200210煤炭地下气化燃烧过程影响因素及控
煤气化过程中的主要影响因素及其分析
２ 内在 矿物质对煤气 化过程的影响
诸多研究表明，煤 内部所含的矿物质或灰分 中的碱金属 、碱土金属和过渡金属元素对煤气化
反应 能发 挥催 化功 效 。熊杰 等 用 ｘ射线 衍射 技 术考 察 了碱金 属对 煤焦 微 晶结构 的影 响 ，结果 表 明： 在 气化 阶段 ， 作 为催 化剂 的碱金 属 ， 降低 了气
化反应活化能 ，延长了反应速率达到最大值的时 间。 卫小芳等 以水蒸气作为气化剂 ， 采用热重法 在９ ０ ０℃一 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ 条件下研究 了脱碱金属煤外加
不 同浓 度 Ｎ ａ Ｃ １ 和Ｎ ａ Ａ ｃ的水 蒸气 气 化 反应 性 ， 研 究 结果表 明 ：外加 的碱 金属 均 能够 降低气 化 反应 过 程 的活化 能 ， 但 Ｎ ａ Ａ ｃ 具 有 显 著 的催 化作 用 ， 并 且 随着温 度 的升高 而增 强 ； 而Ｎ ａ Ｃ １ 的催 化作 用相 对较弱 ， 因此对 高 Ｎ ａ Ｃ ｌ 含量 煤 可 进行 洗 涤 ， 改善 气 化过程 的操 作性 。 然而 ， 煤 中矿物 质所 含 的碱金 属 和碱 土 金 属 对 气 化 反 应 的正 催 化 作 用 主 要 在
Ｃ Ｏ 气化过程中 ，熔融 的硅铝酸盐与煤焦表面接
触并 发生化 学 反应 ，与 碱金 属生 成无催 化作 用 的 非水 溶性 化合 物 ， 降低 了碱金 属 的催化 作 用 ， 从 而
抑制 了气 化反 应 的进行 。此 外 ， 值 得 注意 的是 ， 硫
是对 气化 反应 最 为有 害 的元 素 ，这 主要 是 由于 它 可 以与 过渡 金属 如铁 元素反 应 生成 稳定 的硫铁 化
重要保障。该技术是指在特定的设备内 （ 如气化
炉） ， 以煤 或 煤 焦 为原 料 ， 以氧 气 （ 空气 、 富 氧 或 纯 氧） 、 水蒸 气 或 氢 气 为气 化 剂 ， 在 一 定 的温 度 和 压 力 下 ，通过 一 系列化 学反 应将 原料 煤从 固体 燃料 转化为 Ｃ Ｏ、 Ｈ 和烃 类等 气 体燃 料 ， 最 终产 生 的 高 热值 煤 气可 作为 高 品质 的燃气 直接 供 民用或 作 为 原料 供 燃气 轮机 发 电使用 ，还 可 以作为 合成 气加 工合 成 化工 产 品等 ］ 。因此 ， 研究 煤气 化过 程 中的
影响煤炭自然发火的因素有哪些？如何预防煤炭自燃？
影响煤炭自然发火的因素有哪些？如何预防煤炭自燃？煤及其采矿废弃物煤矸石被氧化会产生大量热量，一旦热量聚集使温度升高到煤的燃烧点时，便引起煤的自燃。
煤炭自燃不仅破坏了资源，而且污染了生态环境，其燃烧产生的大量CO、CO2、H2S、SO2、NO、NO2等有害气体以及硫磺、芒硝和煤焦油等化学物质会扩散到空气、土壤和地下水中，对人体健康和生态环境带来极大危害。
影响煤炭自然发火的因素有以下几点：1、煤的炭化程度（变质程度）一般情况下，煤的炭化程度（变质程度）越高，其自燃倾向性越小。
2、煤的岩石学成分煤的岩石学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。
其氧化能力为镜煤>亮煤>暗煤>丝煤的顺序递减。
但丝煤在常温下吸氧能力特别强，可以起到引火物的作用，所以含丝煤越多，自燃倾向越大。
相反，而含暗煤越多的煤，一般是不易自燃的。
3、煤的水分煤中水分少时，有利于煤的自燃，水分足够大时，则会抑制煤的自燃。
4、煤的含硫量据某些矿区统计，含硫3%以上的煤层均为自燃发火煤层。
5、煤炭的孔隙率和脆性煤炭孔隙率越大，越易于自燃。
变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。
6、煤层厚度和倾角煤层厚度或倾角越大，自燃危险性越大（因开采厚煤层或急倾斜煤层时，煤炭回收率低，采区煤柱易遭破坏，采空区不易封闭严密和漏风较大所致。
）7、煤层埋藏深度一方面煤层埋藏深度增加（地压和煤体的原始温度增加），煤的自燃危险性增加。
另一方面，开采深度较浅，容易形成与地表沟通的裂隙，造成采空区内有较大的漏风，也容易在采空区中形成浮煤自燃。
8、地质构造煤层中有地质构造破坏的地方（比如褶曲，断层，破碎带和岩浆侵入区等），煤炭易自燃（因该区煤质松软，有大量裂隙，与氧接触的面积增大）。
9、围岩性质顶板岩层坚硬且裂隙发达，冒落后块度较大，因而采空区漏风大，供氧条件好。
若底板也较坚硬，护巷煤柱所受地压大，易破碎，则有利于自燃。
10、煤的瓦斯含量煤孔隙内存在的瓦斯，能够占据煤的孔隙空间和内表面，降低了煤的吸氧量，煤的自燃难易发生。
