研究探討煤炭工程2013年第1期表1華亭煤的工業(yè)分析及元素分析結(jié)果(空氣干燥基)工業(yè)分析/%元素分析/%高位發(fā)熱量灰熔點(diǎn)容重/煤種M AyHu0S.nd/(M].kg-)/C(kg.m-3)不粘煤8.5 6.633.74.515.30.80.411971.40現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了空氣連續(xù)法、空氣蒸汽連續(xù)法、富氧蒸汽連續(xù)2氣化指標(biāo)及其對(duì)比法、純氧蒸汽連續(xù)法以及空氣-蒸汽兩階段等氣化工藝試2.1地下氣化產(chǎn) 氣指標(biāo)驗(yàn)[']。本文選取空氣蒸汽連續(xù)法氣化工藝的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行華亭煤炭地下氣化項(xiàng)目于2010年5月至11月期間在對(duì)比研究，其氣化指標(biāo)見(jiàn)表2。表2華亭煤空氣蒸汽連續(xù)法氣化實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)氣化指標(biāo)[1)煤氣組分/%消耗指標(biāo)煤氣產(chǎn)率/蒸汽分空氣消耗/蒸氣消耗/煤耗/HCH,CoN2CzH4(Nm3●Nm-3) (kg. Nm-3) (kg" Nm-3)(Nm'●kg1)解率/%19.56 13.93 1.98 15.53 48.69 0.310.610.120.303.3174.712.2固定床 氣化產(chǎn)氣指標(biāo)H一已分解水蒸氣提供的氧量, kmol。通過(guò)綜合計(jì)算法所得數(shù)據(jù)模擬固定床氣化產(chǎn)氣指標(biāo)。2.2.1干餾階段經(jīng)驗(yàn)參數(shù)4)空氣中的氮量與被氣化的碳量存在下述關(guān)系。在干餾階段計(jì)算中對(duì)應(yīng)不同的煤種有不完全相同的經(jīng)CO + CO2驗(yàn)參數(shù)，下面前8條為對(duì)應(yīng)華亭煤選取的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，第9條為實(shí)際測(cè)定值。式中，η只是反應(yīng)碳和氮的比關(guān)系，無(wú)實(shí)際意義。1)干餾階段，煤中50%的氧與相當(dāng)量氫生成熱解水。5)平衡常數(shù)方程:2)煤中30%的氧轉(zhuǎn)化為CO2。Co x CO2CO,xH,=K3)煤中所含氫的35%轉(zhuǎn)化為甲烷。4)轉(zhuǎn)入焦油中的碳元素的質(zhì)量等于煤中氫的。式中K- 平衡系數(shù)。5)煤中氮除了轉(zhuǎn)入焦油中的氮外，其余均以N2析出。據(jù)條件選擇。注:干餾階段及氣化階段參數(shù)均從參考文獻(xiàn)[3]中根6)煤中80%的硫轉(zhuǎn)化為硫化氫進(jìn)入煤氣。7)煤中的氫，除了生成H20(熱解)、CH4、CH2、由干餾階段和氣化階段計(jì)算結(jié)果可整合,綜合計(jì)算結(jié)H2S、 焦油以外，均以H2析出。果列表見(jiàn)表3。.8)進(jìn)入的總氧量，除生成H20(熱解)、CO2 和焦油表3綜合計(jì)算結(jié)果列表外，均轉(zhuǎn)化為CO。千餾氣組分氣化氣組分總和9)根據(jù)實(shí)際情況，灰渣中含碳10%。/kmol2.2.2氣化階段計(jì)算020. 1230.941.063在氣化階段，碳與氣化劑反應(yīng)生成CO、H2、 CO2,還CO0.154 .3. 563.714有未分解的水蒸氣及N2,一起進(jìn)入氣化煤氣。列方程、解CH、0. 33425-C2H40. 047750.04775方程:以下方程中的分子式均代表物質(zhì)的摩爾數(shù)。煤氣組分.H20. 4781.441.9181)生成的Co和CO2量等于進(jìn)入氣化段的碳量。H2S0.008CO+CO2=C0. 