氣化爐的分類與計(jì)算公式

第四章

氣化爐

世界煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面。

①增大氣化爐規(guī)模，提高單爐制氣能力。以K—T爐為例，20世紀(jì)50年代是雙嘴爐，20世紀(jì)70年代采用了雙嘴和四頭八嘴，以及后來(lái)設(shè)計(jì)的六個(gè)頭的氣化爐等，使得單爐產(chǎn)氣能力大幅度提高。

②提高氣化爐的操作壓力，降低壓縮動(dòng)力消耗，減少設(shè)備尺寸，降低氧耗，提高碳的轉(zhuǎn)化率。

③氣流床和流化床技術(shù)日益發(fā)展，擴(kuò)大了氣化煤種的范圍。

④提高氣化過(guò)程的環(huán)保技術(shù)，盡量減少環(huán)境污染。

⑤將煤炭氣化過(guò)程和發(fā)電聯(lián)合起來(lái)的生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越受到各國(guó)的重視，并巳建成不同規(guī)模的生產(chǎn)廠。

總之，煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展基本是圍繞氣化爐展開(kāi)的，以下對(duì)常用的不同類型的煤氣化技術(shù)以及所使用的氣化爐作一基本介紹。第一節(jié)

概

述基本概念：1、

氣化爐：進(jìn)行煤炭氣化的設(shè)備叫氣化爐。2、

氣化爐分類①

按照燃料在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況來(lái)分類是比較通行的方法，一般分為移動(dòng)床(又叫固定床)、沸騰床(叉叫流化床)、氣流床和熔融床等。②

氣化爐在生產(chǎn)操作過(guò)程中根據(jù)使用的壓力不同，又分為常壓氣化爐和加壓氣化爐；③

根據(jù)不同的排渣方式，可以分為固態(tài)排渣氣化爐和液態(tài)排渣氣化爐。3、

煤氣的分類：如果以空氣作為氣化劑，生產(chǎn)的煤氣稱空氣煤氣。如果以空氣(富氧空氣或純氧)和水蒸氣的混合物作為氣化劑，生產(chǎn)的煤氣稱混合煤氣；如果將空氣(富氧空氣或純氧)和水蒸氣分別交替送人氣化爐內(nèi)，間歇進(jìn)行，生產(chǎn)的煤氣叫水煤氣；氣體成分經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整(主要是調(diào)整含氮?dú)獾牧?后．生產(chǎn)的煤氣符合成氨原料氣的要求，這種煤氣叫做半水煤氣。4、氣化爐的組成

各種不同結(jié)構(gòu)的氣化爐基本上由三大部分組成，即加煤系統(tǒng)、氣化反應(yīng)部分和排灰系統(tǒng)。加煤系統(tǒng)：要考慮煤入爐后的分布和加煤時(shí)的密封問(wèn)題。氣化部分：①是煤炭氣化的主要反應(yīng)場(chǎng)所，首要考慮的問(wèn)題是如何在低消耗的情況下，使煤最大限度地轉(zhuǎn)化為符合用戶要求的優(yōu)質(zhì)煤氣②由于煤炭氣化過(guò)程是在非常高的溫度下進(jìn)行的，為了保護(hù)爐體而加設(shè)內(nèi)璧襯里或加設(shè)水套也是非常必要的。水套一方面可以起到保護(hù)爐體(也包括爐內(nèi)的布煤器或攪拌裝置)的作用，同時(shí)可以吸收氣化區(qū)的熱量而生產(chǎn)蒸汽，該部分蒸汽叉可以作為氣化時(shí)需用的蒸汽而進(jìn)入氣化爐內(nèi)。排灰系統(tǒng)①作用:保證了爐內(nèi)料層高度的穩(wěn)定，同時(shí)也保證了氣化過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行.②問(wèn)題：對(duì)移動(dòng)床而言，由于爐箅(氣化劑的分布裝置)和排灰系統(tǒng)結(jié)合在一起，氣化劑的均勻分布和排灰操作是生產(chǎn)上較為重要的兩個(gè)問(wèn)題。

不論采用何種類型的氣化爐，生產(chǎn)哪種煤氣，燃料以一定的粒度和氣化劑直接接觸進(jìn)行物理和化學(xué)變化過(guò)程，將燃料中的可燃成分轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹?，同時(shí)產(chǎn)生的灰渣從爐內(nèi)排除出去，這一點(diǎn)是不變的。然而采用不同的爐型，不同種類和組成的氣化劑，在不同的氣化壓力下，生產(chǎn)的煤氣的組成、熱值以及各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是有很大差異的。氣化爐的結(jié)構(gòu)、爐內(nèi)的氣固相反應(yīng)過(guò)程及其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，三者之間是緊密聯(lián)系的。一、氣固相反應(yīng)

1、氣固相反應(yīng)：在氣化爐內(nèi)，物質(zhì)基本上以兩種相態(tài)存在，一是氣相即空氣、氧氣、水蒸氣(稱為氣化劑)和氣化時(shí)形成的煤氣，另外是固相即燃料和燃料氣化后形成的固體如灰渣等。工業(yè)上把這種反應(yīng)稱氣固相反應(yīng)。

2、氣固反應(yīng)器的類型：固定床（移動(dòng)床）：氣化劑以較小的速度通過(guò)床層時(shí)．氣體經(jīng)過(guò)固體顆粒堆積時(shí)所形成的空隙，床內(nèi)固體顆粒靜止不動(dòng)，這時(shí)的床層一般稱固定床。對(duì)氣化爐而言，由于氣化過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，燃料連續(xù)從氣化爐的上部加人、形成的灰擅從底部連續(xù)的排出，所以燃料是以緩慢的速度向下移動(dòng)，故稱為移動(dòng)床較為合理。流化床：當(dāng)氣流速度繼續(xù)增大，顆粒之間的空隙開(kāi)始增大，床層膨脹，高度增加，床層上部的顆粒被氣流托起，流體流速增加到一定限度時(shí)，顆粒被全部托起，顆粒運(yùn)動(dòng)劇烈，但仍然逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出，床層的這種狀態(tài)叫固體流態(tài)化，即固體顆粒具有了流體的特性，這時(shí)的床層稱流化床。氣流床：在流化床階段，如果流速進(jìn)一步增大，將會(huì)有部分粒度較小的顆粒被帶出流化床，這時(shí)的床層相當(dāng)于一個(gè)氣流輸送設(shè)備，因而被稱為氣流床。3、三種床層中的壓降和傳熱情況固定床的壓力降主要是由于流體和固體顆粒之間的摩擦，以及流體流過(guò)床層時(shí)，流道的突然增大和收縮而引起的，隨流速的增大而成比例地增大，經(jīng)過(guò)一個(gè)極大值后．床層進(jìn)人流態(tài)化階段。流化床：在流態(tài)化階段，床層的壓降保持不變，基本等于床層的重量，把這個(gè)極大值稱臨界流化速度。氣流床：進(jìn)入氣流床時(shí)，由于大量顆粒被帶出床外，床層壓降急劇下降。4、

均相反應(yīng)與非均相反應(yīng)氣相中的反應(yīng)叫均相反應(yīng)；如CO與H2O的反應(yīng)等氣固相反應(yīng)稱為非均相反應(yīng)。如碳的燃燒反應(yīng)、水蒸氣與熾熱的碳之間的反應(yīng)等。5、

控制步驟氣固相非均相反應(yīng)，其反應(yīng)過(guò)程有五個(gè)過(guò)程組成：即①氣化劑向燃料顆粒表面的外擴(kuò)散過(guò)程；②氣化劑被燃料顆粒的表面吸附；③吸附的氣化劑和燃料顆粒表面上的碳進(jìn)行表面化學(xué)反應(yīng)；④

生成的產(chǎn)物分子從顆粒表面脫附下來(lái)；⑤

產(chǎn)物分子從顆粒的表面通過(guò)氣膜擴(kuò)散到氣流主體。7、化學(xué)平衡

逆反應(yīng)速度相等時(shí)，化學(xué)反應(yīng)就達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。例如對(duì)如下吸熱反應(yīng)：

根據(jù)熱化學(xué)平衡理論，以氣體中各組分平衡分壓表示的平衡常數(shù)kp如下：

如果反應(yīng)是吸熱的(如上述碳與水蒸氣的反應(yīng))，kp隨T的升高而增大；反之，對(duì)于放熱反應(yīng)，kp隨T的增大而減小。這也就是說(shuō)，對(duì)于吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于化學(xué)反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行；對(duì)于放熱反應(yīng)，則降低溫度有利于向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行。

就壓力對(duì)氣化過(guò)程的平衡影響而言，基本的規(guī)律是：對(duì)反應(yīng)后體積增加(即分子數(shù)增加)的反應(yīng)，隨著壓力的增加，產(chǎn)物的平衡含量是減少的；反之，對(duì)于體積減少的反應(yīng)加壓有利于產(chǎn)物的生成。二、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程

具體的氣化過(guò)程所采用的爐型不同，操作條件不同，所使用的氣化劑及燃料組成不同，但基本都包括幾個(gè)主要的過(guò)程，即煤的干燥、干餾、熱解、主要的化學(xué)反應(yīng)。

1、煤的干燥

煤的干燥過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是水分從微孔中蒸發(fā)的過(guò)程。

煤的干燥過(guò)程：理論上應(yīng)在接近水的沸點(diǎn)下進(jìn)行，但實(shí)際生產(chǎn)中，和具體的氣化工藝過(guò)程及其操作條件又有很大的關(guān)系

例如，對(duì)于移動(dòng)床氣化而言，由于煤不斷向高溫區(qū)緩慢移動(dòng)，且水分蒸發(fā)需要一定的時(shí)間，因此水分全部蒸發(fā)的溫度稍大于lOO℃，當(dāng)氣化煤中水分含量較大時(shí)，干燥期間，煤料溫度在一定時(shí)間內(nèi)處于不變的100℃左右。而在其他的一些氣化工藝過(guò)程當(dāng)中，例如，氣流床化時(shí)，由于粉煤是直接被噴人高溫區(qū)內(nèi)，幾乎是在2000C左右的高溫條件下被瞬間干燥。

一般地，增加氣體流速，提高氣體溫度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥溫度高、氣流速度大，則干燥時(shí)間短；反之，煤的干燥時(shí)間就長(zhǎng)。