煤炭地下气化
无井式
无井式气化法是用钻孔代替坑道， 以构成气流通道，避免了井下作业。 无井式气化法的准备工作包括两部 分：即从地面向煤层打钻孔和在煤 层中沟通出气化通道。进、排气孔 的贯通（即气化炉的建炉）是无井 式气化工艺的关键技术。
3.煤炭地下气化方法
传统有井式：即采用爆破松动煤层，用空压机压入高压空 气或者富氧的方法进行煤炭地下气化。一般气化通道的断 面小、长度短，且采用单一气化剂。如图1所示。
5.煤炭地下气化技术的发展方向
煤炭地下气化技术（UCG）已经已经呈现出与其它清洁能源技术相结合的 趋势，发展出一系列综合清洁能源技术，主要包括： • 煤地下气化（UCG）—整体循环发电（IGCC）—碳俘获与地质封存（CCS） 相结合；即UCG-IGCC-CCS联合技术。 • 煤地下气化（UCG）—氢地下气化-燃料电池（AFC）—碳俘获与封存 （CCS）相结合；即UCG-AFC-CCS技术。
4.影响煤炭地下气化的主要因素
气 化 炉 的 结 构
如前所述，传统气化工艺的气化炉 和“长通道、大断面、两阶段”炉 以及定向钻井法炉进行气化的气化 结果有明显差异。
Байду номын сангаас
4.影响煤炭地下气化的主要因素
温度场对煤气热值的影响 是显著的。维持一个高温 温度场和相对较长的气化 通道有利于煤气热值的稳 定和提高。同时，温度是 决定煤气产品组成的主要 因素，提高温度可促使二 氧化碳的还原，使CO含量 增加。随着温度的增加， 水蒸气的分解速度也增加， 这就增加了煤气中的可燃 成分氢气
绿色开采之煤炭地下气化 （Underground Coal Gasification）
课程导师：***教授 学生姓名：*** 学号：********
目录 contents
煤炭地下气化影响因素研究
煤炭地下气化影响因素研究摘要：煤炭地下气化是保障我国能源安全和煤炭清洁利用的重要潜在方向之一。
分析国内外相关成果，对煤炭地下气化原理、影响因素及评价方法进行述评。
适宜于地下气化的煤层需要满足的地质条件：厚度大于2m，倾角小于70°，阻水隔热的顶底板；避开地质构造和水文地质条件复杂的区域。
地下气化煤气组分受煤级、煤质和煤层含水性等地质因素以及气化压力、温度和气化剂类型等工艺因素共同影响。
空气气化条件下，随着煤化程度增强，煤气组分中CO浓度升高，H2浓度降低，CH4浓度先升高后降低。
煤气中CO2含量与固定碳含量、灰分产率均表现出负相关关系。
气化温度和气化剂类型既影响着产气效率、煤气质量及污染物种类与含量，又可使围岩破裂、污染地下水，乃至破坏生物圈、大气圈、水圈和岩石圈生态系统的稳定。
煤炭地下气化评价方法贯穿于资源与选区评价、工程技术评价和环境安全评价的全过程，同时，加强完善“一票否决”，确保评价结果可以更好地服务于安全生产。
关键词：煤炭地下气化影响因素气化剂煤质煤级评价方法1、煤炭地下气化原理煤炭地下气化包括一系列连续、复杂的物理化学过程，根据煤层温度、主要化学反应及煤气成分的不同，将气化过程沿着气化通道划分出氧化区、还原区和干馏干燥区。
一般而言，三个区域的划分是根据气化通道中氧化、还原和热解反应的相对强弱程度，没有明显的界限。
从进气孔鼓入气化剂，燃烧的煤层遇到O2产生CO2，并伴随大量的热量释放，使周围的煤层处于高温状态，为气化反应储存能量。
紧邻氧化区的是还原区，该区主要是炽热的煤炭与CO2反应产生CO，与水蒸气反应生成CO、H2等气体，吸热反应。
还原区之后是干馏干燥区，煤层发生热解、干燥脱水等，伴随着挥发份析出。
从氧化区到还原区，再到干馏干燥区气化通道中的温度逐渐降低，最后产生含可燃成分的煤气。
2地质影响因素煤炭地下气化效果与煤层、水文、围岩等地质特征密切相关。
煤炭地下气化能否成功的先决条件是气化炉选址。
煤炭自燃机理及防治措施
仅供参考[整理] 安全管理文书煤炭自燃机理及防治措施日期：__________________单位：__________________第1 页共6 页煤炭自燃机理及防治措施1煤的自燃机理1.1概述关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。
需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。
因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。
其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。
此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。
