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1、煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 1 煤气发生炉的产业政策及发展趋势煤气发生炉的产业政策及发展趋势 1 2 煤炭气化方法分类和气化剂类型分类煤炭气化方法分类和气化剂类型分类 1 2.1 按气化方法分类 1 2.2 煤气按照气化剂分类 1 3 煤气发生炉工作原理煤气发生炉工作原理 2 3.1 单段式煤气发生炉工作原理 2 3.2 两段式煤气发生炉 3 3.2.1 与单段式煤气发生炉区别 3 3.2.2 两段式煤气发生炉的原理 3 3.2.3 典型的煤气发生炉技术参数和图示 4 4 发生炉煤气站设计规范发生炉煤气站设计规范 8 5 煤气发生炉的计算方法煤气发生炉的计算方法 8 5.1 大气污染物计
2、算 8 5.2 固体废物计算 8 5.3 气化工程计算 8 5.4 燃气生产与供应行业产污系数和排污系数 9 6 煤气发生炉污染物的处理煤气发生炉污染物的处理 10 6.1 烟粉尘的去除 10 6.2 污染物H2S的去除 10 6.2.1 氧化铁法 10 6.2.2 活性炭吸附法 11 6.3 焦油和轻油的产生和处置 11 6.4 含酚废水的产生和处置 12 7 卫生防护距离卫生防护距离 14 8 煤气发生站环境风险煤气发生站环境风险 15 8.1 煤气危险性 15 8.1.1 危险物质识别及及毒理性质 15 8.2 事故树分析 16 8.2.1 煤气中毒事故树分析 16 8.2.2 煤气管道
3、爆炸事故树分析 17 2008.8 1 SCIVIC 煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 8.2.3 焙烧炉爆炸事故 17 8.2.4 分析结果 18 8.2.5 煤气泄漏后果的计算 19 8.3 风险管理要求 20 8.3.1 风险防范措施 20 8.3.2 事故应急预案 20 8.3.3 风险事故的组织 20 8.3.4 火灾爆炸事故预案 21 8.3.5 煤气泄露中毒事故预案 21 8.3.6 停电事故预案 22 8.4 环境风险评价结论 22 2008.8 2 SCIVIC 煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 1 煤气发生炉的产业政策及发展趋势煤气发生炉的产业政策及发展趋势 产业结构调整指
4、导目录(2005 年本)中规定： 钢铁行业一段式固定煤气发生炉项目（不含粉煤气气化炉）属于限制类，机械行业直径 1.98 米水煤气发生炉属于落后产品。 现中国境内有大小煤气发生炉几千座，主要以单段式煤气炉为主。两段式煤气发生炉相对较少，两段的煤气炉从长远来看，将来是单段煤气炉的替代产品。可从环保和节能两个方面考量；第一：对环境的污染，单段炉冷煤气对水的污染严重，特别是在净化过程中煤气直接用水来洗涤，降温，把煤气中大量的杂质带出；产生的酚水对环境污染严重，两段炉的净化采用间接冷却，很大程度上避免了对水的污染。第二：对煤炭利用率的提高，单段炉的气化强度比较底，两段炉在原气化层上加高了干馏层使煤炭在
5、进入气化层时以成为半焦炭状，使煤炭气化的更完全，从煤渣中可以非常清楚的看到两段式煤气炉生产出的灰渣含炭率非常底， 一般在 12%左右； 单段炉在 20%左右。所以煤气炉发展的趣势将以两段式煤气炉为主，单段炉将退出历史的舞台。两段式煤气炉广泛的应用在建材，冶金，耐材，玻璃，化工等行业。 2 煤炭气化方法分类和气化剂类型分类煤炭气化方法分类和气化剂类型分类 2.1 按气化方法分类按气化方法分类 按照煤在气化炉的流体力学条件，可分为： 移动床气化：移动床气化也称固定床气化，由于煤粒在气化炉中逐渐向下移而得名，需要块煤为原料。 流化床气化：流化床气化是以小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使之悬浮分散在垂直