從能量消耗的角度來(lái)看，以機(jī)械形式和煤結(jié)合的外在水分，在蒸發(fā)時(shí)需要消耗的能量相對(duì)較少；而以吸附方式存在于煤微孔內(nèi)的內(nèi)在水分，蒸發(fā)時(shí)消耗的能量相對(duì)較多。煤干燥過(guò)程的主要產(chǎn)物是水蒸氣．以及被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。2、煤的干餾1）就移動(dòng)床來(lái)說(shuō)，基本接近于低溫干餾（500-600℃)。從還原層上來(lái)的氣體基本不含氧氣，而且溫度較高，可以視為隔絕空氣加熱即干餾。2）而對(duì)于沸騰床和氣流床氣化工藝，由于不存在移動(dòng)床的分層問(wèn)題，因而情況稍微復(fù)雜，尤其對(duì)于氣流床來(lái)講．煤的幾個(gè)主要變化過(guò)程幾乎是瞬間同時(shí)進(jìn)行。

3）煤的加熱分解除了和煤的品位有關(guān)系，還與煤的顆粒粒徑、加熱速度、分解溫度、壓力和周圍氣體介質(zhì)有關(guān)系。

無(wú)煙煤中的氫和氧元素含量較低，加熱分解僅放出少量的揮發(fā)分；煙煤加熱時(shí)經(jīng)歷軟化為類原生質(zhì)的過(guò)程。在煤顆粒中心達(dá)到軟化溫度以前，開(kāi)始分解出揮發(fā)物，同時(shí)其本身發(fā)生膨脹。

煤顆粒粒徑小于50pm時(shí)，熱解過(guò)程將為揮發(fā)形成的化學(xué)反應(yīng)控制，熱解與顆粒大小基本沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)顆粒粒徑大于100pm后，熱解速度取決于揮發(fā)分從固定碳中的擴(kuò)散逸出速度。

壓力對(duì)熱解有重要影響，隨壓力的升高，液體碳?xì)浠衔锵鄬?duì)減少，而氣體碳?xì)浠衔锵鄬?duì)增加。

一般來(lái)說(shuō)，在200℃以前，并不發(fā)生熱解作用，只是放出吸附的氣體．如水等。在大于200℃后，才開(kāi)始發(fā)生煤的熱分解，放出和同系物、烯烴等，此時(shí)煤轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。溫度達(dá)到500℃時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生大量的焦油蒸氣和氫氣，此時(shí)塑性狀態(tài)的煤因分解作用的進(jìn)行而變硬。

3、煤的熱解

煤的熱解結(jié)果生成三類分子：小分子(氣體)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。

就單純熱解作用的氣態(tài)而言．煤氣熱值隨煤中揮發(fā)分的增加而增加，隨煤的變質(zhì)程度的加深氫氣含量增加而烴類和二氧化碳含量減少。煤中的氧含量增加時(shí)，煤氣中二氧化碳和水含量增加。煤氣的平均分子量則隨熱解的溫度升高而下降．即隨溫度的升高大分子變小，煤氣數(shù)量增加。4、主要化學(xué)反應(yīng)煤炭氣化過(guò)程的兩類主要反應(yīng)即燃燒反應(yīng)和還原反應(yīng)是密切相關(guān)的是煤炭氣化過(guò)程的基本反應(yīng)。

首先是煤的燃燒反應(yīng)，通過(guò)燃燒一部分燃料來(lái)維持氣化工藝過(guò)程中的熱量平衡。煤的燃燒是指在空氣、富氧空氣或氧氣中，當(dāng)煤的溫度達(dá)到者火點(diǎn)時(shí)劇烈氧化，放出大量熱量的過(guò)程，完全燃燒時(shí)生成二氧化碳，而不完全燃燒時(shí)則生成一氧化碳。不論采用哪一種具體的氣化工藝，產(chǎn)生的熱量基本上都消耗在如下幾個(gè)方面：灰渣帶出的熱量、水蒸氣和碳的還原反應(yīng)需要的熱量、煤氣帶走的熱量以及傳給水夾套和周圍環(huán)境的熱量。

其次是還原反應(yīng)，包括碳和二氧化碳的反應(yīng)，以及水蒸氣和碳之間的反應(yīng)是制氣的主要反應(yīng)，主要生成一氧化碳和氫氣。

編號(hào)：No.8課題：第四章

氣化爐------4-1氣化爐概述（2）氣化評(píng)價(jià)指標(biāo)與氣化爐

授課內(nèi)容：●煤炭氣化的評(píng)價(jià)指標(biāo)●氣化爐的基本形式●每一種氣化爐的氣化過(guò)程

知識(shí)目標(biāo)：●掌握關(guān)于煤氣化的評(píng)價(jià)指標(biāo)●掌握氣化爐的基本形式●了解我國(guó)常用的氣化爐形式能力目標(biāo)：分析氣化過(guò)程思考與練習(xí)：

三、煤炭氣化過(guò)程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)

反映煤炭氣化過(guò)程經(jīng)濟(jì)性的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有氣化強(qiáng)度、單爐生產(chǎn)能力、氣化效率、熱效率、蒸汽消耗量、蒸汽分解率等。

1、氣化強(qiáng)度

所謂氣化強(qiáng)度，即單位時(shí)間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質(zhì)量或產(chǎn)生的煤氣量。

氣化強(qiáng)度的兩種表示方法如下：

但一般常用處理煤量來(lái)表示。氣化強(qiáng)度越大，爐子的生產(chǎn)能力越大。氣化強(qiáng)度與煤的性質(zhì)、氣化劑供給量、氣化爐爐型結(jié)構(gòu)及氣化操作條件有關(guān)。實(shí)際的氣化生產(chǎn)過(guò)程中，要結(jié)合氣化的煤種和氣化爐確定合理的氣化強(qiáng)度。

對(duì)于煙煤炭氣化時(shí)，可以適當(dāng)采用較高的氣化強(qiáng)度，因其在干餾段揮發(fā)物較多，所以形成的半焦化學(xué)反應(yīng)性較好，同時(shí)進(jìn)人氣化段的固體物料也較少。

而在氣化無(wú)煙煤時(shí)，因其結(jié)構(gòu)致密，揮發(fā)分少，氣化強(qiáng)度就不能太大。以大同煙煤和陽(yáng)泉無(wú)煙煤為例，大同煤的揮發(fā)分為28％～30％，陽(yáng)泉煤的揮發(fā)分為8％～9.5％，采用13～50mm的煤粒度進(jìn)行氣化時(shí)的氣化強(qiáng)度分別為300～350kg／(m?！)和180~220kg／(m2·h)。

對(duì)于較高灰熔點(diǎn)的煤炭氣化時(shí)，可以適當(dāng)提高氣化溫度，相應(yīng)也提高了氣化強(qiáng)度。

2、單爐生產(chǎn)能力

氣化爐單臺(tái)生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間內(nèi)，一臺(tái)爐子能生產(chǎn)的煤氣量。它主要與爐子的直徑大小、氣化強(qiáng)度和原料煤的產(chǎn)氣率有關(guān)，計(jì)算公式如下：

式中V——單爐生產(chǎn)能力，m3／h；

D——?dú)饣癄t內(nèi)徑，m；

Vg——煤氣產(chǎn)率,m3／kg(煤)：

q1——?dú)饣瘡?qiáng)度，kg／(m2．h)。

公式中的煤氣產(chǎn)率是指每千克燃料(煤或焦炭)在氣化后轉(zhuǎn)化為煤氣的體積，它也是重要的技術(shù)經(jīng)薪指標(biāo)之一．一般通過(guò)試燒試驗(yàn)來(lái)確定。

在生產(chǎn)中也經(jīng)常使用另一個(gè)與煤氣產(chǎn)率意義相近的指標(biāo)。即煤氣單耗，定義為每生產(chǎn)單位體積的煤氣需要消耗的燃料質(zhì)量，以kg／m3計(jì)。

3、氣化效率

煤炭氣化過(guò)程實(shí)質(zhì)是燃料形態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，即從固態(tài)的煤通過(guò)一定的工藝方法轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的煤氣。這一轉(zhuǎn)化過(guò)程伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，通常是首先燃燒部分煤提供熱量(化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能)，然后在高溫條件下，氣化劑和熾熱的煤進(jìn)行氣化反應(yīng)，捎耗了燃燒過(guò)程提供的能量，生成可燃性的一氧化碳、氫氣或甲烷等(這實(shí)際上是能量的一個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程)。由此可見(jiàn)，要制得煤氣，即使在理想情況下，消耗一定的能量也是不可避免的，再加上在氧化過(guò)程中必然會(huì)有熱量的散失、可燃?xì)怏w的泄露等引起的損耗，也就是說(shuō)，煤所能夠提供的總能量并不能完全轉(zhuǎn)移到煤氣中，這種轉(zhuǎn)化關(guān)系可以用氣化效率來(lái)表示。

所謂的氣化效率是指所制得的煤氣熱值和所使用的燃料熱值之吃．用公式表示為：

式中——?dú)饣?，％?/p>

Q`——lkg煤所制得煤氣的熱值，kJ/kg；

Q——1kg煤所提供的熱值．kJ/kg；

4、熱效率

熱效率是評(píng)價(jià)整個(gè)煤炭氣化過(guò)程隹量手町用的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。氣化效率偏重于評(píng)價(jià)能量的轉(zhuǎn)移程度，即煤中的能量有多少轉(zhuǎn)移到煤氣中；而熱效率則側(cè)重于反映能量的利用程度。熱效率計(jì)算公式如下：

式中L一熱效率，％；

Q煤氣——煤氣的熱值，MJ；

∑Q入——進(jìn)入氣化爐的總熱量，MJ：∑Q熱損失——?dú)饣^(guò)程的各項(xiàng)熱損失之和．MJ。

進(jìn)入氣化爐的熱量有燃料帶人熱、水蒸氣和空氣等的顯熱。氣化過(guò)程的熱損夫主要有通過(guò)爐壁散失到大氣中的熱量、高溫煤氣的熱損失、灰渣熱損失、煤氣泄露熱損失等。

5、水蒸氣消耗量和水蒸氣分解率

水蒸氣消耗量和水蒸氣分解率是煤炭氣化過(guò)程經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)．它關(guān)系到氣化爐是否能正常運(yùn)行，是否能夠?qū)⒚鹤畲笙薅鹊剞D(zhuǎn)化為煤氣。