如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。
煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。
1.2煤自燃的不同阶段（1）水吸附阶段。
与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。
当水被煤吸附时会放出大量热，即润湿热。
所以，多数情况下该阶段对煤的自燃都起着关键作用。
（2）化学吸附阶段。
煤自燃过程首先在这个阶段发生化学反应。
该阶段的反应温度为环境温度至70℃。
这伸过程中煤吸附氧气会产生过氧化物，因而叫做化学吸附阶段。
化学吸附阶段煤重略有增加，并产生气体，其中的CO可作为标准气体，通过监测CO浓度可对煤的自燃进行第 2 页共 6 页早期预报，化学吸附阶段需要少量水参加反应。
根据煤的品级和类型不同，化学吸附的放热量在5.04～6.72J/g之间变化。
若煤温达到70℃时会分解，煤重随之在幅度下降，甚至比原始煤重还要轻。
煤中水汾的蒸发可带走一些热量，该过程产热量晨16.8～75.6J/g间变化。
火电厂煤场自燃原因分析及控制措施浅议
火电厂煤场自燃的原因分析及控制措施浅议火力发电厂的主要燃料是煤炭，为了保证锅炉用煤，一般都建有一个或多个贮煤场，根本为露天堆放，不防雨雪和日晒。
煤与空气的接触，不单会风化，使煤的质量变坏，并且还会常常发生煤堆发热和自燃现象，进而造成能源的浪费，环境的污染，同时也给安全生产带来了相当大的隐患。
近几年，在火电厂实行职业健康安全管理系统过程中，都会把贮煤场煤堆的自燃辨别为危险源，进行风险评论，找出治理举措，尽可能地防备煤堆自燃现象的发生。
那么造成煤堆自燃的原由是什么呢？广泛以为，煤的自燃是由煤氧复合作用而产生的。
因为外力的作用，损坏了煤体原始状态下的完好性，煤体表面分子的均衡状态也被损坏。
当煤体与空气接触后，空气中的氧便会跟着空气的流动而进入煤体内部。
均衡状态被损坏的煤表面分子与氧气接触，形成新的均衡状态，快速与氧发生物理吸附、化学吸附及化学反应等一系列变化，产生并放出热量。
在必定的蓄热条件下，当煤体开释的热量大于向环境消散的热量时，热量齐集使煤体温度上涨，最后便致使煤体发生自燃。
不难看出，煤体自燃发活力率的大小受水份、空气中氧气及散热条件的直接影响。
笔者联合火电厂煤场生产管理的实践经验，总结出以下几方面影响煤体自燃的要素。
〔1〕煤的硫份对自燃的影响煤中含有必定的硫份，硫在必定温度下化学性质会发生变化，生成氧化硫，氧化硫遇水生成稀硫酸，这一系列氧化反应过程为放热过程，进而提升了煤堆中的温度。
所以，一般来说，含硫量高的煤更易发生自燃。
〔2〕煤的挥发份对自燃的影响煤中挥发份的主要成分是低分子烃类，如甲烷、乙烯、丙烯、—氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。
煤的挥发份大大地降低了煤体自燃的祸源温度。
依据察看和统计说明，挥发分较高的煤，即便是相同条件下的露天存贮，发生自燃的机率也要比挥发分较低的煤大一倍。
依据煤场生产管理人员的察看，高挥发分的煤种〔Vad＞28%以上〕，当温度达50~60℃时，一、二日内便会发生自燃，且来势较猛；较低挥发分的煤种〔Vad＜21%以下的煤种〕，一般要到80℃以上，才会发生自燃现象。
煤仓自燃原因和对策
煤仓自燃原因和对策自燃原因：由于煤在煤仓中持续发生氧化而造成热量积聚，不断升温而导致自燃。
一般自燃要经历水分蒸发、氧化、自燃三个阶段。
煤在常温下，产生热量的原因有很多，例如水与煤的润湿热，煤分子的水解热，煤中硫化物的水解、氧化热，煤对氧的物理吸附热、化学吸附热，煤与氧的化学反应热等等。
煤的氧化是放热反应，如果热量不能及时散发掉，使煤堆内部的温度升高，反过来又加速煤氧化，释放更多热量，产生自燃。
煤炭从氧化到自燃有个过程，氧化时间到自燃发火期才会自燃，气煤的发火期为4-6个月。
影响自燃的主要因素：1.水份：水份的含量及变化是影响煤自发热最主要的因素，理论上讲，含水量增加1%将使煤温上升17℃。
因此不能用水来冷却已经产生自发热的煤堆，这是因为冷却水很难将全部的煤浸透而只是让部份温度上升而已。
2.通风率：理论上在松散的煤堆中不流通的空气完全反应的话将使其温度上升2℃，实际上当高速流通的空气在提供煤以氧气的同时也会带走大量的热，而低速则恰好相反，尽管也提供相当数量的氧气但却不能带走其自发产生的热量。
长期置放的煤一定要压紧，防止煤堆松质化使煤炭与氧气发生氧化反应发热。
3.颗粒细度：与自发热成反比的关系，颗粒越小其表面积越大，与空气的接触越充分，更容易产生自热。
但出于堆置上的考量，使煤堆不致于容易坍塌，一般会将其细度控制在一定范围。