6、上升气流中。床内类似沸腾的液体，由于剧烈的颗粒运动，床层几乎没有温度梯度和浓度梯度。 气流床气化：气流床气化是一种并流式气化，气体将煤粉带入高温气化炉，产生煤气，残渣以熔渣形式排出。也可将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉。 熔融床气化：其特点是温度较高（16001700），熔池高度稳定，煤粉和气化剂以切线方向高速喷入熔池，池内融溶物保持高速旋转，三相高速接触生成煤气。 2.2 煤气按照气化剂分类煤气按照气化剂分类 发生炉煤气的产品也属于固体燃料（煤和焦炭）经过气化的一种热加工过程，即用氧或氧化合物（蒸汽；二氧化碳）通过高温的固体燃料（煤、焦碳）层，其中起氧2008.8 1 SCIVIC 煤气发生炉
7、有关问题讨论（张松安） 化作用的有机物质（空气、水蒸汽）称为气化剂，生成含有氢、一气化碳及甲烷等的混合气体称为煤气。按气温化剂的不同分为下列三种： 空气煤气：以空气为气化剂。 水煤气：以水蒸气为气化剂。 混合煤气：以空气和水蒸气为气化剂。 我们常见的煤气是固定床产生的混合煤气。 3 煤气发生炉工作原理煤气发生炉工作原理 3.1 单段式煤气发生炉工作原理单段式煤气发生炉工作原理 煤气发生炉工作原理是以煤为原料生产煤气，供燃气设备使用的装置。固体原料煤从炉顶部加入， 随煤气炉的运行向下移动， 在与从炉底进入的气化剂 （空气、 蒸汽）逆流相遇的同时，受炉底燃料层高温气体加热，发生物理、化学反应，产生
8、粗煤气。此粗煤气（即热煤气）经粗除尘后可直接供燃烧设备使用。这样在煤气发生炉中形成了几个区域，一般我们称为“层”。 按照煤气发生炉内气化过程进行的程序， 可以将发生炉内部分为六层 1） 灰渣层；2）氧化层（又称火层）；3）还原层；4）干馏层；5）干燥层；6）空层；其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。 （1）灰渣层： 煤燃烧后产生灰渣，形成灰渣层，它在发生炉的最下部，覆盖在炉篦子之上。 其主要作用为：a 保护炉篦和风帽，使它们不被氧化层的高温烧坏；b 预热气化剂，气化剂从炉底进入后，首先经过灰渣层进行热交换，使灰渣层温度降低，气化剂温度升高。c 灰渣层还起了布风作
9、用，使进入的气化剂在炉膛内尽量均匀分布。 （2）氧化层： 也称为燃烧层（火层）。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳， 并放出大量的热量。 它是气化过程中的主要区域之一， 其主要反应是： C+O2CO2氧化层的高度一般为所有燃料块度的 3-4 倍，一般为 200 毫米。气化层的温度一般要小于煤的灰熔点。 （3）还原层： 在氧化层的上面是还原层。 赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的2008.8 2 SCIVIC 煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 本领，所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名，称为还原层，其主要反应为： CO
10、+C2CO H2O+CH2+CO2H2O+CCO2+2H2 （4）干馏层： 就是把煤中的挥发份， 焦油等物质经过加热后所产生的 CmHm 化合物分离出来，然后再进入还原进行化学反应，其高度为 200 厚。 （5）干燥层： 干燥层位于干馏层上面，也即是燃料的面层，主要是把煤中的水发蒸发即可。 （6）空层： 空层即燃料层上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气。 2COCO2+C 以及 2H2O+COCO2+H2从上面六层简单叙述，我们可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是比较复杂的，既有气化反应，也有干馏和干燥过程。而且在实际生产的发生炉中，分层也不是很严格的， 相邻两层往往是相互交错的， 各层
