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，其問題主要是產品氣的收率和熱值。在煤氣發(fā)生爐中，助燃氣體中含有大量惰性氣體帶走大量燃燒熱量，同時又對產品氣進行了稀釋，降低了熱值，助燃氣所含的惰性氣體成為限制產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生成一氧化碳和氫氣，但是該反應需要吸收熱量，同時需要維持在一定溫度（900～950℃）下進行。煤與氧氣反應生成一氧化碳是放熱反應，放出的熱量正好提供給上述煤氣發(fā)生反應，所以需要加入氧氣，而一般的氧氣是通過空氣加入。反應描述如下：

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

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，下部反應發(fā)出的熱量把主體氣體加熱，高溫的氣體向上流動達到上部，與加入的煤接觸后把煤的水分以及揮發(fā)性物質揮發(fā)，并進行如下反應：

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

整個過程是一個熱平衡的問題，碳的氧化是放熱，碳與水蒸氣反應是吸熱，另外煤氣發(fā)生爐要對外散熱消耗熱量，加入氧氣勢必同時需要加入氮氣，而加入的氮氣在溫度升高過程中也需要吸收熱量，增加熱消耗；那么，為了達到熱平衡，就需要增加碳的氧化，從而需要增加更多的氧氣，帶入更多的氮氣帶。帶入的氮氣量越多就會稀釋產生煤氣的有效組分，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過程所需要的熱量，一方面減少了氮氣由于溫度升高消耗掉的熱量，減少了熱損失；另一方面也減少了由于助燃氣體帶入惰性氣體而稀釋產品煤氣中有效組分的濃度，從而提高了熱值。

2 實施過程

實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、實驗前準備和實驗實施。

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

2)煤氣發(fā)生爐的檢修包括：對煤氣管道進行吹掃和試漏。

3)實驗前準備包括：把富氧裝置的氧氣出口與煤氣爐空氣入口連接，把煤運輸到清潔爐煤倉，工作人員的調動、安排及培訓。

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

3 實施效果

經過9個月的試驗(從09年10月到10年7月)，克服了很多最初試驗時遇到的問題，達到非常理想的效果，取得了大量具有參考意義的操作參數。

與空氣相比數據如下：

經測試，應用ZO-400型制氧機對陶瓷爐窯進行富氧助燃后，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%富氧濃度的助燃氣產生每千立方有效氣體的耗煤量，800～850公斤，每公斤煤所產生的純熱值提高25～35%。另外，因為煤氣中有效組分含量增加，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，爐內溫度1150℃，尾氣溫度600℃時，可節(jié)省燃料40～50%（煤氣發(fā)生爐節(jié)省量加上產品煤氣燃燒節(jié)省量之和）。

4 結論

綜上所述，本工藝解決了助燃氣中含有大量惰性氣體的問題，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，還可以根據實際需要調整助燃氣中的惰性氣體。