煤堆自燃分析煤炭分层，表层至1.5米属于冷却层，煤层松散与空气充分接触，虽发生氧化反应但是散热条件好，散发热大于氧化释放热，不会自燃。
冷却层以下到4米是氧化层，氧化层的煤具备自燃条件，达到自燃发火期就会自燃。
氧化层以下是窒息层，煤层相对压实，供氧不足且含水量高，氧化程度低，不宜自燃。
预防措施：1、制定预案，加强巡检。
及时制定煤仓自燃事故预案，加强巡检，发现局部煤堆温度升高、冒热气、测仓孔有大量烟雾冒出等现象及时汇报处理。
2、加强仓内CO气体浓度监测。
自燃伴随着CO 浓度升高，所以用CO浓度监测仪监测CO 浓度能提前发现自燃。
煤炭自燃机理及防治措施(正式)
编订：__________________单位：__________________时间：__________________煤炭自燃机理及防治措施(正式)Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-7642-97 煤炭自燃机理及防治措施(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
下载后就可自由编辑。
1 煤的自燃机理1.1 概述关于煤的自燃问题，长期以来，一般都认为煤中黄铁矿的存在是自燃的原因，由于黄铁矿氧化成为三氧化二铁及三氧化硫时能放出热量，在有水分参加的情况下，可以形成硫酸，它是很强的氧化剂，更加速煤的氧化，促进煤的自燃。
需要指出，有的含有黄铁矿的煤，虽然经过长斯放置，并不一定发生燃，而不含或少含黄铁矿的煤也有自燃现象。
因此，煤的自燃并非完全因含有黄铁矿而引起。
其主要原因是由于吸收了空气中的氧气，使煤的组成物质氧化产生热量，再被水湿润，就放出更多的湿润热，也会加速煤的自燃。
此外，煤的自燃还与煤本身的性质有关。
如煤的品级；煤的显微组分、水分、矿物质、节理和裂隙；煤层埋藏深度和煤层厚度；开采方法和通风方式等。
煤的自燃从本质上来说是煤的氧化过程。
1.2 煤自燃的不同阶段（1）水吸附阶段。
与其他阶段不同，这个阶段只是个物理过程，煤与氧不会发生反应，煤吸附水虽不是煤自燃的根本原因，但他对煤自热，特别是低品级的煤自热有重要影响。
煤炭地下气化工艺危险有害因素的辨识与分析
ｃｏａｌ－ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ（ＵＣＧ）
２ 煤炭地下气化工艺主要危险有害因 素的辨识与分析
在对煤炭地下气化项目进行安全评价过程中， 需要对其主要危险 有 害 因 素 进 行 辨 识 与 分 析，主 要 包 括 物 料 性 质 、厂 址 条 件 及 总 平 面 布 置 、地 下 气 化 过 程 、制 氧 过 程 、煤 气 净 化 及 储 存 和 输 送 过 程 与 生 产 工 艺测控系统等方面的危险有害因素的辨识和分析， 现分述如下：
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｓ ａｎｄ Ｄａｎｇｅｒｏｕｓ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｃｏａｌ－ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ
ＧＵＯ Ｚｈａｎ１，ＬＩ Ｌｉ １，ＳＨＡＮＧ Ｙｉ－ｆａｎ２ （１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｚｈｏｎｇｚｈｉａｎ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ
第 １８ 卷 ２ ０ １ １年
Hale Waihona Puke 第６期 １１ 月安全与环境工程
Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＶＮｏｏｌｖ．．１８ ２Ｎ０ｏ１．６１
煤炭地下气化工艺危险有害因素的辨识与分析
郭 湛１，李 力１ 商一帆２
（１．深圳中质安质量安全技术评价中心有限公司，深圳 ５１８０５７；２．北京科技大学，北京 １０００３２）
０ 引 言
煤炭地下 气 化 （ＵＣＧ）是 有 别 于 传 统 采 煤 工 艺 的一种理想的采煤 方 法，它 是 将 处 于 地 下 的 煤 炭 进 行有控制的燃烧，通 过 热 作 用 及 化 学 作 用 而 产 生 的 可燃气体输出地面的一种能源采集方式。煤炭地下 气化可以最大限度 地 利 用 煤 炭 资 源，输 出 的 煤 气 产 品 属 于 洁 净 能 源 ，可 以 广 泛 应 用 于 发 电 、煤 化 工 和 燃 气供应 。 ［１］ 煤炭地 下 气 化 技 术 在 安 全、环 保 和 经 济 方面都具有明显的 优 势，因 此 积 极 探 索 研 究 和 推 广 煤炭地下气化技术，无 论 从 提 高 煤 炭 资 源 利 用 率 角 度 、还 是 从 社 会 经 济 发 展 和 国 家 能 源 安 全 角 度 考 虑 ， 都是非常必要的 。 ［２］
