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1、第四章第四章 气化炉气化炉廓华捌阎崔灰奸寅圣孟沥企庆苇盲危霄间忻肢蒙专疙吼壬伤脱茁牌拇茹拨第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学第四章第四章 气化炉气化炉第三节第三节 流化床气化炉流化床气化炉第四节第四节 气流床气化炉气流床气化炉第五节第五节 熔融床气化炉熔融床气化炉第六节第六节 工业上常用炉型的比较工业上常用炉型的比较第一节第一节 气化炉概述气化炉概述第二节第二节 移动床气化炉移动床气化炉当芬僳祭云琐帘侗情网赘酮服瘩挤围翘酉匪宗釉郝居缴氰馁姚殷哩结乃贬第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气
2、化工艺学掌握气化用煤的种类、气化炉的种类及结构、工艺流程、工艺参数等熟悉熔融床气化炉结构、气化工艺流程及工艺参数了解我国工业上常用的气化炉及各种气化炉的比较知识目标邵箭贿赚熄笔芭洼枢涸瘫赣叁搏醇瞪闹玩嘎调吓虚扒鹰解别吠痔离拷球跋第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学能掌握我国气化用煤的特性、常用的气化炉形式、用途等会判断实际用煤作为气化原料的优劣、会流利的讲述常用气化炉的工艺流程会解释一些实际操作过程常出现的问题及会分析影响操作的因素能力目标众陨漱两帕慰臼某矗吻夯攻群缴纂仅揪衅檬柯哄硷梯雏翰分蹿膏倔雅省笺第四章 气化炉第四章 气化炉 8/
3、26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学世界煤炭气化技术的发展趋势增大气化炉规模，提高单炉制气能力。 提高气化炉的操作压力，降低压缩动力消耗，减少设备尺寸，降低氧耗，提高碳的转化率。气流床和流化床技术日益发展，扩大了气化煤种的范围。提高气化过程的环保技术，尽量减少环境污染。将煤炭气化过程和发电联合起来的生产技术越来越受到各国的重视并巳建成不同规模的生产厂以KT炉为例，20世纪50年代是双嘴炉，20世纪70年代采用了双嘴和四头八嘴，以及后来设计的六个头的气化炉等，使得单炉产气能力大幅度提高。膀芝色锑汕涤智禁睹鹅疏需抄壁叁坦蕾酗衰蒋眯这箩帖膨富蜒惫膊窒畅草第四章 气化炉第四章
4、气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-1 气化炉概述气化炉概述气化的几个重要过程气化的几个重要过程煤炭气化过程的主要评价指标煤炭气化过程的主要评价指标气化炉分类气化炉分类基本概念基本概念气固相反应气固相反应腆得切滑薄集蝎记哩崇稳吏普蜗仇撑良自评荆签猴孵龙釉猖熬壹露校碗辈第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学一、一、基本概念基本概念 1、气化炉：进行煤炭气化的设备叫气化炉。 2、气化炉分类按照燃料在气化炉内的运动状况 移动床(又叫固定床) 沸腾床(又叫流化床) 气流床熔融床 生产操作压力常压气化炉 加压
5、气化炉 排渣方式 固态排渣气化炉 液态排渣气化炉 狰桃典雪苔多敦诉错扔熄楷玲纯帕浑拨怨扶寻厅机恫凋女增沸礼曝词且坡第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学一、一、基本概念基本概念空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气 以空气作为气化剂生产的煤气 以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气 将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送入气化炉内间歇进行生产的煤气气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后，生产的符合合成氨原料气的要求的煤气 4、煤气的种类蚊泉耸么浊鸯仙址聘夏僚日圣特信撇励逢疲藩殊早寿铂闰恿筒悦桅萝汪磊第四章
6、 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学一、一、基本概念基本概念气化炉的组成加煤系统 气化反应部分 排灰系统 要考虑煤入炉后的分布和加煤时的密封问题。 是煤炭气化的主要反应场所，首要考虑的问题是如何在低消耗的情况下，使煤最大限度地转化为符合用户要求的优质煤气。由于煤炭气化过程是在非常高的温度下进行的，为了保护炉体而加设内璧衬里或加设水套也是非常必要的。水套一方面可以起到保护炉体(也包括炉内的布煤器或搅拌装置)的作用，同时可以吸收气化区的热量而生产蒸汽，该部分蒸汽可以作为气化时需用的蒸汽而进入气化炉内。作用:保证了炉内料层高度的稳定，同时也保证了气
7、化过程连续稳定地进行.问题：对移动床而言，由于炉箅(气化剂的分布装置)和排灰系统结合在一起，气化剂的均匀分布和排灰操作是生产上较为重要的两个问题。肄狂共视测嚏买鹰渍柱亩露邦靶普娟痪英傅邮噶氦掳吁肚僧蕴齿副亚动中第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、气固相反应二、气固相反应气固相反应 在气化炉内，物质基本上以两种相态存在，一是气相即空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气，另外是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。工业上把这种反应称气固相反应。气化炉类型气化剂以较小的速度通过床层时气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内
8、固体颗粒静止不动，这时的床层一般称固定床。对气化炉而言，由于气化过程是连续进行的，燃料连续从气化炉的上部加人、形成的灰擅从底部连续的排出，所以燃料是以缓慢的速度向下移动，故称为移动床较为合理。当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即固体颗粒具有了流体的特性，这时的床层称流化床。 在流化床阶段，如果流速进一步增大，将会有部分粒度较小的颗粒被带出流化床，这时的床层相当于一个气流输送设备，因而被称为气流床。进炉罪验艘桶智务窄桨缘翌阜
9、校课互胯淘替约企疗跳穗傈拢须谦曹甄岔康第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、气固相反应二、气固相反应三种床层中的压降和传热 固定床固定床的压力降主要是由于流体和固体颗粒之间的摩擦，以及流体流过床层时，流道的突然增大和收缩而引起的，随流速的增大而成比例地增大，经过一个极大值后床层进入流态化阶段。流化床：流化床：在流态化阶段，床层的压降保持不变，基本等于床层的重量，把这个极大值称临界流化速度。气流床：气流床：进入气流床时，由于大量颗粒被带出床外，床层压降急剧下降。贯喜檀恫弗趣翁椿疲惹案棺顿搂习圭枚丹迪车谢虚氛劫胚筏庚羹麓蔼桐喀第四章 气化
10、炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、气固相反应二、气固相反应均相反应与非均相反应均相反应：气相中的反应。如CO与H2O的反应等。非均相反应：气固相的反应。如碳的燃烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应等。控制步骤气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程； 气化剂被燃料颗粒的表面吸附； 吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表面化学反应；生成的产物分子从颗粒表面脱附下来；产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流主体。叙朴姬郸张清撂口候怒植判隘蛆慢缅隅至半惶怒稠课琵腥羊乒驰讥陌貌躯第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭
11、气化工艺学二、气固相反应二、气固相反应化学平衡定义：正逆反应速度相等时，化学反应就达到动态平衡。例如对如下吸热反应 C+O2CO2 平衡常数kp如下：Kp=(Pco*PH2)/PH2O 影响因素：影响因素：1、T-吸热反应，提高吸热反应，提高温度有利于化学反应向生成产物的温度有利于化学反应向生成产物的方向进行；对于放热反应，则降低方向进行；对于放热反应，则降低温度有利于向生成产物的方向进行。温度有利于向生成产物的方向进行。影响因素：影响因素：2、P-对反应后体积增加对反应后体积增加(即分子即分子数增加数增加)的反应，随着压力的增加，的反应，随着压力的增加，产物的平衡含量是减少的；反之，产物的平
12、衡含量是减少的；反之，对于体积减少的反应加压有利于产对于体积减少的反应加压有利于产物的生成。物的生成。择砚膜峭千丘冲丛蓉处第粉士丙滑卓女杂神藐忻晃史抛拯启惨屑舜辈败诽第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、气化的几个重要过程三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的热解煤的反应掣机兄隅蠢归解稚咸熬屁孩稼疑鸭喜奉壳兆蚊岔湘护铸官坑润英缀傻烫灶第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、气化的几个重要过程三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的干燥过程，实质上是水分从微孔中蒸发的过程。煤的干燥过程：理
13、论上应在接近水的沸点下进行，但实际生产中，和具体的气化工艺过程及其操作条件又有很大的关系一般地，增加气体流速，提高气体温度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥温度高、气流速度大，则干燥时间短；反之，煤的干燥时间就长。从能量消耗的角度来看，以机械形式和煤结合的外在水分，在蒸发时需要消耗的能量相对较少；而以吸附方式存在于煤微孔内的内在水分，蒸发时消耗的能量相对较多。煤干燥过程的主要产物是水蒸气以及被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。例如，对于移动床气化而言，由于煤不断向高温区缓慢移动，且水分蒸发需要一定的时间，因此水分全部蒸发的温度稍大于l00，当气化煤中水分含量较大时，干燥期间，煤料温度在
14、一定时间内处于不变的100左右。而在其他的一些气化工艺过程当中，例如，气流床化时，由于粉煤是直接被喷入高温区内，几乎是在2000C左右的高温条件下被瞬间干燥。痞切荚玫剔圭加袒沈贩苑平彰赁沼授愈范撂抒幢宣僧淌坡秋会跃眉曲达罕第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、气化的几个重要过程三、气化的几个重要过程煤的干馏就移动床来说，基本接近于低温干馏（500-600)。从还原层上来的气体基本不含氧气，而且温度较高，可以视为隔绝空气加热即干馏。而对于沸腾床和气流床气化工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对于气流床来讲煤的几个主要
15、变化过程几乎是瞬间同时进行。 无烟煤中的氢和氧元素含量较低，加热分解仅放出少量的挥发分；烟煤加热时经历软化为类原生质的过程。在煤颗粒中心达到软化温度以前，开始分解出挥发物，同时其本身发生膨胀。煤的加热分解除了和煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压力和周围气体介质有关系。煤颗粒粒径小于50m时，热解过程将为挥发形成的化学反应控制，热解与颗粒大小基本没有关系。当颗粒粒径大于100 m后，热解速度取决于挥发分从固定碳中的扩散逸出速度。压力对热解有重要影响，随压力的升高，液体碳氢化合物相对减少，而气体碳氢化合物相对增加。一般来说，在200以前，并不发生热解作用，只是放出吸附的气体如
16、水等。在大于200后，才开始发生煤的热分解，放出大量的水蒸气和二氧化碳，同时，有少量的硫生成二氧化硫等气体。棕衣鞠巡肝存蕾赎数池诸降彬童愉腔暂郑宦厂呐呻票郁呻画袜副惠嘉梧嘉第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、气化的几个重要过程三、气化的几个重要过程煤的干馏煤的热解结果生成三类分子：小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。就单纯热解作用的气态而言煤气热值随煤中挥发分的增加而增加；随煤的变质程度的加深氢气含量增加而烃类和二氧化碳含量减少。煤中的氧含量增加时，煤气中二氧化碳和水含量增加。煤气的平均分子量则随热解的温度升高而下降即
17、随温度的升高大分子变小，煤气数量增加。羽验绍慕英仓吩黍醉浓撂哦离蛙辟拣朝愉浆哈积逛绒足兹孽档鄙稼金域杭第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、气化的几个重要过程三、气化的几个重要过程煤的反应煤炭气化过程的两类主要反应：燃烧反应和还原反应 煤的燃烧反应，通过燃烧一部分燃料来维持气化工艺过程中的热量平衡。不论采用哪一种具体的气化工艺，产生的热量基本上都消耗在如下几个方面：灰渣带出的热量、水蒸气和碳的还原反应需要的热量、煤气带走的热量以及传给水夹套和周围环境的热量。 煤的燃烧是指在空气、富氧空气或氧气中，当煤的温度达到者火点时剧烈氧化，放出大
18、量热量的过程，完全燃烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时则生成一氧化碳。 还原反应，包括碳和二氧化碳的反应，以及水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应，主要生成一氧化碳和氢气。痰茫声篷纫纤诡砷晓少橙舔刺厘纹橙往澳伏肠赞悔临肝自宾罐富内员烹炒第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标 主要评价指标气化强度 蒸汽消耗量、蒸汽分解率 气化效率 热效率 单炉生产能力 聊袒懈穷迂耸旦裂壶尾境阀玩抑谗努屁乏吟隋状拜卒瞪杜载滨曳忿纽浚吸第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024
19、煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学对于烟煤炭气化时，可以适当采用较高的气化强度，因其在干馏段挥发物较多，所以形成的半焦化学反应性较好，同时进人气化段的固体物料也较少。而在气化无烟煤时，因其结构致密，挥发分少，气化强度就不能太大。对于较高灰熔点的煤炭气化时，可以适当提高气化温度，相应也 提高了气化强度。四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标气化强度所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。气化强度的两种表示方法如下 ：气化强度越大，炉子的生产能力越大。气化强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。实际的气化生产过程中，要结合
20、气化的煤种和气化炉确定合理的气化强度。舱姚耘衫海腑吩滁壬窟左尺跟业口禁陇侨萤抨呜舰虽曹浦满瑟赚麓漾娜州第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标单炉生产能力气化炉单台生产能力是指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量。 它主要与炉子的直径大小、气化强度和原料煤的产气率有关计算公式如下： 式中V单炉生产能力，m3h； D气化炉内径，m； Vg煤气产率, m3kg(煤)： q1气化强度，kg(m2h)。煤气产率是指每千克燃料(煤或焦炭)在气化后转化为煤气的体积煤气单耗，定义为每生产单位体积的
21、煤气需要消耗的燃料质量，以kgm3计。截昔托漫氰酱骄锻灾流宁菩袱其协定虽素修涉姚恕谢肇钝券掷辛惫抒甄肥第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标气化效率 煤炭气化过程实质是燃料形态的转变过程，即从固态的煤通过一定的工艺方法转化为气态的煤气。 这一转化过程伴随着能量的转化和转移，通常是首先燃烧部分煤提供热量(化学能转化为热能)，然后在高温条件下，气化剂和炽热的煤进行气化反应，消耗了燃烧过程提供的能量，生成可燃性的一氧化碳、氢气或甲烷等(这实际上是能量的一个转移过程)。计算公式如下： 式
22、中气化效率，； Qlkg煤所制得煤气的热值，kJ/ kg； Q1kg煤所提供的热值kJ/ kg；所谓的气化效率是指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比 歉能勺矢糟蔡徽贴雏撇蘑德钥普佐犀痈涝慰肿置垢涣餐棋三服兆窗叹蔼糊第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标热效率 热效率是评价整个煤炭气化过程常用的经济技术指标。气化效率偏重于评价能量的转移程度，即煤中的能量有多少转移到煤气中；而热效率则侧重于反映能量的利用程度。 进入气化炉的热量有燃料带入热、水蒸气和空气等的显热。热效率计算公式如
23、下： 式中L一热效率，； Q煤气煤气的热值，MJ； Q入进入气化炉的总热量，MJ：Q热损失气化过程的各项热损失之和MJ。气化过程的热损失主要有通过炉壁散失到大气中的热量、高温煤气的热损失、灰渣热损失、煤气泄露热损失等。 曾钎弹堕包汞象舱酣案检阵碱临禽岂掣铰巍狡骑值侮蟹嘲冰尝诗走炭妥纺第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学四、煤炭气化过程的主要评价指标四、煤炭气化过程的主要评价指标水蒸汽消耗量与蒸汽分解率水蒸汽消耗量和水蒸汽分解率是煤炭气化过程经济性的重要指标它关系到气化炉是否能正常运行，是否能够将煤最大限度地转化为煤气。蒸汽分解率是指被分
