煤氣化技術(shù)的工程機械應用研究

煤氣化技術(shù)的工程機械應用研究Research for Applying the Gasification Technology to theConstruction Machinery長(cháng)沙理工大學(xué)汽車(chē)與機械工程學(xué)院何志勇/He Zhiyong李自光/Li Ziguang羅吉/Luo Ji湘潭公路機械制造有限公司李濤/Li Tao李運華/Li Yunhua摘要: 本文闡述了瀝青混合料拌和站以柴油、重油或煤作為燃料燃燒加熱骨料存在的缺點(diǎn),分析了-段式煤氣發(fā)生裝置煤轉氣的基本原理和物化過(guò)程,介紹了干餾煤氣發(fā)生裝置的基本結構，實(shí)驗得出了某小型瀝青混合料拌和站分別采用柴油、重油、煤或煤轉氣作為燃料的單位生產(chǎn)成本。文章的探討對煤轉氣技術(shù)的工程應用具有-定的參考價(jià)值,在建設資源節約型和環(huán)境友好型社會(huì )中的效益會(huì )尤為特出。關(guān)鍵詞:煤氣化煤氣發(fā)生裝置 反應機理瀝青混合料拌和站目前瀝青混合料拌和站生產(chǎn)通常都以柴油為燃料來(lái)利用煤氣發(fā)生爐使煤在高溫下進(jìn)行干餾，產(chǎn)生- -氧加熱骨料,但隨著(zhù)原油價(jià)格的不斷上漲,為降低生產(chǎn)成本，化炭和氫氣等混合氣體， 熱效率高達80%以上。根據煤人們不得不尋求以煤或重渣油來(lái)取代柴油(輕油)"。但氣發(fā)生爐內所 進(jìn)行的氣化過(guò)程特點(diǎn)，可將煤層自下而上重渣油粘性大，不易流動(dòng)，燃燒效果不好，會(huì )對瀝青地分為灰渣層. 氧化層.還原層干餾層干燥層和空層P?；炷临|(zhì)量產(chǎn)生不利影響，在應用時(shí)必須在燃料器上1.1 灰渣層增加預熱裝置以增加流動(dòng)性,而預熱能源仍然衢用柴灰渣層是煤粉燃燒與氣化后的混合物在發(fā)生油或燃氣獲得，成本降低有限，更為重要的是重渣油爐中由 上向下移動(dòng)的最后- -層，其高度約為200 ~燃燒后的產(chǎn)物二氧化硫和三氧化硫排到大氣中形成酸300 mm,其一個(gè)作用是保證除渣裝置的安全運轉，灰雨，造成空氣污染，并嚴重污染土壤以及水體，造成渣層的另 一個(gè)作用是將煤氣和空氣進(jìn)行冷熱的交換，生態(tài)的失衡，對人體產(chǎn)生危害。而煤粉作為直接燃料使以提 供給氧化層最佳的所需物質(zhì)，為氧化層的熱化學(xué)用成本低，但存在著(zhù)污染大,操作環(huán)境惡劣,酸化瀝青，反 應帶來(lái)優(yōu)越條件，以供加速燃燒。燃燒器易結渣等缺點(diǎn)。而我國煤炭資源相當豐富，如1.2 氧化層果把相對豐富的煤炭資源轉化為無(wú)污染、清潔的氣體氧化層又稱(chēng)為燃燒層或火層，其高度約為資源再用于瀝青混合料拌和設備上當作燃料，既達到500 mm,其主要目的是使從灰渣中升上來(lái)的氣化劑中了降低生產(chǎn)成本的要求，又和國家新時(shí)期的生態(tài)文明的氧 與煤強烈反應而生成二氧化碳，同時(shí)釋放大量的建設相吻合。.熱量。它是煤氣化過(guò)程中的主要區城之-，其反應過(guò)程是:1煤轉氣的原理C+O2=CO2+393.8 MJ/kmol目前煤轉氣技術(shù)應用于拌和設備主要是-段式煤1.3 還原層氣發(fā)生裝置，其生產(chǎn)方式有干餾煤氣和水煤氣兩種叫:還原層是生成煤氣的主要區域，其高度約為300干餾煤氣的產(chǎn)生方法是將煤在煤氣發(fā)生爐中點(diǎn)燃后，~ 400 mm,在此層中二氧化碳和水蒸氣被碳還原成一在爐底吹入適當的空氣作為氣化劑，對煤進(jìn)行干餾，從氧化碳和氫氣, 還原層也因此而得名，其反應過(guò)程是:而產(chǎn)生大量的一氧化碳，氫氣，甲烷等混合氣體。水中國煤化工/kmol煤氣的產(chǎn)生方法是將煤從爐頂加人，在下落過(guò)程中，與MHCN M H GJ/kmol從爐底鼓人的氣化劑(蒸汽+空氣)逆流相遇，在高溫C+LH2 U=(U2+2H2+41 MJ/kmol作用下發(fā)生物理、化學(xué)反應,產(chǎn)生粗煤氣(即為水煤氣)。