煤气化技术的工程机械应用研究

煤气化技术的工程机械应用研究Research for Applying the Gasification Technology to theConstruction Machinery长沙理工大学汽车与机械工程学院何志勇/He Zhiyong李自光/Li Ziguang罗吉/Luo Ji湘潭公路机械制造有限公司李涛/Li Tao李运华/Li Yunhua摘要: 本文阐述了沥青混合料拌和站以柴油、重油或煤作为燃料燃烧加热骨料存在的缺点,分析了-段式煤气发生装置煤转气的基本原理和物化过程,介绍了干馏煤气发生装置的基本结构，实验得出了某小型沥青混合料拌和站分别采用柴油、重油、煤或煤转气作为燃料的单位生产成本。文章的探讨对煤转气技术的工程应用具有-定的参考价值,在建设资源节约型和环境友好型社会中的效益会尤为特出。关键词:煤气化煤气发生装置 反应机理沥青混合料拌和站目前沥青混合料拌和站生产通常都以柴油为燃料来利用煤气发生炉使煤在高温下进行干馏，产生- -氧加热骨料,但随着原油价格的不断上涨,为降低生产成本，化炭和氢气等混合气体， 热效率高达80%以上。根据煤人们不得不寻求以煤或重渣油来取代柴油(轻油)"。但气发生炉内所 进行的气化过程特点，可将煤层自下而上重渣油粘性大，不易流动，燃烧效果不好，会对沥青地分为灰渣层. 氧化层.还原层干馏层干燥层和空层P。混凝土质量产生不利影响，在应用时必须在燃料器上1.1 灰渣层增加预热装置以增加流动性,而预热能源仍然衢用柴灰渣层是煤粉燃烧与气化后的混合物在发生油或燃气获得，成本降低有限，更为重要的是重渣油炉中由 上向下移动的最后- -层，其高度约为200 ~燃烧后的产物二氧化硫和三氧化硫排到大气中形成酸300 mm,其一个作用是保证除渣装置的安全运转，灰雨，造成空气污染，并严重污染土壤以及水体，造成渣层的另 一个作用是将煤气和空气进行冷热的交换，生态的失衡，对人体产生危害。而煤粉作为直接燃料使以提 供给氧化层最佳的所需物质，为氧化层的热化学用成本低，但存在着污染大,操作环境恶劣,酸化沥青，反 应带来优越条件，以供加速燃烧。燃烧器易结渣等缺点。而我国煤炭资源相当丰富，如1.2 氧化层果把相对丰富的煤炭资源转化为无污染、清洁的气体氧化层又称为燃烧层或火层，其高度约为资源再用于沥青混合料拌和设备上当作燃料，既达到500 mm,其主要目的是使从灰渣中升上来的气化剂中了降低生产成本的要求，又和国家新时期的生态文明的氧 与煤强烈反应而生成二氧化碳，同时释放大量的建设相吻合。.热量。它是煤气化过程中的主要区城之-，其反应过程是:1煤转气的原理C+O2=CO2+393.8 MJ/kmol目前煤转气技术应用于拌和设备主要是-段式煤1.3 还原层气发生装置，其生产方式有干馏煤气和水煤气两种叫:还原层是生成煤气的主要区域，其高度约为300干馏煤气的产生方法是将煤在煤气发生炉中点燃后，~ 400 mm,在此层中二氧化碳和水蒸气被碳还原成一在炉底吹入适当的空气作为气化剂，对煤进行干馏，从氧化碳和氢气, 还原层也因此而得名，其反应过程是:而产生大量的一氧化碳，氢气，甲烷等混合气体。水中国煤化工/kmol煤气的产生方法是将煤从炉顶加人，在下落过程中，与MHCN M H GJ/kmol从炉底鼓人的气化剂(蒸汽+空气)逆流相遇，在高温C+LH2 U=(U2+2H2+41 MJ/kmol作用下发生物理、化学反应,产生粗煤气(即为水煤气)。1.4 干馏层2011.01 建设机械技术与管理101主起，面初王E10s SCOAICUAOGOMWOIN r0row i干馏层位于还原层的上部，由于还原层上升的气安全控制系统体随着热量被消耗,其温度逐渐下降,煤在这个温度下，采用煤气换向阀联合自锁动作机构，在出现停电或历经低温干馏的过程,煤中气化物发生裂解，产生甲烷、电路故障的情况下，保证煤气排空,拌合简体内不会因烯烃及焦油等物质，它们受热成为气态,即生成煤气大量囤积煤 气而引发点火爆喷事故,炉体内也不会产生并通过_上面千燥层而逸出，其高度为200 mm。回火现象。同时点火前采用强制吹扫程序,使点火通1.5 干燥层道不会因囤积煤气而造成爆燃事故。干燥层位于干馏层之上，干馏层产生的热煤气在上升过程中与从炉顶加入的煤燃料在此层相遇并进行3工 程机械使用实例热交换，燃料中的水分受热蒸发，所以称之为干燥层，2009年12月，湘潭公路机械制造有限公司历时两其高度不固定。年，成功研发出了基于煤气化技术加热的成套沥青混合1.6 空层料强制式搅拌设备(图1),通过工业考核，得出该产空层即炉体内燃料层上部的自由区，是煤气在炉体品每生产 1t沥青混合料使用不同燃料时的成本如表1,内瞬间停留的空间,在炉体内温度较高时还有一-些副反燃煤 与煤气化的使用效果对比如表2。从表1中的对比应发生，如CO分解放出一些炭黑:结果可以看出，使用煤转气作燃料后该设备的单位生2C0→CO2+C实际生产中，气化过程在煤气发生炉内是物化反应复杂过程，其分层也不是很严格的，相邻两层往往相互交错4，很难具体划分，因此各层中气体成份的变化就更加复杂。.2 - -段式煤气发生装置主要组成结构整套煤气发生装置由煤气发生炉主体、除尘及输送系统、煤气燃烧装置和安全控制系统等组成。