0227.57. 5222) H2 與未分解的水蒸氣之和等于氣化劑中所含水量。H2O0.880.761.64H2+H20=W干煤氣Vkmol14. 607式中H20- -未分解的蒸汽量, kmol;煤氣產(chǎn)率(Nm3●kg-1)3. 272W-氣化劑帶 人的蒸汽量，kmol。3)氣化劑中空氣和水蒸氣帶入的氧量等于氣化煤氣中由表3可得固定床氣化氣化指標(biāo)，見(jiàn)表4。，CO和CO2所含的氧量。2.3氣化指標(biāo)對(duì)比CO2+字c0= N+h由華亭煤地下氣化實(shí)測(cè)煤氣組分與固定床煤氣化氣組分可得氣化指標(biāo)體積比對(duì)比，如圖1所示。氣化100 kg煤地下式中N2-空氣帶人的氧量， kmol;氣化與地面固定床氣化煤氣組分質(zhì)量對(duì)比，如圖2所示。1002013年第1期煤炭工程研究探討表4固定床氣化氣化指標(biāo)煤氣組分/%消耗指標(biāo)煤耗/煤氣產(chǎn)率/蒸汽分HCH4CON2 CH(Nm' .Nm-3) (kg.Nm-) (kg . Nm-)空氣消耗/蒸氣消耗/(Nm)'●kg-')解率/%13.1325.422.297.28 51.50 0.330.660.120.313.2765. 45得到的H,量要小于地下氣化得到的量。60+地氣化在CH,的對(duì)比中可以看到，地下氣化與固定床氣化中50個(gè).固定爐氣化CH的產(chǎn)量是比較接近的。服402.3.2碳轉(zhuǎn)化率對(duì)比禽30由實(shí)測(cè)氣化指標(biāo)可以算出，氣化100kg煤，煤氣中含有的碳元素為4.7kmol,而地面固定床氣化100kg煤，可2(得到的煤氣中含有的碳元素為5.13kmol。即地下氣化的碳1元素轉(zhuǎn)化率小于固定床氣化的碳元素轉(zhuǎn)化率。CH4 CO2 N2 C2H42.4氣化指標(biāo)差異分析產(chǎn)氣指標(biāo)從上述對(duì)比中得知，地下氣化與地面氣化產(chǎn)氣指標(biāo)中圍1氣化指標(biāo)體積比對(duì)比圖差異最大的是H2、CO、CO2, 從H2的對(duì)比中可以推測(cè)，在地下氣化過(guò)程中，地下水參與了地下氣化的反應(yīng)，導(dǎo)致地下氣化H含量大于地面氣化固定床氣化指標(biāo)?？蓮牡叵碌叵職饣瘹饣跏杖肱c支出證實(shí)。00 +固定爐氣化氧收入:根據(jù)地下氣化實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)易得，100kg 煤氣化能150-得到2.07kmol一氧化碳與2.31kmol二氧化碳，而同時(shí)生成這么多的- -氧化碳與二氧化碳需要3.345kmol氧氣。氧支出:煤中含有氧0.41kmo(由于地下氣化生成焦油50中所含氧太低，可以忽略其消耗的氧)，氣化劑中含氧1. 91kmol,水蒸氣分解得到的氧為0. 83kmol?？傃趿繛閏o CH4CO2 N2 C:H43. 15kmol。圄2氣化指標(biāo)質(zhì)對(duì)比圈可以看出，氧元素收支不平衡，支出項(xiàng)比收入項(xiàng)多從圖1與圖2中可以直觀地看到，無(wú)論是體積比還是0. 195kmol氧，地下氣化是在密閉的空間中進(jìn)行的，所以這部分氧很可能是通過(guò)地下水的分解來(lái)補(bǔ)充的。質(zhì)量比(N,不參與對(duì)比),固定床氣化爐氣化指標(biāo)中的co氣化過(guò)程中地下水不斷流入氣化爐內(nèi)，吸熱變成水蒸比例都遠(yuǎn)大于地下氣化，而地下氣化的CO2產(chǎn)出量要遠(yuǎn)大氣,將影響爐內(nèi)的溫度場(chǎng)。地下氣化爐中反應(yīng)的穩(wěn)定性與于固定床氣化爐。圖1中固定床氣化指標(biāo)中H2的體積比要理想的溫度場(chǎng)密切相關(guān)。兩階段煤炭地下氣化工藝:第一大于在地下氣化指標(biāo)中的體積比，圖2中這種關(guān)系不太明階段煤層發(fā)生燃燒，放出大量的熱，并積蓄在煤層中，爐顯，需要進(jìn)一一步的計(jì)算。