1.4 干餾層2011.01 建設機械技術(shù)與管理101主起，面初王E10s SCOAICUAOGOMWOIN r0row i干餾層位于還原層的上部，由于還原層上升的氣安全控制系統體隨著(zhù)熱量被消耗,其溫度逐漸下降,煤在這個(gè)溫度下，采用煤氣換向閥聯(lián)合自鎖動(dòng)作機構，在出現停電或歷經(jīng)低溫干餾的過(guò)程,煤中氣化物發(fā)生裂解，產(chǎn)生甲烷、電路故障的情況下，保證煤氣排空,拌合簡(jiǎn)體內不會(huì )因烯烴及焦油等物質(zhì)，它們受熱成為氣態(tài),即生成煤氣大量囤積煤 氣而引發(fā)點(diǎn)火爆噴事故,爐體內也不會(huì )產(chǎn)生并通過(guò)_上面千燥層而逸出，其高度為200 mm?；鼗瓞F象。同時(shí)點(diǎn)火前采用強制吹掃程序,使點(diǎn)火通1.5 干燥層道不會(huì )因囤積煤氣而造成爆燃事故。干燥層位于干餾層之上，干餾層產(chǎn)生的熱煤氣在上升過(guò)程中與從爐頂加入的煤燃料在此層相遇并進(jìn)行3工 程機械使用實(shí)例熱交換，燃料中的水分受熱蒸發(fā)，所以稱(chēng)之為干燥層，2009年12月，湘潭公路機械制造有限公司歷時(shí)兩其高度不固定。年，成功研發(fā)出了基于煤氣化技術(shù)加熱的成套瀝青混合1.6 空層料強制式攪拌設備(圖1),通過(guò)工業(yè)考核，得出該產(chǎn)空層即爐體內燃料層上部的自由區，是煤氣在爐體品每生產(chǎn) 1t瀝青混合料使用不同燃料時(shí)的成本如表1,內瞬間停留的空間,在爐體內溫度較高時(shí)還有一-些副反燃煤 與煤氣化的使用效果對比如表2。從表1中的對比應發(fā)生，如CO分解放出一些炭黑:結果可以看出，使用煤轉氣作燃料后該設備的單位生2C0→CO2+C實(shí)際生產(chǎn)中，氣化過(guò)程在煤氣發(fā)生爐內是物化反應復雜過(guò)程，其分層也不是很?chē)栏竦?，相鄰兩層往往相互交錯4，很難具體劃分，因此各層中氣體成份的變化就更加復雜。.2 - -段式煤氣發(fā)生裝置主要組成結構整套煤氣發(fā)生裝置由煤氣發(fā)生爐主體、除塵及輸送系統、煤氣燃燒裝置和安全控制系統等組成。2.1煤氣發(fā)生爐主體圈1應用煤轉氣加熱方式的瀝青混合料拌和機由爐體、調風(fēng)門(mén)、上下?tīng)t門(mén)、排渣口等部分組成。表1生產(chǎn)1t瀝青混合料使用不同燃料的成本爐體為盛料、反應和產(chǎn)生煤氣的主體空間,煤料沿鐘罩燃料種類(lèi)燃料消耗量市場(chǎng)參考價(jià)使用成本/元圓錐面均勻進(jìn)人爐體內，形成厚度均勻的料層，經(jīng)上下煤轉氣10.65 kg860元/t9.16爐門(mén)鼓人的氣化劑及高溫的作用下，產(chǎn)生物化反應，生12.5260元/t成的煤氣聚集在爐體空層，隨后進(jìn)入煤氣輸送系統。重油6.72 kg3 600元/t24.192.2除塵及輸送系統柴油6.45 kg6 600元/t42.57煤氣由爐膛內出來(lái)后，一路通過(guò)管道輸送與鐘罩閥表2燃煤與煤氣化的使用效果對比相連，另一路通過(guò)管道輸送進(jìn)人除塵系統，經(jīng)除去灰塵及其他有害物質(zhì)后，進(jìn)人燃燒器燃燒產(chǎn)生熱能，對有害氣體(CO2.直接排放大氣層，符合國家環(huán)保要求一 工業(yè)爐燃料使用效果煤({煤粉)煤(煤轉氣)瀝青混合料拌和站中的冷集料進(jìn)行烘干加熱。鐘罩閥sox. NOX等) |影響生 態(tài),污染環(huán)境|煙氣排放標準(GB979.88能起放散閥及安全閥作用，煤氣管路上還接有水封，用由于燃燒不充分，導于管道煤氣的切斷。致瀝青酸化，改變燃燒效率其粘結性等物理特|燃燒充分. 熱轉化效率高2.3煤氣燃燒裝置中國煤化工.由調節閥、風(fēng)機、燒嘴等組成。煤氣進(jìn)入燒嘴前，與鼓風(fēng)機吹入的空氣按- -定 比例混合，以達到最佳燃HCNMHG結渣,成本低，壽命長(cháng)燒效果。各種調節閥分別用于煤氣量.