開(kāi)工預(yù)熱爐燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧康墓浪?/h1>
2017-07-07 00:45:17孫彥澤
化工設(shè)計(jì)通訊 2017年7期
孫彥澤
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）
開(kāi)工預(yù)熱爐燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧康墓浪?/p>
孫彥澤
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）
在煤氣化裝置開(kāi)車階段，通常由開(kāi)工預(yù)熱爐將氣化爐系統(tǒng)由常溫預(yù)熱至煤粉或煤漿可以與氧氣直接反應(yīng)的溫度且隨著此時(shí)注入氣化爐內(nèi)的煤粉或煤漿與氧化劑開(kāi)始逐漸反應(yīng)后，開(kāi)工預(yù)熱爐逐漸退出開(kāi)工預(yù)熱階段，改由惰性保護(hù)氣吹掃，開(kāi)工預(yù)熱階段完成；但在開(kāi)工階段，由于氣化爐系統(tǒng)升溫曲線的限制，往往注入開(kāi)工預(yù)熱爐的燃料氣量是變化的，同時(shí)燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧恳哺S燃料氣量的變化而變化，通過(guò)計(jì)算給出燃料氣量和燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧康年P(guān)系，以供開(kāi)工預(yù)熱階段DCS快速調(diào)節(jié)相關(guān)氣量使用。
預(yù)熱爐；煤氣化；燃料氣；燃燒空氣；激冷氮?dú)?/p>
本文所提及的開(kāi)工預(yù)熱爐是用于將氣化爐加熱至指定溫度之后，煤粉或者煤漿開(kāi)始注入氣化爐，煤氣化反應(yīng)開(kāi)始，待氣化爐穩(wěn)定后開(kāi)工預(yù)熱爐退出，此時(shí)需要將惰性氣體如二氧化碳或氮?dú)馔ㄟ^(guò)開(kāi)工預(yù)熱爐進(jìn)行連續(xù)吹掃。
由于在氣化爐開(kāi)車階段，開(kāi)工預(yù)熱爐的操作需與氣化爐的升溫曲線保持一致，這就要求開(kāi)工預(yù)熱爐的負(fù)荷是逐步增加的，但在這個(gè)過(guò)程中隨著天然氣的增加，燃燒空氣與激冷氮?dú)庀木鶗?huì)隨著燃料量增加，但如何增加需進(jìn)行計(jì)算后方可得到所需的燃燒空氣與激冷氮?dú)饬俊?/p>
已知燃料氣（按天然氣）與燃燒空氣的完全燃燒反應(yīng)方程為 ：CH4+2O2=CO2+2H2O，即 1m3的天然氣對(duì)應(yīng)著 2m3的氧氣，而空氣中氧含量約為1/5，進(jìn)而1m3的天然氣對(duì)應(yīng)著10m3的燃燒空氣，即天然氣與燃燒空氣的摩爾比約為1 ：10，F(xiàn)燃燒空氣=10F天然氣。
本例中天然氣低熱值為 34 940kJ/m3，由于氣體的熱容變化相對(duì)較小，用煙氣減壓前的參數(shù)即可用于核算，例如：激冷 氮 氣 熱 容 為 1.335kJ/（m3·℃）， 二 氧 化 碳 熱 容 為 1.944kJ/（m3·℃），水蒸氣熱容為 3.669kJ/（m3·℃），可手動(dòng)計(jì)算熱量平衡，將煙氣出口溫度控制在 1 150℃，那么激冷氮?dú)庾?25℃升溫至1 150℃，燃燒空氣中氮?dú)?、水蒸氣和二氧化碳?50℃升溫至 1 150℃，按熱量平衡進(jìn)行計(jì)算，列出各式如下 ：
注：n 為天然氣流量，m 為激冷氮?dú)饬髁?，均按?biāo) m3/h 計(jì)；為便于計(jì)算忽略熱損失。
根據(jù)上述各式熱量平衡計(jì)算便可到激冷氮?dú)饬浚玫郊だ涞獨(dú)饬颗c天然氣量流量比約為1 ∶ 10，即 F激冷氮?dú)?10F天然氣。
用 HSYSY 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，采用 PR 方程，得到的燃燒空氣與激冷氮?dú)饬颗c上述手動(dòng)計(jì)算結(jié)果相近，因此，該計(jì)算結(jié)果可以滿足現(xiàn)場(chǎng)DCS快速調(diào)節(jié)開(kāi)工預(yù)熱爐燃燒空氣與激冷氮?dú)馀浔攘康男枨?，具體模擬流程與模擬參數(shù)見(jiàn)附圖1與附表1，2。
Estimation of Combustion Air and Quench Nitrogen Consumption in Start-up Preheating Furnace
Sun Yan-ze
The driving device in gas phase，usually start preheating furnace of the gasification furnace system by temperature preheated to pulverized coal or coal slurry with oxygen direct reaction temperature and with the injection of gasification furnace pulverized coal or coal slurry and oxidant gradually after the reaction started gradually from the start preheating furnace preheating stage by inertia the protection of gas blowing，start preheating stage ；but in the start stage，the temperature curve of the gasif i cation system constraints，often pour into the fuel gas preheating furnace is started to change，and change the combustion air and chilled nitrogen consumption of fuel gas and also follow the changes，this paper will calculate the fuel gas and combustion air with the chilling nitrogen consumption relationship，to start preheating stage DCS fast regulating the use of air.