一般地，水蒸氣的消耗量是指氣化1kg煤所消耗蒸汽的量．水蒸氣消耗量的差異主要由于原料煤的理化性質(zhì)不同而引起的。

水蒸氣分解率是指被分解掉的蒸汽與人爐水蒸氣總量之比。蒸汽分解率高，得到的煤氣質(zhì)量好，粗煤氣中水蒸氣含量低；反之，煤氣質(zhì)量差，粗煤氣中水蒸氣含量高。四、氣化爐分類

目前，國(guó)內(nèi)外用煤造氣的方法不下幾十種，分類方法也不少，其中以燃料在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況來(lái)分類的方式應(yīng)用比較廣泛，相應(yīng)的氣化爐有移動(dòng)床(固定床)、沸騰床(流化床)、氣流床和熔融床。1、移動(dòng)床氣化爐

燃料：主要有褐煤、長(zhǎng)焰煤、煙煤、無(wú)煙煤、焦炭等。

氣化劑：有空氣、空氣一水蒸氣、氧氣一水蒸氣等。

基本過(guò)程：燃料由移動(dòng)床上部的加煤裝置加人，底部通人氣化劑，燃料與氣化劑逆向流動(dòng)，反應(yīng)后的灰渣由底部排出。

爐內(nèi)溫度分布：移動(dòng)床及其爐內(nèi)料層溫度分布情況如圖4—3所示。

圖4-3移動(dòng)床及其爐內(nèi)料層溫度分布

爐內(nèi)料層：當(dāng)爐料裝好進(jìn)行氣化時(shí)，以空氣作為氣化劑，或以空氣(氧氣、富氧空氣)與水蒸氣作為氣化劑時(shí)，爐內(nèi)料層可分為六個(gè)層帶，自上而下分別為：空層、干燥層、干餾層、還原層、氧化層、灰渣層。氣化劑不同，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不同。

各層帶在爐內(nèi)的主要反應(yīng)和作用：由于各層帶的氣體組成不同，溫度不同，固體物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)不同，因此反應(yīng)的生成物均有一定的區(qū)別。各層帶在爐內(nèi)的主要反應(yīng)和作用都不同。

灰渣層1）灰渣層中的灰是煤炭氣化后的固體殘?jiān)?，煤灰堆積在爐底的氣體分布板上具有以下三個(gè)方面的作用：

①由于灰渣結(jié)構(gòu)疏松并含有許多孔隙，對(duì)氣化劑在爐內(nèi)的均勻分布有一定的好處。

②煤灰的溫度比剛?cè)藸t的氣化劑溫度高，可使氣化劑預(yù)熱。

③灰層上面的氧化層溫度很高，有了灰層的保護(hù)，避免了和氣體分布板的直接接觸，故能起到保護(hù)分布板的作用。2）灰渣層的控制

根據(jù)煤灰分音量的多少和爐子的氣化能力制定合適的清灰操作。

灰渣層一般控制在100～400mm較為合適，視具體情況而定。

如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次數(shù)要多而每次清灰的數(shù)量要少，自動(dòng)連續(xù)出灰效果要比人工清灰好·

清灰太少，灰渣層加厚，氧化層和還原層相對(duì)減少，將影響氣化反應(yīng)的正常進(jìn)行，增加爐內(nèi)的阻力；清灰太多，灰渣層變薄，造成爐層波動(dòng)，影響煤氣質(zhì)量和氣化能力，容易出現(xiàn)灰渣熔化燒結(jié)，影響正常生產(chǎn)。3）灰渣層溫度較低，灰中的殘?zhí)驾^少，所以灰渣層中基本不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

氧化層1）也稱燃燒層或火層，是煤炭氣化的重要反應(yīng)區(qū)域，從灰渣中升上來(lái)的預(yù)熱氣化劑與煤接觸發(fā)生燃燒反應(yīng)．產(chǎn)生的熱量是維持氣化爐正常操作的必要條件。2）氧化層帶

氧化層帶溫度高，氣化劑濃度最大．發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)劇烈·，主要的反應(yīng)為：

C+02

C02

2C+02

2C0

2C0+02

2C02上面三個(gè)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，因而氧化層的溫度是最高的。

考慮到灰分的熔點(diǎn)，氧化層的溫度太高有燒結(jié)的危險(xiǎn)，所以一般在不燒結(jié)的情況下，氧化層溫度越高越好，溫度低于灰分熔點(diǎn)的80～120℃為宜，約1200℃左右。氧化層厚度控制在150～300mm左右，要根據(jù)氣化強(qiáng)度、燃料塊度和反應(yīng)性能來(lái)具體確定。

氧化層溫度低可以適當(dāng)降低鼓風(fēng)溫度，也可以適當(dāng)增大風(fēng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。還原層

在氧化層的上面是還原層，赤熱的炭具有很強(qiáng)的奪取水蒸氣和二氧化碳中的氧而與之化臺(tái)的能力，水(當(dāng)氣化劑中用蒸汽時(shí))或二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成相應(yīng)的氧氣和一氧化碳，還原層也因此而得名。

還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其熱量來(lái)源于氧化層的燃燒反應(yīng)所放出的熱。

還原層的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

C+CO2→2CO

C+H2O→H2+COC+2H2O→2H+CO2C+2H2→CH4CO+3H2→CH4+H2O2CO+2H2→CO2+CH4CO2+4H2→CH4→CH4+2H2O

由上面的反應(yīng)可以看出．反應(yīng)物主要是碳、水蒸氣、二氧化碳和二次反應(yīng)產(chǎn)物中的氫氣；生成物主要是一氧化碳、氫氣、甲烷、二氧化碳、氨氣(用空氣作氣化劑時(shí))和未分解的水蒸氣等。常壓下氣化主要的生成物是一氧化碳、二氧化碳、氫氣和少量的甲烷，而加壓氣化時(shí)的甲烷和二氧化碳的含量較高。

還原層厚度一般控制在300～500mm左右。如果煤層太薄．還原反應(yīng)進(jìn)行不完全．煤氣質(zhì)量降低；煤層太厚，對(duì)氣化過(guò)程也有不良影響，尤其是在氣化黏結(jié)性強(qiáng)的煙煤時(shí)，容易造成氣流分布不均，局部過(guò)熱，甚至燒結(jié)和穿孔。

習(xí)慣上，把氧化層和還原層統(tǒng)稱為氣化層。氣化層厚度與煤氣出口溫度有直接的關(guān)系，氣化層薄出口溫度高；氣化層厚，出口溫度低。因此，在實(shí)際操作中，以煤氣出口溫度控制氣化層厚度，一般煤氣出口溫度控制在600℃左右。

干餾層

干餾層位于還原層的上部，氣體在還原層釋放大量的熱量，進(jìn)入干餾層時(shí)溫度已經(jīng)不太高了，氣化劑中的氧氣已基本耗盡，煤在這個(gè)過(guò)程歷經(jīng)低溫干餾，煤中的揮發(fā)分發(fā)生裂解．產(chǎn)生甲烷、烯烴和焦油等物質(zhì)，它們受熱成為氣態(tài)而進(jìn)入干燥層。

干餾區(qū)生成的煤氣中因?yàn)楹休^多的甲烷，因而煤氣的熱值高，可以提高煤氣的熱值，但也產(chǎn)生硫化氫和焦油等雜質(zhì)。

干燥層

干燥層位于干餾層的上面，上升的熱煤氣與剛?cè)藸t的燃料在這一層相遇并進(jìn)行換熱，燃料中的水分受熱蒸發(fā)。

一般地，利用劣質(zhì)煤時(shí)．因其水分舍量較大，該層高度較大，如果煤中水分含量較少，干燥段的高度就小。

脫水過(guò)程大致分為以下三個(gè)階段。

第一階段(圖4—5中I)，煤中的水分分外在水分和內(nèi)在水分。干燥層的上部，上升的熱煤氣使煤受熱，首先使煤表面的潤(rùn)濕水分即外在水分汽化，這時(shí)煤微孔內(nèi)的吸附水即內(nèi)在水分同時(shí)被加熱。隨燃料下移溫度繼續(xù)升高。第二階段(圖4—5中II)，煤移動(dòng)到干燥層的中部，煤表面的外在水分已基本蒸發(fā)干凈，微孔中的內(nèi)在水分保持較長(zhǎng)時(shí)間，溫度變化不大，繼續(xù)汽化，直至水分全部蒸發(fā)干凈，溫度才繼續(xù)上升，燃料被徹底干燥。第三階段(圖4—5中Ⅲ)，燃料移動(dòng)到干燥層的下部時(shí)，水分已全部汽化，此時(shí)不需要大量的汽化熱，上升的熱氣流主要是來(lái)預(yù)熱煤料，同時(shí)煤中吸附的一些氣體如二氧化碳等逸出。在干燥段的升溫曲線如圖4-5所示。

空層

空層即燃料層的上部，爐體內(nèi)的自由區(qū)，其主要作用是匯集煤氣，并使?fàn)t內(nèi)生成的還原層氣體和干餾段生成的氣體混合均勻。

由于空層的自由截面積增大，使得煤氣的速度大大降低，氣體夾帶的顆粒返回床層，減小粉塵的帶出量。

控制空層高度一是要求在爐體橫截面積上要下煤均勻下煤量不能忽大忽?。欢前磿r(shí)清灰。

必須指出-上述各層的劃分及高度，隨燃料的性質(zhì)和氣化條件而異，且各層間投有明顯的界限，往往是相互交錯(cuò)的。

移動(dòng)床分類移動(dòng)床按氣化壓力來(lái)分類，可以分為常壓移動(dòng)床和加壓移動(dòng)床；按排渣性質(zhì)可以分為固態(tài)排渣移動(dòng)床和液態(tài)排渣移動(dòng)床；按氣化劑性質(zhì)分為空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣、富氧蒸汽移動(dòng)床等。

2沸騰床氣化爐

簡(jiǎn)述：沸騰床氣化爐是用流態(tài)化級(jí)數(shù)來(lái)生產(chǎn)煤氣的一種氣化裝置，也稱流化床氣化爐

過(guò)程特點(diǎn)：氣化劑通過(guò)粉煤層，使燃料處于懸浮狀態(tài)，固體顆粒的運(yùn)動(dòng)如沸騰的液體一樣。氣化用煤的粒度一般較小，比表面積大，氣固相運(yùn)動(dòng)劇烈．整個(gè)床層溫度和組成一致，所產(chǎn)生的煤氣和灰渣都在爐溫下排出，因而，導(dǎo)出的煤氣中基本不含焦油類物質(zhì)，如圖4—6所示。

