对煤气发生炉富氧气化过程的安全分析.doc

煤气发生炉富氧制气安全分析一、富氧制气特点就煤气炉制气过程的安全而言，富氧空气制气工艺的以下两个特点，将是其与常规空气制气工艺存在差异的地方，也是其优势所在：1 富氧空气中的氧气含量增加，则其中所含的氮气含量必然减少，相应地，造气过程中氮气分压降低，氮气带出的热量也减少，都对造气炉内的化学反应有利。2 氧气含量增加后，煤气炉中煤层的火焰温度有所升高，有利于CO和H2的生成，使得煤气中的CO2含量降低、CO和H2的含量有所增加，煤气的质量提高。二、分析依据1行业参考数据在煤气发生炉中，利用富氧空气制气，已非新兴技术。在煤气设计手册（1985年编写）中，就曾以普通空气和富氧空气（氧气浓度为39%）为例，分别列出两种情况下煤气炉所产煤气的具体组成，详见下表1。表1煤气设计手册中煤气组份序号计算方法和依据组份COCO2O2H2CH4N2CmHnH2S合计1控制计算法(实测数据)常规空气制气煤气组成，V%27.00 6.00 0.20 14.00 0.60 52.00 00.20 1002 除N2外各组份比例，V%56.25 12.50 0.42 29.17 1.25 /00.42 1003富氧空气制气煤气组成，V%38.90 7.34 0.14 21.40 1.00 31.17 00.05 1004 除N2外各组份比例，V%56.52 10.66 0.20 31.09 1.45 /00.07 1005综合计算法(实测+理论数据)综合计算煤气组成，V%25.60 4.65 016.92 3.12 49.10 0.510.10 1006 除N2外各组份比例,V%50.29 9.14 0.00 33.24 6.13 /10.20 100上表中一共引述了两类数据，分别说明如下：第一类数据，序号14行，表中注明为“控制计算法”数据，是指以实际测定的真实数据为依据进行计算所得出的结果。第二类数据，序号56行，表中注明为“综合计算法”数据，是指以一部分实际测定的真实数据和一部分理论数据为依据进行综合计算所得出的结果。在控制计算法栏位中，序号1和3中的数据，来源于手册中的原始数据，分别对应于常规空气和富氧空气制气过程所产煤气中各组份的含量。序号2和4中的数据，是从1和3行中的数据换算而来，是煤气中除去N2之外的其余各组份的含量。从上表中可以看出，按实测数据计算（除去N2外的各组分之比例）结果，在氧气浓度为39%的富氧空气环境下，煤气中CO2的相对含量略有下降、幅度近2%，而CO含量近乎不变，H2含量略增约2%。而按实测+理论数据计算结果，CO+H2的总含量也与实测计算结果相差不大，只是其中的H2含量较高，而H2来自蒸汽，应与蒸汽的分解率有关。2企业实际生产数据业主提供的其工厂正在运行的4台煤气发生炉的实测数据，见下表2。表2 企业生产实测煤气组份序号计算依据组份COCO2O2H2CH4N2CmHnH2S合计7清远实测数据（业主提供）1#炉煤气组成，V%30.20 2.80 0.20 11.00 3.60 52.20 82#炉煤气组成，V%30.00 3.00 0.20 11.60 3.40 51.80 10093#炉煤气组成，V%29.40 3.40 0.20 11.30 3.60 52.10 100104#炉煤气组成，V%29.80 2.80 0.20 11.00 3.40 52.80 10011各炉平均煤气组成，V%29.85 3.00 0.20 11.23 3.50 52.23 10012 除N2外各组份比例,V%62.48 6.28 0.42 23.50 7.33 100从中可见，CO+H2的总含量，也与表1中按实测数据的计算结果基本一致（均为41%）。所以，可以确证表1中的计算结果有效、可供参考。3发生炉煤气中的氧气来源理论上，空气中所带的氧气应在发生炉中全部反应完毕。但在实测数据中，都会有微量氧气存在，应与炉体内的气流分布状况和反应停留时间有关。在富氧空气环境下，炉内的温度更高，将更有利于氧气的反应。因此，在加入富氧空气后，只要维持工厂以前的操作控制要求，避免炉内气体偏流结焦，则煤气中的氧气含量应该不会增加。三、爆炸危险分析煤气中所含的CO、H2和CH4均为可燃危险物质，由于煤气为多种可燃组份混合而成的可燃危险物质，其爆炸极限难以准确计算，目前行业内比较认可的计算方法是使用理查特里公式，分两步计算：1 首先，计算混合组份中的各可燃物质（剔除非可燃物质）的相对含量，以此为依据，按下式计算出仅由这些可燃物质（下称“混合可燃气体”）组成的混合物的爆炸极限：Lf=100/（V1/L1+V2/L2+Vn/Ln） 式中Lf混合气体爆炸极限，%； L1、L2、L3混合气体中各可燃组份的爆炸极限，%； V1、V2、V3各可燃组分在混合气体中的体积分数，%。