空氣量的合理2.4操作環(huán)境環(huán)境惡劣清潔102 CMTM 2011.01砂當量的研究之砂當量方程的建立與討論及應用Establishment, Discussion and Application of theSand equivalent equation In the Sand equivalent research大連公路工程集團金州有限公司姜增順/JIANG Zengshun肖慶元/XIA0 Qingyuan門(mén)永剛/MEN Yonggang摘要:本文通過(guò)向石屑(水洗后所得，粒徑0.075~2.36 mm)中添加不同比例的同產(chǎn)地的石粉、泥土以及二者的混合物(細粉)進(jìn)行砂當量試驗，找出砂當量與含泥量石粉含量以及細粉含量(含泥量+石粉含量)的關(guān)系。并在試驗及有關(guān)文獻的基礎上總結并提出了理想狀態(tài)下砂當量方程的概念，且結合試驗對砂當量方程進(jìn)行了相關(guān)的分析與討論。最后在總結試驗經(jīng)驗的基礎上以砂當量方程為基礎,以實(shí)例說(shuō)明了運用砂當量方程求解細集料中真正含泥量的方法。關(guān)鍵詞:砂當量研究方程建立討論應用1砂當量與含泥量的關(guān)系，表示為SE=(Q,)它們因試樣的不同而不同。當含泥量為0時(shí)，SE=C.通過(guò)試驗發(fā)現砂當量與含泥量之間存在著(zhù)良好的對于試驗 1和試驗2來(lái)說(shuō)，當Qn=0時(shí)，它們的砂當線(xiàn)性關(guān)系，數學(xué)表達式為SE=f(Q,) =AQ,"+BQ,+C,裹1其中的A、B、C為方程系數，當Qw=0時(shí)， SE=C, 試試驗1: Qn/%試驗1: SE/%試驗2: Qn/% .試驗2: SE/%驗結果見(jiàn)表1及圖1。.94.5081分析總結:從圖1中我們可以很清楚地可以看出砂87.6當量隨含泥量變化的規律:砂當量隨含泥量的增加而78.5154減小，而且砂當量與含泥量呈現良好的線(xiàn)性關(guān)系，其569.91538.3相關(guān)系數分別為0.9984和0.9941。我們用數學(xué)表達式62.3表示為:A樣石屑| 0.075 ~ 2.36mmB樣石屑0.075 ~2.36mmSE=AQn'+BQn+C, A. B. C為與方程有關(guān)的系數,土樣<0.075mm<0.07Smm產(chǎn)成本比使用煤直接燃燒節約15%，比使用重油節約生污 染的能源變成了清潔能源，對保護生態(tài)環(huán)境，降62%，比使用柴油節約78.5% ;從表2的使用效果可以低能源消耗等 具有現實(shí)意義?？闯?，使用煤氣化技術(shù)具有環(huán)保、經(jīng)濟及燃燒熱效率高等特點(diǎn)，因此該技術(shù)值得在施工機械相關(guān)產(chǎn)品中推參考文獻廣應用。[1]董耀武，王曉東，劉公德.瀝青攪拌站燃燒器的合理選用.維修與節能.建設機械技術(shù)與管理, 2005, 46 (9) :107~108.4結語(yǔ)[2]韓啟元，許世森.大規模煤氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與進(jìn)展[U].熱煤氣發(fā)生裝置具有產(chǎn)氣量大、氣化完全、煤種適力發(fā)電，2008， 37(1):4~8.應性強，使用成本低，燃燒充分，有害物質(zhì)排放少,符[3]駱曉玲徐坤山.煤氣發(fā)生爐工作原理的研究[].煤炭工合國家環(huán)保要求等特點(diǎn)。只要掌握好煤氣化過(guò)程中的程，2009, 53(8):98~100.關(guān)鍵控制技術(shù)，在其生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生污染，其反應[4]陳強中國煤化工程能量分析計算I].產(chǎn)生的氣體資源完全是清潔、安全、環(huán)保的。因此煤工轉氣技術(shù)如果在施工機械相關(guān)設備中得到推廣和應用，TYHCNMHG不僅可以替代石油資源、同時(shí)也把煤炭這個(gè)直接燃燒產(chǎn)收稿日期: 2010-12-10mn2011.01建設機械技術(shù)與管理103