過(guò)程分析：在沸騰床氣化爐（如溫克勒爐)中，采用氣化反應(yīng)性高的燃料(如褐煤)，粒度在3～5mm左右，由于粒度小，再加上沸騰床較強(qiáng)的傳熱能力，因而煤料人爐的瞬間即被加熱到爐內(nèi)溫度，幾乎同時(shí)進(jìn)行著水分的蒸發(fā)、揮發(fā)分的分解、焦油的裂化、碳的燃燒與氣化過(guò)程。有的煤粒來(lái)不及熱解并與氣化劑反應(yīng)就已經(jīng)開(kāi)始熔融，熔融的煤粒黏性強(qiáng)，可以與其他粒子接觸形成更大粒子，有可能出現(xiàn)結(jié)焦而破壞床層的正常流化，因而沸騰床內(nèi)溫度不能太高。由于加入氣化爐的燃料粒徑分布比較分散，而且隨氣化反應(yīng)的進(jìn)行，燃料顆粒直徑不斷減小，則其對(duì)應(yīng)的自由沉降速度相應(yīng)減小。當(dāng)其對(duì)應(yīng)的自由沉降速度減小到小于操作的氣流速度時(shí)，燃料顆粒即被帶出。

優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):沸騰床具有流體那樣的流動(dòng)特性，因而向氣化爐加料或由氣化爐出灰都比較方便。整個(gè)床內(nèi)的溫度均勻，容易調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：但采用這種氣化途徑，對(duì)原料煤的性質(zhì)很敏感，煤的黏結(jié)性、熱穩(wěn)定性、水分、灰熔點(diǎn)變化時(shí)，易使操作不正常。

3氣流床氣化爐

沸騰床氣化爐與氣流床氣化爐的比較沸騰床氣化爐，可以利用小顆粒燃料，氣化強(qiáng)度較固定床大，但氣化爐內(nèi)的反應(yīng)溫度不能太高，一般用來(lái)氣化反應(yīng)性高的煤種。而氣流床氣化卻是采用更小顆粒的粉煤。

氣流床所謂氣流床，就是氣化劑將煤粉夾帶進(jìn)人氣化爐，進(jìn)行并流氣化。

氣化過(guò)程：

微小的粉煤在火焰中經(jīng)部分氧化提供熱量，然后進(jìn)行氣化反應(yīng)，粉煤與氣化劑均勻混合，通過(guò)特殊的噴嘴的進(jìn)入氣化爐后瞬間著火，直接發(fā)生反應(yīng)，溫度高達(dá)2000°C。所產(chǎn)生的爐渣和煤氣一起在接近爐溫下排出，由于溫度高，煤氣中不含焦油等物質(zhì)，剩余的煤渣以液態(tài)的形式從爐底排出如圖4-7所示。

煤顆粒在反應(yīng)區(qū)內(nèi)停留時(shí)間約1s左右，來(lái)不及熔化而迅速氣化，而且煤粒能被氣流各自分開(kāi)，不會(huì)出現(xiàn)黏結(jié)凝聚，因而燃料的黏結(jié)性對(duì)氣化過(guò)程沒(méi)有太大的影響。

要求：

粉煤和氣化劑之間進(jìn)行并流氣化，反應(yīng)物之間的接觸時(shí)間短。為了提高反應(yīng)速度，一般采用純氧一水蒸氣為氣化劑，并且將煤粉磨得很細(xì)，以增加反應(yīng)的表面積，一般要求70%的煤粉通過(guò)200目篩。也可以將粉煤制成水煤漿進(jìn)料，缺點(diǎn)是水的蒸發(fā)會(huì)消耗大量的熱，故需要消耗較多的氧氣來(lái)平衡。

4熔融床氣化爐

熔融床氣化爐是一種氣固液三相反應(yīng)的氣化爐。

過(guò)程

燃料和氣化劑并流進(jìn)入爐內(nèi)，煤在熔融的灰渣、金屬或鹽浴中直接接觸氣化劑而氣化，生成的煤氣由爐頂導(dǎo)出，灰渣則以液態(tài)和熔融物一起溢流出氣化爐。如圖4—8所示。

特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：爐內(nèi)溫度很高，燃料一進(jìn)入床內(nèi)便迅速被加熱氣化．因而沒(méi)有焦油類的物質(zhì)生成。熔融床不同于移動(dòng)床、沸騰床和氣流床，對(duì)煤的粒度沒(méi)有過(guò)分限制，大部分熔融床氣化爐使用磨得很粗的煤，也包括粉煤。熔融床也可以使用強(qiáng)黏結(jié)性煤、高灰煤和高硫煤。缺點(diǎn)：

是熱損失大，熔融物對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，高溫熔鹽會(huì)對(duì)爐體造成嚴(yán)重腐蝕。編號(hào)：No.9課題4-2移動(dòng)床氣化工藝(一)常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝1、2

授課內(nèi)容：●發(fā)生爐煤氣類型●制氣原理●生成煤氣的化學(xué)反應(yīng)

知識(shí)目標(biāo)：●掌握關(guān)于發(fā)生爐煤氣的類型●掌握各種煤氣的制氣原理●了解各種煤氣的用途能力目標(biāo)：能分析煤氣的生成原理思考與練習(xí)：

第二節(jié)

移動(dòng)床氣化工藝一、常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝

特點(diǎn)是：

整個(gè)氣化過(guò)程是在常壓下進(jìn)行的；

在氣化爐內(nèi)，煤是分階段裝入的，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，燃料逐漸下移，經(jīng)過(guò)前述的干燥、干餾、還原和氧化等各個(gè)階段，最后以灰渣的形式不斷排出，而后補(bǔ)加新的燃料；

操作方法有間歇法和連續(xù)氣化法；

氣化劑一般為空氣或富氧空氣，用來(lái)和碳反應(yīng)提供熱量，水蒸氣則利用該熱量和碳反應(yīng)，自身分解為氫氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等氣體。

(一)發(fā)生爐煤氣種類

發(fā)生爐煤氣根據(jù)使用氣化劑和煤氣的熱值不同，一般可以分為空氣煤氣、混合煤氣、水煤氣、半水煤氣等。

(二)制氣原理

1.空氣煤氣

空氣煤氣是發(fā)生爐煤氣最簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝，它以空氣作為氣化燃料。

主要的化學(xué)反應(yīng)如下：

(4-1)

空氣煤氣成分：從發(fā)生爐底部通人的空氣氣化劑中的氧在爐內(nèi)氧化層與熾熱的炭作用，理想情況下只生成二氧化碳，并放出大量的熱。二氧化碳熱氣體上升到還原層，繼續(xù)與碳作用發(fā)生還原作用，生成一氧化碳，并噯收一定的熱量。一氧化碳是空氣煤氣的主要可燃成分。

影響化學(xué)反應(yīng)平衡的因素：

從化學(xué)反應(yīng)的平衡角度來(lái)看：隨著溫度的升高，有利于促進(jìn)吸熱反應(yīng)式(42)的進(jìn)行，因而生成氣體中一氧化碳含量增加;而溫度升高，對(duì)放熱反應(yīng)式(4—1)是不利的，因此，氣體中二氧化碳的含量降低。當(dāng)溫度超過(guò)900℃時(shí)，氣體中的二氧化碳含量甚少。

從化學(xué)反應(yīng)的速度來(lái)看，在超過(guò)900℃后，碳的燃燒反應(yīng)式(4—1)的速度極快，屬于擴(kuò)散控制，即氧氣向固體顆粒表面的擴(kuò)散決定了燃燒反應(yīng)的總速度．因而，增加氣體流速與減小固體顆粒的粒徑有助于提高燃燒速度，其中以提高氣流速度最為有效。對(duì)碳與二氧化碳的反應(yīng)式(4—2)而言，其速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳的燃燒反應(yīng)，在2000℃以下屬于化學(xué)反應(yīng)控制，隨著溫度的提高，達(dá)到相同一氧化碳含量所需要的時(shí)間縮短，即反應(yīng)速度提高。

總反應(yīng)方程：將上述兩個(gè)反應(yīng)相加可以得到氣化區(qū)總反應(yīng)方程如下：

C+0.5O2

CO-l1O.4kJ／mol

由上述總反應(yīng)方程可見(jiàn)，空氣煤氣的主要有效成分為一氧化碳。在第二章對(duì)空氣煤氣進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果知道，即使在理想氣化條件下，制取空氣煤氣的氣化效率也只有69.3％，煤氣的熱值4409kJ／m3,而理想空氣煤氣中的有效成分一氧化碳只有34．7％，其余的65.3%為氮?dú)狻?/p>

上述分析結(jié)果是在理想條件下得出的，氣化的是純碳，反應(yīng)完全，即使在理想條件下，轉(zhuǎn)入煤氣中的熱能也不會(huì)超過(guò)碳所提供總熱能的69．3％。實(shí)際生產(chǎn)中，由于有煤料的夾帶損耗，實(shí)際氣化效率達(dá)不到上述計(jì)算指標(biāo)，但它可以反映實(shí)際氣化過(guò)程和理想過(guò)程之間的差距。

缺點(diǎn)：空氣氣化過(guò)程中放出大量的熱量，而吸收熱量的反應(yīng)主要是二氧化碳的還原反應(yīng)，此外還有氣化過(guò)程的散熱損耗，這會(huì)使得爐內(nèi)熱量積聚，料層和煤氣溫度升得較高，存在易結(jié)渣而適宜采用液態(tài)排渣的氣化爐、煤氣熱值低、出口溫度高、氣化效率低等問(wèn)題．這就大大限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。目前使用不很普遍．但是它是研究其他氣化工藝的基礎(chǔ)。2、混合煤氣

為克服空氣煤氣的諸多缺點(diǎn)，在空氣中混合一定量的水蒸氣作為氣化劑，這樣生成的煤氣稱混合發(fā)生爐煤氣。

此煤氣的主要成分為一氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷等氣體。其中的氫氣和甲烷的熱值較高，因而和空氣煤氣相比較，熱值大大提高。又因?yàn)樗魵獾姆纸庑枰諢崃浚@就可以降低氣化層的溫度，使灰渣維持在不熔融的狀態(tài)，因此可以采用固態(tài)排渣氣化爐。