11、的温度也是逐步过渡的， 很难具体划分，各层中气体成份的变化就更加复杂了。 3.2 两段式煤气发生炉两段式煤气发生炉 3.2.1 与单段式煤气发生炉区别 两段式煤气发生炉是针对单段式煤气发生炉而言的，单段式煤气发生炉效率较低，煤焦油在高温下裂解为沥青质焦油，与煤气中的粉尘混杂在一起，容易沉淀在管道内堵塞管道，因而这种传统的单段炉只适用于输送距离较短，对燃料要求不高的窑炉及工业炉。单段煤气炉生产的煤气中的焦油已经高温裂解，无法用电捕器清除，因而对于使用净化煤气的用户，其工艺必须采用大量水来洗涤净化煤气，洗涤水中含有酚类物质而容易对周围的环境形成污染问题。 但实际上双段式煤气发生炉也可分为 6 层，
12、干馏层和干燥层实际是“上段”，氧化层和还原层为“下段”。 3.2.2 两段式煤气发生炉的原理 2008.8 3 SCIVIC 煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 两段式煤气发生炉分上段和下段煤气出口， 首先煤从炉顶煤仓经两组下煤阀进入炉内，煤在干馏段经过充分的干燥和干馏，逐渐形成半焦，进入气化段，炽热的半焦在气化段与炉底鼓入的气化剂充分反应，经过炉内还原层、氧化层进行汽化，由炉栅驱动从灰盆自动排出灰渣，煤在干馏的过程中，将挥发分析出生成上段干馏煤气，约占总煤气量的 40%，其热值较高(7400KJ/NM )，温度较底(120)，并含有大量的焦油。这种焦油为低温干馏产物，其流动性较好，可采用静电除
13、尘器捕集起来，作为化工原料和燃料。在气化段，炽热的半焦和汽化剂经过氧化、还原等一系列化学反应生成的煤气，称为下段煤气，约占总煤气量的 60%，其热值相对较低(6000KJ/NM )，温度较高(450)，因煤在干馏段低温干馏时间充足，进入气化段的煤已变成半焦，因而生成的煤气基本不含焦油。底部煤气经旋风除尘器、风冷器等设备进行除尘降温进入间冷器， 与上段煤气汇合进入电捕轻油器得到进一步净化， 保证了净化煤气的质量，满足了用户生产的需要。 3.2.3 典型的煤气发生炉技术参数和图示 典型的两段式煤气发生炉技术参数和图示见表 1 和图 1。 表表 1 典型两段式煤气发生炉主要技术参数典型两段式煤气发生
14、炉主要技术参数 类别 参数 类别 参数 规格 3.2m 上段煤气出口温度 100150 炉膛直径 3200mm 下段煤气出口温度 550600 适用燃料 弱粘结性烟煤、年老褐煤、部分气煤 上段煤气出口压力 980Pa 燃料粒度 1350mm 下段煤气出口压力 1470Pa 气化剂 空气、水蒸气 空气压力 40007000Pa 燃料消耗量 20002400kg/h 饱和空气温度 5565（60） 平均煤气产量 60007500Nm3/h 水套工作压力 294kPa 气封压力 200300kpa 加煤方式 天车料斗加煤 出渣方式 湿式自动出渣 炉耗水量 1t/h 电机装机总功率 150KW 干馏段煤气发生炉是在一段炉的基础上， 借鉴两段炉的一些优点开发的一种更适合于烟煤用户生产工艺的炉型。 它既吸收了煤炭干馏时产生的热值较高的干馏煤气和低温轻质焦油，又实现了煤炭完全气化时生成较多的气化煤气，具有投资小、煤气热值高、施工周期短的特点： 2008.8 4 SCIVIC 煤气发生炉有关问题讨论（张松安） 表表 2 干馏段煤气发生炉主要技术参数干馏段煤气发生炉主要技术参数 发生炉规格 名称 单位 2.0 2.4 2.6 3.0 3.2 型号 KM5Q2.0 KM5Q2.4 KM5Q2.6 KM5Q3.0 KM5Q3.2 炉膛直径 mm 2000 2400 2600 3000 32
