李君菲(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

1 氣提蒸汽進入魯奇爐的危險性概述

煤化氣技術(shù)是目前世界范圍內(nèi)對煤炭利用最為高效，并且清潔、經(jīng)濟的技術(shù)之一，它是以煤炭為原料的能源及化工制氣技術(shù)，當(dāng)前這一技術(shù)正在向高壓化、大型化發(fā)展。眾所周知，煤炭經(jīng)過氣化之后，可以轉(zhuǎn)化成為清潔并且高效的新型能源，既可以提高對能源的利用率，也可以實現(xiàn)對環(huán)境的友好作用。魯奇爐是德國魯奇工程公司生產(chǎn)的一種大型煤化氣設(shè)備，最早出現(xiàn)于上世紀(jì)40年代，其原理是通過碎煤加壓的方式，特點是生產(chǎn)的適應(yīng)性較為廣泛，對煤炭種類不做挑剔，目前被大多數(shù)國家和地區(qū)所接受。

本文中那個所采用的MARK-Ⅳ型魯奇爐正是其中的一個型號，原來為西北產(chǎn)區(qū)的褐煤，將褐煤原料粉碎之后，添入氣化爐頂部的儲煤斗，經(jīng)過旋轉(zhuǎn)閥、煤箱上閥、下閥添加到爐內(nèi)，與氣化劑（水蒸氣、氧氣）反應(yīng)形成粗煤氣。

經(jīng)過反應(yīng)生成的粗煤氣還需要進一步的加工，通過冷卻、分離、冷凝等步驟，再經(jīng)由甲醇清洗。氣提裝置所提供的整齊溫度一般為240攝氏度，壓力3.3MPa，送入氣化爐入爐蒸汽管，按照一定的比例和原有的熱蒸汽混合（包括純氧氣），經(jīng)過中心管道、風(fēng)帽、灰渣層等進入反應(yīng)層。

在這一過程中，氣提法的應(yīng)用，是為了讓蒸汽與廢液接觸，吸收廢液中的有害物質(zhì)，從而達到分離降低污染的目的。然而，氣提蒸汽中會含有大量的氨氣、硫化氫、酚以及油，在與氧氣混合之后會產(chǎn)生一定的危險性。

2 氣提蒸汽進入魯奇爐的爆炸可能性分析

魯奇爐產(chǎn)生爆炸性危險的來源，是由于氣蒸汽中可能含有可燃成分，要避免這一問題的發(fā)生，首先要對爆炸極限進行計算，即不同比例的氣提蒸汽與氧氣混合時，是否會發(fā)生危險性的理論分析。

作者從以下兩個角度進行研究：

2.1 氣提蒸汽是否存在爆炸可能性；

2.2 發(fā)生爆炸危險所需要的濃度條件；

首先，對（1）情況進行理論分析。當(dāng)100%比例的水蒸汽與氧氣進行混合的時候，由于中壓蒸汽和夾套回收蒸汽的惰化，混合室內(nèi)的可燃成分含量是最好的，毫無疑問，在這種情況下，魯奇爐反應(yīng)層發(fā)生爆炸的可能性最大。通過比例公式計算，100%比例氣提蒸汽與氧氣混合，混合室內(nèi)的氣體主要為二氧化碳、硫化氫、氨氣、酚、油和水。其中可燃的成分主要是硫化氫和氨氣。而硫化氫和水的反應(yīng)通常會減弱可燃性能，因此主要考慮的部分為氨氣。

氨氣（NH3）與水混合，NH3在氧氣中的爆炸極限（濃度）為15%-79%，惰性氣體體積分數(shù)為94%；爆炸極限的計算公式為：混合氣中的可燃燒成分極限，乘以惰性氣體所占的百分比與混合氣體中毒性氣體所占的百分比。由此可以計算出，混合氣體的爆炸下限為77%，上限為99%。

由此可見，氣提蒸汽進入魯奇爐內(nèi)存在高爆炸性。

其次，對（2）情況進行分析。發(fā)生爆炸危險所需要的濃度條件，也就是最低的濃度下限。100%比例的氣提蒸汽在正常的工作狀態(tài)下，流量約為10854m3/h，當(dāng)氧氣的流量為850m3/h是最危險的狀態(tài)，因此可以通過氣化爐中的燃燒成分阻斷，以避免發(fā)生爆炸性危險。由于混合室內(nèi)的蒸汽和氧氣混合后，蒸汽分解率約為35%-45%，在這里可以按照最小量55%計算；當(dāng)氣化爐中的氨氣為7.85%時，其他可燃性物質(zhì)的濃度遠低于爆炸極限。同時，氨氣在沒有完全燃燒的情況下就被帶入還原層，其他可燃性氣體也會快速被未分解的水蒸汽阻斷，不會發(fā)生爆炸的危險。

此外，氣提蒸汽與氧氣混合的狀態(tài)下，當(dāng)氣提蒸汽的體積分數(shù)為88%+，高于爆炸下限的77%，低于爆炸上限98%，依然處于爆炸極限范圍之內(nèi)。因此，在設(shè)計工作狀況時，僅有氣提蒸汽與夾套回收蒸汽混合依然存在危險。根據(jù)工藝流程，只要將氣提蒸汽提前與中壓過熱蒸汽進行混合，就不會存在爆炸的危險性。

3 結(jié)語

通過以上的分析不難看出，氣提蒸汽進入魯奇爐的工藝中確實存在爆炸性的危險，（100%比例的氣提蒸汽和氧氣混合為頂點值），因此必須在魯奇爐內(nèi)加入中壓過熱蒸汽，或者通過夾套回收蒸汽才能降低爆炸的風(fēng)險。在設(shè)計工況下，前兩種解決方案并不能完全消除危險，需要將氣提蒸汽提前與中壓過熱蒸汽進行混合。

同時，進入氣化爐的蒸汽和氧氣混合物質(zhì)里面，氨氣（NH3）是最具有爆炸危險的成分，因此要控制它的含量低于允許濃度，其他的成分均按照比例，降低在這一程度之下。

[1]馮永權(quán)，孟祥青.魯奇加壓氣化焦油酚水分離技術(shù)改造[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2006,35(5):28-31.

[2]雷利軍.國內(nèi)外兒種主要煤制氣技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及利弊簡介[J].安徽化工，2003(1):10-11.

[3]楊建，姬鵬霞.汽氧比對義馬長焰煤加壓氣化的影響[J].煤化工，2005(3):53-54.

[4]張振芳，樊宏原.魯奇爐夾套水循環(huán)方式的改進[J].煤氣與熱力，1998,18(5):21-22.