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陶瓷和冶金等行业,通常燃用天然气、石油进行加热,然而石油、天然气的价格日益上升,造成工业加热成本的增加,制约了这些行业的发展。在这种形势下,煤气化应用于工业加热得到了发展,相对于天然气、石油,煤气的价格更加低廉。而随着企业对气化经济性、环保要求的增高,导致了现有的技术由于在工业加热行业存在一些应用上的问题而受到了制约,因此急需对现有的气化技术加以改善。
为解决目前煤气化应用于工业加热所存在的问题,本文提出以流化床气化为基础,通过采用富氧一水蒸气取代空气一水蒸气为气化剂,来提高流化床气化所产生的煤气热值;富氧通过膜分离技术制取,因为相对于其他制氧技术而言,该技术具有设备简单、操作方便、投资少、费用低、适用性广等优点,并且对于制取浓度为30%左右的富氧具有较大的经济优势。
本文试验以一个常压流化床为反应器,采用膜分离技术制取富氧,对煤富氧.水蒸气气化制取煤气的特性进行试验研究,获取在氧浓度为30%条件下,热值为6MJ/m3左右的煤气,满足工业加热的要求。通过对试验数据的分析,探讨了温度、H2O/C、O/C、氧浓度、煤种对煤气成分及热值影响,以及H2O/C比、O/C比、氧浓度的改变对温度的影响。结果表明:氧浓度的提高,明显增加了煤气的热值,当氧浓度从21%提高到30%时,煤气热值提高了1.18MJ/m3;在温度为920℃,氧浓度为30%,H2O/C比为0.97,O/C比为0.78时,煤气热值达到5.95MJ/m3。
由于本试验所用膜分离设备制取富氧浓度最高只达到30%,因此本文建立热力学平衡模型,研究氧浓度在30%到100%范围内,参数对富氧气化的影响。模拟结果表明,富氧浓度较高时对气化的影响很明显,煤气的有效成分和煤气热值都得到显著增加。另外可以得出,随着氧浓度的提高,煤气成分中CO、H2增加的幅度越小,相对应的煤气热值增加幅度也在减小;当氧浓度从21%提高到30%时,煤气热值增加了1.24MJ/m3,氧浓度从90%提高到100%H寸,煤气热值只增加了0.31MJ/m,只是前者的25%,因此,氧浓度的选择需要根据实际需要来确定,当达到所需的热值时,氧浓度无需再提高,因为氧浓度越高,其制取成本越高。