這種煤氣在工業(yè)上應(yīng)用很廣泛，主要的氣化反應(yīng)如下：C+O2→CO2

394.1KJ

（4-3）C+CO2→2CO

-173.3KJ

（4-4）2C+H2O→2CO

220.8KJ

（4-5）C+H2O→H2+CO

-135.0KJ

（4-6）C+2H2O→CO2+2H2

-96.6KJ

（4-7）CO+H2O→H2+O2

38.4KJ

（4-8）氣化爐內(nèi)熱源主要依靠反應(yīng)式(4-3)提供，氣化反應(yīng)的主反應(yīng)除式(4—3)和式(4—4)以外，還包括式(4—6)和式(4—7)。反應(yīng)式(4-3)和式(4-4)合并可用式(4—5)表示，是放熱反應(yīng)。反應(yīng)式(4—6)也是混合煤氣制氣的主要反應(yīng)，而且是主要的吸熱反應(yīng)。

如果仍以空氣來(lái)表示：則反應(yīng)式(4—5)可以表示如下：

110.4KJ/mol

結(jié)合反應(yīng)(4-6)可知，在理想情況下．氣化過(guò)程達(dá)到熱平衡時(shí)．式(4—9)放出的熱量應(yīng)能夠滿足式(4-6)所需要的熱量，所以，由式(4-9)×+式(4-6)得：

2.2C+O.602+H20+2.3N22.2CO+H2+2.3N2+0kJ／mol

據(jù)該式可以計(jì)算理想棍合煤氣的組成。其體積分?jǐn)?shù)分別為：

（CO）==40％

(H2)==18.2％

(N2)=

=41.8％

實(shí)際的混合煤氣發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行的氣化過(guò)程與理想過(guò)程是有差別的。

首先，氣化的燃料不是純碳，里面含有揮發(fā)分、灰分、水分等雜質(zhì)，且氣化過(guò)程也不可能達(dá)到平衡，碳也不可能完全氣化，二氧化碳不可能完全還原，因而煤氣中的一氧化碳和氫氣的含量比理想情況的數(shù)值要低。

再者，混合煤氣的組成與料層高度有關(guān)，如圖4-9所示。

該圖是以是以焦炭為原料進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，和制取空氣煤氣不同的是，還原層分為第一還原層和第二還原層。

第一還原層主要進(jìn)行以下反應(yīng)：C+C022CO+173.3kJ／molC+H2OC0+H2+135.0kJ／molC+2H20C02+2H2＋96.6kJ／mol

第二還原層除了進(jìn)行二氧化碳的還原反應(yīng)外，還進(jìn)行下列反應(yīng)：C0+H20H2+C02－38.4kJ／mol

從圖中可以看出，灰分區(qū)上面200～225mm處氧氣基本全部被消耗掉，同時(shí)生成最大量的二氧化碳?xì)怏w，并開(kāi)始生成一氧化碳?xì)怏w，在氣體到達(dá)空層之前的整個(gè)煤層內(nèi)，一氧化碳?xì)怏w含量一直在增大，這就說(shuō)明一氧化碳的生成發(fā)生在整個(gè)煤層內(nèi)。

水蒸氣也幾乎是在氧氣消耗完后開(kāi)始分解，氣體中的氫含量在250～500mm的位置迅速增加，此后增長(zhǎng)較緩慢。在空層內(nèi)也存在化學(xué)反應(yīng)，氣體中一氧化碳和水蒸氣在減少，而二氧化碳和氫氣的含量在增加。

實(shí)際制得的混合煤氣除有一氧化碳、氫氣、二氧化碳和氨氣外，還含有干餾產(chǎn)生的一定量的高熱值甲烷及一些其他的碳?xì)浠衔?，以及一定量的硫化氫、氨氣及水蒸氣等。另外，進(jìn)人氣化爐內(nèi)的水蒸氣實(shí)際反應(yīng)溫度較低，蒸汽的分解率較低，因此，蒸汽分解產(chǎn)生的氫氣和一氧化碳較理論值低，但由于于餾段生成部分氫氣的補(bǔ)充，最終煤氣的組成視具體情況而定。對(duì)于實(shí)際煤氣的熱值而言，由于干餾段生成的甲烷等化合物熱值高，反而實(shí)際煤氣的熱值較理想煤氣的熱值高一些。

實(shí)際混合煤氣與理想混合煤氣組成有一定的差別，波動(dòng)范圍較大，煤氣組分隨著氣化原料的性質(zhì)、操作工藝條件、爐型結(jié)構(gòu)及氣化劑組成的變化而變化。

3、水煤氣

常壓煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的另一種重要的煤氣是水煤氣，它廣泛用于合成原料氣，這種煤氣生產(chǎn)工藝避免了普通方法制取混合煤氣時(shí)易結(jié)渣及熱效率低的缺點(diǎn)，并能獲得熱值較高的水煤氣。某些工業(yè)部門，要求制取的煤氣熱值要高．有些化工行業(yè)需要含氫氣較高的煤氣作為合成原料氣，如合成氨企業(yè)。為滿足這些企業(yè)的用氣特點(diǎn)，常使用水煤氣發(fā)生爐來(lái)生產(chǎn)水煤氣。

典型的制取水煤氣的方法是煤的燃燒和水蒸氣的分解分開(kāi)交替進(jìn)行，可制得(H2+CO)與(N2)之比在15.8～23.1左右的水煤氣。在合成氨工業(yè)上需配人適量的氮?dú)?，使?H2+CO)和(N2)之比約為3.2左右，稱為半水煤氣。

以水蒸氣作為氣化劑，在爐內(nèi)主要進(jìn)行的氣化反應(yīng)如下：C+H20CO+H2

+135.0kJ／mol

(4-6)

C+2H2OC02+2H2

+96.6kJ／mol

(4—7)生成的產(chǎn)物還可以進(jìn)行如下的反應(yīng)：

CO+H20H2+C02

—38.4kJ／mol

(4—8)

C+2H2CH4

-84.3kj／mol

(4—10)

上述兩個(gè)反應(yīng)式(4-6)及式(4—7)均為吸熱反應(yīng)，提高溫度對(duì)反應(yīng)有利，可增加生成氣體中一氧化碳和氫的含量，當(dāng)溫度高于900~C時(shí)，平衡產(chǎn)物氣中二者均接近50％，而對(duì)于放熱反應(yīng)式(4—8)和式(4-lO)而言，在900℃的高溫下，生成二氧化碳和甲烷的量卻幾乎為零。

就氣化反應(yīng)速度來(lái)看，碳與水蒸氣的反應(yīng)速度基本由溫度和燃料的活性決定，一般地，溫度越高，燃料的化學(xué)活性好，則越有利于水蒸氣的分解反應(yīng)，因此，生產(chǎn)上采用高溫操作對(duì)碳的氣化十分有利。

為了提供熱量以維持爐內(nèi)一定的溫度，生產(chǎn)上采用的方法有外熱法和內(nèi)熱法。

外熱法熱量消耗大，不常采用。

內(nèi)熱法用得較普遍，在氣化之前．先通入空氣燃燒部分煤，產(chǎn)生氣化所需要的足夠的熱量，然后送人水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)制取煤氣，隨氣化的進(jìn)行，床層溫度逐漸下降，到一定程度后，停止送人水蒸氣。然后再通入空氣進(jìn)行燃燒反應(yīng)。在第二次送人空氣之前，由于爐內(nèi)殘存部分煤氣，為防止爆炸，一般用水蒸氣對(duì)氣化爐進(jìn)行吹掃后方可通入空氣。這種方法工業(yè)上稱間歇制氣。

碳在空氣中的燃燒反應(yīng)如下：

C+02

C02

-394.1kJ／mol

(4一11)C十O2CO

-110.4kJ／molCO+02C02

-283.7kJ／mol

理想情況下碳在氣化時(shí)全部生成一氧化碳，即發(fā)生式(46)所示的反應(yīng)，碳在燃燒時(shí)全部生成二氧化碳，即發(fā)生式(4—11)所示的反應(yīng)。供熱平衡時(shí)，由式(4—6)×＋式(4—11)綜合可得方程式如下：

C+O2+3.762N2+3C+3H20C02+3.762N2+3CO+3H2

+OkJ／mol

由式中知道，吹風(fēng)氣的組成是(CO2+3.762N2)；理想水煤氣的組成為(3CO+3H2);碳的總消耗量是4mol.吹風(fēng)氣產(chǎn)率為：

=2.22m3／kg（碳）理想水煤氣的產(chǎn)率為：

=2.80m3／kg（碳）水蒸氣消耗量為：

=1.13kg／kg（碳）理想水煤氣的熱值計(jì)算如下；

CO+O2C02

—283.7kI／mol

(4-12)H2+02H20(g)一241.8kI／mol

(4-13)

H2+02H20(l)一285.8kI／mol

(4-14)低熱值計(jì)算用反應(yīng)式(4-12)和式(4-13)計(jì)算如下：Hl=×0.5+×0.5=11.73MJ／m3高熱值計(jì)算用反應(yīng)式(4—12)和式(4—14)計(jì)算如下：Hh=×0.5+×0.5=12.7MJ／m3實(shí)際水煤氣生產(chǎn)中，由于接觸時(shí)間和濃度的限制，使碳不能進(jìn)行充分的氧化，除了生成二氧化碳外，尚生成一幫分一氧化碳。另外，爐子還有散熱損失，空氣燃燒放出的熱比理想狀態(tài)的少．因而水蒸氣不能完全分解。再加上原料不是純碳，煤氣中還有C02、化方法不同，因而制得的煤氣組成和熱值不同，有關(guān)指標(biāo)如表4-1所示表4-1發(fā)生爐煤氣的組成和熱值

名

稱

煤氣成分熱值(低)／(MJ／m3)

(H2)／％(CO)／％(CH4)／％(CO2)／％(CmHn)／％(N2)／％空氣煤氣混合發(fā)生爐煤氣(無(wú)煙煤)混合發(fā)生爐煤氣(煙煤)水煤氣加壓煤氣1.51513504032262937140.51.52.50.51236.05.07.032—0.20.4—0.46351.350.15.51.6（N2＋O2）4.435.556.1910.45lO.60(粗煤氣)

編號(hào)：No.10課題：4-2移動(dòng)床氣化工藝(一)常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝3、4

授課內(nèi)容：●煤氣發(fā)生爐類型、結(jié)構(gòu)、●煤氣發(fā)生爐作用、用途等●生產(chǎn)工藝流程

知識(shí)目標(biāo)：●掌握關(guān)于發(fā)生爐煤氣的類型●熟悉煤氣發(fā)生爐的主要結(jié)構(gòu)與作用

●掌握生產(chǎn)工藝流程●了解一些煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)與作用能力目標(biāo)：能會(huì)簡(jiǎn)述煤氣生產(chǎn)工藝流程及會(huì)分析煤氣發(fā)生爐一些重要部件的作用思考與練習(xí)：4-2移動(dòng)床氣化工藝(三)煤氣發(fā)生爐