由于甲烷和乙烯在煤氣中的含量?jī)?nèi)溫度逐步上升，產(chǎn)生理想的溫度場(chǎng)0。第二階段將主要較少，圖1.圖2中的差異也并不明顯，同樣需要通過(guò)計(jì)算發(fā)生還原反應(yīng)，只有第一階段產(chǎn)生足夠量的熱能以后，第進(jìn)一步對(duì)比。二階段才能順利進(jìn)行，地下水對(duì)溫度場(chǎng)的改變將導(dǎo)致在第2.3.1氫氣、 甲烷、乙烯質(zhì)量對(duì)比二階段過(guò)程中碳向二氧化碳、一氧化碳向二氧化碳的轉(zhuǎn)變通過(guò)計(jì)算可得出，氣化100k煤地下氣化與地面氣化占優(yōu)勢(shì)，而二氧化碳向一氧化碳的轉(zhuǎn)變占劣勢(shì)。這也解釋煤氣中H、CH、CH,質(zhì)量對(duì)比，見(jiàn)表5。了為什么地下氣化產(chǎn)出的CO2量遠(yuǎn)大于固定床氣化產(chǎn)出量。表5H、CH、C2H質(zhì)對(duì)比gH2CH。C2H43結(jié)論5.821.291)等量的煤進(jìn)行氣化，地面固定床氣化所得H2、CO2固定床氣化3.75. 281.33量要小于地下氣化所得H2、CO2量，地面固定床氣化所得co、CH,的量大于地下氣化所得cO、cH量，氣化指標(biāo)體從表5可得出，氣化相同質(zhì)量的煤，固定床氣化所得積比對(duì)比中呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。(下轉(zhuǎn)第104頁(yè))高熱值氣體cH,的量大于地下氣化所得量，而固定床氣化101研究探討煤炭工程2013年第1期結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。度以及測(cè)試結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù)。6)把氧氣袋中甲烷濃度配置為0. 25%，重復(fù)步驟五的7)對(duì)以上得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。對(duì)相同濃度得到的不實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)條件和操作過(guò)程與上步相同，記錄爐膛溫同結(jié)果取其平均數(shù)。表3測(cè)試數(shù)據(jù)3采樣編號(hào)23689101爐膛溫度/C60065070072074075076077079000測(cè)試結(jié)果甲烷濃度/% 0.250.250.25 0. 250. 250.25 .0. 140.07 0. 020在750C左右時(shí)即開(kāi)始被氧化，甲烷濃度逐漸降低，且在3測(cè)試數(shù)據(jù)分析800C左右時(shí)能被完全氧化。極低濃度甲烷在高溫的條件下能夠被逐漸氧化,其濃度3)進(jìn)氣口甲烷的濃度對(duì)甲烷的氧化率有- -定影響，隨逐漸降低。且極低濃度甲烷被氧化的溫度，與其濃度有關(guān)，著甲烷濃度的降低，甲烷的轉(zhuǎn)化率逐漸降低，甲烷濃度越低，甲烷氧化所需的溫度越高。在溫度- -定時(shí),該實(shí)驗(yàn)的成功可以為以后乏風(fēng)的利用提供依據(jù)，根據(jù)人口甲烷濃度對(duì)甲烷轉(zhuǎn)化有- -定的影響，隨著甲烷濃度的降乏風(fēng)中甲烷濃度的高低來(lái)設(shè)置爐膛溫度，既可以滿足甲烷低，甲烷轉(zhuǎn)化率逐漸降低。提高溫度可以解決這一問(wèn)題，因燃燒的條件，又可以減少能源的損耗。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此該氧化方法可以適用于甲烷濃度波動(dòng)較大的礦井通風(fēng)瓦斯人口處氣體的流速對(duì)甲烷的氧化率有很大的影響，對(duì)此將等超低熱值燃料。