煤炭地下气化介绍
煤炭地下气化技术简介一、煤炭地下气化概述煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃性气体的过程。
煤炭地下气化的基本原理，与一般煤炭气化一样，是把煤炭的固体有机物通过热力和化学作用变为可燃气体，其区别在于这种变化过程是在地下进行，而不需要把煤炭开采出来。
煤炭不加氧进行加热，只能使煤炭有机物在高温下强烈地分解出挥发物——煤气和焦油蒸汽。
这样部分气化法，仅可能获取少量的煤炭热能。
剩余留下的炭和灰这两种主要成分组成的焦渣，采用氧和水蒸汽对其在高温下进行化学处理，使可燃固体变成可燃气体。
煤炭地下气化的基本概念与特征，可概括为以下几条：一种全新的采煤方法：与传统的物理采煤法有着根本的区别，地下气化是一种化学采煤法，即将埋藏在地下的煤炭就地进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用与化学反应生产可燃气体输送出来。
二无采煤工艺：无人、无设备。
三合一的煤炭开采与气化工程：集建井、采煤、气化三大工艺为一体，在地下联合完成。
四个控制与稳定技术：（1）监控进行持续稳定的地下燃烧；（2）控制达到持续稳定的煤气产量；（3）调控得以保证稳定的煤气热值；（4）测控能以维持稳定的煤气组份。
五大优点：（1）充分利用煤炭资源：老矿井遗留丢失的煤柱，开采成本高不经济的煤层，高硫煤以及“三下”压煤等，可通过地下气化采出来。
（2）基建投资省、工期短、见效快：比井工开采可节省投资2/3并缩短工期一半以上；比地面气电站可节省大量设备和占地。
（3）生产管理操作简单、用人少、效率高、成本低、利润高，比井工开采可提高工效3倍以上，节约成本一半多。
而且生产安全性好。
（4）经济效益显著：不仅煤炭开采本身的直接利润高，而且可实现煤（地下气化）、热（地下煤气供工业与民用）、电（使用地下煤气发电）、化（应用地下煤气转变成化工产品）、能（利用地下煤气提取洁净能源——氢能、甲醇等）的综合开发、综合利用、多种经营，是煤炭价值和产业的经济效益提高十多倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第25卷 第4期2002年10月煤炭转化COAL CONV ER S I ONV o l .25 N o.4O ct .2002煤炭地下气化燃烧过程影响因素及控制方法Ξ杨 榛1) 梁 杰2) 李秀珍3) 摘 要 通过对煤炭地下气化技术燃烧实现过程的分析,得到气化剂性质、气化通道压力、温度、流速等影响稳定燃烧控制的主要因素.并由此得出三种燃烧控制方法,重点是对供风系统调节方法的研究.目前,这些控制方法已在我国山东等现场得到实践和应用.关键词 煤炭地下气化,燃烧控制,供风系统中图分类号 TQ 5460 引 言我国是一个能源生产和消费的大国,加强对煤炭的充分、有效和清洁利用是长期令人关注的研究课题.作为一项环境友好技术,煤炭地下气化技术改变了过去传统的煤炭生产和消费模式,是将煤不经过开采,直接在地下燃烧的气化过程.其煤气不仅可作为燃料使用,而且可以合成众多的化工产品或提取纯氢、燃气发电等,具有很高的经济效益和社会效益.1 煤炭地下气化实现过程1868年,法国化学家首先提出煤炭地下气化技术的设想,后来俄国大化学家门捷列夫等人提出了煤炭地下气化的工艺设想与现场试验.1933年到1993年间,前苏联应用煤炭地下气化技术成功地燃烧了1300万t 煤,产煤气500亿m 3,证明了该工艺是可行的.[3]目前,该工艺方法正受到世界各国的重视.煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧,通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体和化工原料气的过程.该过程主要是在地下气化炉的气化通道中实现的(见图1),可燃气体的产生主要来源于三个方面:水蒸气的分解、CO 2的还原和煤的热解,这三个方面作用的程度正比于反应区温度和反应比表面积,同时也决定了出口煤气组图1 气化过程原理图F ig .1 Sketch of U CG1——O xide zone ;2——R educing zone ;3——D istillati on and dring zone ;4——Inlet p i pe ;5——A ssistant p i pe ;6——O utlet p i pe分和热值.