富氧助燃主要用于各种工业炉窑，包括玻璃、陶瓷炉窑以及钢铁冶金冶炼炉等，在上述行业中，企业需要解决的问题主要是冶炼温度和燃料成本。富氧助燃用于煤气发生炉的情况则有所不同，其问题主要是产品气的收率和热值。在煤气发生炉中，助燃气体中含有大量惰性气体带走大量燃烧热量，同时又对产品气进行了稀释，降低了热值，助燃气所含的惰性气体成为限制产品收率和热值的瓶颈问题。

1 煤气发生炉工作原理

    由于煤气发生主要是水蒸气与煤反应生成一氧化碳和氢气，但是该反应需要吸收热量，同时需要维持在一定温度（900～950℃）下进行。煤与氧气反应生成一氧化碳是放热反应，放出的热量正好提供给上述煤气发生反应，所以需要加入氧气，而一般的氧气是通过空气加入。反应描述如下：

   首先，与出口煤气进行热交换的预热空气与水蒸气（煤气降温交换给蒸气产生炉产生的）进入煤气发生炉底部。进行如下反应：

1）C+O₂＝CO₂+Q₁   Q₁=97700Kcal/kmol

2）C+1/2O₂＝CO+Q₂  Q₂=29400Kcal/kmol

3）C+2H₂O＝CO₂+2H₂+Q₃  Q₃=-17900Kcal/kmol

4）C+ H₂O＝CO+H₂+Q₄  Q₄=-28300Kcal/kmol

其次，下部反应发出的热量把主体气体加热，高温的气体向上流动达到上部，与加入的煤接触后把煤的水分以及挥发性物质挥发，并进行如下反应：

C+2H₂O＝CO₂+2H₂+Q₃  Q₃=-17900Kcal/kmol

C+ H₂O＝CO+H₂+Q₄    Q₄=-28300Kcal/kmol

5）CH₄+ H₂O＝CO+3H₂+Q₅  Q₅=-49300Kcal/kmol

6）CO₂＋C＝2CO＋Q₆      Q₆＝-38851 Kcal/kmol

整个过程是一个热平衡的问题，碳的氧化是放热，碳与水蒸气反应是吸热，另外煤气发生炉要对外散热消耗热量，加入氧气势必同时需要加入氮气，而加入的氮气在温度升高过程中也需要吸收热量，增加热消耗；那么，为了达到热平衡，就需要增加碳的氧化，从而需要增加更多的氧气，带入更多的氮气带。带入的氮气量越多就会稀释产生煤气的有效组分，降低煤气热值。

富氧造气的原理在于：利用富氧代替空气使煤燃烧放出的热量供给整个过程所需要的热量，一方面减少了氮气由于温度升高消耗掉的热量，减少了热损失；另一方面也减少了由于助燃气体带入惰性气体而稀释产品煤气中有效组分的浓度，从而提高了热值。

2 实施过程

实施过程主要分为四部分，包括富氧站的建造、煤气发生炉的检修、实验前准备和实验实施。

1)富氧站的建造：由我公司建造的一台400立方制氧机，建造完成后检测单位纯氧电耗为0.337kw/Nm³。

2)煤气发生炉的检修包括：对煤气管道进行吹扫和试漏。

3)实验前准备包括：把富氧装置的氧气出口与煤气炉空气入口连接，把煤运输到清洁炉煤仓，工作人员的调动、安排及培训。

4)实验的实施包括：起炉前的检查，用木炭点火启炉，用空气起炉达到稳定状态，投入富氧（按照入口气量1%的氧气量逐次加入）达到该煤气炉在使用实验用煤的较好状态，压火停炉。

3 实施效果

经过9个月的试验(从09年10月到10年7月)，克服了很多最初试验时遇到的问题，达到非常理想的效果，取得了大量具有参考意义的操作参数。

与空气相比数据如下：

经测试，应用ZO-400型制氧机对陶瓷炉窑进行富氧助燃后，每立方煤气燃烧热值从1100千卡提高到1400千卡。用空气产生每千立方有效气体的耗煤量1000～1200公斤，用27%富氧浓度的助燃气产生每千立方有效气体的耗煤量，800～850公斤，每公斤煤所产生的纯热值提高25～35%。另外，因为煤气中有效组分含量增加，而惰性组分减少，还可以节约在陶瓷炉窑使用是惰性组分作为尾气带走的热量，炉内温度1150℃，尾气温度600℃时，可节省燃料40～50%（煤气发生炉节省量加上产品煤气燃烧节省量之和）。

4 结论

综上所述，本工艺解决了助燃气中含有大量惰性气体的问题，一方面在煤气发生过程中节约大量的煤，另一方面，减少了产品煤气中的惰性成分，提高了热值，在煤气使用过程中还可以节约大量的煤气。VPSA变压吸附制氧的产氧规模为100～20000Nm³/h，可满足不同规模的煤气发生炉的使用要求，还可以根据实际需要调整助燃气中的惰性气体。