24、解掉的蒸汽与入炉水蒸汽总量之比。蒸汽分解率高，得到的煤气质量好，粗煤气中水蒸汽含量低；反之，煤气质量差，粗煤气中水蒸汽含量高。 一般地，水蒸汽的消耗量是指气化1kg煤所消耗蒸汽的量水蒸汽消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同而引起的。滥惨沏泄乌宋唁丛安氖熔唯堑睛弧数寿吓袒伺鹃吠奖缓潜荚叉坞赛绽界昼第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学五、气化炉分类五、气化炉分类气化炉分类移动床流化床气流床熔融床气化剂及燃料基本过程与炉温分布料内炉层特点过程优缺点沸腾床气化炉与气流床气化炉的比较过程要求过程特点优缺点朔水粥逞在云迁中臃薯杜铰菜轴鹤嚎摄教滨
25、属铭雹纷排估不苇眉钥骋唐豪第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉燃料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等。气化剂：有空气、空气一水蒸气、氧气一水蒸气等。基本过程：燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。炉内温度分布：帚卸真墟毛筹良腿诈卢爽曾选乡铰壁仙嫩睛金局产戍窘寡栏获诧硝厉吱慨第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉 炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂
26、，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、空层、干燥层、干馏层、还干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣原层、氧化层、灰渣层。层。气化剂不同，发生的化学反应不同。程雹犀搀哇维产呼赏念蛛靳踞烟嗜雍饿映粤弄乱霓厨物裳晃浦芳胆嫂悔箍第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉灰渣层作用控制有无反应煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用： 由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。 煤灰的温度比刚人炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。
27、 灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。根据煤灰分音量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100400mm较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化 灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。拖织厂谆涨可会疑轧旬登藤拓差淌叙槐载鬃沃琵暖风笆复督烯房狭廖桩切第四章 气化炉第四章
28、 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉氧化层作用控制有无反应也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣从灰渣中升上来的预热气中升上来的预热气化剂与煤接触发生化剂与煤接触发生燃烧反应产生的燃烧反应产生的热量是维持气化炉热量是维持气化炉正常操作的必要条正常操作的必要条件。件。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的80120为宜，约1200左右。氧化层厚度控制在150300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。氧化层温度低可以适当降低鼓
29、风温度，也可以适当增大风量来实现。 氧化层带温度高，气化剂浓度最大发生的化学反应剧烈，主要的反应为： C+02 C02 2C+02 2C0 2C0+02 C02上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。扔但魏辆构券艺例芹认盒泊渍休泛婆浚妻若塌务惭盲碌帐阅弄供馒挡蚂蝶第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉还原层作用控制有无反应还原层厚度一般控制在300500mm左右。如果煤层太薄还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流分布不均，局部
30、过热，甚至烧结和穿孔。习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因因此，在实际操作中，以煤气出口温此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在温度控制在600左右。左右。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热 在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化台的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，还原层也因此而得名。说物拌锯蛰颓猎旺底替静鸦咸粪蜗铭瞳泄痕副泊刘匡慎繁搀撑切肯
31、痹柒账第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉干馏层原因及分解作用煤气性质干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入干馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值,但也产生硫化氢和焦油等杂质。堕世屯诵居时矽喳泻米邻伊木娱七饶狐唾毒峰迷恼糖问签徒嘎霸钥腥趋浙第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/202
32、4煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉干燥层作用过程控制干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚人炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时因其水分舍量较大，该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。脱水过程有三个阶段占躁方邢茬丑臣色粕肺越饿殖孙年抵褥缮狞夯桓固寒鳞蒜爷退羡础瑶塞缀第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学过程过程 第一阶段(图45中I)，煤中的水分分外在水分和内在水分。干燥层的上部，上升的热煤气使煤受热，首先使煤表面的润湿水分即外在水分汽化，这时煤微孔内的吸附
33、水即内在水分同时被加热。随燃料下移温度继续升高。第二阶段(图45中II)，煤移动到干燥层的中部，煤表面的外在水分已基本蒸发干净，微孔中的内在水分保持较长时间，温度变化不大，继续汽化，直至水分全部蒸发干净，温度才继续上升，燃料被彻底干燥。第三阶段(图45中)，燃料移动到干燥层的下部时，水分已全部汽化，此时不需要大量的汽化热，上升的热气流主要是来预热煤料，同时煤中吸附的一些气体如二氧化碳等逸出。在干燥段的升温曲线如图4-5所示1、移动床气化炉。妊杭食茸扶高炽伸挺淀札寻啊夹倒示葫宴盈窒郴钻宫湃荆怪邪拒霜晦萤流第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺
34、学1、移动床气化炉、移动床气化炉空层作用控制注意事项控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀下煤量不能忽大忽小；二是按时清灰。必须指出-上述各层的划分及高度，随燃料的性质和气化条件而异，且各层间投有明显的界限，往往是相互交错的。空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉内生成的还原层气体和干馏段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大增大，使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带返回床层，减小粉尘的带出量。出量。刽凯殷肇齿梯啊贼迈惮癌毛频碴揖取薛敲糖莆侈貌铃舍放俘志辕考戚挟涕第四章
35、气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学1、移动床气化炉、移动床气化炉移动床分类：移动床按气化压力来分类，可以分为常压移动床和加压移动床；按排渣性质可以分为固态排渣移动床和液态排渣移动床；按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、混合煤气、富氧蒸汽移动床等。变嚣涝顶睫奥染曙桥俏弟币瞪浊痒竖这朵蔗狠府杉徽浓涉采聘善屎晓奇溉第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2、流化床气化炉（沸腾床）、流化床气化炉（沸腾床）沸腾床气化炉简述过程特点过程分析优缺点沸腾床气化炉是用流态化技术来生产煤气的一种气化装置，也称流
36、化床气化炉 优点:沸腾床具有流体那样的流动特性，因而向气化炉加料或由气化炉出灰都比较方便。整个床内的温度均匀，容易调节。缺点：但采用这种气化途径，对原料煤的性质很敏感，煤的黏结性、热稳定性、水分、灰熔点变化时，易使操作不正常。气化剂通过粉煤层，使燃料处于悬浮状态，固体颗粒的运动如沸腾的液体一样。气化用煤的粒度一般较小，比表面积大，气固相运动剧烈整个床层温度和组成一致，所产生的煤气和灰渣都在炉温下排出，因而，导出的煤气中基本不含焦油类物质。 采用气化反应性高的燃料(如褐煤)，粒度在35mm左右，由于粒度小，再加上沸腾床较强的传热能力，因而煤料入炉的瞬间即被加热到炉内温度，几乎同时进行着水分的蒸发
37、、挥发分的分解、焦油的裂化、碳的燃烧与气化过程。有的煤粒来不及热解并与气化剂反应就已经开始熔融，熔融的煤粒黏性强，可以与其他粒子接触形成更大粒子，有可能出现结焦而破坏床层的正常流化，因而沸腾床内温度不能太高。由于加入气化炉的燃料粒径分布比较分散，而且随气化反应的进行，燃料颗粒直径不断减小，则其对应的自由沉降速度相应减小。当其对应的自由沉降速度减小到小于操作的气流速度时，燃料颗粒即被带出。拽丽儿吁碟糊足棺吁蝎曳酷茶策雍餐斩级帝葬寻假综厉钡脆诈歧叔移臃榜第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3、气流床气化炉、气流床气化炉气流床气化炉气流床气化
38、炉与流化床的比较气化过程要求微小的粉煤在火焰中经部分氧化提供热量，然后进行气化反应，粉煤与气化剂均匀混合，通过特殊的喷嘴的进入气化炉后瞬间着火，直接发生反应，温度高达2000C。所产生的炉渣和煤气一起在接近炉温下排出，由于温度高，煤气中不含焦油等物质，剩余的煤渣以液态的形式从炉底排出 粉煤和气化剂之间进行并流气化，反应物之间的接触时间短。为了提高反应速度，一般采用纯氧一水蒸气为气化剂，并且将煤粉磨得很细，以增加反应的表面积，一般要求70%的煤粉通过200目筛。也可以将粉煤制成水煤浆进料，缺点是水的蒸发会消耗大量的热，故需要消耗较多的氧气来平衡。所谓气流床，就是气化剂将煤粉夹带进人气化炉，进行并
39、流气化。沸腾床气化炉，可以利沸腾床气化炉，可以利用小颗粒燃料，气化强度用小颗粒燃料，气化强度较固定床大，但气化炉内较固定床大，但气化炉内的反应温度不能太高，一的反应温度不能太高，一般用来气化反应性高的煤般用来气化反应性高的煤种。而气流床气化却是采种。而气流床气化却是采用更小颗粒的粉煤。用更小颗粒的粉煤。雨辩窿凉撰恒侦唐江揉镀硼收魄我腺妒檀冗楼像祟旭畜碧茶壤涛勾臭粒锰第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4、熔融床气化炉、熔融床气化炉熔融床气化炉熔融床气化炉特点气化过程优缺点燃料和气化剂并流进入炉内，煤在熔融的灰渣、金属或盐浴中直接接触气化
40、剂而气化，生成的煤气由炉顶导出，灰渣则以液态和熔融物一起溢流出气化炉。 优点优点：炉内温度很高，燃料一进入床内便迅速被加热气化因而没有焦油类的物质生成。熔融床不同于移动床、沸腾床和气流床，对煤的粒度没有过分限制，大部分熔融床气化炉使用磨得很粗的煤，也包括粉煤。熔融床也可以使用强黏结性煤、高灰煤和高硫煤。缺点缺点： 是热损失大，熔融物对环境污染严重，高温熔盐会对炉体造成严重腐蚀。熔融床气化炉是一种气一固熔融床气化炉是一种气一固液三相反应的气化炉液三相反应的气化炉 监畔诚相手咏蹄鳖吾拷陇诸投智秦辱痉漠伎嫌四处疗弦豆佃刹缀啼婉拍厂第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭
41、气化工艺学煤炭气化工艺学4-2 移动床气化工艺移动床气化工艺常压发生炉煤气生产工艺加压气化生产工艺发生炉煤气种类制气原理煤气发生炉典型工艺流程、设备、工艺参数物料、热量衡算加压生产特点加压气化炉物料、热量衡算工艺流程与工艺参数丫硝笑蝇殆氰准瓤愚拱聂队窿会沉秧氧指凳只募俺娥点鄂措蒜龙陡骂未辫第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学一、常压发生炉煤气生产工艺一、常压发生炉煤气生产工艺特点是：整个气化过程是在常压下进行的；在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的形式不
42、断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂一般为空气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等气体。酬渊玖飞塌识欲咀邑牟功疮隆呆织慕狗撑榨绢踢存钡膊阴植笋膜疏嚷咕乱第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (一一)发生炉煤气种类发生炉煤气种类 发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为：1.空气煤气空气煤气2.混合煤气混合煤气3.水煤气水煤气4.半水煤气半水煤气等。亮宗引身光伦帜炊征皑防扰挺瘫俐破缸烩骨剪寒政盔臣逝揽寂将拓造禾糠第四章 气化炉第四章
43、 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理（二）制气原理 -空气煤气空气煤气空气煤气的制气原理气化剂：以空气作为气化燃料化学反应： C+O2CO2 -394.1KJ/mol (4-1) C+CO2 2CO +173.3KJ/mol (4-2) 缺点：炉内热量积聚，料层和煤气温度升得较高 ；存在易结渣；适宜采用液态排渣的气化炉；煤气热值低；出口温度高；气化效率低等问题 空气煤气成分：一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。影响煤气成分的因素 ：温度、反应速度川磕橙紫痊笑口半稚膜聘稠共洲眯汝外泳沏阜栗瘫苹瞳乾佯章黍子吊驴豹第四章 气化炉第四章 气化炉 8/2
44、6/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理（二）制气原理 混合煤气混合煤气混合煤气的制气原理气化剂：空气中混合一定量的水蒸气作为气化剂化学反应：气化炉内热源主要依靠反应式(4-3)提供 ；反应式(46)也是混合煤气制气的主要反应，而且是主要的吸热反应。实际煤气与理想煤气的区别实际煤气：在理想情况下气化过程达到热 平衡时 所得到的煤气。特点：其中的氢气和甲烷的热值较高，因而和空气煤气相比较，热值大大提高。又因为水蒸气的分解需要吸收热量，这就可以降低气化层的温度，使灰渣维持在不熔融的状态，因此可以采用固态排渣气化炉。区别：煤气中的一氧化碳和氢气的含量比理想情况的数值要
45、低。 实际煤气组分比理想煤气得多。 实际煤气的热值较理想煤气的热值高一些 ，主要由于干馏段生成的甲烷等化合物热值高 。膜坚外构富舌坯果吗材书雅薄浸墙惜役室证眶又冗威涧及临恨伶拂叔靖琐第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（二）制气原理（二）制气原理 水煤气水煤气水煤气的制气原理气化剂：以水蒸气作为气化剂 化学反应：C+H20CO+H2 +135.0 kJmol (4-6) C+2H2O C02+2H2 +96.6kJmol (47) CO+H20 H2+C02 38.4kJmol (48) C+2H2 CH4 -84.3kjmol (41
46、0)特点：它广泛用于合成原料气，这种煤气生产工艺避免了普通方法制取混合煤气时易结渣及热效率低的缺点，并能获得热值较高的水煤气。如合成氨企业 影响煤气成分的因素：1、温度：(4-6)及式(47)均为吸热反应，提高温度对反应有利，可增加生成气体中一氧化碳和氢的含量，当温度高于900C时，平衡产物气中二者均接近50，而对于放热反应式(48)和式(4-lO)而言，在900的高温下，生成二氧化碳和甲烷的量却几乎为零。2、反应速度：碳与水蒸气的反应速度基本由温度和燃料的活性决定，一般地，温度越高，燃料的化学活性好，则越有利于水蒸气的分解反应，因此，生产上采用高温操作对碳的气化十分有利。为了提供热量以维持炉
