对煤气发生炉富氧气化过程的安全分析

1、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（

2、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COCOO2H2CHN2CmHnH2S合计241常规空气 制气煤气组成， V%27.006.000.2014.000.6052.0000.201002控制计算法除 N2外各组份比例， V%56.2512.500.4229.171.25/00.421003( 实测数据 )富氧空气 制气煤气组成， V%38.907.340.1421.401.0031.1700.051004除 N2外各组份比例， V%56.5210.660.2031.091.45/00.071005综

3、合计算法综合计算煤气组成， V%25.604.65016.923.1249.100.510.101006( 实测 +理论数据 )除 N2外各组份比例 ,V%50.299.140.0033.246.13/10.20100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1 4 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5 6 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。1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

4、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N 2 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， H 2 含量略增约 2% 。而按实测 + 理论数据计算结果， CO+H 2 的总含量也与实测计算结果相差不大，只是其中的H 2 含量较高，而 H 2 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

5、产实测煤气组份序号计算依据组份COCO2O2H2CH4N2CmHn H2S 合计71#炉煤气组成， V%30.202.800.2011.003.6052.2082#炉煤气组成， V%30.003.000.2011.603.4051.801009清远实测数据3#炉煤气组成， V%29.403.400.2011.303.6052.1010010（业主提供）4#炉煤气组成， V%29.802.800.2011.003.4052.8010011各炉平均煤气组成， V%29.853.000.2011.233.5052.2310012除 N2外各组份比例 ,V%62.486.280.4223.507.33

6、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2煤气中所含的CO、H2 和 CH4 均 可燃危 物 ，由于煤气 多种可燃 份混合而成的可燃危 物 ， 其爆炸极限

7、 以准确 算， 目前行 内比 可的 算方法是使用理 ? 特里公式，分两步 算：1 首先， 算混合 份中的各可燃物 （剔除非可燃物 ）的相 含量，以此 依据，按下式 算出 仅 由 些可燃物 （下称“混合可燃气体” ） 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 份的爆炸极限，%；V1、 V2、V3各可燃 分在混合气体中的体 分数，%。2 其次，在上述可燃气体部分的爆炸极限基 上， 算出整个 份（下称“全 份”）的爆炸极限：Lm= Lf*（ 1+B/（100-B） *100/ （100+ Lf *

8、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 份的含量， %；Lm整个混合 份的爆炸极限， %。 前述几种不同 份含量的气体混合物，按上述方法 算出的 果 下表3。表 3 不同煤气组份对应的爆炸极限含量， V%序号内容COH2CH合计41可燃物质的爆炸下限（%）12.504.005.302可燃物质的爆炸上限（%）74.2075.0014.003混合气体中可燃组份的原始含量，%27.0014.000.6041.64混合气体中可燃气体相对含量，%64.9033.651.441005组份 1混合可燃气体的爆炸下限（%）7.21（常规空气实测数6据，见表 1

9、序号 1）混合可燃气体的爆炸上限（%）70.107全组份的爆炸下限（%）15.738全组份的爆炸上限（%）84.939组份 2混合气体中可燃组份的原始含量，%38.9021.401.0061.33含量， V%序号内容COH2CH合计410（富氧空气实测数混合气体中可燃气体相对含量，%63.4634.911.6310011据，见表 1 序号 3）混合可燃气体的爆炸下限（%）7.0912混合可燃气体的爆炸上限（%）69.5813全组份的爆炸下限（%）11.0614全组份的爆炸上限（%）78.8615混合气体中可燃组份的原始含量，%25.6016.923.1245.6416混合气体中可燃气体相对含量

10、，%56.0937.076.8410017组份 3混合可燃气体的爆炸下限（%）6.65（综合计算数据，18见表 1序号 5）混合可燃气体的爆炸上限（%）57.5219全组份的爆炸下限（%）13.4920全组份的爆炸上限（%）74.7921混合气体中可燃组份的原始含量，%29.8511.233.5044.5822混合气体中可燃气体相对含量，%66.9625.197.8510023组份 4混合可燃气体的爆炸下限（%）7.61（清远实测数据，24见表 2）混合可燃气体的爆炸上限（%）55.5825全组份的爆炸下限（%）15.6026全组份的爆炸上限（%）73.73上表中组份 14 分别对应于前表1

11、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4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

12、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

13、，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