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煉焦技術交流:高爐煤氣與焦爐煤氣特性

發布時間:2019-06-20      點擊數:859

焦爐煤氣

焦爐煤氣,又稱焦爐氣,英文名為CokeOven Gas(COG),由于可燃成分多,屬于高熱值煤氣,粗煤氣或荒煤氣。是指用幾種煙煤配制成煉焦用煤,在煉焦爐中經過高溫干餾后,在產出焦炭和焦油產品的同時所產生的一種可燃性氣體,是煉焦工業的副產品。焦爐氣是混合物,其產率和組成因煉焦用煤質量和焦化過程條件不同而有所差別,一般每噸干煤可生產焦爐氣300~350m3(標準狀態)。其主要成分為氫氣(55%~60%)和甲烷(23%~27%),另外還含有少量的一氧化碳(5%~8%)、C2以上不飽和烴(2%~4%)、二氧化碳(1.5%~3%)、氧氣(0.3%~0.8%))、氮氣(3%~7%)。其中氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴為可燃組分,二氧化碳、氮氣、氧氣為不可燃組分。

概述

焦爐氣屬于中熱值氣,其熱值為每標準立方米17~19MJ,適合用做高溫工業爐的燃料和城市煤氣。焦爐氣含氫氣量高,分離后用于合成氨,其它成分如甲烷和乙烯可用做有機合成原料。焦爐氣為有毒和易爆性氣體,空氣中的爆炸極限為6%~30%

構成

焦爐煤氣主要由氫氣和甲烷構成,分別占56%27%,并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮氣、氧氣和其他烴類;其低發熱值為18250kJ/Nm3,密度為0.4~0.5kg/Nm3,運動粘度為25×10`(-6)m2/s。根據焦爐本體和鼓冷系統流程圖,從焦爐出來的荒煤氣進入之前,已被大量冷凝成液體,同時,煤氣中夾帶的煤塵,焦粉也被捕集下來,煤氣中的水溶性的成分也溶入氨水中。焦油、氨水以及粉塵和焦油渣一起流入機械化焦油氨水分離池。分離后氨水循環使用,焦油送去集中加工,焦油渣可回配到煤料中煉焦煤氣進入初冷器被直接冷卻或間接冷卻至常溫,此時,殘留在煤氣中的水分和焦油被進一步除去。出初冷器后的煤氣經機械捕焦油使懸浮在煤氣中的焦油霧通過機械的方法除去,然后進入鼓風機被升壓至19600(2000毫米水柱)左右。為了不影響以后的煤氣精制的操作,例如硫銨帶色、脫硫液老化等,使煤氣通過電捕焦油器除去殘余的焦油霧。為了防止萘在溫度低時從煤氣中結晶析出,煤氣進入脫硫塔前設洗萘塔用于洗油吸收萘。在脫硫塔內用脫硫劑吸收煤氣中的硫化氫,與此同時,煤氣中的氰化氫也被吸收了。煤氣中的氨則在吸氨塔內被水或水溶液吸收產生液氨或硫銨。煤氣經過吸氨塔時,由于硫酸吸收氨的反應是放熱反應,煤氣的溫度升高,為不影響粗苯回收的操作,煤氣經終冷塔降溫后進入洗苯塔內,用洗油吸收煤氣中的苯、甲苯、二甲苯以及環戊二烯等低沸點的炭化氫化合物和苯乙烯、萘古馬隆等高沸點的物質,與此同時,有機硫化物也被除去了。

特點

1、焦爐煤氣發熱值高16720—18810kJ/m3,可燃成分較高(約90%左右);

2、焦爐煤氣是無色有臭味的氣體;

3、焦爐煤氣因含有CO和少量的H2S而有毒;

4、焦爐煤氣含氫多,燃燒速度快,火焰較短;

5、焦爐煤氣如果凈化不好,將含有較多的焦油和萘,就會堵塞管道和管件,給調火工作帶來困難;

6、著火溫度為600~650 ℃

7、焦爐煤氣含有H255~60%),CH423~27%),CO5~8%),CO21.5~3.0%),N23~7%),O2<0.5%),c2h4(2~4%);密度為0.45~0.50 Kg/Nm3

高爐煤氣

定義

高壓鼓風機(羅茨風機)鼓風,通過熱風爐加熱后進入了高爐,這種熱風和焦炭助燃,產生二氧化碳和一氧化碳,二氧化碳又和炙熱的焦炭產生一氧化碳,一氧化碳在上升的過程中,還原了鐵礦石中的鐵元素,使之成為生鐵,這就是煉鐵的化學過程。鐵水在爐底暫時存留,定時放出用于直接煉鋼或鑄錠。這時候在高爐的爐氣中,還有大量的過剩的一氧化碳,這種混和氣體,就是高爐煤氣