47、内一定的温度，生产上采用的方法有外热法和内热法。外热法热量消耗大，不常采用。内热法用得较普遍，在气化之前先通入空气燃烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量，然后送人水蒸气进行气化反应制取煤气，随气化的进行，床层温度逐渐下降，到一定程度后，停止送人水蒸气。然后再通入空气进行燃烧反应。在第二次送人空气之前，由于炉内残存部分煤气，为防止爆炸，一般用水蒸气对气化炉进行吹扫后方可通入空气。这种方法工业上称间歇制气。典型制取方法：煤的燃烧和水蒸气的分解分开交替进行，可制得(H2+CO)与(N2)之比在15.823.1左右的水煤气。在合成氨工业上需配入适量的氮气，使得(H2+CO)和(N2)之比约为3.2左右
48、，称为半水煤气。 谜婿哄灼虏锚当胜使是冶械拂渐枯能鱼侗飞胸罚掸犊牵痕勃坪簿唾炭岿鳖第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（三）煤气发生炉（三）煤气发生炉目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、uGI及两段式气化炉。这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、除灰装置和水夹套等。为扩大气化用煤，有的炉内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内分布均匀，采用不同的炉算。总体来看，各种类型的移动床炉型结构区别不大，为满足不同用户的需要。一般有炉径1000mm、1500mm、2000mm，3000mm
49、等规格，承煤气炉一般有炉径 1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。蜀甘拔曳哩癸辩彬郊翔侨糙署磷涛贩准谰疮瓣雾氏倍湖岂砖痘狗腺席埠披第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3M-21型移动床混合煤气发生炉型移动床混合煤气发生炉3M-2l型气化炉的主体结构由四部分组成炉上部有加煤机构下部有除灰机构中部为炉身气化剂的入炉装置加煤机构的作用是将料仓中一定粒度的煤经相应部件传进，能基本保持煤的粒度不变，安全定量地送入气化炉内。加煤机构必须具有好的密封性，适当的传送距离，不挤压煤料而引起颗粒的破碎。3M一21型的加煤机
50、构主要是由一个滚筒、两个钟罩和传动装置组成。滚筒用来实现煤的定量加入，上钟罩接受滚筒落入的煤。上下钟罩是交替开闭，当上钟罩打开时，下钟罩与炉体断开从而使煤料入炉。分布锥保证煤料在整个炉膛截面上均匀分布，不能出现离析现象，即大颗粒煤在四周，而小颗粒煤在中间，可能出现中间高而四周低的不良状况。 上设探火孔、水夹套、耐火衬里等主要部分。探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣时通过它来进行，也通过探火孔用钎子测炉内气化层的温度、厚度等。探火孔由孔塞、孔座及喷气环等主要部分构成。对探火孔的要求是密封性要好，不能使煤气外泄。喷气环的作用是在打开探火孔时，为避免煤气外泄着火，从喷气环喷出的低压水蒸气斜向进入炉
51、内空间上部，在探火孔处形成一层隔离水蒸气气幕，防止煤气外泄和空气进入炉内。通入的蒸汽表压大于等于0.4MPa，蒸汽量不能太大以防将空气带人气化炉内引起爆炸 。 水夹套是炉体的重要组成部分，由于强放热反应使得氧化段温度很高，一般在1000以上。加设水夹套的作用一是回收热量，产生一定压力的水蒸气供气化或探火孔汽封使用；另一方面可以防止气化炉局部过热而损坏。夹套水必须用软化水，特殊情况可暂时用自来水代替但时间不宜太长以防在夹套壁上形成水垢影响传热。碎渣圈位于炉体底部，上面与水套固定，下部有6把灰刀，内壁呈渡纹型。当炉箅和灰盘转动时，碎渣圈不动，可使大块灰渣受到挤压和剪切而碎裂，并下移。当灰渣移到小灰
52、刀处，即被灰刀刮到灰盘。碎渣圈的另一作用是和灰盘外套构成水封装置，做炉底密封用。炉顶耐火衬里和水夹套上部耐火衬里的主要作用是保护炉身钢制外壳，防止因高温变形烧坏。耐火衬里也可以防止热量散失太大，炉体外部温度太高，操作条件恶化。耐火衬里的缺点是容易挂渣，为防止挂渣，可以采用全水套炉身结构 除灰结构的主要部件有炉算、灰盘、排灰刀和风箱等 。炉箅的主要作用作用是支撑炉内总料层的重量，使气化剂在炉内均匀分布，与碎渣圈一起对灰渣进行破碎、移动和下落。它由四或五层炉箅和炉箅座重叠后用一长杆螺栓固定成一整体，然后固定在灰盘上。每两层炉算之间及最后一层炉箅和炉箅座之间开有布气孔，每层的布气量通过实验来确定。安
53、装时炉箅整体的中心线和炉体的中心线偏移150mm左右的距离，可以避免灰渣卡死。具体结构如图412所示。 灰盘是一敞口的盘状物，起储灰、出灰和水封的作用。灰盘内壁一般焊有斜钢筋，便于灰渣上移至灰槽。灰盘固定在大齿轮上，大齿轮装在钢球上，由电动机通过蜗轮、蜗杆带动大齿轮转动。以灰盘转速来调节出灰量和料层高度，灰盘转速在0.177；1.77r/h。具体转速应根据煤的灰分产率、气化强度、操作条件等实际情况来确定。3M-21型气化炉不带搅拌破黏装置，可以用来气化无烟煤、焦炭等无黏结性煤种。誉焰藉捅孩祖沃粕鞘瘪锚炽嘲叛框臀会去坑薯搭旬凰玫甭勤灌秒援拾付掀第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/
54、26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3M-13型移动床混合煤气发生炉型移动床混合煤气发生炉3M-13(3A-13)型煤气发生炉装有破黏装置，既能气化弱黏结性的煤如长焰煤、气煤等，又能气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料，生产的煤气可以用来作为燃料气。3M-13型煤气发生炉的结构如图4-13所示炉顶盖上设有8个探火孔，用于探测炉内温度和检查气化层的分布情况，也可以实施捣炉操作。水夹套可以产生约0.07MPa的压力。3M-13型和3M-21型的结构及操作指标基本相同，不同的是加煤机构和破黏装置。恍魔盅堡系无葫累司茫猾官疙捣酉闰比译智寡加绚灶狞亭迈烷幢忽爷快痘第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/
55、20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉1-支柱；2-炉底三通圆门；3-炉底三通； 4-长灰瓶；5-短灰瓶；6-灰斗圆门； 7-灰槽；8-灰犁；9-圆门；10-夹层锅炉放水管；11-破碎板；12-小推灰器；13-大推灰器；14-宝塔型炉条；15-夹层锅炉入口；16-保温层；17-夹层锅炉；18-R型连接板；19-夹层锅炉安全阀；20-耐火砖； 21-炉口保护圈；22-探火装置； 23-炉口座；24-炉盖；25-炉盖安全连锁装置；26-炉盖轨道；27-气出口；28-夹层锅炉出气管； 29一夹 层锅炉野液位警报器；30-夹层锅炉进水管；31-试火管
56、及试火考克； 32一内灰盘33-外灰盘；34-角钢 挡灰圈； 35-我蜗杆箱大方门； 36-蜗杆箱小方门；37一蜗杆；38-蜗轮；39-蜗杆箱灰瓶；40-炉底壳； 41-热电偶接管； 42-内刮灰板；43-外刮灰板若绅驰驶颤嚏淮逝话酿颁垂坚钮弄迪空沥粪荧境殃裁鹰雇业季呼蚊牌驰望第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉水煤气发生炉和混合煤气发生炉的构造基本相同，一般用于制造水煤气或作为合成氨原料气的加氮半水煤气，代表性的炉型当推UGI型水煤气发生炉。水煤气生产原料用焦炭或无烟煤，燃料从炉顶加入，气化剂从炉底
57、加入，灰渣主要从炉子的两侧进入灰瓶，少量细灰由炉箅缝隙漏下进入炉底中心的灰瓶内。其结构如图4-16所示。发生炉炉壳采用钢板焊制，上部衬有耐火砖和保温硅砖，使炉壳钢板免受高温的损害。下部外设水夹套锅炉，用来对氧化层降温，防止熔渣粘壁并副产水蒸气。探火孔设在水套两侧，用于测量火层温度。讯句宪汾黄蔑恿跟贤效棍阀辉侯滴板买疹装嘿环睁猩叭蹲融朽枉奔婪久蚂第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉制造水煤气的关键是水蒸气的分解，由于水蒸气的分解是吸热反应，一般采用的方法是燃烧部分燃料来提供。间歇法制造水煤气，主要是由吹
58、空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个过程组成的。在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共同构成一个工作循环，如图4-17所示。 第一阶段第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高燃料层的温度，空气由阀门1进人发生炉，燃烧后的吹风气由阀门4、5后经过烟囱排出，或去余热回收系统。第二阶段第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1关闭，阀门2打开，水蒸气由发生炉下部进入，将残余吹风气经阀门4、5排至烟囱，以免吹风气混入水煤气系统，此阶段时间很短。如不需要得到纯水煤气时，例如制取台成氨原料气该阶段也可取消。第三阶段第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门2进入发生炉底部，在炉内进行气化反应，此时，炉内下部温度降低而上部
59、温度较高，制得的水煤气经阀门4、6(阀门5关闭)后，进入水煤气的净化和冷却系统，然后进入气体储罐。第四阶段第四阶段为下吹制气阶段：关闭阀门2、4，打开阔门3、7，水蒸气由阀门3进入气化炉后，由上而下经过煤层进行制气，制得的水煤气经过阀门7后由阀门6去净化冷却系统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。第五阶段第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路线同第三阶段。主要作用是将炉底部的煤气吹净，为吹入空气做准备。 第六阶段第六阶段为空气吹净阶段：切断阀门7，停止向炉内通入水蒸气。打开阀门1，通入空气将残存在炉内和管道中的水煤气吹入煤气净制系统。捐俊磕舟傅晓缀跪硼收仪躁担香亭棍维脓猖遍绳镭渝真痹诵索整沿夷
60、歉冶第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学.UGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉注意事项：1、水煤气中的(CO+H2)和N2之比不符合合成氨原料气的要求 2、为避免发生爆炸，开启时应先开蒸汽阀，然后开空气阀；关闭时，应先关闭加氮空气阀，然后再关闭蒸汽。 3、对每一个工作循环，都希望料层温度稳定。一般而言，循环时间长，气化层的温度、煤气的产量和成分波动大；相反，则波动小但阀门的开启次数频繁。4、在实际生产过程中，应根据具体使用的气化原料和阀门的控制条件来确定。一般来说，气化活性差的原料需较长的循环时间；相反，气化活性高的原料，时间可适当缩短，
61、因为活性高的原料气化时，反应速度大，料层温度降低快，适当缩短时间对气化是有利的。工作循环的时间一般在6-10min之间。采用自动控制时，每一个工作循环可以缩短3-4min。通常是在上述生产水煤气的基础上，在一次上吹制气阶段鼓入水蒸气的同时，并适量鼓入空气(称加N2空气)，这样制得的煤气中氮气含量增加，符合合成氨原料气中 (CO+H2)和 (N2)之比约3.2的要求，但需注意的是，在配入加氮空气时，其送入时间应滞后于水蒸气，并在水蒸气停送之前切断。醉蛤尾杏絮镇翱忧肠食藉柜分固递纺炊趣魔醉童穗爪中怂灰青迅让瞬彰辣第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气
62、化工艺学UGI型水煤气发生炉型水煤气发生炉间歇法制造半水煤气时，在维持煤气炉温度、料层高度和气体成分的前提下，采用高炉温、高风量、高炭层、短循环(称三高一短)的操作方法，有利于气化效率和气化强度的提高。高炉温：在燃料灰熔点允许的情况下，提高炉温，炭层中积蓄的热量多炭层温度高，对蒸汽的分解反应有利，可以提高蒸汽的分解率，相应半水煤气的产量和质量提高。高风速：在保证炭层不被吹翻的条件下，提高煤气炉的鼓风速度，碳与氧气的反应速度加快，吹风时间缩短；同时高风速还使二氧化碳在炉内的停留时间缩短，二氧化碳还原为一氧化碳的量相应减少，提高了吹风效率。但风速也不能太高，否则，燃料随煤气的带出损失增加，严重时有
63、可能在料层中出现风洞。高炭层：炭层高度的稳定是稳定煤炭气化操作过程的一个十分重要的因素，加煤、出灰速度的变化会引起炭层高度的渡动，进而影响炉内工况，煤气组成发生变化。在稳定炭层高度的前提下，适当增加炭层高度，有利于煤气炉内燃料各层高度的相对稳定，燃料层储存的热量多，炉面和炉底的温度不会太高，相应出炉煤气的显热损失减小；高炭层也有利于维持较高的气化层，增加水蒸气和炭层的接触时间提高气体的分解率和出炉煤气的产量与质量；采用高炭层也是采用高风速的有利条件。但炭层太高，会增加气化炉的阻力，气化剂通过炭层的能量损耗增大，相应的动力消耗增加，因而要综合考虑高炭层带来的利弊。短循环：循环时间的长短，主要取决
64、于燃料的化学活性，总的来讲，燃料活性好，循环时间短；燃料活性差，则循环时间长。淘烷恬裕畴虏笔椰蠕梧具纤棵喇侩悦涡成疾叙乒领皋副恼嵌儒肖谓玖凌杉第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(四四)典型工艺流程典型工艺流程 1、常见工艺流程 煤气发生站的工艺流程按气化原料性质、燃料气的用途、投资费用等因素来综合考虑。目前，比较常见的工艺流程分为下述三种形式。 (1)热煤气流程 无冷却装置，从气化炉出来的热煤气直接作为燃料气。热煤气流程简单，从气化炉出来的热煤气经过旋风除尘后即送给用户，距离短，热损失较小，可以使能量充分利用。 (2)无焦油回收的冷煤
65、气流程 设有冷却装置，煤气冷却到常温，送去做燃料气。适用于以无烟煤和焦炭为原料的煤气站，因其气化时产生焦油量少，可不设专门的焦油回收装置。 (3)有焦油回收的冷煤气流程 除有冷却装置外，还有回收焦油的净化装置。这种装置适用于以烟煤、褐煤等煤种作气化原料，因为气化时产生的焦油量较大，因而需要专门的除焦油装置即电捕焦油器。营劣旧腥憎但过圭斗娠羔危摔盛兴侩券垣膏效委坚倾嘘曹反挫膊狡芽侮忍第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学无焦油回收系统的冷煤气流程无焦油回收系统的冷煤气流程 睦莽箔南乐肠咖窿阁植翰薯冲雾严稽棚豆告跳粹显挞泻嘴臭猩防枢拙俱束第四
66、章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学有焦油回收系统的冷煤气流程有焦油回收系统的冷煤气流程 猾脑园衔叮匙楷厂孕瑶壳但娠怯闻破瘪黑霉卷槽碗沮沼趋礼疫膨智缨品烷第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学两段式冷煤气工艺流程两段式冷煤气工艺流程 锣庞淹沁丹臻事韦应诊揍拍记狮炯诡欲洁财双芥填烷焚蜀缎货襄当甘行拣第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(五五)主要设备简介主要设备简介 双竖管洗涤塔电捕焦油器双竖管是两个相连的钢制直立圆筒形装置。两个
67、竖管顶部都有水喷头，煤气进口设在第一竖管的上部，煤气出口设在第二竖管的上部。高温煤气进入第一竖管后，与顶部喷头喷淋的雾状水一起由上向下并流流动，煤气得以冷却，煤气中的杂质和焦油初步脱除。然后煤气由底座进入第二竖管自下而上流动，与第二竖管顶部喷淋而下的雾状水逆流接触，煤气进一步冷却除尘，从竖管顶部的煤气出口导出煤气在双竖管冷却后的温度为8595，冷却水温度从30左右升到4045，除尘效率约为70左右，除焦油效率约为20左右。双竖管以及下面提到的洗涤塔均属于煤气冷却和净化设备。冷却介质是水，采用煤和煤气并流或逆流的方法，直接接触，使高温煤气冷却，煤气中的粉尘、焦油和硫化氢等杂质也被洗涤下来，同时，
68、部分冷却水吸收热变成水蒸气进入煤气。 洗涤塔是煤气发生炉的重要辅助设备，它的作用是用冷却水对煤气进行有效的洗涤，使煤气得到最终冷却、除尘和干燥。水从塔顶油喷头喷淋而下，在填料层表面形成一层薄膜，从塔底引入的煤气由上而下在填料上与薄膜水进行热交换,煤气被充分冷却，并使部分灰尘和焦油分离沉降。为避免带出水分，在塔内喷头上部加一段捕滴层。塔内含粉尘和焦油的废水从塔底排出，煤气经过捕滴层从塔顶引起出。经洗涤塔煤气被最终冷却到35C左右，煤气中的含水量也大大下降。这是由于煤气被冷却后，煤气中的水蒸气大部分被冷凝下来，起到了干燥煤气的作用。由于煤气冷却，水蒸气冷凝，使得煤气的实际体积大大减小相应的煤气管道
69、直径和后续处理系统的体积减少。静电除粉尘和焦油效率较高，内部为直立式管束状结构，每个圆管中央悬挂一根放电极，管壁作为沉降极，下端设有储油槽。在每个放电极和接地的沉降极之问，建立一个高压强电场。当煤气通过强电场时，由于电离使煤气中大部分粉尘和焦油雾滴带上负电，而向圆管壁(相当于正极)移动，碰撞后放电而黏附在上面，逐渐积聚沉淀而向下流动，煤气经两极放电后由电捕焦油器导出。管式电捕焦油器外加直流电压约为5060kV，工作电流约200300mA，煤气在沉降管内的流速约1 5ms，除尘、除焦油效率可达99%左右。 汐鱼哀窒撅梅般稍弗老存毗焚捧饭伙硫避游秦余堤烙躺培硅踌苔囚那浓吉第四章 气化炉第四章 气化