2 其次，在上述可燃气体部分的爆炸极限基础上，计算出整个组份（下称“全组份”）的爆炸极限：Lm= Lf*（1+B/（100-B）*100/（100+ Lf *B/（100-B） 式中Lf混合气体中可燃气体部分的爆炸极限，%； B混合气体中非可燃组份的含量，%； Lm整个混合组份的爆炸极限，%。对前述几种不同组份含量的气体混合物，按上述方法计算出的结果见下表3。表3 不同煤气组份对应的爆炸极限序号内容含量，V%合计COH2CH41可燃物质的爆炸下限（%）12.50 4.00 5.30 2可燃物质的爆炸上限（%）74.20 75.00 14.00 3组份1（常规空气实测数据，见表1序号1）混合气体中可燃组份的原始含量，%27.00 14.00 0.60 41.64混合气体中可燃气体相对含量，%64.90 33.65 1.44 1005混合可燃气体的爆炸下限（%）7.21 6混合可燃气体的爆炸上限（%）70.10 7全组份的爆炸下限（%）15.73 8全组份的爆炸上限（%）84.93 9组份2（富氧空气实测数据，见表1序号3）混合气体中可燃组份的原始含量，%38.90 21.40 1.00 61.310混合气体中可燃气体相对含量，%63.46 34.91 1.63 10011混合可燃气体的爆炸下限（%）7.09 12混合可燃气体的爆炸上限（%）69.58 13全组份的爆炸下限（%）11.06 14全组份的爆炸上限（%）78.86 15组份3（综合计算数据，见表1序号5）混合气体中可燃组份的原始含量，%25.60 16.92 3.12 45.6416混合气体中可燃气体相对含量，%56.09 37.07 6.84 10017混合可燃气体的爆炸下限（%）6.65 18混合可燃气体的爆炸上限（%）57.52 19全组份的爆炸下限（%）13.49 20全组份的爆炸上限（%）74.79 21组份4（清远实测数据，见表2）混合气体中可燃组份的原始含量，%29.85 11.23 3.50 44.5822混合气体中可燃气体相对含量，%66.96 25.19 7.85 10023混合可燃气体的爆炸下限（%）7.61 24混合可燃气体的爆炸上限（%）55.58 25全组份的爆炸下限（%）15.60 26全组份的爆炸上限（%）73.73 上表中组份14分别对应于前表1和表2中的几种组份数据，见表中各组份括号内的说明。四、分析结论和建议因煤气中所含危险性组份而导致的爆炸危险，可能有两类，一是煤气大量泄露至周围环境，与空气混合后形成爆炸性气体；另一种是煤气不泄露，因制气原料中所带氧气未完全反应，与煤气混合后形成爆炸性气体。1煤气泄露在第一种情况下，煤气泄入空气，煤气属量少组份，是否会形成爆炸危险组份，应重点关注其在空气中的浓度是否达到爆炸下限。对本项目而言，仅新增了富氧空气制备系统，入炉管道和炉后流程均未做调整，而煤气炉产生的煤气不应进入新增的系统内。因此，不会因本项目的建设导致新的煤气泄露源增加，企业仍需按现有安全生产管理流程监控生产过程中的危险物质泄放源。2煤气中残留氧含量在煤气未泄露情况下，煤气中的氧气浓度是决定组份是否存在爆炸危险的判断依据，因氧气是量少组份，因此应关注组份是否越过爆炸上限点。爆炸上限越高，出现爆炸可能的氧气浓度就会越低，对煤气中残存的氧含量的要求就越高。根据上表3，组份1的爆炸上限达到84.93%，为最高，相当于在煤气中混入15%的空气就可能会形成爆炸性气体，与此相对应的氧气浓度约为3%。从该表也能发现，对比CO、H2和CH4三种组份，前两者的爆炸上限都很高而且接近，CH4的爆炸上限很低，因此，煤气中的CH4浓度增加，会降低混合气体的爆炸上限。在本项目中，未对现有煤气发生炉炉体进行改造，项目提供的富氧空气中的氧气浓度也不是很高（目前是22.8%，未来最高26.%，远低于设计手册所列数据39%）。因此，与原有流程相比，操作工况的差异不是很大。而且，企业已有长期的生产运行和控制经验（现有煤气组份中，残存氧气浓度维持在0.2%，达到0.3%就切断高压电极，就能充分印证此点），具备安全使用富氧新工艺的操作技术水平和安全管理水平。因组份差异以及操作工况的变化，对爆炸危险混合物爆炸极限的计算无法做到特别准确，因此，有必要在理论计算基础上增加适当的余量，在发生炉煤气站设计规范（GB50195-94）中，将氧含量控制在0.8%以下，而企业目前的控制标准是0.2%，因此，使用企业原有控制标准应该是比国标相对更为安全的。3建议建议在富氧新系统投用调试期间，