目前，國(guó)內(nèi)普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、u·G·I及兩段式氣化爐。

這些氣化爐的共同特點(diǎn)是都有加煤裝置、爐體、除灰裝置和水夾套等。為擴(kuò)大氣化用煤，有的爐內(nèi)設(shè)置攪拌破黏裝置；為使氣化劑在爐內(nèi)分布均勻，采用不同的爐算。

總體來(lái)看，各種類型的移動(dòng)床爐型結(jié)構(gòu)區(qū)別不大，為滿足不同用戶的需要。一般有爐徑1000mm、1500mm、2000mm，3000mm等規(guī)格，承煤氣爐一般有爐徑

1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。

1.3M-21型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐

簡(jiǎn)介：常壓M型爐型是國(guó)內(nèi)發(fā)生爐煤氣用戶使用最為廣泛的煤氣爐之一?；臼?0世紀(jì)40年代前蘇聯(lián)的Ⅱ型爐，其中最有代表性的是3M-21型的鐘罩式加煤機(jī)構(gòu)和3M-13型的雙滾筒加煤機(jī)構(gòu)兩種類型的爐型，同時(shí)，M型氣化爐用鑄鐵鑄造的爐箅破渣能力也很強(qiáng)。

使用燃料及氣化劑、適用條件等：3M-21型煤氣發(fā)生爐不帶攪拌破黏裝置，適宜于氣化貧煤、無(wú)煙煤和焦炭等不黏結(jié)性燃料，氣化劑用空氣和水蒸氣，濕式排渣，爐膛內(nèi)徑3000mm，產(chǎn)氣量為4500m3／h，多用于冶金、玻璃等行業(yè)作為燃料氣的生產(chǎn)裝置。

結(jié)構(gòu)：3M-2l型氣化爐的主體結(jié)構(gòu)由四部分組成．即爐上部有加煤機(jī)構(gòu)、中部為爐身、下部有除灰機(jī)構(gòu)和氣化劑的入爐裝置。

各主要部分的結(jié)構(gòu)和功能介紹如下。(1]加煤機(jī)構(gòu)

加煤機(jī)構(gòu)的作用是將料倉(cāng)中一定粒度的煤經(jīng)相應(yīng)部件傳進(jìn)，能基本保持煤的粒度不變，安全定量地送入氣化爐內(nèi)。

加煤機(jī)構(gòu)必須具有好的密封性，適當(dāng)?shù)膫魉途嚯x，不擠壓煤料而引起顆粒的破碎。

3M一21型的加煤機(jī)構(gòu)主要是由一個(gè)滾筒、兩個(gè)鐘罩和傳動(dòng)裝置組成。

滾筒用來(lái)實(shí)現(xiàn)煤的定量加入，上鐘罩接受滾筒落入的煤。

上下鐘罩是交替開(kāi)閉，當(dāng)上鐘罩打開(kāi)時(shí)，下鐘罩與爐體斷開(kāi)從而使煤料入爐。

分布錐保證煤料在整個(gè)爐膛截面上均勻分布，不能出現(xiàn)離析現(xiàn)象，即大顆粒煤在四周，而小顆粒煤在中間，可能出現(xiàn)中間高而四周低的不良狀況。（2）中部爐身

上設(shè)探火孔、水夾套、耐火襯里等主要部分。

探火孔的結(jié)構(gòu)與作用

探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣時(shí)通過(guò)它來(lái)進(jìn)行，也通過(guò)探火孔用釬子測(cè)爐內(nèi)氣化層的溫度、厚度等。

探火孔由孔塞、孔座及噴氣環(huán)等主要部分構(gòu)成。對(duì)探火孔的要求是密封性要好，不能使煤氣外泄。

噴氣環(huán)的作用是在打開(kāi)探火孔時(shí)，為避免煤氣外泄著火，從噴氣環(huán)噴出的低壓水蒸氣斜向進(jìn)入爐內(nèi)空間上部，在探火孔處形成一層隔離水蒸氣氣幕，防止煤氣外泄和空氣進(jìn)入爐內(nèi)。通入的蒸汽表壓大于等于0.4MPa，蒸汽量不能太大以防將空氣帶人氣化爐內(nèi)引起爆炸

水夾套是爐體的重要組成部分，由于強(qiáng)放熱反應(yīng)使得氧化段溫度很高，一般在100O℃以上。

加設(shè)水夾套的作用一是回收熱量，產(chǎn)生一定壓力的水蒸氣供氣化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止氣化爐局部過(guò)熱而損壞。

夾套水必須用軟化水，特殊情況可暫時(shí)用自來(lái)水代替．但時(shí)間不宜太長(zhǎng)以防在夾套壁上形成水垢．影響傳熱。

碎渣圈位于爐體底部，上面與水套固定，下部有6把灰刀，內(nèi)壁呈渡紋型。當(dāng)爐箅和灰盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碎渣圈不動(dòng)，可使大塊灰渣受到擠壓和剪切而碎裂，并下移。當(dāng)灰渣移到小灰刀處，即被灰刀刮到灰盤。碎渣圈的另一作用是和灰盤外套構(gòu)成水封裝置，做爐底密封用。

爐頂耐火襯里和水夾套上部耐火襯里的主要作用是保護(hù)爐身鋼制外殼，防止因高溫變形燒壞。耐火襯里也可以防止熱量散失太大，爐體外部溫度太高，操作條件惡化。耐火襯里的缺點(diǎn)是容易掛渣，為防止掛渣，可以采用全水套爐身結(jié)構(gòu)（3）下部除灰結(jié)構(gòu)

除灰結(jié)構(gòu)的主要部件有爐算、灰盤、排灰刀和風(fēng)箱等。其結(jié)構(gòu)如圖4-11所示

爐箅

爐箅的主要作用作用是支撐爐內(nèi)總料層的重量，使氣化劑在爐內(nèi)均勻分布，與碎渣圈一起對(duì)灰渣進(jìn)行破碎、移動(dòng)和下落。

它由四或五層爐箅和爐箅座重疊后用一長(zhǎng)桿螺栓固定成一整體，然后固定在灰盤上。每?jī)蓪訝t算之間及最后一層爐箅和爐箅座之間開(kāi)有布?xì)饪?，每層的布?xì)饬客ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

安裝時(shí)爐箅整體的中心線和爐體的中心線偏移150mm左右的距離，可以避免灰渣卡死。具體結(jié)構(gòu)如圖4—12所示。

灰盤

灰盤是一敞口的盤狀物，起儲(chǔ)灰、出灰和水封的作用。

灰盤內(nèi)壁一般焊有斜鋼筋，便于灰渣上移至灰槽。

灰盤固定在大齒輪上，大齒輪裝在鋼球上，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸輪、蝸桿帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。以灰盤轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)出灰量和料層高度，灰盤轉(zhuǎn)速在o.177；1.77r/h具體轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)煤的灰分產(chǎn)率、氣化強(qiáng)度、操作條件等實(shí)際情況來(lái)確定。

3M-21型氣化爐不帶攪拌破黏裝置，可以用來(lái)氣化無(wú)煙煤、焦炭等無(wú)黏結(jié)性煤種。

直徑3m的3M-21型煤氣發(fā)生爐的主要技術(shù)參數(shù)為：原料(無(wú)煙煤、焦炭)粒度,25～50mm；原料耗量，1400～1800kg／h；氣化強(qiáng)度，198～254kg／(m2·h)；煤氣產(chǎn)量(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，5500～6500m3／h；煤氣熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，5.0MJ／m3；空氣消耗量，4000～5100ma／h；最大風(fēng)壓，4kPa～6kPa；蒸汽消耗量，O.3～O.5kg／kg；水套壓力，0.05MPa。

2.3_M-13型移動(dòng)床混合煤氣發(fā)生爐

3M-13(3A-13)型煤氣發(fā)生爐裝有破黏裝置，既能氣化弱黏結(jié)性的煤如長(zhǎng)焰煤、氣煤等，又能氣化無(wú)煙煤、焦炭等不黏結(jié)性燃料，生產(chǎn)的煤氣可以用來(lái)作為燃料氣。

3M-13型煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)如圖4-13所示．爐頂蓋上設(shè)有8個(gè)探火孔，用于探測(cè)爐內(nèi)溫度和檢查氣化層的分布情況，也可以實(shí)施搗爐操作。水夾套可以產(chǎn)生約0.07MPa的壓力。

3M-13型和3M-21型的結(jié)構(gòu)及操作指標(biāo)基本相同，不同的是加煤機(jī)構(gòu)和破黏裝置。(1)3M-13型發(fā)生爐的加煤機(jī)構(gòu)

該種加煤機(jī)的主要部件有煤斗閘門、計(jì)量給煤器、計(jì)量鎖氣器等，煤斗閘幾是一閘板閥．其作用是對(duì)從煤斗進(jìn)人計(jì)量給煤器的煤量大小初步調(diào)節(jié)。進(jìn)人氣化爐內(nèi)的煤量最終是由計(jì)量給煤器進(jìn)行控制．如圖4-14所示。

計(jì)量給煤器的煤量調(diào)節(jié)，是通過(guò)計(jì)量給煤器上部的調(diào)節(jié)板8與外殼的間隙大小進(jìn)行的。通過(guò)手輪調(diào)節(jié)使問(wèn)隙增大時(shí)，則進(jìn)人給煤器的煤量增加；反之，則減少。

計(jì)量鎖氣器的作用主要是隔斷爐膛和計(jì)量給煤器，在加煤時(shí)煤氣也不會(huì)進(jìn)人計(jì)量給煤器內(nèi)。通過(guò)計(jì)量鎖器的煤料進(jìn)入爐內(nèi)時(shí)，為了分布均勻，需通過(guò)一旋轉(zhuǎn)的播煤板，沿爐周圍均勻地進(jìn)入爐內(nèi)。(2)攪拌破黏裝置

3M-13型的攪拌破黏裝置如圖4-15所示。

攪拌破黏裝置

攪拌破黏裝置的作用是破壞煤的黏結(jié)性，將爐內(nèi)的煤層扒平。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)蝸輪減速機(jī)帶動(dòng)，攪拌裝置以一定的轉(zhuǎn)速在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，破黏裝置在料層內(nèi)的垂直方向上可以自由升降，攪拌破黏性大的燃料受力大，攪拌裝置將上升；反之，將下降。