从煤炭地下气化过程中可以看出,地下气化过程集建井、采煤、地面气化工艺于一体,抛弃了传统庞大、笨重的采煤设备和地面气化设备,变物理采煤为化学采煤.其实质是只提取煤中含能成分,将灰渣等污染物留在地下,从而避免或减少了地面塌陷和大气污染.所以地下气化不仅是一种气化工艺,而且也是一种理想的采煤方法.2 煤炭地下气化燃烧过程影响因素煤炭地下气化的原理与一般气化原理大致相同,即煤与气化剂反应而转化为可燃性气体.[4,5]但Ξ国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2001AA 529030). 1)硕士;2)博士、副教授,中国矿业大学煤炭地下气化研究中心,100083 北京;3)硕士,中国矿业大学化学与环境学院,100083 北京收稿日期:2001207207由于地下气化的“发生炉”是建立在地下煤层中的,与地上气化炉相比,其造气过程要复杂得多,主要表现在:(1)地下煤层固定不动,气化过程在煤层的气化通道内进行,随着时间的推移,各气化反应带的位置在向前移动;(2)地下气化过程的进行,除了受煤的性质影响以外,还受到其它众多因素的影响.主要是矿山的地质条件及水文条件等,如围岩的性质、塌落情况、传热强弱及地下水的渗入等.随着时间的推移,这些因素本身也在发生着变化.煤炭地下气化过程稳定性的定义是煤气热值(或组分)和煤气流量的相对稳定.如上所述,地下气化过程的物理和化学变化错综复杂,影响煤气质量和产量稳定的因素很多,既有地下气化所采用的工艺措施,又有煤层参数及煤层顶底板的移动状态.但总的看来,这些因素可以归入两个基本范畴:生成可燃气体的化学过程以及由反应物组成的气相与固体煤层之间的四维流体力学作用[1](见图2).图2 煤炭地下气化过程相关因素分析模型F ig .2 A nalysis model of relative elem en ts of U CG3 煤炭地下气化过程燃烧控制方法由于上述因素之间的相互依存关系是非常复杂的,对某一气化系统来说,对这些因素的定量鉴定和解释以及对于控制过程工艺方法是很重要的.目前,对地下气化燃烧控制方法的研究主要包括供风过程调节,此外改变气化剂成分及对电能和核能方法的利用也是目前的研究方向.3.1 供风过程调节为实现气化过程的连续和稳定,采用的工艺方法很多,主要调节方法有脉动供风、正反向供风、鼓风预热、逆流燃烧、逆向气化、高压气化和供风点后退等.其中对供风系统的讨论是本篇的重点.现行的地下气化发生炉的运转经验证明,不同的工作阶段,均匀地向煤层表面鼓风是炉体稳定析气的主要条件,在向前气化过程中要求气体有较高的流速,其目地在于:(1)消除煤热解和燃烧过程中产生的焦油、煤灰的堆积及堵塞.(2)补偿地下水的入侵速率.(3)使最终通道宽度达到最大,以增加钻探贯通的每条路线上的资源回收.(4)达到经济的和较高的生产率.但高的气流速率也导致气体泄漏量的增加,因为气体流速的提高,势必要提高压力降,但气体的损失却与压力降的平方成正比,因此,确定合理、有效的供风系统对气化过程的调节意义重大.[4]本篇着重研究以下三种稳定供气的方法.3.1.1 辅助通道供风由于煤层埋藏条件的差别,煤层的组成和厚度不同,煤化学性质以及顶板稳定性的不同,都将或多或少地使向煤层均匀供风变得复杂.现在若采用新33第4期 杨 榛等 煤炭地下气化燃烧过程影响因素及控制方法 增辅助通道,则利用其供风时,可形成一个与主气流方向相垂直的扰动气流,这一扰动分布于整个气化区,无疑提高了气化剂向反应表面的扩散能力.3.1.2 压抽结合供风气化由还原区的两个主要反应可知,CO2还原和H2O分解都是体积增大的反应,因此降低还原区的压力有利于反应向生成物方向进行,但是气化区压力不宜太低,为了能同时满足气化区和还原区的要求,可以采用压抽相结合的气化方案,即由进气孔鼓风,出气孔用引风机向外抽风,同时注意调节鼓风压力和抽气负压,使还原区处于相对较低的压力条件下,这样也同时降低了干馏干燥区的压力,有利于干馏煤气的及时排放.3.1.3 反向供风气化一般地下气化炉在气化初期多采用正向气化工艺.而随着燃烧区的扩展,正向气化的火焰工作面将渐渐高出气孔移动,干馏干燥区越来越短,到后期还原区也越来越短,最终还原区长度将不能满足氧化区生成CO2还原和水蒸气分解反应的需要,煤气热值降低.此时必须采用反向供风气化方案,则由出气孔鼓风,原进气孔排风,使火焰工作面向进气孔方向移动,重新形成新的气化条件,但反向供风气化对气化过程也有弊端.主要表现为:(1)火焰工作面移动会受到灰渣影响;(2)煤层经过正向供风时的干馏煤气产量受到了影响.但不利因素可由煤层冒落重新暴露的煤层面而得到相应的补偿.