富氧助燃主要用于各種工業(yè)爐窯，包括玻璃、陶瓷爐窯以及鋼鐵冶金冶煉爐等，在上述行業(yè)中，企業(yè)需要解決的問題主要是冶煉溫度和燃料成本。富氧助燃用于煤氣發(fā)生爐的情況則有所不同，其問題主要是產(chǎn)品氣的收率和熱值。在煤氣發(fā)生爐中，助燃?xì)怏w中含有大量惰性氣體帶走大量燃燒熱量，同時(shí)又對(duì)產(chǎn)品氣進(jìn)行了稀釋，降低了熱值，助燃?xì)馑亩栊詺怏w成為限制產(chǎn)品收率和熱值的瓶頸問題。

1 煤氣發(fā)生爐工作原理

    由于煤氣發(fā)生主要是水蒸氣與煤反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，但是該反應(yīng)需要吸收熱量，同時(shí)需要維持在一定溫度（900～950℃）下進(jìn)行。煤與氧氣反應(yīng)生成一氧化碳是放熱反應(yīng)，放出的熱量正好提供給上述煤氣發(fā)生反應(yīng)，所以需要加入氧氣，而一般的氧氣是通過空氣加入。反應(yīng)描述如下：

   首先，與出口煤氣進(jìn)行熱交換的預(yù)熱空氣與水蒸氣（煤氣降溫交換給蒸氣產(chǎn)生爐產(chǎn)生的）進(jìn)入煤氣發(fā)生爐底部。進(jìn)行如下反應(yīng)：

1）C+O₂＝CO₂+Q₁   Q₁=97700Kcal/kmol

2）C+1/2O₂＝CO+Q₂  Q₂=29400Kcal/kmol

3）C+2H₂O＝CO₂+2H₂+Q₃  Q₃=-17900Kcal/kmol

4）C+ H₂O＝CO+H₂+Q₄  Q₄=-28300Kcal/kmol

其次，下部反應(yīng)發(fā)出的熱量把主體氣體加熱，高溫的氣體向上流動(dòng)達(dá)到上部，與加入的煤接觸后把煤的水分以及揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)，并進(jìn)行如下反應(yīng)：

C+2H₂O＝CO₂+2H₂+Q₃  Q₃=-17900Kcal/kmol

C+ H₂O＝CO+H₂+Q₄    Q₄=-28300Kcal/kmol

5）CH₄+ H₂O＝CO+3H₂+Q₅  Q₅=-49300Kcal/kmol

6）CO₂＋C＝2CO＋Q₆      Q₆＝-38851 Kcal/kmol

整個(gè)過程是一個(gè)熱平衡的問題，碳的氧化是放熱，碳與水蒸氣反應(yīng)是吸熱，另外煤氣發(fā)生爐要對(duì)外散熱消耗熱量，加入氧氣勢(shì)必同時(shí)需要加入氮?dú)?，而加入的氮?dú)庠跍囟壬哌^程中也需要吸收熱量，增加熱消耗；那么，為了達(dá)到熱平衡，就需要增加碳的氧化，從而需要增加更多的氧氣，帶入更多的氮?dú)鈳?。帶入的氮?dú)饬吭蕉嗑蜁?huì)稀釋產(chǎn)生煤氣的有效組分，降低煤氣熱值。

富氧造氣的原理在于：利用富氧代替空氣使煤燃燒放出的熱量供給整個(gè)過程所需要的熱量，一方面減少了氮?dú)庥捎跍囟壬呦牡舻臒崃?，減少了熱損失；另一方面也減少了由于助燃?xì)怏w帶入惰性氣體而稀釋產(chǎn)品煤氣中有效組分的濃度，從而提高了熱值。

2 實(shí)施過程

實(shí)施過程主要分為四部分，包括富氧站的建造、煤氣發(fā)生爐的檢修、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)實(shí)施。

1)富氧站的建造：由我公司建造的一臺(tái)400立方制氧機(jī)，建造完成后檢測(cè)單位純氧電耗為0.337kw/Nm³。

2)煤氣發(fā)生爐的檢修包括：對(duì)煤氣管道進(jìn)行吹掃和試漏。

3)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備包括：把富氧裝置的氧氣出口與煤氣爐空氣入口連接，把煤運(yùn)輸?shù)角鍧崰t煤倉(cāng)，工作人員的調(diào)動(dòng)、安排及培訓(xùn)。

4)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施包括：起爐前的檢查，用木炭點(diǎn)火啟爐，用空氣起爐達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，投入富氧（按照入口氣量1%的氧氣量逐次加入）達(dá)到該煤氣爐在使用實(shí)驗(yàn)用煤的較好狀態(tài)，壓火停爐。

3 實(shí)施效果

經(jīng)過9個(gè)月的試驗(yàn)(從09年10月到10年7月)，克服了很多最初試驗(yàn)時(shí)遇到的問題，達(dá)到非常理想的效果，取得了大量具有參考意義的操作參數(shù)。

與空氣相比數(shù)據(jù)如下：

經(jīng)測(cè)試，應(yīng)用ZO-400型制氧機(jī)對(duì)陶瓷爐窯進(jìn)行富氧助燃后，每立方煤氣燃燒熱值從1100千卡提高到1400千卡。用空氣產(chǎn)生每千立方有效氣體的耗煤量1000～1200公斤，用27%富氧濃度的助燃?xì)猱a(chǎn)生每千立方有效氣體的耗煤量，800～850公斤，每公斤煤所產(chǎn)生的純熱值提高25～35%。另外，因?yàn)槊簹庵杏行ЫM分含量增加，而惰性組分減少，還可以節(jié)約在陶瓷爐窯使用是惰性組分作為尾氣帶走的熱量，爐內(nèi)溫度1150℃，尾氣溫度600℃時(shí)，可節(jié)省燃料40～50%（煤氣發(fā)生爐節(jié)省量加上產(chǎn)品煤氣燃燒節(jié)省量之和）。

4 結(jié)論

綜上所述，本工藝解決了助燃?xì)庵泻写罅慷栊詺怏w的問題，一方面在煤氣發(fā)生過程中節(jié)約大量的煤，另一方面，減少了產(chǎn)品煤氣中的惰性成分，提高了熱值，在煤氣使用過程中還可以節(jié)約大量的煤氣。VPSA變壓吸附制氧的產(chǎn)氧規(guī)模為100～20000Nm³/h，可滿足不同規(guī)模的煤氣發(fā)生爐的使用要求，還可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整助燃?xì)庵械亩栊詺怏w。