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是能夠避免攪拌裝置因強(qiáng)行攪拌而損壞，

缺點(diǎn)是氣化黏結(jié)性較大的煤時(shí)，由于它自動(dòng)上升，減弱了攪拌破黏作用。

3M-13型發(fā)生爐的旋轉(zhuǎn)爐箅支持料層、分配氣化介質(zhì)、松動(dòng)料層和排除爐渣。爐箅坐落在轉(zhuǎn)動(dòng)的灰盤上。爐體固定，爐壁不動(dòng)，灰盤轉(zhuǎn)動(dòng)，灰盤中的水封起著密閉煤氣和保護(hù)爐內(nèi)壓力的作用?；冶P底部固接大齒輪，由電動(dòng)機(jī)、減速器，蝸輪，蝸桿帶動(dòng)，也可以液壓傳動(dòng)。大齒輪與基礎(chǔ)之間用滾珠支撐，現(xiàn)在改為滾珠支撐，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。

直徑3m的3M-13M型煤氣發(fā)生爐的主要技術(shù)參數(shù)為：原料(煙煤)粒度，18～60mm；原料耗量，1400~1800kg/h;汽化強(qiáng)度，200~240kg／(m2·h);煤氣產(chǎn)量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，5000~6000m3/h;煤氣熱值(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，5.6~5.9MJ/m3;空氣消耗量，3960~5100m3/h;最大風(fēng)壓，4~6kPa;蒸汽消耗量，0.2~0.3kg/kg;水套壓力，0.35MPa.3M-13型和3M-21型氣化爐整體密封采用的是爐底水封。因而氣化劑的鼓風(fēng)壓力大小受到水封高度的限制，一般為4～6kPa，而鼓風(fēng)壓力叉影響氣化爐的氣化強(qiáng)度，進(jìn)而影響氣化爐的煤氣產(chǎn)量。

3.U·G·I型水煤氣發(fā)生爐

水煤氣發(fā)生爐和混合煤氣發(fā)生爐的構(gòu)造基本相同，一般用于制造水煤氣或作為合成氨原料氣的加氮半水煤氣，代表性的爐型當(dāng)推U·G·I型水煤氣發(fā)生爐。

水煤氣生產(chǎn)原料用焦炭或無(wú)煙煤，燃料從爐頂加入，氣化劑從爐底加入，灰渣主要從爐子的兩側(cè)進(jìn)人灰瓶，少量細(xì)灰由爐箅縫隙漏下進(jìn)入爐底中心的灰瓶?jī)?nèi)。

其結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。

發(fā)生爐爐殼采用鋼板焊制，上部襯有耐火磚和保溫硅磚，使?fàn)t殼鋼板免受高溫的損害。

下部外設(shè)水夾套鍋爐，用來(lái)對(duì)氧化層降溫，防止熔渣粘壁并副產(chǎn)水蒸氣。

探火孔設(shè)在水套兩側(cè)，用于測(cè)量火層溫度。1-支柱；2-爐底三通圓門；3-爐底三通；4-長(zhǎng)灰瓶；5-短灰瓶；6-灰斗圓門；7-灰槽；8-灰犁；9-圓門；10-夾層鍋爐放水管；11-破碎板；12-小推灰器；13-大推灰器；14-寶塔型爐條；15-夾層鍋爐入口；16-保溫層；17-夾層鍋爐；18-R型連接板；19-夾層鍋爐安全閥；20-耐火磚；21-爐口保護(hù)圈；22-探火裝置；

23-爐口座；24-爐蓋；25-爐蓋安全連鎖裝置；26-爐蓋軌道；27-氣出口；28-夾層鍋爐出氣管；29一夾

層鍋爐野液位警報(bào)器；30-夾層鍋爐進(jìn)水管；31-試火管及試火考克；32一內(nèi)灰盤．33-外灰盤；34-角鋼

擋灰圈；35-我蝸桿箱大方門；36-蝸桿箱小方門；37一蝸桿；38-蝸輪；39-蝸桿箱灰瓶；40-爐底殼；

41-熱電偶接管；42-內(nèi)刮灰板；43-外刮灰板

制造水煤氣的關(guān)鍵是水蒸氣的分解，由于水蒸氣的分解是吸熱反應(yīng)，一般采用的方法是燃燒部分燃料來(lái)提供。間歇法制造水煤氣，主要是由吹空氣(蓄熱)、吹水蒸氣(制氣)兩個(gè)過(guò)程組成的。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還包含一些輔助過(guò)程，共同構(gòu)成一個(gè)工作循環(huán)，如圖4-17所示。

第一階段為吹風(fēng)階段：吹人空氣，提高燃料層的溫度，空氣由閥門1進(jìn)人發(fā)生爐，燃燒后的吹風(fēng)氣由閥門4、5后經(jīng)過(guò)煙囪排出，或去余熱回收系統(tǒng)。第二階段為水蒸氣吹凈階段：閥門1關(guān)閉，閥門2打開(kāi)，水蒸氣由發(fā)生爐下部進(jìn)入，將殘余吹風(fēng)氣經(jīng)閥門4、5排至煙囪，以免吹風(fēng)氣混入水煤氣系統(tǒng)，此階段時(shí)間很短。如不需要得到純水煤氣時(shí)，例如制取臺(tái)成氨原料氣．該階段也可取消。第三階段為一次上吹制氣階段：水蒸氣仍由閥門2進(jìn)入發(fā)生爐底部，在爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，此時(shí)，爐內(nèi)下部溫度降低而上部溫度較高，制得的水煤氣經(jīng)閥門4、6(閥門5關(guān)閉)后，進(jìn)入水煤氣的凈化和冷卻系統(tǒng)，然后進(jìn)入氣體儲(chǔ)罐。第四階段為下吹制氣階段：關(guān)閉閥門2、4，打開(kāi)闊門3、7，水蒸氣由閥門3進(jìn)入氣化爐后，由上而下經(jīng)過(guò)煤層進(jìn)行制氣，制得的水煤氣經(jīng)過(guò)閥門7后由閥門6去凈化冷卻系統(tǒng)。該階段使燃料層溫度趨于平衡。第五階段為二次上吹制氣階段：閥門位置與氣流路線同第三階段。主要作用是將爐底部的煤氣吹凈，為吹入空氣做準(zhǔn)備。

第六階段為空氣吹凈階段：切斷閥門7，停止向爐內(nèi)通入水蒸氣。打開(kāi)閥門1，通入空氣將殘存在爐內(nèi)和管道中的水煤氣吹人煤氣凈制系統(tǒng)。

完成上述六個(gè)階段即為一個(gè)工作循環(huán)，不斷重復(fù)上述循環(huán)，就可以實(shí)現(xiàn)水煤氣的間歇生產(chǎn)過(guò)程。

由以上方法制得的水煤氣的組成為：φ(C02)，6.5％；φ(C0)，37.0％；φ(H2)，50.O％；φ(N2)，5.5％；φ(CH4)，0.5％；P(H2S)，0.3％；φ(O2)，0.2％。

由前所述可知，水煤氣中的(CO+H2)和N2之比不符合合成氨原料氣的要求，通常是在上述生產(chǎn)水煤氣的基礎(chǔ)上，在一次上吹制氣階段鼓入水蒸氣的同時(shí)，并適量鼓入空氣(稱加N2空氣)，這樣制得的煤氣中氮?dú)夂吭黾樱虾铣砂痹蠚庵?(CO+H2)和9(N2)之比約3.2的要求，但需注意的是，在配入加氮空氣時(shí)，其送入時(shí)間應(yīng)滯后于水蒸氣，并在水蒸氣停送之前切斷。

也就是說(shuō)，為避免發(fā)生爆炸，開(kāi)啟時(shí)應(yīng)先開(kāi)蒸汽閥，然后開(kāi)空氣閥；關(guān)閉時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉加氮空氣閥，然后再關(guān)閉蒸汽周。通過(guò)這種方法制得的半水煤氣組成大致為：φ(C02)，6.6％；φ(CO)，33.3％；φ(H2)，37.0％；φ(N2)．22.4％；φ(CH4)，0.3％；φ(H2S)，0.2％；φ(O2)，0.2％。

對(duì)每一個(gè)工作循環(huán)，都希望料層溫度穩(wěn)定。一般而言，循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，氣化層的溫度、煤氣的產(chǎn)量和成分波動(dòng)大；相反，則波動(dòng)?。y門的開(kāi)啟次數(shù)頻繁。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體使用的氣化原料和閥門的控制條件來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，氣化活性差的原料需較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間；相反，氣化活性高的原料，時(shí)間可適當(dāng)縮短，因?yàn)榛钚愿叩脑蠚饣瘯r(shí)，反應(yīng)速度大，料層溫度降低快，適當(dāng)縮短時(shí)間對(duì)氣化是有利的。工作循環(huán)的時(shí)間一般在6-10min之間。采用自動(dòng)控制時(shí)，每一個(gè)工作循環(huán)可以縮短3-4min。表4-2不同燃料循環(huán)時(shí)間分配表燃料品種工作循環(huán)中各階段時(shí)間分配/%吹風(fēng)上吹下吹二次上吹空氣吹凈無(wú)煙煤，粒度25~75mm24.5~25.525~2636.5~37.57~93~4無(wú)煙煤，粒度15~25mm25.5~26.526~2735.5~36.77~93~4焦碳，粒度15~50mm22.5~23.524~2640.5~42.57~93~4石灰炭化煤球27.5~29.525~2636.5~37.57~93~4

高空氣的鼓風(fēng)速度，通常采用的鼓風(fēng)速度是0.5～1.0m／s。水蒸氣的鼓人速度慢，在爐內(nèi)的停留時(shí)間長(zhǎng),有利于氣化反應(yīng),太慢則會(huì)降低設(shè)備的生產(chǎn)能力，水蒸氣的速度一般在0.05～0.15m／s之間。

實(shí)踐證明，間歇法制造半水煤氣時(shí)，在維持煤氣爐溫度、料層高度和氣體成分的前提下，采用高爐溫、高風(fēng)量、高炭層、短循環(huán)(稱三高一短)的操作方法，有利于氣化效率和氣化強(qiáng)度的提高。

(1)高爐溫：在燃料灰熔點(diǎn)允許的情況下，提高爐溫，炭層中積蓄的熱量多．炭層溫度高，對(duì)蒸汽的分解反應(yīng)有利，可以提高蒸汽的分解率，相應(yīng)半水煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量提高。