preheating furnace ；coal gasif i cation ；fuel gas ；combustion air ；quench nitrogen
圖1 開(kāi)工預(yù)熱爐模擬流程
表1 物料平衡表A
表2 物料平衡表B
TG233
：B
：1003–6490（2017）07–0022–01
2017–05–16
孫彥澤（1982—），男，黑龍江大慶人，工程師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程。
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孫彥澤
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）
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孫彥澤
（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）
在煤氣化裝置開(kāi)車階段，通常由開(kāi)工預(yù)熱爐將氣化爐系統(tǒng)由常溫預(yù)熱至煤粉或煤漿可以與氧氣直接反應(yīng)的溫度且隨著此時(shí)注入氣化爐內(nèi)的煤粉或煤漿與氧化劑開(kāi)始逐漸反應(yīng)后，開(kāi)工預(yù)熱爐逐漸退出開(kāi)工預(yù)熱階段，改由惰性保護(hù)氣吹掃，開(kāi)工預(yù)熱階段完成；但在開(kāi)工階段，由于氣化爐系統(tǒng)升溫曲線的限制，往往注入開(kāi)工預(yù)熱爐的燃料氣量是變化的，同時(shí)燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧恳哺S燃料氣量的變化而變化，通過(guò)計(jì)算給出燃料氣量和燃燒空氣與激冷氮?dú)庀牧康年P(guān)系，以供開(kāi)工預(yù)熱階段DCS快速調(diào)節(jié)相關(guān)氣量使用。
預(yù)熱爐；煤氣化；燃料氣；燃燒空氣；激冷氮?dú)?/p>
本文所提及的開(kāi)工預(yù)熱爐是用于將氣化爐加熱至指定溫度之后，煤粉或者煤漿開(kāi)始注入氣化爐，煤氣化反應(yīng)開(kāi)始，待氣化爐穩(wěn)定后開(kāi)工預(yù)熱爐退出，此時(shí)需要將惰性氣體如二氧化碳或氮?dú)馔ㄟ^(guò)開(kāi)工預(yù)熱爐進(jìn)行連續(xù)吹掃。
由于在氣化爐開(kāi)車階段，開(kāi)工預(yù)熱爐的操作需與氣化爐的升溫曲線保持一致，這就要求開(kāi)工預(yù)熱爐的負(fù)荷是逐步增加的，但在這個(gè)過(guò)程中隨著天然氣的增加，燃燒空氣與激冷氮?dú)庀木鶗?huì)隨著燃料量增加，但如何增加需進(jìn)行計(jì)算后方可得到所需的燃燒空氣與激冷氮?dú)饬俊?/p>
已知燃料氣（按天然氣）與燃燒空氣的完全燃燒反應(yīng)方程為 ：CH4+2O2=CO2+2H2O，即 1m3的天然氣對(duì)應(yīng)著 2m3的氧氣，而空氣中氧含量約為1/5，進(jìn)而1m3的天然氣對(duì)應(yīng)著10m3的燃燒空氣，即天然氣與燃燒空氣的摩爾比約為1 ：10，F(xiàn)燃燒空氣=10F天然氣。
本例中天然氣低熱值為 34 940kJ/m3，由于氣體的熱容變化相對(duì)較小，用煙氣減壓前的參數(shù)即可用于核算，例如：激冷 氮 氣 熱 容 為 1.335kJ/（m3·℃）， 二 氧 化 碳 熱 容 為 1.944kJ/（m3·℃），水蒸氣熱容為 3.669kJ/（m3·℃），可手動(dòng)計(jì)算熱量平衡，將煙氣出口溫度控制在 1 150℃，那么激冷氮?dú)庾?25℃升溫至1 150℃，燃燒空氣中氮?dú)?、水蒸氣和二氧化碳?50℃升溫至 1 150℃，按熱量平衡進(jìn)行計(jì)算，列出各式如下 ：
注：n 為天然氣流量，m 為激冷氮?dú)饬髁?，均按?biāo) m3/h 計(jì)；為便于計(jì)算忽略熱損失。
根據(jù)上述各式熱量平衡計(jì)算便可到激冷氮?dú)饬浚玫郊だ涞獨(dú)饬颗c天然氣量流量比約為1 ∶ 10，即 F激冷氮?dú)?10F天然氣。
用 HSYSY 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，采用 PR 方程，得到的燃燒空氣與激冷氮?dú)饬颗c上述手動(dòng)計(jì)算結(jié)果相近，因此，該計(jì)算結(jié)果可以滿足現(xiàn)場(chǎng)DCS快速調(diào)節(jié)開(kāi)工預(yù)熱爐燃燒空氣與激冷氮?dú)馀浔攘康男枨?，具體模擬流程與模擬參數(shù)見(jiàn)附圖1與附表1，2。
Estimation of Combustion Air and Quench Nitrogen Consumption in Start-up Preheating Furnace
Sun Yan-ze
The driving device in gas phase，usually start preheating furnace of the gasification furnace system by temperature preheated to pulverized coal or coal slurry with oxygen direct reaction temperature and with the injection of gasification furnace pulverized coal or coal slurry and oxidant gradually after the reaction started gradually from the start preheating furnace preheating stage by inertia the protection of gas blowing，start preheating stage ；but in the start stage，the temperature curve of the gasif i cation system constraints，often pour into the fuel gas preheating furnace is started to change，and change the combustion air and chilled nitrogen consumption of fuel gas and also follow the changes，this paper will calculate the fuel gas and combustion air with the chilling nitrogen consumption relationship，to start preheating stage DCS fast regulating the use of air.
preheating furnace ；coal gasif i cation ；fuel gas ；combustion air ；quench nitrogen
圖1 開(kāi)工預(yù)熱爐模擬流程
表1 物料平衡表A
表2 物料平衡表B
TG233
：B
：1003–6490（2017）07–0022–01
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孫彥澤（1982—），男，黑龍江大慶人，工程師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程。
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