炉主体、除尘及输送系统煤气燃烧装置和安全控制系统等组成。2.1煤气发生炉主体由炉体调风门、上下炉门、排渣口等部分组成。炉体为盛料、反应和产生煤气的主体空间,煤料沿钟罩圆锥面均匀进人炉体内,形成81 应用煤转气加热方式的沥青混合料拌和机一70一