[发明专利]一种玻璃熔窑全氧煤气气化方法及设备

说明书

所属技术领域

本发明属于固体燃料气化领域，具体涉及到一种玻璃熔窑全氧煤气气化方法及设备。

背景技术

我国能源资源的基本特点(富煤、贫油、少气)决定了煤炭在一次能源中的重要地位。我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11％。

煤炭大部分直接燃烧，将煤变成油的技术在我国还在研制之中，工业上将煤或焦炭等固体燃料气化，是一种常见方式。根据气化剂不同，可产生不同煤气。以空气为气化剂，利用煤中的碳与空气中的氧气进行反应所生成的可燃气体，称为空气煤气。以水蒸气为气化剂，利用煤中的碳与水蒸气进行反应所生成的可燃气体，称为水煤气。以空气为气化剂时，由于碳与空气中的氧气进行反应是放热反应不断地放出热量，致使发生炉内氧化层温度很高，当发生炉中燃料层温度过高时，燃料中的灰分软化形成熔融的炉渣，而使发生炉正常气化过程破坏，以致发生炉生产能力急剧下降，煤气质量也变坏。另外空气煤气的热值较低，限制了其在玻璃窑炉上应用。以水蒸气为气化剂时，由于碳与水蒸气进行反应是吸热反应，致使发生炉内燃料层温度降低，当发生炉中燃料层温度过低时，反应中断。空气煤气和水煤气都有着一定缺点，用空气和水蒸汽的混合物为气化剂，可以克服空气反应温度过高和水蒸气使反应温度过低两种极端，这种煤气为混合煤气，也叫发生炉煤气。

发生炉煤气反应原理是：煤气炉分为五层，自下而上分别是灰层、氧化层、还原层、干燥层、空层。气化剂(空气和水蒸气)首先进入炉栅上的灰渣层，因为灰渣温度较高，气化剂被加热到一定温度，被预热的气化剂继续上升，进入氧化层，氧化层中的碳与空气中的氧气发生化学反应。氧化层生成CO₂以及水蒸气等气体继续上升，遇到炽热的碳，CO₂被还原成CO，水蒸气被还原成H₂，以上还原反应所产生的气体称为发生炉煤气，发生炉煤气然后进入干燥层干燥，通过空层由煤气出口引出。

发生炉煤气以空气为气化剂，空气中80％不可燃的氮气带入煤气中，一般发生炉煤气中不可燃成分占40.0％，热值为5000-6000KJ/NM³，煤气中不可燃成分，不仅不发热，并且吸收大量热，造成的能源的浪费，还降低了热点温度。导致了熔窑产量低、热效率低、玻璃品质也上不去。限制了煤气在大型浮法玻璃窑炉上使用。

发明内容

为了解决发生炉煤气以上缺点，解决玻璃工业能源的矛盾问题，本发明提供一种新的玻璃熔窑全氧煤气气化方法及设备。

本发明基本原理是：

以全氧煤气经过全氧燃烧后高温烟气(主要成分是二氧化碳，约占90％，温度1600℃)和全氧气体(氧气浓度大于90％)为气化剂与煤粉发生化学反应，产生的可燃气体称为全氧煤气。

其反应如下：

氧气与碳反应生成一氧化碳，放出热量。

2C+0.11N₂+O₂＝2CO+0.11N₂+246388千焦-----(1)

高温二氧化碳与碳与反应，生成一氧化碳，吸收热量。

C+0.11N₂+CO₂＝2CO+0.11N₂-162375千焦------(2)

(2)式在1200℃时，CO占99.9％，反应完全。每摩尔高温烟气从1600℃到1200℃提供的热量为：20764千焦

假设(1)式放出热量和高温烟气的余热全部被(2)式反应吸收，得到式(3)

2.575C+0.15N₂+O₂+0.575CO₂＝3.15CO+0.15N₂-----(3)

理想全氧煤气的组成为：

CO＝3.15÷3.3＝95.4％

N₂＝0.15÷3.3＝4.6％

上式回收烟气量为总烟气量的18.3％，实际使用中可以远远大于这个比例，可以回收全部烟气作为气化剂，这样即可以得到更多的烟气中余热，也有利于煤中的碳反应完全。

理想状况下全氧煤气热值为：12084KJ/Nm³。

图1为本发明专利玻璃熔窑全氧煤气设备示意图。

附图标记说明：灰渣出口1、高温烟气进口2、氧气与煤粉喷枪3、气化炉4、全氧煤气出口5。