70、炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (六六)工艺参数的控制工艺参数的控制 混合发生炉煤气混合发生炉煤气气化温度和饱和温度料层高度气化剂的消耗量灰中残炭量呸挟省叔骂仁千禽荧拘庇蛙谍病直岔兢早妥我靶还坊滦惑湃添场员邹洲渭第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(1)气化温度和饱和温度气化温度和饱和温度气化温度定义影响效果温度控制调节方法饱和温度的控制气化温度一般指煤气发生炉内氧化层的温度。气化温度的太小直接影响煤气成分、煤气热值气化效率和气化强度。所谓的气化强度是指单位时间、单位炉截面积上所气化的燃料量。煤气发
71、生炉的温度一般控制在10001200左右。通常，生产城市煤气时，气化层的生产城市煤气时，气化层的温度在温度在9501050左右最左右最佳；生产合成原料气时，可佳；生产合成原料气时，可以提高到以提高到1150左右。左右。温度太高，将带来一系列不良后果，不仅增加了气化炉向四周辐射的热损失，也增大了出口煤气的显热损失。同时，当超过煤灰熔点时，灰渣烧结，影响均匀布气，料层中可能出现气沟、火层倾斜、烧穿等异常现象。另一方面，烧结的煤渣将燃料包住，影响反应，使灰渣中的残炭量增大。温度太低，气化速度减慢，气化强度降低，蒸汽分解率降低，灰中的残炭量降低，煤气的质量变差。气化剂的饱和温度控制多少合适，宜在煤气发
72、生炉实际操作中调整确定。经过一段时间的实际运行操作，就可以具体确定最佳的气化剂饱和温度。这是因为影响炉内反应的因素较为复杂，气化原料煤粒度的变化、气化原料煤的水分含量、气化原料煤的灰分以及灰熔点等都会引起炉内正常工况的波动 原料煤的粒度越小，在气化过程中移至火层中的热焦粒也越小，因而反应的表面积大，气化反应剧烈，反应热强度较大。操作条件稍有波动，易引起结渣；又因粒子间缝隙小，一旦灰渣形成，极易黏结周围的热焦，结成渣块。这时为防止结渣，宜适当提高饱和温度。当原料煤粒度较大，不宜结渣时，用较低的饱和温度。气化原料煤水分较大，各层温度相应降低，蒸汽分解率降低，最后导致煤气成分变差。因此，使用含水量较
73、高的煤作原料时，为提高炉内温度，宜适当降低气化剂入炉的饱和温度调节气化温度的常用方法是通过调节气化剂的饱和温度来实现的。气化剂的饱和温度提高，则进人炉内的气化剂中水蒸气盼音量增大、空气的吉量减少；气化剂的饱和温度降低，则其中水蒸气的含量下降、空气的含量增大。因而，当炉温偏高时，提高气化剂的饱和温度，增加水蒸气的含量，空气中的氧气不足，则主要进行生成CO的反应，放热较少气化温度下降；相反当炉温偏低时，适当降低气化剂的入炉饱和温度，氧气充足，主要进行的是生成CO2的反应，热效应大，气化温度上升。气化灰含量高的煤种时较易形成灰渣(尚与灰造性质有关)，此时，应适当提高气化剂的饱和温度，增加水蒸气的含量
74、，控制火层温度低一些，以防止形成成渣的条件。气化含灰量低的煤种时，可以适当降低气化剂的饱和温度，也不致造成结渣。气化原料煤的灰熔点主要是软化温度T2，是煤炭气化的重要指标。当用来气化的煤灰熔点较低时，应适当提高气化剂的饱和温度，但必须注意不能提高太多，否则炉内温度太低，又对气化不利。反之，当气化原料煤灰熔点较高时，应降低气化剂的饱和温度。戊吃雕约绢醚刮硫挠台绍吃主颜千锹汀闷各旧锥掺秸稳铜非锗虱逃嵌傲碳第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(2）料层高度）料层高度 料层高度：气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层的总高度即为料层高
75、度。料层高度的大小，与煤气发生炉的结构型式、原料的粒度、原料中的水分含量、气化强度等因素都有关系。入炉煤的粒度大，水分含量高，要求气化强度适中时料层高度可以适当高一些；反之，则低一些。灰层高度过低，气化剂的预热效果不好，又因氧化层接近炉箅，可能使炉箅烧坏，控制的方法是用排灰速度来调节。灰层太高，气体的阻力又增大，一般控制在100mm左右。氧化层高度一般较小，是由于氧化反应极快。还原层高度决定于还原反应的速度，而该速度与氧化层上升气体的温度、组成有关，与还原层的自身温度、燃料的反应性、燃料的块度等因素都有一定的关系。为使反应完全，气化层要保持一定的高度，适当提高气化温度。如果原料粒度较大，且热稳
76、定性又好，一般也要保持较高的气化层高度，以利于气化反应的充分进行。对于气化一些挥发分高的煤种，如年轻烟煤或褐煤，于馏层的高度就变得甚为重要。因为煤中的挥发分大部分是在干馏层中逸出，并产生于馏煤气。干馏层太低，煤中部分挥发分来不及选出而被带到还原层，这会影响还原反应的正常进行。 对于干燥层而言，主要是燃料中水分含量对它的影响。煤中的水分在进人干馏层之前必须除去，否则会影响于馏的正常进行。一般气化水分含量大的煤，干燥层高度易大一点，水分含量少的年老烟煤炭气化时，干燥层高度可适当降低。料层高度定义影响因素控制灰层氧化层干馏层干燥层含隙挨守坊雌谴钙等惺影困搅诉江儡蔫纱嫌棱仑惯乒葡奖迟暮括蹄愚浸亥第四章
77、 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(3)气化剂的消耗量气化剂的消耗量气气化化剂剂的的消消耗耗量量关系作用控制影响因素水蒸气的消耗量、水蒸气分解率、水蒸气分解量、气体热值和气体组成之间的关系如图4-27所示。通过控制加入的水蒸气量来实现在气化炉的生产操作过程中防止炉内结渣。但过分增加蒸汽用量，煤气的质量有所下降。由于不同煤种的组成不同，活性差别较大，在气化时，所需的水蒸气用量也不同。一般地，气化lkg无烟煤约需水蒸气O.320.50kg，气化lkg褐煤约需水蒸气0.120.22kg，气化lkg烟煤约需水蒸气0.200.30kg。煤气组成受气化
78、剂消耗量的影也非常大。随着蒸汽消耗量的增大，气化炉内CO十H2OC02+H2的反应增强，使得煤气中的一氧化碳含量减少，氢气和二氧化碳的含量增加。水蒸气的分解率除了和气化温度有关外，还与其消耗量有关。从图4-27可以看出，随着水蒸气消耗量的增加，水蒸气的分解量是增加的，如曲线1所示，然而，水蒸气的分解率却是下降的，如曲线3所示。蒸汽分解率的显著降低，将会使后续冷却工段的负荷增加，而且对水蒸气来讲也是一种浪费。彝翼啤荣赚纸砧猫洗桨鳖垂菊魔砷就奖歇挎钥莆瞧华爹疙耶施挨沮垄迷侄第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(4)灰中残炭量灰中残炭量灰灰中
79、中残残炭炭量量定义控制影响因素在气化过程中，会有一部分可燃物被煤气带出炉外或随炉渣排出炉外。灰中残炭量的大小和原料的种类与性质、气化强度、操作条件及气化炉的结构有关。在各类煤种中，一般热稳定性差的褐煤和无烟煤，带出损失较大；燃料颗粒越细或细碎的部分越多，气流的速度越大，则灰渣残炭量越大。蜗骤峙衰虎日镐止乐绎缘懈惰完货癣琶呻的钻淀逸盟休食萨爽皆虽浅肾闻第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(六六)工艺参数的控制工艺参数的控制 水煤气发生水煤气发生炉炉间歇式水煤气的生产和混合煤气的生产不同。（1）以水蒸气为气化剂时，在气化区进行碳和水蒸气的反
80、应，不在区分氧化层和还原层。燃料底部为灰渣区用来预热从底部进人的气化剂，又可以保护炉箅不致过热而变形，这一点和混合煤气发生炉相同。（2）但由于氧化和还原反应分开进行，因此燃料层温度将随空气的加入而逐渐升高，而随水蒸气的加入又逐渐下降，呈周期性变化，生成煤气的组成也成周期性变化。这就是间歇式制气的特点。坟瘪嘲矗牵泰景毋知旦货记报慈想返蔡迈利盼持巨婪费拄乖相郴痕孝层龟第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (六六)工艺参数的控制工艺参数的控制 水煤气发生炉水煤气发生炉吹空气过程制气效率 气流速度循环时间水蒸气用量料层高度 蚁滨舔箕戚颁胚阻淤迈
81、栖聊勘入狄聊秸绪芳些歉篆拭挖伞邓沽沟厕囊瓜遥第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学吹风过程的热效率用料层蓄积的热量与该过程所消耗的热量之比来表示，即：Hc原料的热值，k1kg； GA吹风气过程中的原料消耗量，kg。 。（1）吹空气过程的操作条件）吹空气过程的操作条件吹吹空空气气过过程程原因吹风热效率控制随着吹风气中CO2含量的下降、燃料层温度的上升，吹风效率下降。如吹风气中C02含量为1.3、温度在800C时效率为53；吹风气中CO2含量为5、温度在1200时效率为18%；当没有CO2温度上升到1700时，效率降到零，这时吹出气中CO的含
82、量达到最大，反应放出的热量全部用于吹风气的加热，不能再为制气过程提供热量了。煤气炉生产的吹风阶段，当空气开始通入时，燃烧彻底，CO2的含最高，CO的含量低；随着炉层温度的提高，C02的含量逐渐减少，而CO的含量在增加。生产中，可以选择较高的空气鼓风速度，缩短吹风时间，或者在吹风阶段加入二次空气的量由小到大的变化，都可以降低CO的生成量，提高C02生成量，从而提高吹风过程的热效应。由于碳完全燃烧生成CO2时的热效应最大，因而在吹风阶段，应该按完全燃烧来进行。 然而，燃料层温度的升高将使CO2还原成CO的生成量加大。吹风过程的目的是燃烧部分燃料给制气过程提供足够的热量 .杠魁舀荣厦冀杉獭立董例谍阶
83、矣位耀奎栅足卧酪鼠兵氰招扯间榷们屎抚严第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（2）制气阶段的效率）制气阶段的效率 制制气气阶阶段段的的效效率率公式与料层温度关系总效率制气效率用下式表示，即：当燃料层的温度从850开始下降时制气效率急剧下降，燃料层温度太低制气过程将不能进行；温度在8501200之间，效率比较高；温度升至1200以上时，效率不仅没有上升反而有所下降。燃料层温度对吹风和制气两个过程的影响是不同的，因此，燃料层的温度一般控制在10001200之间。太高或太低都不台适。 两个过程的总效率为所得水煤气的热值与两个过程所消耗燃料的总热
84、量之比，即： 制气总效率在800850时最高，但气化强度太低，综合考虑各种因素，一般在10001200之间比较适宜。实际生产中，以提高制气效率为主，兼顾总效率。某脏距扁痕腕几掌矮枪港相姐胖澄嚼税抉蚌亢屡肘足苑鹿邯轮惑蓝嫁堤乳第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（3）气流速度）气流速度吹空气过程的气流速度应尽量大，这样，有利于碳的燃烧反应，可以缩短吹风时问。其好处一方面可以相应增加制气阶段的时间，另一方面也减少了生成的二氧化碳与灼热炭层的接触时间，从而减少了一氧化碳的生成量。发生炉的气化强度一般在500600kg（m2h)，所用的吹空气速
85、度为0.5l.0ms，水蒸气的速度为0.050.15ms之间。但风速过大，将导致吹出物的增加，燃料损失加大，严重时，甚至出现风洞或吹翻，造成气化条件恶化。为了提高水煤气过程的生产能力，在生产条件不致恶化的前提下，常采用高的吹空气速度1.51.6ms，这样，燃烧层温度迅速升高，二氧化碳来不及还原，吹风气中一氧化碳体积分数仅为36，与此相应可采用高的水蒸气流速025ms左右。黄懂萤开汤项施速辖达付噎酉岭擎怠铣镭脐灸影慨贤缚配翌鹃匹扭号韶狞第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（4）水蒸气用量）水蒸气用量水蒸气用量是提高煤气产量，调节气体成分的
86、重要指标。该量取决于水蒸气流速和延续时间。蒸汽一次上吹时，炉温高，所产的煤气质量好，产量大。由于强烈气化使炉温迅速下降，气化区上移，出口煤气温度上升，热损失加大。上吹时间不宜太长，相应水蒸气用量不宜太大。 蒸汽改下吹时，气化区下移到正常位置，由于床层温度总体下降，在蒸汽温度较高的情况下，下吹时间较上吹时间延长，相应蒸汽用量加大。逢碧施雹斟榨唁厩含跪咏伞擅惨狞图是铡犁侍损虞研疙笋囱捷臭单呀毙名第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（5）料层高度）料层高度 料层高度对制气和吹风过程的影响相反。制气阶段，料层高，蒸汽在炉内的停留时间长，炉温稳定
87、，有利于气化反应，蒸汽分解率提高；对吹风过程，料层高时，延长了二氧化碳和煤层的接触时间，易还原成一氧化碳，热损失增大。另一方面，高料层的阻力大，气体输送的动力消耗相应增大。宗可瘟紫玛罚馈冬陡艳业闸鸡夷月帘绝什搓崩邑敝搂颅毅店曙抽四翠觅乾第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（6）循环时间）循环时间循环时问是指每工作循环所需的时间。问歇制气的一个工作循环时间一般为2.53min。通常，循环时间一般不作随意调整，在操作中可以通过改变各阶段的时间分配来调整炉内的上况。一般地，吹风阶段的时间以能提供制气所必需的热量为限，其长短主要由燃料的灰熔点和
88、空气流速而定，上下吹时间的分配主要考虑气化区要维持稳定、煤气质量好和热能的合理利用为原则；二次上吹和空气吹净时间的长短，应保证煤气发生炉上下部空间的煤气被排净，在下一个工作循环时，不致引起爆炸。 劲氏峻澳赶虾杜聘擎牡皋难洋苗士液左甘魁象涕票差蔷序垫撑遭寞释墓条第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (七七)物料、热量衡算物料、热量衡算衡算原理 衡算目的 物料衡算 热量衡算 煤气发生炉以煤为原料，以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气为气化剂，使二者相互作用，根据质量守恒和能量守恒定律，进入发生炉的总质量或总能量，与排出气化炉的总质量或总能量是相
89、等的。这是对发生炉进行物料、热量衡算的基本依据。是根据一些已知的数据，计算出一些发生炉生产操作的重要指标，如煤气组成、热值、气化效率、气化强度等，用以考核和改善气化过程的操作水平及经济效益，是判断和改善生产操作的依据物料衡算是对化工过程进出某一体系的所有物料进行的平衡计算，衡算的结果是进行能量衡算、对化工过程进行评价和优化设计的基础。进行物料衡算的方法是找出各种物料的平衡关联，列出物料平衡方程然后进行计算。常见的关联方式有下面几种 ：总质量平衡关联 、元素平衡关联 物料衡算是热量衡算的基础，二者关系密切。热量衡算的依据是能量转化和守恒定律，常用的平衡关联式有下面两种。 热量平衡关联式。进人体系
90、的各焓流量之和等于排出体系的各热流之和再加上体系内累积的热流。 焓方程式。某物流的焓流量等于该物流的流量与该物流各组分的摩尔焓及摩尔分数之积。裳焊冬奄舟纳忱漫槐侦番汾把辗冀渴侧庞屏碘耙咸游缺诉防减桃竭惯汾晦第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺二、加压气化生产工艺加压气化的由来：常温固定床气化炉生产的煤气热值较低，煤气中一氧化碳的含量较高，气化强度和生产能力有限。后来人们进行了加压气化技术的研究，并在1939年由德国的鲁奇公司设计的第一代工业生产装置建成投产，后来又不断地对气化炉的结构、气化压力、气化的煤种进行研究，相
91、继推出了第二代、第三代、第四代炉型。由开始仅以褐煤为原料，炉径D=2600mm，采用灰斗放置于炉底侧面和平型炉算发展到能使用气化弱黏结性烟煤，加设了搅拌装置和转动布煤器，炉箅改成塔节型，灰箱设在炉底正中的位置，炉子的直径也在不断加大，单炉的生产能力可以高达75000100000m3/h，害救绪六狈限戒鸵予呸触幢帧铬澄那宫疙闯鹃阜绩触汾藻稳草糯詹码淘言第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、加压气化生产工艺二、加压气化生产工艺中国加压气化的历史：中国20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉在云南建成投产，用褐煤加压气化制造合成氨。19
92、87年建成投产的天脊煤化工集团公司(原山西化肥厂)从德国引进的4台直径3800mm的型鲁奇炉用贫瘦煤代替褐煤来生产合成氨(鲁奇炉主要用于以褐煤为原料生产城市煤气)，先后用阳泉煤、晋城煤、西山官地煤等煤种的试验，经过十几年的探索，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术。湍来镍棱块馏亭谗胸置泰劫恰银妥侧跨炬牲逮姬奔皋迈涤脂仆衍鳖认餐枕第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(一一)加压气化生产特点加压气化生产特点 鲁奇加压的定义鲁奇加压的定义鲁奇加压的鲁奇加压的排渣排渣鲁奇加压的优点鲁奇加压的优点鲁奇加压的缺点鲁奇加压的缺点可以采用氧气一水
93、蒸气或空气一水蒸气作气化剂 ,在2.03.0MPa的压力和9001100的条件下进行煤的气化。制得的煤气热值高。鲁奇炉的排渣方式主要有液态排渣和气态排渣两种，1、原料方面 2、生产过程方面 3、气化产物方面 4、煤气输送方面高压设备的操作具有一定的复杂性，固态排渣的鲁奇炉中水蒸气分解率低。2MPa下水蒸气的分解率只有3238，这样就要消耗大量的水蒸气。采用液态排渣的鲁奇炉，水蒸气的分解率可以提高到95左右。气化过程中有大量的甲烷生成(810)，这对燃料煤气是有利的，但如果作为合成氨的原料气一般要分离甲烷，其工艺较为复杂。加压气化一般选纯氧和水蒸气作为气化剂，而不像常压气化那样较多的采用空气加蒸
94、汽的方法。解决纯氧的来源需要配备庞大的空分装置，加上其他高压设备的巨大投资规模，成为国内一些厂家采用加压气化的障碍。原料方面。加压气化所用的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤等。煤的活性高，能在较低的温度下操作，降低氧耗，并能提高气化强度和煤气质量，因此煤的活性越高越好；加压气化也可以采用弱黏结性煤种，炉内需设搅拌破黏装置，依靠桨叶的转动，将结块打碎；由于气化温度降低，因而可以采用灰熔点较低的煤种；煤的粒度可选择220mm、燃料的水分可高达2030、灰分高达30也无碍于操作，这就扩大了煤种的使用范围降低了制气成本；可以气化一些弱黏结性和稍强黏结性的煤；耗氧量低，在2 0MPa压力下仅为常压的1323，压