2.1煤气发生炉主体圈1应用煤转气加热方式的沥青混合料拌和机由炉体、调风门、上下炉门、排渣口等部分组成。表1生产1t沥青混合料使用不同燃料的成本炉体为盛料、反应和产生煤气的主体空间,煤料沿钟罩燃料种类燃料消耗量市场参考价使用成本/元圆锥面均匀进人炉体内，形成厚度均匀的料层，经上下煤转气10.65 kg860元/t9.16炉门鼓人的气化剂及高温的作用下，产生物化反应，生12.5260元/t成的煤气聚集在炉体空层，随后进入煤气输送系统。重油6.72 kg3 600元/t24.192.2除尘及输送系统柴油6.45 kg6 600元/t42.57煤气由炉膛内出来后，一路通过管道输送与钟罩阀表2燃煤与煤气化的使用效果对比相连，另一路通过管道输送进人除尘系统，经除去灰尘及其他有害物质后，进人燃烧器燃烧产生热能，对有害气体(CO2.直接排放大气层，符合国家环保要求一 工业炉燃料使用效果煤({煤粉)煤(煤转气)沥青混合料拌和站中的冷集料进行烘干加热。钟罩阀sox. NOX等) |影响生 态,污染环境|烟气排放标准(GB979.88能起放散阀及安全阀作用，煤气管路上还接有水封，用由于燃烧不充分，导于管道煤气的切断。致沥青酸化，改变燃烧效率其粘结性等物理特|燃烧充分. 热转化效率高2.3煤气燃烧装置中国煤化工.由调节阀、风机、烧嘴等组成。煤气进入烧嘴前，与鼓风机吹入的空气按- -定 比例混合，以达到最佳燃HCNMHG结渣,成本低，寿命长烧效果。各种调节阀分别用于煤气量.空气量的合理2.4操作环境环境恶劣清洁102 CMTM 2011.01砂当量的研究之砂当量方程的建立与讨论及应用Establishment, Discussion and Application of theSand equivalent equation In the Sand equivalent research大连公路工程集团金州有限公司姜增顺/JIANG Zengshun肖庆元/XIA0 Qingyuan门永刚/MEN Yonggang摘要:本文通过向石屑(水洗后所得，粒径0.075~2.36 mm)中添加不同比例的同产地的石粉、泥土以及二者的混合物(细粉)进行砂当量试验，找出砂当量与含泥量石粉含量以及细粉含量(含泥量+石粉含量)的关系。并在试验及有关文献的基础上总结并提出了理想状态下砂当量方程的概念，且结合试验对砂当量方程进行了相关的分析与讨论。最后在总结试验经验的基础上以砂当量方程为基础,以实例说明了运用砂当量方程求解细集料中真正含泥量的方法。关键词:砂当量研究方程建立讨论应用1砂当量与含泥量的关系，表示为SE=(Q,)它们因试样的不同而不同。当含泥量为0时，SE=C.通过试验发现砂当量与含泥量之间存在着良好的对于试验 1和试验2来说，当Qn=0时，它们的砂当线性关系，数学表达式为SE=f(Q,) =AQ,"+BQ,+C,裹1其中的A、B、C为方程系数，当Qw=0时， SE=C, 试试验1: Qn/%试验1: SE/%试验2: Qn/% .试验2: SE/%验结果见表1及图1。.94.5081分析总结:从图1中我们可以很清楚地可以看出砂87.6当量随含泥量变化的规律:砂当量随含泥量的增加而78.5154减小，而且砂当量与含泥量呈现良好的线性关系，其569.91538.3相关系数分别为0.9984和0.9941。我们用数学表达式62.3表示为:A样石屑| 0.075 ~ 2.36mmB样石屑0.075 ~2.36mmSE=AQn'+BQn+C, A. B. C为与方程有关的系数,土样<0.075mm<0.07Smm产成本比使用煤直接燃烧节约15%，比使用重油节约生污 染的能源变成了清洁能源，对保护生态环境，降62%，比使用柴油节约78.5% ;从表2的使用效果可以低能源消耗等 具有现实意义。看出，使用煤气化技术具有环保、经济及燃烧热效率高等特点，因此该技术值得在施工机械相关产品中推参考文献广应用。[1]董耀武，王晓东，刘公德.沥青搅拌站燃烧器的合理选用.维修与节能.建设机械技术与管理, 2005, 46 (9) :107~108.4结语[2]韩启元，许世森.大规模煤气化技术的开发与进展[U].热煤气发生装置具有产气量大、气化完全、煤种适力发电，2008， 37(1):4~8.应性强，使用成本低，燃烧充分，有害物质排放少,符[3]骆晓玲徐坤山.煤气发生炉工作原理的研究[].煤炭工合国家环保要求等特点。只要掌握好煤气化过程中的程，2009, 53(8):98~100.关键控制技术，在其生产过程中不产生污染，其反应[4]陈强中国煤化工程能量分析计算I].产生的气体资源完全是清洁、安全、环保的。因此煤工转气技术如果在施工机械相关设备中得到推广和应用，TYHCNMHG不仅可以替代石油资源、同时也把煤炭这个直接燃烧产收稿日期: 2010-12-10mn2011.01建设机械技术与管理103