成分

高爐煤氣為煉鐵過程中產生的副產品,主要成分為:COCO2N2H2CH4等,其中可燃成分CO含量約占25%左右,H2CH4的含量很少,CO2 N2的含量分別占15%55 %,熱值僅為3500KJ/m&sup3;左右。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關,現代的煉鐵生產普遍采用大容積、高風溫、高冶煉強度、高噴煤粉量的生產工藝,采用這些先進的生產工藝提高了勞動生產率并降低能耗,但所產的高爐煤氣熱值更低,增加了利用難度。高爐煤氣中的CO2,N2既不參與燃燒產生熱量,也不能助燃,相反,還吸收大量的燃燒過程中產生的熱量,導致高爐煤氣的理論燃燒溫度偏低。高爐煤氣的著火點并不高,似乎不存在著火的障礙,但在實際燃燒過程中,受各種因素的影響,混合氣體的溫度必須遠大于著火點,才能確保燃燒的穩定性。高爐煤氣的理論燃燒溫度低,參與燃燒的高爐煤氣的量很大,導致混合氣體的升溫速度很慢,溫度不高,燃燒穩定性不好。

燃燒反應能夠發生的另一條件是氣體分子間能夠發生有效碰撞,即擁有足夠能量的相互之間能夠發生氧化反應的分子間發生的碰撞,大量的C02N2的存在,減少了分子間發生有效碰撞的幾率,宏觀上表現為燃燒速度慢,燃燒不穩定。

高爐煤氣中存在大量的CO2N2,燃燒過程中基本不參與化學反應,幾乎等量轉移到燃燒產生的煙氣中,燃高爐煤氣產生的煙氣量遠多于燃煤。

特點

v 高爐煤氣中不燃成分多,可燃成分較少(約30%左右),發熱值低,一般為3344—4180千焦/標米&sup3;

v 高爐煤氣是無色無味、無臭的氣體,因CO含量很高、所以毒性極大;

v 燃燒速度慢、火焰較長、焦餅上下溫差較小;

v 用高爐煤氣加熱焦爐時,煤氣中含塵量大,容易堵塞蓄墊室格子磚;

v 安全規格規定在1&sup3;空氣CO含量不能超過30mg

v 著火溫度大于700℃

v 高爐煤氣含有H21.5-3.0%),CH40.2-0.5%),CO25-30%),CO29-12%),N255-60%),O20.2-0.4%;密度為1.29-1.30Kg/Nm3

加熱特點

一、高爐煤氣需要預熱

同體積的高爐煤氣的發熱量較焦爐煤氣低得多,一般為3300—4200KJ/m3。熱值低的高爐煤氣是不容易燃燒的,為了提高燃燒的熱效應,除了空氣需要預熱外,高爐煤氣也必須預熱。因此使用高爐煤氣加熱時,燃燒系統上升氣流的蓄熱室中,有一半用來預熱空氣,另一半用來預熱煤氣。煤氣與空氣一樣,經過斜道進入燃燒室立火道進行燃燒。

二、燃燒系統的阻力大

用高爐煤氣加熱時,耗熱量高(一般比焦爐煤氣高15%左右),產生的廢氣多,且密度大,因而阻力也較大。而上升氣流雖然供入的空氣量較少,但由于上升氣流僅一半蓄熱室通過空氣,因此上升氣流空氣系統和阻力仍比焦爐煤氣加熱時要大。

三、高爐煤氣燃燒火焰較長

高爐煤氣中的惰性氣體約占60%以上。因而火焰較長,焦餅上下加熱的均勻性較好。

由于通過蓄熱室預熱的氣體量多,因此蓄熱室、小煙道和分煙道的廢氣溫度都較低。小煙道廢氣出口溫度一般比使用焦爐煤氣加熱時低40--60℃

四、高爐煤氣毒性大

高爐煤氣中CO的含量一般為25%--30%,為了防止空氣中CO含量超標,必須保持煤氣設備嚴密。高爐煤氣設備在安裝時應嚴格按規定達到試壓標準,如果閑置較長時間再重新使用前,必須再次進行打壓試漏,確認管道、設備嚴密后才能改用高爐煤氣加熱。日常操作中,還應對交換旋塞定期清洗加油,對水封也應定期檢查,保持滿流狀態,蓄熱室封墻,小煙道與聯接管處的檢查和嚴密工作應經常進行。

高爐煤氣進入交換開閉器后即處于負壓狀態。一旦發現該處出現正壓,應立即查明原因組織人力及時處理,確保高爐煤氣進入交換開閉器后處于負壓狀態。

五、高爐煤氣含塵量大

焦爐所用的高爐煤氣含塵量要求最大不超過15mg/m32012年以來由于高壓爐頂和洗滌工藝的改善,高爐煤氣含塵量可降到5mg/m3以下,但長期使用高爐煤氣后,煤氣中的灰塵也會在煤氣通道中沉積下來,使阻力增加,影響加熱的正常調節,因而需要采取清掃措施。

另外,高爐煤氣是經過水洗滌的,它含有飽和水蒸汽。煤氣溫度越高,水分就越多,會使煤氣的熱值降低。從計算可知,煤氣溫度由20℃升高到40℃時,要保持所供熱量不變,煤氣的表流量約增加12%。因此要求高爐煤氣的溫度不應超過35℃。當煤氣溫度發生一定變化時,交換機工應立即調整加熱煤氣的表流量,以保證供給焦爐的總熱量的穩定。

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