95、力提高后，耗氧量还可以降低。煤气输送方面。可以降低动力消耗，便于远距离输送。生产过程方面。气化炉的生产能力高，以水分含量2025的褐煤为原料，气化炉的气化强度在2500kg(m2h)左右，比一般的常压气化高46倍；所产煤气的压力高，可以缩小设备和管道的尺寸。气化产物方面。压力高的煤气易于净化处理。副产品的回收率高；通过改变气化压力和气化剂的汽氧比等条件，以及对煤气进行气化处理后，几乎可以制得H2CO各种比例的化工合成原料气。惕谬丝获命厕播岿劈系萨橱斟天沮震创撬锻胳宫少帘泣拎蜘隋搁手产任抿第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学灰渣层位于气化
96、炉的下部，燃烧区下来的灰温度约1500左右，进入灰渣层区后，在足够高的灰渣层已建立的条件下，灰被气化剂所冷却温度比气化剂温度高钓3050。燃烧区进行下列主要反应； C+O2CO2 -394.1KJ/molC+0.5O2CO -110.4KJ/mol在燃烧区的第一个反应是主要的，两反应均放出大量的热量气体温度被加热到1500左右。气化区内的温度约850，来自燃烧区含CO2和H2O的气体主要进行以下反应：C+H2O H2+CO+135.0KJ/mol在干馏层，煤的挥发分逸出并吸收上升煤气的热量，在干燥层，煤被干燥井预热到大约200。 (二二)加压气化炉加压气化炉-干法排渣鲁奇炉干法排渣鲁奇炉 鲁奇
97、炉内有可转动的煤分布器和灰盘，气化介质氧气和水蒸气由转动炉箅的条状孔隙处讲入炉内，灰渣由灰盘连续排人灰斗，以与加煤方向相反的顺序排出。块煤加入气化炉顶部的煤锁，在进人气化炉之前增压。一个旋转的煤分布器确保煤在反应器的整个截面上均布，煤缓慢下移到气化炉。气化产生的灰渣由旋转炉箅排出并在灰斗中减压，蒸汽和氧气被向上吹气化过程产生的煤气在650700时离开气化炉。该气化炉也由水夹套围绕，水夹套产堆的水蒸气可用于工艺过程中。鲁奇炉使用的原料仍是块煤，且产生焦油。干法排灰和湿法排灰的主要区别是前者使用的氧化剂中蒸汽与氧气的比率更大，干法约(4:1)(5:1)之间，湿法一般低于O.5:1。这就意味着气化温
98、度不能超过灰熔点，更适合气化一些反应性高的煤种如褐煤。一般鲁奇炉内燃料的分层和一般移动床类似，从上到下分为干燥层、千馏层、甲烷层、第二反应层、第一反应层、灰渣层。其中甲烷层、第二反应层、第一反应层为真正的气化阶段；干燥层和干馏层为原料的准备阶段。第二反应层和甲烷层统称还原层 贝篷蛮惜威治恍面跺踞蜀杜阻县拦疯汝频抒南芋洁五茂尘萧错繁杯疫党饰第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(二二)加压气化炉加压气化炉-干法排渣鲁奇炉干法排渣鲁奇炉加压鲁奇炉的操作压力为3.6MPa，产气量在3600055000m3/h(以450mm贫煤为气化原料)，所产
99、的煤气主要成分为CO、H2、CH4、C02、H2O，并含有少量的CnHm、N2、H2S，油、焦油、石脑油、酚、脂肪酸和氨等。生产中通常将含尘焦油返回到气化炉内进一步裂解，称焦油喷射，正常操作时的喷射量一般为0.5m3h。写已蘸乘阁详奈群架莫录伸悄费佯解柜艺饮疙沽矢扒试呢叫嗽把痞照匙饶第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(二二)加压气化炉加压气化炉-液态排渣液态排渣液态排渣加压气化炉的基本原理是，仅向气化炉内通入适量的水蒸气，控制炉温在灰熔点以上，灰渣要以熔融状态从炉底排出。气化层的温度较高，一般在11001500之间，气化反应速度大，设
100、备的生产能力大，灰渣中几乎无残碳。液态排渣气化炉如图4-32所示。微态排渣气化炉的主要特点是炉子下部的排灰机构特殊，取消了固态排渣炉的转动炉箅。 在炉体的下部设有熔渣池。在渣箱的上部有一液渣急冷箱，用循环熄渣永冷却，箱内充满70左右的急冷水。由排渣口下落在急玲箱内淬冷形成渣粒，在急冷箱内达到一定量后，卸入渣箱内并定时排出炉外。由于灰箱中充满水，和固态排渣炉比较，灰箱的充、卸压就简单得多了。在熔渣池上方有8个均匀分布、按径向对称安装并稍向下倾斜、带水冷套的钛钢气化剂喷嘴。气化剂和煤粉及部分焦油由此喷入炉内，在熔渣池中心观的排渣口上部汇集，使得该区域的温度可达1500左右，使熔渣成流动状态。为避免
101、回火，气化剂喷嘴口的气流喷入速度不低于100m/s。如果要降低生产负荷，可以关闭一定数量的喷嘴来调节，因此它比一般气化炉调节生产负荷的灵活性大。高温液态排渣，其何反应的速度大大提高，是熔渣气化炉的主要优点。所气化的煤中的灰分是以液态形式存在，熔渣池的结构与材料是这种气化方法的关键。为了适应炉膛内的高温，炉体以耐高温的碳化硅耐火材料作内衬。该炉型装上布煤器和搅拌器后，可以用来气化强黏结性的烟煤。与固态排渣炉相比，可以用来气化低灰熔点和低活性的无烟煤。在实际生产中气化剂喷嘴可以携带部分粉煤和焦油进入炉膛内因此可以直接用来气化煤矿开采的原煤为粉煤和焦油的利用提供了一条较好的途径。莫七颧缆棱椰膳习誊案
102、蔑班蚜阻鞭梯突眺隐帐洱楚缩颖洪阉锹俞瞅押弛介第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(二二)加压气化炉加压气化炉-液态排渣液态排渣 液态排渣加压气化技术和固态排渣比较：液态排渣加压气化技术通过提高气化温度来提高气化速度，气化强度大、生产能力高。液态排渣加压气化的水蒸气分解率大大提高，几乎可以达到95，结果使水蒸气的消耗量仅为固态排渣时的20左右，汽氧比也仅为13 ：1左右。低水蒸气消耗、高水蒸气分解率使得粗煤气中的水蒸气含量显著下降，冷凝液减少，最终煤气站的废水量下降，废水处理量仅为固态排渣时的1/413。液态排渣加压气化的高气化温度操作特
103、点，也导致了煤气组成(体积分散)的变化。甲烷化反应属于放热反应，因而温度的上升必然使煤气中的甲烷含量减少。同时，较低的气氧比使二氧化碳还原为一氧化碳的反应加强，粗煤气中的一氧化碳和氢气的总含量提高约25，二氧化碳的含量则由一般的30下降到25。侄苛黍煎陶逞巍谤马殴泄才坤旋掇菊示八脑钠芦微好诈音泻厂帚二哲部匹第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (三三)加压工艺流程加压工艺流程加压气化在国民经济中占有非常重要的地位。加压气化生产的城市煤气，热效率高，温度稳定，便于输送、易于调节和自动化。生产化工原料气，几乎可以满足各种化工合成生产的要求，
104、自20世纪70年代以来，一些发达国家，如美国、德国就开始研究整体煤炭气化联合循环发电系统。世界上最早的德国IGCC示范厂采用的就是鲁奇固态排渣气化炉。煤气的用途不同，其工艺流程差别很大。但基本上包括三个主要的部分；煤的气化，粗煤气的净化，煤气组成的调整处理。气化炉出来的煤气称粗煤气，净化后的煤气称为净煤气。煤气净化的目的是清除有害杂质，回收其中一些有价值的副产品，回收粗煤气中的显热。粗煤气中的杂质主要有固体粉尘及水蒸气、重质油组分、轻质油组分、各种含氧有机化台物(主要是酚类)、含氮化合物如氨和微量的一氧化氮、各种含硫化合物(主要是硫化氢)。煤气中的二氧化碳等。芬沂滓刘棘秀摩搐村椿雪仑揪灰润疆沏
105、戌奈尘脉蛀悍藩姻目泛帆不赤乎蝗第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学有废热回收系统的流程有废热回收系统的流程线鹅姑袍伸养葱棘闯抒荆栈你硕廊舱仍焚称倚觉伺凉籽助痞棺茬腆谎式复第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学整体煤炭气化联合循环发电流程整体煤炭气化联合循环发电流程(IGCC) 该系统包括两大部分，第一部分是煤的气化、煤气的净化部分，第二部分是燃气与蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置)第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统，蒸汽轮
106、机发电系统、废热回收锅炉等。将空气和水蒸气作为气化剂送入鲁奇炉内，在2MPa的压力下气化，气化炉出口粗煤气的温度约550左右，发热值为6700kJm3左右。煤气经洗涤除尘器除去其中的部分焦油蒸汽和固体颗粒，同时煤气的温度降到160，并被水蒸气所饱和。煤气进一步经文丘里管除尘后，进入膨胀透平压缩机，压力下降到1MPa左右，气化用的空气在此由1MPa被压缩到2MPa后送人气化炉。从透平压缩机来的煤气在正压锅炉中与空气透平压缩机一段来的空气燃烧，生产520、13MPa的高压水蒸气。煤气燃烧后产生820左右的高压烟气，进人燃气轮机中膨胀。产生的动力用于驱动压缩机一段。多余的能量发电，从燃气轮机出来的烟
107、气温度约400，压力为常压，通过加热器用于加热锅炉上水，水温被提高到330左右,排出的烟气温度约160。正压锅炉所产的高温高压水蒸气带动蒸汽轮机发电机组发电，从蒸汽轮机抽出一部分蒸汽(压力约2.5MPa)供加压气化炉用。秃颊间卞疆剿皆迅摊核隐激蒙映戳学宋杀稚阜灶酮冠辣饱幸辩界趾臭扬赛第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (四四)工艺参数的控制工艺参数的控制气化压力 气化层的温度 汽氧比的选择脊悟赃换眨扭捍向变鼎沤冰掉膏纠括歌淆以号鸵恰讣苗玫耀苏痢诡挞鳞肇第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭
108、气化工艺学（1）气化压力）气化压力 和常压气化比较，煤在加压下气化时，气化过程在数量上和质量上的指标均发生重大变化。随着气化压力的提高，燃料中的碳将直接与氢反应生成甲烷，在这种情况下，在900100O的低温下进行气化反应成为可能；同时，水煤气反应所需要的大量的热量可以由甲烷生成反应放出的热量来提供，随着压力的提高，热量的需求量和氧气的需求量大大降低。气气化化压压力力作用对各项指标的影响煤气组成煤气产率 气化炉生产能力 蒸汽消耗量 氧气消耗量 根据化学反应平衡规律，提高气化炉的压力有助于分子数减小的反应,而不利于分子数增大或不变的反应。因此，高压对下列反应有利：提高气化压力不利于下列反应：由以上
109、反应可以知道，随气化压力的提高，煤气中的甲烷和二氧化碳含量增加，而氢气和一氧化碳的含量减少 加压气化过程随压力的增大，甲烷的生成反应增加，由该反应提供给气化过程的热量亦增加。这样由碳燃烧提供的热量相对减少因而氧气的消耗亦减少。 加压蒸汽的消耗量比常压蒸汽的消耗量高2.53倍，原因有几个方面。一是加压时随甲烷的生成量增加，所消耗的氢气量增加，而氢气主要来源于水蒸气的分解。从上面的化学反应可知，加压气化不利于水蒸气的分解，因而只有通过增加水蒸气的加入量提高水蒸气的绝对分解量，来满足甲烷生成反应对氢气的需求。另一方面，在实际生产中，控制炉温是通过水蒸气的加入量来实现的，这也加剧了蒸汽消耗。经过计算，
110、加压气化炉的生产能力比常压气化炉的生产能力高倍，例如，气化压力在2.5MPa左右时其气化强度比常压气化炉约高45倍。 加压下气体密度大，气化反应的速度加快有助于生产能力的提高。加压气化的气固接触时间长。一般加压气化料层高度较常压的大，因而加压气化具有较大的气固接触时间，这有利于碳的转化率的提高，使得生成的煤气质量较好。对煤气产率的影响如图436所示。 由图中可以看出，随着压力的提高，粗煤气的产率是下降的，净煤气的产率下降得更快。这是由于气化过程的主要反应中，如，以及等都是分子数增大的反应，提高气化压力，气化反应将向分子数减小的方向进行，即不利于氢气和一氧化碳的生成，因此煤气的产率是降低的。而加
111、压使二氧化碳的含量增加，经过脱除二氧化碳后的净煤气的产率却下降。从以上的分析来看，总体讲，加压对煤的气化是有利的，尤其用来生产燃烧气(如城市煤气)，因为它的甲烷含量高。但加压气化对设备的要求较高，不同的煤种适宜气化压力也不尽相同，一般泥煤是l.571.96MPa；褐煤是1.772.16MPa；不黏结性烟煤是1.962.35MPa黏结性烟煤、年老烟煤和焦炭均为2.162.55MPa无烟煤为2.352.75MPa。对于加压气化生产合成气来讲，甲烷的生成是不利的。为获得较多的氢气和一氧化碳气体，可采用挥发分低的原料，如年老的烟煤、无烟煤以及焦炭；并采用低的压力、较高的操作温度和通入适当的气化剂等措施
112、。另一种方法是在炉外将甲烷进行转化，但流程和操作 都比较复杂。忍研另拔灵饥踏宛刻翻陆枯奸危懈宅恰跨慢洁改述骨怀丑叁领唇膊忿昌食第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(2)气化层的温度气化层的温度 气气化化层层的的温温度度 规律温度范围影响因素甲烷的生成反应是放热反应，因而降低温度有利于甲烷的生戒。但温度太低，化学反应的速度减慢。通常，生产城市煤气时，气化层的温度范围在9501050左右；生产合成原料气时，可以提高到1150左右。影响反应层温度最主要的因素是通入炉中气化剂的组成即汽氧比，汽氧比下降，温度上升。巡楞牲壳笛冤晌丽谜争声遂萤嘶朽榷
113、掏肠渍片玫吟樱首虾段蹭启蜜性华撬第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学(3)汽氧比的选择汽氧比的选择 汽汽氧氧比比的的选选择择 定义影响采用的汽氧比不同对加压气化过程的影响有如下几个方面。 在一定的热负荷下，汽氧比增大，水蒸气的消耗量增大而氧气的消耗量减少。 汽氧比提高，水蒸气的分解率显著降低。 汽氧比增大，气化炉内一氧化碳的变换反应增强使煤气中一氧化碳的含量降低， 而氢气和二氧化碳的含量升高。 提高汽氧比，焦油中的碱性组分下降而芳烃组分则增加。通常，变质程度深的煤种，采用较小的汽氧比能适当提高气化炉内的温度，以提高生产能力。加压气化炉在
114、生产城市煤气对，各种煤的汽氧比(kgm3)大致范围是：褐煤68；烟煤57；无烟煤和焦炭4.56。甲烷的生成反应是放热反应，因而降低温度有利于甲烷的生戒。但温度太低，化学反应的速度减慢逾堪懒贼办燎抽择阔挠沫二猿泼巍哑绕辈尚飞净酶函绣帖当铅昼拍捍显逮第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (五五)物料、热量衡算物料、热量衡算 实际生产上，为了简化计算过程，常常只对其中比较重要的碳、氢、氧三种元素进行衡算，然后根据衡算结果再进行热量衡算。气化过程进人气化炉内的碳，主要是指原料带入的碳；带出气化炉的碳，则包括煤气、焦油、轻质油、酚、煤气吹出物和灰
115、渣等几项气化过程中氢的来源，包括水蒸气和原料煤中的氢；带出气化炉的氢则包括在煤气、焦油、轻质油、酚、氨和煤气中未分解的水蒸气。对于加压气化而言气化剂中水蒸气的含量远远高于常压气化，煤气中未分解水蒸气的量多同时气化时产生甲烷的量较常压气化的量也多。气化过程中氧的来源，一是原料中的化合氧(包括所含水分中的氧)，二是气化剂带入的氧(包括水蒸气中的氧)带出气化炉的氧，主要是生成煤气中的氧，以及焦油、轻质油中的微量氧。加压衡算的步骤和内容基本与常压的相同同样是取得生产上的一些分析测量数据，如煤的工业分析和元素分析数据，煤气组成灰渣和焦油的含量及组成等数据。有了这些基本计算数据后，即可以根据元素平衡进行物
116、料衡算由碳平衡计算求出粗煤气的产率；通过氢平衡计算求出水蒸气的分解率；通过氧平衡计算求出氧的消耗率；还可以由氮平衡计算工业氧的纯度。芝厢玩各乍返树顽款薯舆姓粱使果伸段旱粳做偷挂渔迟梢悬咏淳狗顾锄他第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-3 流化床气化工艺流化床气化工艺 常压流化床气化工艺加压流化床气化工艺温克勒气化炉温克勒气化工艺流程 工艺条件和气化指标高温温克勒气化法灰熔聚气化法固体热载体气化法流化床加氢气化法谢诞凡备次曝匿弱猖坡获林戮跋倒囚扼葵借厦谩则慷鸿砌稍耍做颜梭队叼第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/20
117、24煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学在固定床阶段，燃料是以很小的速度下移，与气化剂逆流接触。当气流速度加快到一定程度时，床层膨胀，颗粒被气流悬浮起来。当床层内的颗粒全部悬浮起来而又不被带出气化炉，这种气化方法即为流化床(沸腾床)气化工艺。和固定床相比较，流化床的特点是气化的原料粒度小相应的传热面积大，传热效率高，气化效率和气化强度明显提高。葬凛竭平复一兆兜哺盏桑腑尤搓馋氟缨帚汹刘骄酵躲肮客绪撒阁媒西烹咕第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 一一常压流化床气化工艺常压流化床气化工艺-1 温克勒气化炉温克勒气化炉 温克勒气化炉采用粉煤为原料，粒
118、度在010mm左右。若煤不含表面水且能自由流动就不必干燥。对于黏结性煤，可能需要气流输送系统，借以克服螺旋给煤机端部容易出现堵塞的问题。粉煤由螺旋加料器加入圆锥部分的腰部，加煤量可以通过调节螺旋给料机的转数来实现。一般沿简体的圆周设置二到三个加料口，互成180或120的角度有利于煤在整个截面上的均匀分布。温克勒气化炉的炉箅安装在圆锥体部分，蒸汽和氧(或空气)由炉箅底侧面送人，形成流化床。一般气化剂总量的6075由下面送入，其余的气化荆由燃料层上面2 54m处的许多喷嘴喷入，使煤在接近灰熔点的温度下气化，这可以提高气化效率、有利于活性低的煤种气化。通过控制气化剂的组成和流速来调节流化床的温度不超
119、过灰的软化点。较大的富灰颗粒比煤粒的密度大，因而沉到流化床底部，经过螺旋排灰机排出。大约有30的灰从底部排出，另外的70被气流带出流化床。气化炉顶部装有辐射锅炉，是沿着内壁设置的一些水冷管用以回收出炉煤气的显热，同时，由于温度降低可能被部分熔融的灰颗粒在出气化炉之前重新固化。早期的温克勒气化炉在炉底部有炉栅，气化剂通过炉栅进入炉内。后来的气化炉取消炉栅，炉子的结构简化，同样能达到均匀布气的效果。典型的工业规模的温科勒常压气化炉，内径5.5m，高23m当以褐煤为原料时，氧气蒜汽常压鼓风，单炉生产能力在标准状态下为47000m3/h采用空气蒸汽鼓风时，生产能力在标准状态下为94000m3h。生产能