測(cè)試數(shù)據(jù)折線圖如圖2所示。需進(jìn)行深入的分析研究。該實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行為以后研究氣-固混合兩相燃燒提供了依據(jù)，為以后乏風(fēng)的合理應(yīng)用提供了甘濃度0.75%基礎(chǔ)和方向。0.6-+濃度0.5%0.4t濃度0.25%參考文獻(xiàn):0.21] 王鑫陽(yáng)，杜金濃度低于1%的礦井瓦斯氧化技術(shù)現(xiàn)狀及600700 720740 760 780 800 820前景[J].煤炭技術(shù)，2008， (9): 1-2.溫度/C2] 王鑫陽(yáng).礦井乏風(fēng)回收利用技術(shù)研究[D]. 阜新:遼寧工圖2測(cè)試數(shù)據(jù)折線圖程技術(shù)大學(xué)，2008, (06).3]馬熹焱，齊慶杰燃用超低濃度瓦斯燃?xì)廨啓C(jī)的特性研究從圖2中可以看出:①隨著溫度的升高，氣體的燃燒[J]. 能源與環(huán)境，2009， (2): 27-28.速度明顯的加快，燃燒速度與溫度成指數(shù)關(guān)系;②當(dāng)燃燒[4] 張新華對(duì)我國(guó)煤礦瓦斯利用技術(shù)研究及探討[J]. 科技爐膛的溫度維持在800C以上時(shí)，礦井通風(fēng)瓦斯可以近乎完信息，2008， (23): 309.全的被氧化;③當(dāng)溫度低于740C時(shí),無(wú)論通人的甲烷濃度5] 陳宜亮，馬曉鐘，魏化興.煤礦通風(fēng)瓦斯氧化技術(shù)及氧化熱多高，都不發(fā)生氧化，這與甲烷的自身化學(xué)性質(zhì)相符。利用方式[J].中國(guó)煤層氣，2007, (4): 27 -~30.6] 劉文革，韓甲業(yè)，趙國(guó)泉.我國(guó)礦井通風(fēng)瓦斯利用潛力及經(jīng)4結(jié)論濟(jì)型分析[J].中國(guó)煤層氣, 2009， (3): 3~8.1)極低濃度甲烷在- -定溫度下能夠被逐漸氧化。氧化7] 崔榮國(guó).國(guó)內(nèi)外煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀[J]. 國(guó)土資源情報(bào),2005，(11): 22 ~26.所需的溫度與其濃度有關(guān)，一般條件下，甲烷濃度越高則氧[8]張昌建， 耿林，袁常升，等.淺談?chuàng)綗簩託?瓦斯)燃化所需的溫度越低;甲烷濃度越低，氧化所需的溫度越高。煤鍋爐的改造設(shè)計(jì)[J].煤炭工程, 2011, (1): 17-19.2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究得出極低濃度甲烷在鍋爐爐膛中應(yīng)該(責(zé)任編輯趙巧芝)(上接第101頁(yè))2)地面固定床氣化碳進(jìn)人煤氣的轉(zhuǎn)化率要高于地下氣[3] 寇 公媒炭氣化工程(第-版) [M].北京:機(jī)械工業(yè)出化碳的轉(zhuǎn)化率。版社, 1992.3)推測(cè)地下氣化過(guò)程中，地下水參與了反應(yīng)，使反應(yīng)4] 黃溫鋼，王作棠，段天宏，等.華亭煤空氣、富氧及純氧地過(guò)程中碳向二氧化碳的轉(zhuǎn)變占優(yōu)勢(shì)，從而比固定床氣化產(chǎn)[5]下氣化特性研究[J].潔凈煤技術(shù)，2011, (3); 71~78.生更多的CO2。WANG Zuo - lang, HUANG Wen - gang, ZHANG Peng,etal A contrast study on diferent agents of underground coalgaification at Huating Coal Mine [J]. 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