因此,反向供风气化可实现多线程气化,提高煤层气化率.3.2 改变气化剂成分为提高煤气热值,根据气化过程需要,可采用不同组分气化剂,如空气2水蒸气、富氧2水蒸气等.气化剂对煤气中可燃成分影响见表1.3.3 利用电能核能方法目前记载的主要是利用电能和核能,该方法属于外热法,在核热能法中气化所需热量由原子反应堆提供.电能、核热的应用效果主要体现在提高还原区的温度上,将还原区的温度提高得越高,煤气质量越好.据西德的研究,在核热能法中煤气组成为: CH4=715%,H2=55%,CO=12%,CO2=20%～30%.[4]表1 气化剂组成对出口煤气中可燃组分含量的影响(%) T ab le1 R elati on si p of type of gasificati on ingredien t and u sefu l componen ts(%)T ype of gasificati oningredientO2H2OU sefulcomponents N22O22120～40N22O240～7050～70O210050～80A ir2H2O2110030～50N22O22H2O65～70100～30050～804 结束语煤炭地下气化目前已被列为国家洁净能源技术的主要研究方向,同时作为符合可持续发展战略的环境友好绿色技术,正在加快它的理论和实践技术的研究.1987年以来,我国已在现场和实验室进行了多次工业化和半工业化试验,正逐步走向产业化的道路,1999年在山东省新汶矿业集团进行了煤炭地下气化产业化应用,实现了连续稳定生产中热值煤气,供民用及内燃机发电.2000年,山西省昔阳煤炭地下气化暨合成氨联产示范工程,为实现煤炭地下气化与化工合成相结合开辟了新道路.上述工业性试验及现场工程正在实现和应用本文的燃烧控制工艺及供风调节系统,并已取得了良好的社会效益及经济效益.参 考 文 献[1] 梁 杰.急倾斜煤层地下气化过程稳定性及控制技术的研究:[学位论文].徐州:中国矿业大学,1997[2] 李耀娟.煤炭地下气化.沈阳:东北工学院出版社,1981[3] 余 力.煤炭地下气化的过去和未来.矿业译林,1990(4):1210[4] 陈贤仁.煤炭气化新工艺.北京:煤炭工业出版社,1984.1802185[5] 邬纫云.煤炭气化.徐州:中国矿业大学出版社,1985.2432253(下转第49页)43 煤 炭 转 化 2002年[11] Co rley T L,W endt J O L.Po stflam e Behavi o r of N itrogenous Species in the P resence of Fuel Sulphur :R ich,CH4 H e O2F lam busti on and F lam e,1984,58:1412152[12] Jeffries J B.C ro sley D R.L aser2induced F luo rescence D etecti on of the N S R adical in Sulphur and N itrogen Doped M ethaneF lam busti on and F lam e,1986:64:55264[13] Chagger H K,Goddard P R,M urdoch P et al.Effect of SO2on the R educti on of NO x by R eburning w ith M ethane.Fuel,1991:70(1):113721142[14] T seregounis S,Sm ith O.Enhancem ent of Fuel2nitrogen O xidati on by Fuel2sulphur in Fuel2rich F lam busti on Scienceand T echno logy,1983:30:2312239[15] T seregounis S,Sm ith O.A n Experi m ental Investigati on of Fuel Sulphur2fuel N itrogen Interacti ons in L ow P ressure P re2m ixed F lam es.In:20th Sympo sium(Internati onal)on Com busti on,P ittsburgh:Com busti on Institute,1984.7612768[16] W endt J O L.W oo tan E C,Co rley T L.Po stflam e Behavi o r of N itrogenous Species in