120、力的调整范围为25150。僚舶恃亢锈策阑虽乏蠕颠择钧汁釉雨藕诚锁窄翟党固欲蒲海禁验貌嗅聘亢第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 2、温克勒气化工艺流程、温克勒气化工艺流程温克勒气化工艺流程包括煤的预处理、气化、气化产物显热的利用、煤气的除尘和冷却等 (1)原料的预处理首先对原料进行破碎和筛分，制成0l0mm的炉料，一般不需要干燥，如果炉料含有表面水分，可以使用烟道气对原料进行干燥，控制入炉原料的水分在812左右。对于有黏结性的煤料，需要经过破黏处理，以保证床内的正常流化。(2)气化预处理后的原料送入料斗中，料斗中充以氮气或二氧化碳惰性气
121、体。用螺旋加料器将煤料加入气化炉的底部，煤在炉内的停留时间约15min左右。气化剂送人炉内和煤反应，生成的煤气由顶部引出。煤气中古有大量的粉尘和水蒸气。 (3)粗煤气的显热回收粗煤气的出炉温度一般为900左右。在气化炉上部设有废热锅炉，生产的蒸汽压力在1.962.1 6MPa，蒸汽的产量为0.50.8kgm3干煤气。 (4)煤气的除尘和冷却出煤气炉的粗煤气进人废热锅炉，回收余热，产生蒸汽，然后进人两级旋风分离器和洗涤塔，煤气中的大部分粉尘和水汽，经过净化冷却，煤气温度降至3540，含尘量降至520mgm3。镑框忍浪眩泳随直狂抠澈近舀感倚驹尝路集慎猜匙磅风阶尼枯告迫坝棍强第四章 气化炉第四章 气
122、化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 3、工艺条件和气化指标、工艺条件和气化指标原料 气化炉的操作温度 二次气化剂的用量 褐煤是流化床最好的原料。但褐煤的水分含量很高一般在12以上，蒸发这部分水分需要较多的热量(即增加了氧气的消耗量)，水分过大，也会造成粉碎和运输困难，所以水分含量太大时，需增设干燥设备。煤的粒度及其分布对流化床的影响很大，当粒度范围太宽，大粒度煤较多时，大量的大粒度煤难以流化，覆盖在炉箅上，氧化反应剧烈可能引起炉箅处结渣。如果粒度太小，易被气流带出，气化不彻底。一般要求粒度大于10mm的颗粒不得高于总量的5，小于lmm的颗粒小于总量的1015
123、。由于流化床气化时床层温度较低，碳的浓度较低，故不太适宜气化低活性、低灰熔点的煤种。高炉温对气化是有利的，可以提高气化强度和煤气质量，但炉温是受原料的括性和灰熔点的限制的一般在900左右。影响气化炉温度的因素大概有汽氧比、煤的活性、水分含量、煤的加入量等。其中又以汽氧比最为重要。使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化教率和煤气质量。被煤气带出的粉煤和未分解的碳氢化合物，可以在二次气化剂吹入区的高温环境中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。指标褐煤（）褐煤（）对原料煤的分析M/%8.08.0(C) /%61.354.3(H) /%4.73.7(O) /%16.315.4A/%
124、13.823.7高热值2182718469产品组成及热值（CO）/%22.536.0（H2）/%12.640.0（CH4）/%0.72.5（CO2）/%7.719.5（N2）/%55.71.7（不饱和化合物）/%（H2S）/%0.80.3焦油和轻油/（kg/m3）煤气高热值/（kg/m3）466310146条件(汽/煤) / (kg/kg)0.120.39(氧/煤) / (kg/kg)0.590.39(空气/煤) / (kg/kg)2.51气化温度 / 81612008161200气化压力 / MPa0.0980.098出炉温度 / 77710007771000结果煤气产率 / (m3/kg)
125、2.91.36气化强度 / kJ/(m3h)20.810421.2104碳转化率 / %83.081.0气化效率 / %61.974.4世贯哄曳竿沛疯助酝痘纵妒箱术氮十伍遭氏沦碳瞒惩旗搂砷途烬峨釉阐超第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4、优缺点、优缺点优点：温克勒气化工艺单炉的生产能力较大、煤气中无焦油，污染小。由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用机械化采煤得到的细粒度煤。由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量也很少，排放的洗涤水对环境的污染较
126、小。缺点主要是温度和压力偏低造成的。炉内温度要保证灰分不能软化和结渣，一般应控制在900C左右，所以必须使用活性高的煤为气化原料。气化温度低，不利于二氧化碳还原和水蒸气的分解，故煤气中二氧化碳的含量偏高，而可燃组分如一氧化碳、氢气、甲烷等含量偏低。和移动床比较，气化炉的设备庞大，出炉煤气的温度几乎和床内温度一样，因而热损失大。另外，流态化使颗粒磨损严重，气流速度高又使出炉煤气的带出物较多。为此进一步开发了温克勒加压气化和灰团聚气化工艺。衅着压蝗白柒阜骄厄哩脉渴柳聂趋喷妨粹铆执洗伟屋硒磷砍泞婶罢昨团楔第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二
127、加压流化床气化工艺二加压流化床气化工艺-1高温温克勒气化法高温温克勒气化法高温温克勒气化法的基础是低温温克勒气化法。它是采用比低温温克勒气化法较高的压力和温度的一项汽化技术。除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点外，主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率。鳖尿崔绚缘还刀穗敦立帕覆硕锁鼎缕苦跌吊嘘瘟豢膛烷页委侦赔染孵瞩羽第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学和低温温克勒气化炉相比较，高温温克勒气化炉的主要特点是出炉粗煤气直接进入两级旋风除尘器，一级分离的含碳量较高的颗粒返回到床内进一步
128、气化，二级除尘器流出的气体入废热炉回收热量，再经水洗塔冷却除尘却除尘。整个气化系统是在一个密闭的压力系统中进行的，加煤，汽化，出灰均在加压下进行。含水分8%12%的褐煤进入压力为0.98MPa的密闭料锁系统后，经过螺旋给料阀输入炉内。为提高煤的灰熔点而按一定比例配入的添加剂（主要是石灰石，石灰或白云石）也经给料机加入炉内，和由螺旋给料机加入的煤料并流气化。1、高温温克勒气化法（、高温温克勒气化法（1）工艺流程）工艺流程HTW汽化工艺最初是由德国的莱茵褐煤公司发明，该公司拥有并经营德国鲁尔地区的几座褐煤煤矿。用莱茵褐煤为原料，煤的灰分中CaO+MgO占50%左右；SiO2占8%；灰熔点T1=95
129、0，添加5%的石灰石后提高到1100。在汽化压力0.98MPa的压力下，以氧气/水蒸气为汽化剂，温度1000下进行的HTW汽化工艺试验 在压力和高温下的温克勒气化设备的生产能力大大提高，是常压的2倍多。温度的提高和大颗粒重新返回床层使得碳转化率上升为96。煤中加入助剂，一是可以脱除硫化氢等，并且可使碱性灰分的灰培点提高。气化温度提高，虽然煤气中的甲烷含量降低，但煤气中的有效成分却提高，煤气的质量也相应提高。王姨磋晒无撼掺戮闽阐伎磷瞪碱眺旭率穷幕诗畔考帕慑因捆痒湃粱洁令硼第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (2)工艺条件和气化指标工艺条
130、件和气化指标 气化温度气化压力提高气化温度有利于二氧化碳的还原反应和水蒸气的分解反应，相应地提高了煤气中的一氧化碳和氢气的浓度，碳的转化率和煤气的产率也提高。提高气化反应温度是受灰熔点的限制的。当灰分为碱性时，可以添加石灰石、石灰和白云石来提高煤的软化点和熔点。加压气化可以增加炉内反应气体的浓度，流量相同时，气体流速减小气固接触时问增大，使碳的转化率提高在生产能力提高的同时，原料的带出损失减小在同样的生产能力下，设备的体积相应减小，加压流化床的工作状态比常压的稳定。经研究，加压流化床内气泡含量少，固体颗粒在气相中的分散较常压流态化时均匀，更接近散式流态化，气固接触良好。此外，加压流化时，对甲烷
131、的生成是有利的，相应提高了煤气的热值。亚挖驾铣国漓寨彪献竹溺霸盈慷筑叔钟镰趣恋捕畜逆眉褂域燕僵坎坍褐垢第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 2、灰熔聚气化法、灰熔聚气化法一般流化床气化炉不能从床层中排出低炭灰渣这是因为要保持床层中高的炭灰比和维持稳定的不结渣操作，流化床内必须混合良好。因此排料的组成与床内物料的组成是相同的，所以排出灰渣中的含碳量就比较高。为了解决这一问题，提出了熔习排灰方式。灰熔聚气化法也属于加压流化床气化工艺。所谓的灰熔聚是指在一所谓的灰熔聚是指在一定的工艺条件下煤被气化后，含碳量很少的灰分颗粒表面软化而未定的工艺条
132、件下煤被气化后，含碳量很少的灰分颗粒表面软化而未熔融的状态下，团聚成球形颗粒，当颗粒足够大时即向下沉降并从熔融的状态下，团聚成球形颗粒，当颗粒足够大时即向下沉降并从床层中分离出来。床层中分离出来。其主要特点是灰渣与半焦的选择性分离其主要特点是灰渣与半焦的选择性分离。即煤中的碳被气化成煤气，生成的灰分熔聚成球形颗粒，然后从床层中分离出来。和传统的固态排渣和液态排渣不同。 与固态排渣相比，降低了灰渣中的碳损失； 与液态排渣相比，降低了灰渣带走的显热损失，从而提高了气化过程的碳利用率 这种排渣方法是煤炭气化排渣技术的重大进展。目前使用该技术的气化方法有uGAS气化工艺和KRW气化工艺。会亚迢剁惰匣债
133、悲拴灼挫踊仿蜕蓟中子琼缨强经泰应陡嫡卤琼滴姓嘎舵硫第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学2、灰熔聚气化法灰熔聚气化法-UGAS气化工艺气化工艺 美国美国气化炉要完成的四个过程是：煤的破黏脱挥发分、煤的气化、灰的熔聚和分离。U-GAS气化炉可以气化36的烟煤。煤料破碎到08ram的范围，和温克勒气化炉相比，气化粒度更细的粉煤是其又一优点，U-GAS气化可以接纳10%小于200目(o 07ram)的煤粉。对黏结性强的煤种要在脱黏器中进行预处理以免气化炉发生问题，如果气化非黏结性煤种时可以取消。在流化床内，煤与气化剂在9501100和表压069
134、241MPa下接触反应，生成的 煤气从气化炉的顶部导出经过两级旋风分离器除尘，气化形成的灰分被团聚成球形粒子， 从床层中分离出来。经过粉碎和干燥的煤料通过闭锁煤斗或螺旋加料器均匀、稳定地加入炉内。煤脱黏时的压力与气化炉的压力相同，温度一般在370430C之间，吹人的空气使煤粉颗粒处于流化状态，并使煤部分氧化提供热量，同时进行干燥和浅度碳化，使煤粉颗粒表面形成一层氧化层，达到脱黏结的目的。脱黏后的煤粒在气化过程中可以避免黏结现象的发生 。中心文氏管中的气流速度和气化剂中的汽氧比极为重要，它直接关系到灰熔聚区的形成。气流速度决定了灰球在床层中的停留时间，气流速度越大，则停留时间越长，相应的灰渣残碳
135、量小，在灰渣残碳量满足要求后，停留时间应尽量小，以免由于停留时间过长，床层中灰渣过多而熔结。对于气化剂的汽氧比而言，一般地，通过文氏管气化剂的汽氧比要远远低于通过炉算的气化剂汽氧比，过量的氧气能够提供足够的热量，形成灰熔聚所必需的高温区。床层上部较大的空间是气化产生的焦油和轻油进行裂解的主要场所，因而粗煤气实际上不含这两种物质，这有利于热量的回收和气体的净化气化产生的煤气夹带大量的煤粉，含碳量较大一般采用的方法是用两级旋风除尘器分离，一级分离下来的较大颗粒的煤粉返回气化炉的流化区进一步气化，二级分离的细小粉尘进入熔聚区气化。一种方法是一级旋风除尘器置于气化炉内，另一种方法是一级旋风除尘器和二级
136、旋风除尘器一样置于气化炉外。u- GAS气化工艺的突出优点是它气化的煤种范围较宽，碳的转化率高。气化炉的适应性广，对于一些黏结性不太大或者灰分量较高的煤也可以作为气化原料。炉算是一倒置锥体，锥体上开有大型进气孔，气化剂分两部分进入炉子。 通过炉箅侧面的栅孔进入炉内的一部分气化剂，由下而上流动，流速约0 300.76m/s，使入炉煤粒处于硫化状态，煤粒在床内的高温环境下被迅速汽化，逐步缩小的焦粒之间不会形成熔渣。生成气体主要是CO，H2，N2，CO2，甲烷含量稍多与一般汽化生成气的量，硫化床均处于还原气氛中，固煤粒的绝大部分硫都转化为硫化氢，有机硫化合成物很少。 气化剂中的另一部分通过炉子底部中
137、心文氏管高速向上流动经过倒锥体顶端孔口进入锥体内的灰熔聚区域，使该区域的温度高于周围流化床的温度，一般比灰熔点低(T1)100200，接近煤的灰熔点。在此温度下煤炭气化后形成的含灰分较多的粒子由流化床的上部落下进入该区域后，互相黏结、逐渐长大、增重，当其重力超过锥顶逆向而来气流的上升力时，即落人排渣管和灰渣斗中，被水急冷后定时排出，渣粒中的含碳量一般低于l。控制中心管的气流速度，可以控制排灰量的多少。 谢宦贫嘿倪颤畴拉废昏嘘员莲拙业钝损毁坞索或树伟浚定多拎玻粳帐锅图第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 3、流化床加氢气化法、流化床加氢气
138、化法-HYGAS法法此法是粉煤在加压下加氢一次制取富甲烷气体燃料的方法，生成气的发热值可达到16739kJm。，如再经过甲烷化，发热值可以提高35554kJm。HYGAS气化原理是根据甲烷的质量碳氢比为3：1采取向半焦中的碳在高压下直接加氢的办法，增加生成气中的甲烷含量。 纳桓撵酒心满逮篮厅堕餐发细馆腋嗣疵览赢穆惕缨釜悦剔透吸工构潞其耪第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3、流化床加氢气化法、流化床加氢气化法-HYGAS法法该炉由多段流化床组成，在压力下煤中反应性高的组分被加氢气化而生成甲烷，而残留的组分则用于产生加氢所需要的氢气，所以
139、加氢反应得以连续进行。在加氢气化炉中，煤加氢反应放出的热量用来维持吸热的水蒸气一碳反应，此法气化0072.4mm粒度的烟煤和褐煤。褐煤的含水量达到40时应预先干燥。烟煤具有不同程度的黏结性，应进行脱黏预处理。脱黏是在350400的流化床内进行的，气化压力在6.869.80MPa。在此条件下输送干粉煤是比较困难的，因而采用浆状输送，用自身生产的低沸点轻油作为制煤浆的混合液。加氢气化器是一座细高的塔式设备，分为煤浆干燥段、低温干馏段、第一加氢气化段、第二加氢气化段和富氢气发生段。煤浆喷入炉内，经干燥和低温干馏形成低温半焦粒，煤在大约300和7.58MPa下离开。煤在一段加氢气化炉内与二段加氢气化炉
140、来的温度约930的热气体混合，在310s内，约20的进料煤进行加氢反应，一段加氢气化器的温度为700800。进入二段气化炉的半焦在流化状态下进一步气化，由于加氢气体中含有氢气和水蒸气，因此吸热的水蒸气碳反应和放热的煤加氢反应都有发生。这些同时发生的反应能够有效地将该段温度控在925左右。任何温度超出此范围的倾向，都会因为相应的蒸汽-碳反应速度的增加而得以抵消。从二段出来的未汽化完的高温焦粒作为制造富氢气的原料，进入富氢气发生段。双宴迁孔马布乾朽今沾纳犬茨驰矢稀箍惊喊宪函嚣扎连陵浙峡备尼纱卒缘第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学水蒸气-铁
141、法，如图4-43（C）所示。以空气和水蒸气作为气化剂，在1100的流化床中与来自加氢气化器的焦粒在压力下反应，生成P（CO）/P（CO2）和P(H2)P(H20)之比都大于4的还原气，高温还原气进入还原器使氧化铁粒升温还原，还原气放空，还原铁粒进人氧化器，在流化状态下使水蒸气分解出氧气，被氧化的铁粒返回还原器还原。生成的富氢气组成为：(H2)44.7； (CO)，1.2； (C02)，1.6； (H20)，510； (H2S)，1.5。此法将增加煤耗量虽然可以制取氢浓度较高的富氢气体，但总热效率低。 富氢气的制造方法富氢气的制造方法 采用电加热的方法提供制富氢气所需要的热量，因而此法不需要氧气
142、。在工业生产中所需要的电，应当以电热段的残留半焦作为燃料来发电予以满足。因为仅有水蒸气作为汽化剂，故二氧化碳的含量有所下降。该法制造的富氢气组成为：(H2),32.2%; (CO),18.7%; (CH4),4.8%; (CO2),10.5%; (H2O),33.6%; (H2S),0.2%方法之一是利用水蒸气作为气化剂，在温度为1000的富氢气发生器流化床中，与加氢气化器来的热焦粒进行气化反应，如图4-43(a)所示。 该法制造的富氢气组成为：(H2)， 232； (CO)，15 0； (CH4)，34 (CO2),15.0； (H2O)432； (H2S)，O1饱埠弯辣步彰蛇拱整肤绩滚滑秦
143、抛裳褐则颖垮胯晌苦蕊绿海洽赠携棕搭上第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学3流化床加氢气化法流化床加氢气化法- Hydrane法法嗜揣温昏撬脑羚馁蔫郸稼辗墅叉风日串悬朴畅费镰穆莽赡疵俗伐抿狸加骑第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4固体热载体气化法固体热载体气化法-二氧化碳接受体法二氧化碳接受体法热分解器和气化器内的温度均为816，再生器的温度为1038，三个设备内的压力基本相等为0.982.06MPa之间。 经过粉碎符合要求的燃料进入热分解器时，由来自气化器的温度约800的生成气
144、流态化后迅速热分解，气体出热分解器后送入净化工序。热分解器产生的半焦和再生活化剂进入气化器后，被气化用水蒸气流态化并进行反应，反应所需要的热量主要来源于三个方面：活化剂带入的显热、甲烷生成热、脱二氧化碳的反应热。气化剂只有水蒸气，无空气进入，因而气化生成气中的氮气含量很少。气化后，约占进料27的半焦粉不能被气化，和富活化剂一起由气化器出来，由烟气提升到再生器中，在空气中燃烧产生大量的热量，碳酸钙被分解成氧化钙后再返回到气化器中循环使用。再生器产生的高温烟气，除少部分作为提升气外。大部分需另外采取措施。以气化燃料本身为载热体，并通过固体活化剂受体吸收生成气中的二氧化碳。用做固体活化剂受体的有白云
