開工預熱爐燃燒空氣與激冷氮氣消耗量的估算

孫彥澤

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）

開工預熱爐燃燒空氣與激冷氮氣消耗量的估算

孫彥澤

（北京石油化工工程有限公司西安分公司，北京 710015）

在煤氣化裝置開車階段，通常由開工預熱爐將氣化爐系統由常溫預熱至煤粉或煤漿可以與氧氣直接反應的溫度且隨著此時注入氣化爐內的煤粉或煤漿與氧化劑開始逐漸反應后，開工預熱爐逐漸退出開工預熱階段，改由惰性保護氣吹掃，開工預熱階段完成；但在開工階段，由于氣化爐系統升溫曲線的限制，往往注入開工預熱爐的燃料氣量是變化的，同時燃燒空氣與激冷氮氣消耗量也跟隨燃料氣量的變化而變化，通過計算給出燃料氣量和燃燒空氣與激冷氮氣消耗量的關系，以供開工預熱階段DCS快速調節相關氣量使用。

預熱爐；煤氣化；燃料氣；燃燒空氣；激冷氮氣

本文所提及的開工預熱爐是用于將氣化爐加熱至指定溫度之后，煤粉或者煤漿開始注入氣化爐，煤氣化反應開始，待氣化爐穩定后開工預熱爐退出，此時需要將惰性氣體如二氧化碳或氮氣通過開工預熱爐進行連續吹掃。

由于在氣化爐開車階段，開工預熱爐的操作需與氣化爐的升溫曲線保持一致，這就要求開工預熱爐的負荷是逐步增加的，但在這個過程中隨著天然氣的增加，燃燒空氣與激冷氮氣消耗均會隨著燃料量增加，但如何增加需進行計算后方可得到所需的燃燒空氣與激冷氮氣量。

已知燃料氣（按天然氣）與燃燒空氣的完全燃燒反應方程為 ：CH4+2O2=CO2+2H2O，即 1m3的天然氣對應著 2m3的氧氣，而空氣中氧含量約為1/5，進而1m3的天然氣對應著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較小，用煙氣減壓前的參數即可用于核算，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·℃），可手動計算熱量平衡，將煙氣出口溫度控制在 1 150℃，那么激冷氮氣自 25℃升溫至1 150℃，燃燒空氣中氮氣、水蒸氣和二氧化碳自150℃升溫至 1 150℃，按熱量平衡進行計算，列出各式如下 ：

注：n 為天然氣流量，m 為激冷氮氣流量，均按標 m3/h 計；為便于計算忽略熱損失。

根據上述各式熱量平衡計算便可到激冷氮氣量，所得到激冷氮氣量與天然氣量流量比約為1 ∶ 10，即 F激冷氮氣=10F天然氣。

用 HSYSY 軟件進行模擬計算，采用 PR 方程，得到的燃燒空氣與激冷氮氣量與上述手動計算結果相近，因此，該計算結果可以滿足現場DCS快速調節開工預熱爐燃燒空氣與激冷氮氣配比量的需求，具體模擬流程與模擬參數見附圖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 開工預熱爐模擬流程

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，主要研究方向為化學工程。