the P resence of Fuel Sulfur :R ich,M o ist,CO A r O2F lam busti on and F lam e,1983:49:2612274EFFECTS OF S O2ON THE FOR M AT I ON OF N ITROGEN OX I D ESY ou X i aoq i ng Zheng Chuguage and Zheng Y i ng(N a tiona l L abora tory of Coa l Co m bustion,H uaz hong U n iversity of S cienceand T echnology,430074W uhan)ABSTRACT T he N2S in teracti on du ring fuel com bu sti on has been studied in th is p ap er.Ex2 p eri m en tal and num erical resu lts on the effects of SO2on the fo rm ati on and em issi on of NO x have been concluded,w h ich can be exp lained by reacti on m echan is m.T he resu lts show that SO2can re2 duce the em issi on of therm al NO under fuel2lean conditi on and inh ib it the fo rm ati on of p rom p t NO under fuel2rich conditi on.How ever,w e canno t get a general agreem en t on the effect of SO2on the em issi on of fuel p lex N2S in teracti on s occu r.A lthough there are great discrep ancies betw een num erical and exp eri m en tal resu lts.the fo rm er can p redict the concen trati on of in term e2 diate sp ecies,w h ich is difficu lt fo r m easu rem en t.KEY WORD S SO2,N2S in teracti on,reacti on m echan is m(上接第34页)STUDY OF BURN ING CONTROL S Y STE M OFUND ERGROUND GASIF I CAT I ONYang Zhen L i ang J ie and L i X iuzhen(U nd erg round Gasif ica tion E ng ineering R esea rch Cen ter of Coa l Ind ustry,Ch ina U n iversity of M in ing and T echnology,100083B eij ing)ABSTRACT U CG is p rocess in w h ich coal is bu rned under con tro l to poduce com bu stib le gas th rough heat and chem ical acti on.W e can gain m any effect elem en ts abou t U CG th rough ana2 lyzing of U CG com b sti on system,such as p ressu re,tem p eratu re,flow rate of gasificati on.W e can also then acqu ire th ree m ain m ethods of com bu sti on system,esp ecially the m ethod of w ind2given system.A t p resen t,these m ethods are u sed to Suncun m ine,X inw en coal group,Shangdong p rovince and o thers.KEY WORD S U CG,bu rn ing con tro l,w in2given system 94第4期 游小清等 SO2对氮氧化物生成的影响 。