145、石(MgOCaO)、氧化钡(BaO)、石灰石等。 燃料需粉碎到粒度为0.1100.150mm，活化剂粒度为085326mm。主要设备有低温热分解器、气化器、燃烧再生器三个设备，各自进行气化过程的一部分反应，分开进行的优点是燃烧产生的氮气不会混人产品气中。气化器中进行的反应是纯水煤气反应，压力在0.982.06MPa之间，有利于甲烷的生成。活化剂和气化生成气中的二氧化碳和硫化氢反应时，除了脱除部分硫化氢外，主要是脱除二氧化碳，同时放热提供气化所吸收的热量，反应式如下： CaO+C02CaC03 H=-177.36X106Jkmol 随着二氧化碳的减少，使生成气中氢气的分压增加，由此促进了甲烷的生
146、成。 漾谰栽秉胜与鹅徒慢踌煞矣株免到陷遮辉詹旦江宿膛裔氮伎灵焚臭井怖涯第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4固体热载体气化法固体热载体气化法-Cogas法法该法的原理是，煤在低压多段流化床内热解而产生油和气体，然后在流化床中用蒸汽进行残留半焦的气化，气化所需要的热量来自半焦在空气中的燃烧。该方法的基本组成部分为：热解段、气化段、燃烧段。 悍艺牟净选滦频颜造疲咨繁类娄选薄痪刻啪耳亭檬坚豺彪构雾侩贬叼叹溜第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-4 气流床气化工艺气流床气化工艺 K-T
147、气化法德士古气化工艺K-T气化炉工艺流程 工艺指标德士古气化炉工艺流程工艺条件和气化指标痔阜心辟邵基骤义蓉挨伍雇遮琉毒谷寝吗庙策屋券乃谢腥脯计渤规即詹晾第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学气流床气化概述气流床气化概述气流床技术应用在煤的气化上，是将煤制成粉煤或煤浆，通过气化剂夹带，由特殊的喷嘴喷入炉内进行瞬间气化。特点：反应温度高(火焰中心温度可达2000)，反应速度快，煤料的停留时间短(110s)，产物不含焦油、甲烷等物质，用来生产合成氨、甲醇时，甲烷含量低是其优点。另一特点是，由于煤料悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒的干燥、热解、
148、气化等过程瞬间完成，煤粒被气流隔开，所以煤粒基本上是单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，所以煤的黏结性、机械强度、热稳定性等对气化过程不起作用，原则上几乎可以气化任何煤种。气流床的设计简单，内件很少。缺点： 由于燃料在气化介质中的浓度低、反应物并流，产品气体与燃料之间不能进行内部换热，其结果使出口气体的温度比移动床和流化床的都高。为了保证较高的热效率，因而就得在后续的热量回收装置上设置换热面积较大的换热设备，这就在一定程度上抵消了气化炉结构简单的优点。矿骄虎红帕滑定滞袭辩唱床呛儒酿套富诬葱阻度躯碟碑巷漓多够委廷垦烩第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化
149、工艺学煤炭气化工艺学 一一K-T气化法气化法 （1） KT气化炉气化炉K-T法是柯柏斯托切克(KoppersTotzek)的简称，1952年实现工业化，经过工业化验证，是一种十分成熟的气化技术，大都用来生产富氢气以供合成氨的需要。炉身：是一圆筒体，用锅炉钢板焊成双壁外壳，通常衬有耐火材料。在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽，同时把内壁冷到灰熔点以下，使内壁挂渣而起到一定的保护作用。两个稍向下倾斜的喷嘴相对设置，一方面可以使反应区内的反应物形成高度湍流，加速反应，同时火焰对喷而不直接冲刷炉墙，对炉墙有一定的保护作用。另一方面，在一个反应区未燃尽的喷出颗粒将在对面的火焰中被进一步气化，如果出现一个烧嘴
150、临时堵塞时保证连续安全生产。粉煤(85通过200日)与氧气、水蒸气混合后，从气化室相对的二炉头并流进入，瞬间着火，进行气化反应，炉头内火焰的温度高达2000 ，煤料在炉头内的停留时间约01s，整个气化反应在炉头内基本完成，在此高温环境下，基本不生成焦油、甲烷、酚等物质。在气化炉中部，炉温度约在15001600的范围内，一般要比煤的灰熔点高100150，方能保证正常运转，煤气在炉内的停留时间约11.5s。喷嘴出口气流速度要避免回火而发生爆炸，通常要大于l00ms。双炉头的气化能力，从早期设计的81552m2d发展到了后来的611643m2d每天气化的煤超过394t。四炉头的气化炉，其能力达到每天
151、处理煤785t，大约可生产煤气1223286m2d。气化炉可以在45min内从备用状态达到满负荷生产。螺旋加料器上的变速装置可使操作负荷减小到不低于设计能力的60，同时能够保证有足够的进料以避免回火。对四炉头的气化炉，关闭一对烧嘴可以使能力调低30。 在炉内的高温下，灰渣熔融成液态，其中6070自气化炉底部排出，其余的以飞灰的形式随煤气逸出炉外。对于液态排渣来讲，如果灰的初始变形、熔融和流动的温度在10401315的范围内，则从气化炉内排渣基本没有困难。如果采用灰熔点太高的煤种，那么熔渣可能在气化炉内壁上固化这就需要添加助熔剂。这并不是说渣的流动性越大越好，如上所述，渣的流动性太大，耐火衬里就
152、失去保护而受到侵蚀。在高温气化环境条件下，炉子的防护除了用挂渣来起一定的作用外，更重要的是耐火材料的选择。最初采用硅砖砌筑，经常发生故障，后改用含铬的混凝土。后来用的加压喷涂含铬耐火喷涂材料，涂层厚达70mm，寿命可达35年。采用以氧化铝为主体的塑性捣实材料，效果也较好。肉泽季净抖沁寞曹雇锗流烈蓖淫宵垒掉缴卑淹庐慎匙污唱削欺恒耗佯辽牟第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 （2）工艺流程）工艺流程 K-T气化工艺流程包括粉煤制备、制气、废热回收和洗涤冷却等部分。(1)煤粉制备煤使用球磨机、棒磨机或辊磨机粉碎，同时使热烟道气(200)循环通
153、过磨机，煤粉被热气体干燥到水分含量符合要求，一般烟煤在1左右褐煤在8lO。煤同时要被磨碎到7080通过200目筛。气流将煤粉干燥、夹带并送入分级器，细粒继续前进送旋风分离器，不合格的粗粒返回磨机继续研磨。旋风分离器分离下来的合格煤粉送充氮的煤粉储仓。(2)原料输入煤粉由煤仓用氮气通过气动输送系统送入煤粉料斗，全系统均以氮气充压，以防氧气倒流而爆炸。螺旋加料器将煤粉由料斗以一定的速度送人炉头，同时空分车间来的工业氧气和过热的工艺蒸汽混合后也送人炉头，混合气体将煤粉夹带一起由喷嘴喷人气化炉内。（3）制气采用K-T法时，粉状燃料、气化介质氧和水蒸气均匀混合，气化反应瞬时完成。因此，气化炉内的气化过程
154、不是像固定床那样依次发生，大都是并行发生，碳的几个重要的气化反应如下；C+O2COC+02 CO2C+C02 2COC+H2O CO+H2同时在气相中进行下面的反应；CO+H20 H2+C02该反应是关系到水煤气组成的一个主要反应。气化过程中主要生成硫化氢和硫氧碳，其比例约为： H2SCOS=(8890)(1210)气化生成的粗煤气去冷却净化，高温炉内产生的液态渣经过排渣口进入水封槽急冷后用捞渣机排出，运去铺筑场地或堆放。(4)废热回收由于反应是吸热的，而且辐射作用将一部分热量传递给炉内的耐火材料，因而气体出气化炉的温度降到1510左右在出口处用饱和蒸汽急冷以固化夹带的熔渣小滴，以防止熔渣黏附
155、在高压蒸汽锅炉的炉管上，气体温度被降至900。高温生成气的显热用废热锅炉回收产生高压蒸汽，回收显热后的煤气温度降至300以下。采用辐射式废热锅炉，可回收约70的显热，由于炉内的空腔大，故结渣和结灰都不太严重；采用对流式废热锅炉会有炉管磨损严重等问题。(5)洗涤冷却洗涤冷却系统可根据出炉煤气的灰含量、回收利用的要求、煤气的具体用途等进行不同的组合。传统的柯柏斯除尘流程、干湿法联合除尘流程以及湿法文丘里流程等，都可供选择。图4-50流程所示为柯柏斯除尘流程。由于气化时的飞灰含碳量都很低，故不考虑飞灰的回收利用。气体经过废热锅炉后进人冷却洗涤塔，直接用水喷淋冷却，再由机械除尘器(泰生洗涤机)和最终冷
156、却塔除尘和冷却。冷却洗涤塔的除尘效率可达90，经过泰生洗涤机和最终冷却塔后，气体含尘量可降至3050mgm3。如果要得到含尘量更低的气体，可采用两套泰生洗涤机串联，并通过焦炭过滤，气体的含尘量可降至3mgm3。在其他的一些流程中，采用静电除尘可降到0.30.5mgm3。 洗涤塔中的洗涤水经过沉降可循环使用，泰生机要使用新水。养袍休千赏富盒撂谈亦吠承绍哆烬挨商嘲碑兴匿华例灵漳荡穷奥窑装螟娃第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (3)工艺指标工艺指标原料温度压力 碳转化率 氧和水蒸气的体积比 气化效率 原则上可以用任何煤种，但褐煤和年轻烟煤
157、更为适用。要求煤的粒度小于0.1mm，7080过200目筛。进料采用干粉煤，只有当褐煤的水分较高时，才预先将煤干燥。由于气体将煤粒隔开，因而不会造成黏结现象，所以气化用煤不必考虑黏结性。但粉煤采用气力输送，不仅能耗大，而且管道与设备的磨损也较为严重。 炉头内火焰中心的温度在2000，粗煤气出口温度为15001600经过急冷后温度降到900左右。高温有和于加快反应速度，提高气化强度和生产能力。同时高温还可以获得比较高的碳转化率。 炉内压力(表压)为196294Pa，微正压。 为10.5，此法要求维持高温，应尽量少加水蒸气，因而该法的氧耗高，用空气代替氧气的做法行不通，因为需要高度预热来保持灰分的
158、液态排渣。对烟煤而言，每千克烟煤消耗的氧气约0.850.9kg，消耗水蒸气约0.30O.34kg。 6975(冷煤气效率) 8090敛身篮林疗短伏摧概铁翌马骆件弟肿棕实节具罩伪稍遏章知鸽雄皖具稚领第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、德士古气化工艺二、德士古气化工艺历史：德士古(TEXACO)气化工艺最早开发于20世纪40年代后期。开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为氨的生产制造合成气。20世纪50年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量的煤。目前，在我国运行的德士古气化
159、炉有12台。兖矿鲁南化肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士古煤炭气化装置，采用水煤浆进辩在加压下来生产台成氨的原料气体。临米俭钾哎凹埠饿侨搽黍境校醚衡搜碟违仓匹蹦帛涎扑仕痴拒嫡够渭快嚼第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 （1）、德士古气化炉）、德士古气化炉 德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，如图45l所示。该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为淬冷型，如图451(a)，和全热回收型，如图4-51(b)所示。两种炉型的比较：两种炉型下部合成气的冷却方式不同，但炉子上部气化段的气化工艺是
160、相同的。反应过程：德士古加压水煤浆气化过程是并流反应过程。合格的水煤浆原料同氧气从气化炉顶部进入。煤浆由喷嘴导入，在高速氧气的作用下雾化。氧气和雾化后的水煤浆在炉内受到高温衬里的辐射作用，迅速进行着一系列的物理、化学变化：预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等。气化后的煤气中主要是一氧化碳、氢气、二氧化碳和水蒸气。气体夹带灰分并流而下粗合成气在冷却后，从炉子的底部排出。分离回收：在淬冷型气化炉中。粗合成气体经过淬冷管离开气化段底部，淬冷管底端浸没在一水池中。粗气体经过急冷到水的饱和温度，并将煤气中的灰渣分离下来，灰熔渣被淬冷后截留在水中，落人渣罐，经过排渣系统定时排放。之后冷
161、却了的煤气经过侧壁上的出口离开气化炉的淬冷段。然后按照用途和所用原料，粗合成气在使用前进一步冷却或净化。在全热回收型炉中，粗合成气离开气化段后，在合成气冷却器中从1400被冷却到700，回收的热量用来生产高压蒸汽。熔渣向下流到冷却器被淬冷在经过排渣系统排出。合成气由淬冷段底部送下一工序。对于这两种工艺过程，目前大多数德士古气化炉采用淬冷型，优势在于它更廉价，可靠性更高，劣势是热效率较全热回收型的低。气化炉为一直立圆筒形钢制耐压容器，内壁村以高质量的耐火材料，可以防止热渣和粗煤气的侵蚀。疚氮默癣癣突洗兰陇异拳缎谐须泻矢辨霞咎沼颧塘域危彝蚜找潭捷豢讥缸第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/202
162、48/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 （2）工艺流程）工艺流程-煤浆的制备和输送煤浆的制备和输送 基本部分包括煤浆的制备和输送、气化和废热回收、煤气的冷却和净化等。煤浆的制备和输送合格煤浆的制备是德士古法应用的基本前提。煤浆的浓度、黏度、稳定性等对气化过程和物料的输送均有重要的影响，而这些指标与煤的研磨又有着密切的关系。固体物料的研磨分为干法和湿法两大类。制取水煤浆时普遍采用的是湿法，这种方法又分为封闭式和非封闭式两种系统。如图4-53所示为封闭式湿封闭式湿磨系统磨系统。煤经过研磨后送到分级机中进行分选，过大的颗粒再返回到磨机中进一步研磨。这种方法的优点是得到的煤浆粒度范围较窄，对
163、磨机无特殊要求；缺点是需要分级设备。为了达到适当的分级，煤浆的黏度就不能太大，这就意味着煤浆中的固含量不能太大，而水分含量相应的就高，后系统需要增设稠化的专用设备，以达到该法的煤浆浓度要求。另一种方法是非封闭式湿磨是非封闭式湿磨系统系统，如图454所示。该法中，煤一次通过磨机，所制取的煤浆同时能够满足粒度和浓度的要求。煤在磨机中的停留时问相对长一些，这样可以保证较大的颗粒尽可能不太多。要达到合格的研磨，选择适当的磨机就变得很重要，最合适的是用充填球或棒的滚筒磨机，妥善选择磨机长度、球径及球数，使得煤通过磨机时一次即能达到高浓度的煤浆，并具有所需要的粒度。需要指出的是，不管是哪一种制浆工艺，都是
164、耗能大户。因此，为了减少磨矿功耗，磨矿前，除特殊情况(如用粉煤或煤泥制浆)外都必须经过破碎，预先破碎到粒度小于30mm，然后经过带称送人磨粉机。研磨好的煤浆首先要进入一均化罐然后用泵送到气化炉。煤浆是否能够顺利进入气化炉，在泵功率确定的前提下，取决于煤浆的浓度和颗粒的粒度这又集中体现在煤浆的黏度上，为降低黏度可采用加入添加剂的方法以降低黏度。耻思训诲钒馅赤凤翁隧体窿苞幅书壤版赔男隧舶禁逞忠拇册模下羔或甭睬第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学（2）工艺流程）工艺流程-气化气化 气化炉是气化过程的核心，而喷嘴又是气化炉的关键设备。合格的永煤
165、浆在进人气化炉时，首先要被喷嘴雾化，使煤粒均匀地分散在气化剂中，从而保证高的气化效率。良好的喷嘴设计可以保证煤浆和氧气的均匀混台。满足实际生产要求的喷嘴应该具有以较步的雾化剂和较少的能量达到较好雾化效果的能力，而且结构要简单，加工要方便使用寿命长等性能。国外使用的喷嘴结构多用三套管式，中心管导入15的氧气，内环隙导入煤浆，外环隙导人85%的氧气，并根据煤浆的性质可调节两股氧气的比例，以促使氧气和碳的反应。气化炉内进行的反应主要有：C+O2CO2 -394.1 kJmolC+CO2 2CO +1733kJmotC+2H2 CH4 -84.3kJmolCO+H20 H2+C02 -38.4kJmo
166、lCO+3H2 CH4+H20 -2193kJmol还进行以下反应；CmHn (m-1)C+CH4+0.5(n一4)H2CmHn+(m+0.25n)02 mCO2+0.5nH2O当煤浆进入气化炉被雾化后，部分煤燃烧而使气化炉温度很快达到1300以上的高温，由于高温气化在很高的速度下进行平均停留时间仅几秒钟高级烃完全分解，甲烷的含量也很低，不会产生焦油类物质。由于温度在灰熔点以上，灰分熔融并呈微细熔滴被气流夹带出，离开气化炉的粗煤气可用各种方法处理：铺攘敌焦象驼客晕斑镣跳旋植妙疙镶傣磊在俊屿赞憾皱戊颐肇疼售岿靶丙第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭
167、气化工艺学 （2）工艺流程）工艺流程拘功阔政淳酚另腮岭岳量家爸咒囤拐噎酌摄辱棚管讲涎甭有凋丹搞憋荡严第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 (3)工艺条件和气化指标工艺条件和气化指标水煤浆浓度 粉煤的粒度 氧煤比气化压力 煤种偿廖步破荷酋鞍替硅踩智我戈只固琢晰贫衔送雇葱组认暂谈论搬圾缓郊鹅第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学水煤浆浓度水煤浆浓度 所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，该浓度与煤炭的质量、制浆的技术密切相关。需要说明的是，水煤浆中的水分含量是指全水分，包括煤的内在水
168、分。通常使用的煤也并不是完全干的，一般含有5%8%甚至更多的水分在内。水煤浆浓度对气化过程的影响基本表现在几个方面。一般地，随着水煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分增加，气化效率提高，氧气的消耗量下降，如图455和图456所示。恋掸任昼匙肺己牌吠矩玩援镇震盖爹冀查擞邮他扼酪俊眶绸罩测件垫奴培第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学粉煤的粒度粉煤的粒度 粉煤的粒度对炭的转化率有很大影响。较大的颗粒离开喷嘴后，在反应区的停留时间比小颗粒的停留时间短，而且，颗粒越大气固相的接触面积减小。这双重的影响结果是，使大颗粒煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量
169、增大。结合上面关于水煤浆浓度和煤粉粒度的讨论，就单纯的气化过程而言，似乎永煤浆的浓度越高、煤粉的粒度越小，越有利于气化。但实际生产过程中，不得不考虑煤浆的泵送和煤浆在气化炉中的雾化，而这两个生产环节又极大地受水煤浆黏度的限制。煤的粒度越小，煤浆浓度越大，则煤浆的黏度越大。为了便于使用水煤浆应具有较好的流动性，黏度不能太大，以利于泵送和雾化。德士古法的收益明显受到煤浆浓度的影响。在工业规模的条件下，煤浆黏度是一限制因素。为使煤装易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中。表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水端却被煤粒
170、的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。粮服哥梯区躁皮糖鸣戮蓟板姑箩喇灾老涟九休端湖驶倒轰贺识景故物护顾第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学氧煤比氧煤比氧煤比是德士古气化法的重要指标。在其他条件不变时，氧煤比决定了气化炉的操作温度，如图4-58所示。同时氧煤比增大，碳的转化率也增大，如图4-59所示。虽然，氧气比例增大可以提高气化温度有利于碳的转化，降低灰渣含碳量。但氧气过量会使二氧化碳的含量增加，从而造成煤气中的有效成分降低气化效率下降。适当提高氧气的消
171、耗量，可以相应提高炉温，降低生产成本，但提高炉温还要考虑耐火砖和喷嘴等的寿命。崩鲸仍博淀厄阿阐钩棱咏圆岛睁牲经疙挚豫输杀吗承刀筷签纫其涟掷券涟第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学气化压力气化压力 德士古工艺的气化压力最高可达8.0MPa，通常根据煤气的最终用途，经过经济核算，选择合适的气化压力。提高气化压力，可以增加反应物的浓度，加快反应速度；同时由于煤粒在炉内的停留时间延长，碳的转化率提高。其结果是气化炉的气化强度提高，后续工段压缩煤气的动力消耗相应减少。垄沙辨辈赔便薛篡粹篷竟拟构予尘诚碳喀寅奋颓坯抿颐部各韶铣涅株鸦扯第四章 气化炉第
172、四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学煤种的影响煤种的影响德士古气化的煤种范围较宽，一般情况下不适宜气化褐煤，由于褐煤的内在水分含量高，内孔表面大，吸水能力强，在成浆时，煤粒上吸附的水量多。因此，相同的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。灰分含量是影响气化的一个重要因素。德士古法是在煤的灰熔点以上的温度操作，炉内灰分的熔融所需要的热量需燃烧部分煤来提供，因而煤灰分含量增大氧消耗量会增大，同理煤的消耗量亦增大，如图4-60和图4-61所示。在选择煤种时，应选择活性好，灰熔点低(小于1300)的煤。对于灰分含量，一般应低于1015，否则需加人
173、助熔剂(CaO或Fe203)，这又会增加运行成本，这一点特别不利于中国煤种的使用。日滓师伪聂贷特概恳涕幢噎贸器捌咸伎槛泳烃匹梨蔑闽椭烤强瓷笋蔡酿东第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学气化指标气化指标齿膳患魔雁甫潍蛇梯飞拔誉肤福悍娩壹绅珐伤部抿揣首钙婉舒蹿屋放参胸第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-5 熔融床气化工艺熔融床气化工艺 熔融床气化是指煤在熔融的渣、金属或盐浴中直接接触蒸汽、空气(或氧气)而气化的方法。熔融床的反应温度高，速度快，投料量大，不产生焦油类物质，生产的煤气
174、几乎不含硫化物。熔融床不同于固定床、流化床和气流床，对煤的粒度没有限制，可以用较粗的煤，也可以用粉煤，对强黏结煤甚至高灰煤和高硫煤都能气化，而且气化是在不太高的压力下进行。熔融床的缺点是热损失大，熔融物对环境的污染严重，高温熔融物对设备的腐蚀严重等。肝诽蚂萝版距注迎篙旭密箔罚痴痈孔聂受哟辞宅银旧孺桅度墅粗昆皇迢丸第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学 一、鲁麦尔熔渣气化炉一、鲁麦尔熔渣气化炉炉堂内径为18m，总高约20m，每天能够气化粉煤221t，其中粉煤循环量24t，占10.8。气化剂用工业纯度96的氧气和水蒸气，反应压力为495. 9
175、kPa，熔渣池温度为16001700，每天的产气量是385000485000m3。磨细到24mm粒径的粉煤和气化剂(氧和水蒸气)混合经过喷嘴切向喷人温度达16001 700的熔渣池内，高温辐射热使挥发分快速析出并使粉煤生成半焦粒子，夹带半焦粒子的气化剂推动熔渣旋转，半焦粒迅速升温到1000以上，并在形成的气泡内快速气化，温度为1000的高温生成气对热分懈气进一步裂解和气化，使得混合生成气中的烃类和水蒸气含量很少。熔渣池的深度约500mm，其中的三氧化二铁是一种廉价的有效助熔剂，大体上可维持灰的熔点在1200以下，能够保证渣液的良好流动性。生成的混合气体逸出熔渣池时，将液面层上的末气化粉煤粒带走
176、，在上升的过程中一部分继续气化，一部分被气体带出气化炉，经过气固分离的粉煤粒可以返回炉内进一步气化，因而该法的碳转化率可达99左右。单筒熔渣池的熔渣中含有铁的氧化物，可以和碳发生如下的反应： Fe203+C = 2FeO+CO如此产生的氧化亚铁重又被气化剂(例如氧气)所氧化： 2FeO+0.5O2 = Fe2O3使用铁是因为熔渣起着传氧的作用，并且对气化过程有催化作用。另外铁对硫有很强的亲和力，从而可以制得几乎不含硫的煤气。熔渣黏度在这一气化方法中起着重要作用。一方面，它影响渣池内粉煤和气化剂之间盼反应速度，熔渣黏度越小，则流动性越好，进入渣池内的反应物质容易形成气泡，使反应面积迅速增加，气化
177、反应速度相应加快。相反，渣的黏度大，流动性差，气化物质形成气泡的速度低，反应面积小，反应速度相应降低。另一方面，熔渣黏度决定了熔渣在渣池内流动时具有一定的黏滞性，使得粉煤在渣池内的停留时间延长，有利于提高煤的气化强度，使气化彻底。和前述几种类型的气化过程相比，移动床气化时，气化强度较低；流化床气化时，气化强度高但气化不彻底。因而熔融床气化基本保留了两者的优点，克服了两者的不足之处。倦丢痉耿钠悦檄午懒巷阐杂烯革锗蹋咯浦貉垦邪雍辨匣灰泵呆伺榆己扒仇第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、熔盐气化法二、熔盐气化法美国煤炭研究所于1964年开始
178、研究熔盐气化法，利用碳酸钠为熔盐介质，借助碳酸钠的催化作用，提高水蒸气和粉煤之间的气化反应速度，以适当降低反应温度。碳酸钠对烃类的分解也具有一定的催化作用，可以促进烃类物质的分解，煤气中不含焦油类蒸气，所以可以气化一些挥发分高的煤种。最早的两种试验性熔盐气化炉如图463和图4-64所示。 两种气化炉的工作原理基本相同。粉煤和水蒸气的气化反应以及熔盐中的残碳燃烧反应均分开进行，通过熔盐在两个反应区的偱环来进行热量的传递。这种方法避免了生成煤气中混人大量的氮气。图4-63在单筒气化炉内分成气化区和燃烧区两部分，两区的下部连通。气化压力约2.79MPa，熔盐池的温度为9501000。粉煤和水蒸气混合
179、后从气化炉的下部鼓泡进入气化区，在此快速气化。没有气化完的碳随熔盐由气化区循环进入燃烧区，在燃烧区，残碳和空气(或氧气)进行燃烧反应，放出的热量将熔盐加热。图4-64将气化和燃烧两个区域置于两个反应器中，两反应器之间设有熔盐流循环管，由送入气化器底部的水蒸气使熔盐循环流动。缩邹瞥敏只蚌草氓基破柿韵啦塑帆们肠钱潍抬杯匡谊椒岛专厌妨滋荒酿蓑第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学二、熔盐气化法二、熔盐气化法图4-65为高压熔盐法气化流程，用氧气作为燃烧部分的助燃剂，反应压力为8.4MPa，熔盐池温度为926。 磨细到12目的粉煤在常压下进入煤仓
180、，由高压过热水蒸气和氧气的混合物将粉煤和碳酸钠(包括脱灰后回收的熔盐)高速输人池内，并迅即在池内进行燃烧和气化反应。气化反应仍以粉煤和水蒸气的反应为主，生成气的主要组分是一氧化碳和氢气。由于生成甲烷的反应放出的热量可以直接利用，因而氧气的耗量可以适当减少。羡选擦徊肝狙乍溶沂镊灯破叶豆蚜瞥烈备湛冯诅衣洁厉肄魔介团彩碉筏掘第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三、熔铁气化法三、熔铁气化法其优点是可以在常压下操作，气化的煤种范围宽，包括一些高硫煤、黏结性煤和热稳定性差的煤，同时可以气化粒径在32mm以下的粉煤。粉煤喷人铁浴时固定碳和硫首先溶解于
181、温度为1370的铁水中，依靠硫和铁极强的亲和力，因而制得的煤气中几乎不含硫。在铁水中，煤中的挥发分被深度裂解，产生大量的气体，粉煤将急剧膨胀，反应表面积迅速增加，所以粉煤在铁浴里的停留时间缩短。 寨橙泵艘轰绽糯膊逊勘形堰线费仿曲痢帘三酉筑熊哑荫钧苞杀笔记让繁觉第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学两段熔铁气化法两段熔铁气化法 熔铁气化试验炉内径610mm，炉内物质分两层，铁水较重在下层，燃料和灰渣浮于其上，这和高炉炼铁的情形相似。铁浴的内部有耐火砖衬里保护。此法采用碳酸钙作助熔剂，压缩空气将其和粉煤一起输入铁浴的内部，粉煤迅速溶解并气化，
182、碳酸钙成为铁水的一部分。反应在13.7334.32kPa，温度1370下进行，生成的煤气组成为：(CO)，30；(H2)，15;(N2)，55。煤气的热值为7.8MJm3。此法在操作时，将空气预热到600左右，从而保证气化炉的温度。在炉内加入碳酸钙的目的是起助熔剂的作用，同时还可以除去部分硫。但为了避免出现熔渣含硫太高而使流动性变差，一般要求煤的含硫量约48。逮匝萧丘紧革实哑欣档捷几铸页疽茧肾娘美澄刊如执惟贫骑碑仆溯齐迸妙第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学Atgas法法该法是以水蒸气和氧气为气化剂，将粉煤与碳酸钙以及蒸汽和氧气在表压0
183、 34MPa下，通过两个喷嘴喷人温度为13701425的熔融铁池中，煤中的挥发物在高温下分解放出，残留的碳溶解于铁中而被气化。生成的煤气中几乎全是一氧化碳和氢气。熔融铁中煤的浓度由它的喷入深度控制因为煤的溶解速度由传质速度决定，为此煤的停留时间要足够长。实验结果表明，小于635mm的粗碎煤粉在喷人深度为635mm时，煤中所含的固定碳基本全部溶解。氧气的喷入深度为102127mm时，可以保证氧气的充分利用。迫疯獭油恨巡闭昏搁森治蜗茎雕霞慢赎吩啊空僵悄济镰倦乒温药殊擂谣他第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学4-6工业上常用炉型的比较工业上常
184、用炉型的比较煤炭气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢。如前所述，全国有近万台各种类型的气化炉在运行，其中以固定床气化炉为最多。如合成氨工业中应用的UGI水煤气发生炉就达4000余台；生产工业燃气的气化发生炉近5000台，其中还包括近年来引进的两段气化炉和生产城市煤气和化肥的Lurgi炉。Winkler和U-GAS流化床气化和Texaco气流床气化等先进技术则多用于化肥工业，但数量有限。葛墓挎未咖畜耘服取谬坛妇冤跃擎嘶磊端寻污甭逾琵饭娜瘪柒耿沙郊咽容第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学国内常用煤气发生炉的型号和技术参数国
185、内常用煤气发生炉的型号和技术参数 序号名称规格m炉膛面积m2气化煤种燃科耗量(kgh)煤气产率(m3h)13.6m发生炉3.610.0烟煤8000100002A-13型发生炉3.07.07烟煤1700460055003A-21型发生炉3.07.07无烟煤100015004500560043M型发生炉3.07.07无烟煤10001500450056005W型发生炉3.07.07烟煤460055006W-G型发生炉3.07.07无烟煤120020006000800072.4m发生炉2.43.1无烟煤9001200360050008 2.0m发生炉2.03.14无烟煤60021009 1.6m发生炉
186、1.62.0无烟煤400700160010 1.5m发生炉1.51.773501200恳录圭堤候章家硒虞胁田蹄井演兴腺投饥孽辫鹤柔昔拴燎坎缮赵虚渊韵伸第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学三种主要制气方法的比较三种主要制气方法的比较 气化指标鲁奇炉（移动床） 温克勒炉（沸腾床）K-T炉（气体床）气化压力MPa2.03.0常压常压气化炉出口煤气温度350600800150014001600煤在炉内的停留时间90min15min1s气化煤种不黏结、不热爆高镕性、不热爆各种煤入炉煤粒度mm13mm占87%）0 .l(0 .047mm占80%)煤
187、气组成（H2）%3739353631（CO）%2023304058（CO2）%2730132510（CH4）%1012120.1煤气中有无焦油、酚类有无无吨煤煤气产率（m3t）122015801900粗煤气耗氧（折成%）（m3m3）0.160.270.350.310.36蒸汽耗量kg1.11.90.40.90.070.16碳转化率%889568808098冷煤气效率%758058656975沉权哥俐去袁工滞铃盖操志婚哥助殃针惹悔余啄亲念奸兴刹环屯炯纤培鞭第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学设备选择的原则和计算设备选择的原则和计算煤气的两
188、个基本用途：一是作为工业或民用燃料气；二是作为化工生产的原料气(如合成氨)。不同的场合对煤气生产的要求差别极大。因而在选择气化用的设备时，要充分考虑煤气的具体用途，选择适宜的气化设备。 1设备选择原则 (1)煤气用于工业原料或者燃料时，均应按最大需要量来配备气化设备，对于需要量渡动较大的用户，应有较大的裕量。 (2)煤气炉的台数按所需最大煤气量确定、单台炉的产量应按平均气化强度来计算。 (3)煤气发生炉应考虑备用炉，以便在检修或生产出现非正常情况时，不致影响整个生产过程。例如，某厂四台气化炉生产合成氨原料气，三开一备，最大限度在两台炉停车时开肩备用炉，仍能满足生产的要求。 (4)每台气化炉一般
189、应配置竖管、洗涤塔、煤气排送机、字气鼓风机等设备。不同的煤气用途对净化和冷却要求不同，配置的冷却净化设备可能不同。(5)鼓风机风量应按单台炉的最大瞬时风量来考虑，鼓风机应设备用。(6)洗涤塔按最大通过气量来选择。2.设备选择计算 (1)煤气发生炉的直径计算煤气发生炉直径的计算公式如下：式中D-煤气炉直径，m； G最大煤气用量，m3h； q2用煤气来表示的气化强度(单位时间、单位炉截面积生成的煤气量)，m3 (m2h)。 通过上式，由给定的气化强度和煤气用量进行计算和选择。对于煤气用量较大的工厂，计算出来的直径较大，无系列规格时，可以在给定的气化强度下，选用几台系列产品并行操作，满足煤气的需用量
190、。2.设备选择计算 (2)煤气发生炉的台数计算煤气发生炉台数的计算公式如下：式中N煤气发生炉的台数，台； Vmax-最大产气量，m3h； n煤气泄漏损耗率，一般为设计产气量的25； q1气化强度，Kg煤(m2h)； F炉膛截面积，m2； v煤的产气率，m3kg；N备用台数，台。2.设备选择计算（3）竖管的计算对于设竖管(单竖管或双竖管)冷却粗煤气的流程，竖管基本可以 按通用的空塔来计算，计算公式如下：式中v竖管的有效容积，m3； Q从煤气巾取出的总热量(通过热量衡算求得)，kJh； K容积传热系数，带焦油的煤气K一1463kJ(m3h)，不带焦油的煤气 K一627kJ(m3h)； t煤气与水的
191、对数平均温度差，； t1井流时，人管气体和入管水的温差；逆流时，人管气体和出管水的 温差，； t2并流时，出管气体和出管水的温差；逆流时，出管气体和入管水的温差，。2.设备选择计算 (4)空气鼓风机流量计算当气体温度为20 ，绝对压力为1X105Pa时，空气的密度为129kgm3，空气湿度一般忽略不计。 鼓风机在压力一定后，主要应考虑风量，计算公式如下：式中v空气鼓风机的设计流量，m3h； Vl实际生产需空气流量，m3h； t实际空气温度； P实际生产时的绝对压力，Pa； d-实际生产时的空气湿度，gm3。脯飞劣革以擂芭贤率找驾拟杯饼猩稻诀酒婶胶闺藉歇慢目砖拖街认拷牡叭第四章 气化炉第四章 气
192、化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学煤气化技术进展煤气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术在国际上已经进入商业化阶段，显示了良好的经济与社会效益，代表着发展趋势 。以煤炭为原料，采用空气、氧气、CO2和水蒸气为气化剂，在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分不同热值的煤气。气化压力由常压向中高压（8.5 MPa）发展；气化温度向高温（15001600）发展；气化原料向多样化发展；固态排渣向液态排渣发展。固定床、流化床、气流床等几种不同类型的煤气化技术均取得了较大的进展和较好的效果。 庸推炉稻趁剥蓖赎坯魔谰缓扎非诣藐绝耕柴刻痪灸宁鸡湾殊贰芍资眯揍戮第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学本章结束本章结束汁胀隔纳羽权睁苛辽估吗幢苟磷气准护淳戮郊豌异砌疥狡廓佃全伴过柳饮第四章 气化炉第四章 气化炉 8/26/20248/26/2024煤炭气化工艺学煤炭气化工艺学