(2)高風(fēng)速：在保證炭層不被吹翻的條件下，提高煤氣爐的鼓風(fēng)速度，碳與氧氣的反應(yīng)速度加快，吹風(fēng)時(shí)間縮短；同時(shí)高風(fēng)速還使二氧化碳在爐內(nèi)的停留時(shí)間縮短，二氧化碳還原為一氧化碳的量相應(yīng)減少，提高了吹風(fēng)效率。但風(fēng)速也不能太高，否則，燃料隨煤氣的帶出損失增加，嚴(yán)重時(shí)有可能在料層中出現(xiàn)風(fēng)洞。

(3)高炭層：炭層高度的穩(wěn)定是穩(wěn)定煤炭氣化操作過(guò)程的一個(gè)十分重要的因素，加煤、出灰速度的變化會(huì)引起炭層高度的渡動(dòng)，進(jìn)而影響爐內(nèi)工況，煤氣組成發(fā)生變化。在穩(wěn)定炭層高度的前提下，適當(dāng)增加炭層高度，有利于煤氣爐內(nèi)燃料各層高度的相對(duì)穩(wěn)定，燃料層儲(chǔ)存的熱量多，爐面和爐底的溫度不會(huì)太高，相應(yīng)出爐煤氣的顯熱損失減?。桓咛繉右灿欣诰S持較高的氣化層，增加水蒸氣和炭層的接觸時(shí)間提高氣體的分解率和出爐煤氣的產(chǎn)量與質(zhì)量；采用高炭層也是采用高風(fēng)速的有利條件。但炭層太高，會(huì)增加氣化爐的阻力，氣化劑通過(guò)炭層的能量損耗增大，相應(yīng)的動(dòng)力消耗增加，因而要綜合考慮高炭層帶來(lái)的利弊。

(4)短循環(huán)：循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短，主要取決于燃料的化學(xué)活性，總的來(lái)講，燃料活性好，循環(huán)時(shí)間短；燃料活性差，則循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)。

4魏爾曼格魯夏(Wellman-Galusha)煤氣發(fā)生爐

魏爾曼一格魯夏(Wellman-Galusha)煤氣發(fā)生爐簡(jiǎn)稱W-G型煤氣發(fā)生爐，是國(guó)內(nèi)另一種被廣泛采用的煤氣發(fā)生爐。

前述的三種爐型均為半水夾套氣化爐，W-G型煤氣發(fā)生爐屬于全水夾套爐型，爐頂蓋為溫水玲卻，爐內(nèi)不用耐火磚，構(gòu)成一個(gè)自產(chǎn)自用水蒸氣的系統(tǒng)，如圖4-18所示。

魏爾曼格魯夏氣化爐采用輸料管加煤或焦，輸料管和爐膛內(nèi)都處于滿料狀態(tài)，不存在一般氣化爐的爐膛空間。

為避免裝料不均勻現(xiàn)象，爐內(nèi)徑為3m的爐子，采用了四根輸抖管一煤料由提升機(jī)送入爐子上面的受煤斗，再進(jìn)人中料倉(cāng)，然后由四根輸料管加入爐內(nèi)。輸料管上下都有加煤閥，通過(guò)連鎖裝置來(lái)控制開(kāi)閉。加煤時(shí)，四個(gè)上閥門關(guān)閉打開(kāi)下閥門，煤料即進(jìn)人妒內(nèi)；加煤完畢，下閥門關(guān)閉，上閥門又打開(kāi)接受煤料，如此循環(huán)往復(fù)。爐算由鋼板制造，頂部為鑄鐵件，偏心塔型。

爐下部設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)的灰斗，兩個(gè)灰斗之間的閥門在排渣時(shí)起密封作用，當(dāng)下閥門打開(kāi)排渣時(shí)關(guān)閉上闐門，隔斷爐膛和外界的通道，避免煤氣外泄。

wG型煤氣發(fā)生爐的特點(diǎn)是水夾套不充滿水，上面留出部分空間，氣化用的空氣首先鼓入水夾套中的水面上層空間．與夾套產(chǎn)生的水蒸氣混合增濕，飽和后的空氣經(jīng)過(guò)氣化劑管4再導(dǎo)入氣化爐的爐底進(jìn)入爐內(nèi)。另外，它采用類似于3M-21型的鐘罩式加煤機(jī)構(gòu)的出灰機(jī)構(gòu)，比爐底采用水封的方法密封性能好，可以太大提高氣化爐的鼓風(fēng)能力，風(fēng)壓可以高達(dá)8～10kPa．從而提高氣化強(qiáng)度，提高單臺(tái)氣化爐的生產(chǎn)能力。

W-G型煤氣發(fā)生爐較一般的發(fā)生爐高，直徑3m的爐子其爐內(nèi)料層高約2.7m左右，而3M-21型發(fā)生爐卻只有1.1m左右。因而煤在爐內(nèi)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于氣化進(jìn)行完全。

w—G型煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能力較大，操作方便，采用全鋼板焊接，整個(gè)發(fā)生爐中的鑄件很少，故制造方便，不利的地方是用鋼板焊接的灰盤破黏能力，較其他爐型澆鑄方法制造的生鐵灰盤破黏能力差。

5、兩段式煤氣發(fā)生爐

從以上混合爐的生產(chǎn)原理來(lái)看，爐內(nèi)存在煤的干餾層和氣化層，干餾層一般較薄，當(dāng)煤加入爐內(nèi)時(shí)，干餾迅速進(jìn)行，煤炭中古有的重質(zhì)烴沒(méi)有經(jīng)過(guò)高溫裂解即隨生成氣出爐，在后面的降溫過(guò)程中冷凝成為重質(zhì)焦油產(chǎn)物，這種焦油既難脫水分離，質(zhì)量又差，使用很困難。同時(shí)，凈化循環(huán)冷卻水中有含酚物質(zhì)，水質(zhì)極易惡化，污染環(huán)境。

兩段爐使用含有大量揮發(fā)分的弱黏結(jié)性煙煤和褐煤來(lái)制取煤氣，在同一時(shí)間內(nèi)，干餾和氣化是分開(kāi)進(jìn)行的，在爐體內(nèi)將干餾和氣化分段進(jìn)行，于餾段較高，煤的加熱速度也較慢，干餾溫度也較低，一般在500～600℃，屬于低溫?zé)岱纸猓龀龅氖欠肿恿枯^低的輕質(zhì)烴類蒸氣，冷凝后成為輕質(zhì)焦油。低溫?zé)岱纸庖院蟮墓腆w產(chǎn)物主要是含有重質(zhì)烴的煤半焦，半焦進(jìn)入氣化區(qū)，在900~1200℃的高溫下經(jīng)過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的裂解，基本上避免了約為6.70～8.79MJ／m3；下段煤氣的低熱值為4.61～5.86MJ／m3。上段煤氣的熱值高于下段煤氣。間歇式生成的煤氣熱值更高，混合后的煤氣低值約11.79MJ／m3．

兩段爐仍用空氣和水蒸氣作為氣化劑。

連續(xù)生產(chǎn)的兩段爐采用二者的混合物，故氣化區(qū)不如單獨(dú)使用空氣時(shí)的溫度高，但由于連續(xù)生產(chǎn)，溫度波動(dòng)不大，缺點(diǎn)是空氣中的氮?dú)馊炕烊嗣簹庵?，因而煤氣的發(fā)熱值大幅度降低。間歇換向兩段爐氣化劑用的也是空氣和水蒸氣，不同的是，二者是分開(kāi)使用的。加熱升溫時(shí)用空氣，氣化時(shí)用水蒸氣，在兩個(gè)階段內(nèi)低溫干餾連續(xù)進(jìn)行。(1)

連續(xù)式兩段發(fā)生爐

連續(xù)式兩段爐如圖4—19所示。

氣化段包括水套、轉(zhuǎn)動(dòng)爐箅、灰盤等主要部分。水套上部是干餾段，其爐壁由鋼板外殼內(nèi)襯耐火磚構(gòu)成，爐膛內(nèi)用格子磚砌成十字拱形隔墻，隔墻中空，和外殼襯磚的環(huán)狀空間一起構(gòu)成熱氣體的通道，用來(lái)對(duì)干餾段內(nèi)的煤料進(jìn)行間壁加熱。干餾段的上部直徑比下部直徑?。梢苑乐勾顦驊伊稀．?dāng)使用微黏煤時(shí)，煤氣經(jīng)過(guò)環(huán)狀通道和格子磚的空隙將熱量傳給干餾段，以防止煤粘在壁上。

氣化原料煤由爐頂?shù)拿憾吠ㄟ^(guò)加煤機(jī)加人到爐內(nèi)，空氣被蒸汽飽和后從爐底氣化劑入口送入，混合氣化劑進(jìn)入爐算，和半焦發(fā)生燃燒、氣化反應(yīng)。生成的煤氣大部分通過(guò)上部干餾段四周的環(huán)形磚道和間的分隔磚道，隔墻加熱干餾段的煤，而后再?gòu)臍饣癄t中部的下段煤氣出口出爐，溫度約為500～600℃．

氣化段生成的煤氣中另一部分則進(jìn)入干餾段煤層，利用顯熱對(duì)煤進(jìn)行干餾，煤氣和干餾段產(chǎn)生的干餾煤氣混合由上段煤氣出口引出，溫度約為100～150℃。經(jīng)過(guò)靜電除焦油器可得到輕質(zhì)焦油，一般上段煤氣和下段煤氣的產(chǎn)量之比為1：3.5左右，兩段煤氣混臺(tái)后，煤氣高熱值約6.0～7.5MJ／m3。

兩段爐氣化原料為褐煤、不黏結(jié)煤等?？紤]到特殊的料層高度，煤的粒度大，比較有利。且要求均勻，選用中塊煤，粒徑在20～50ram之間。為了發(fā)揮兩段爐干餾段的特長(zhǎng)，增加生成煤氣中的含烴量，提高煤氣的熱值，原料煤中的揮發(fā)分宜大于20％。各氣化指標(biāo)如表4—3所示。

表4-3

兩段爐煤氣氣化指標(biāo)項(xiàng)目熱粗煤氣冷凈煤氣煤氣組成φ(CO)/%27.929.2φ(H2)/%16.917.6φ(CO2)/%4.24.4φ(CH4)/%2.22.3φ(N2)/%44.246.5φ(水分)/%4.2—φ(焦油)/%0.3—φ(輕油)/%0.1—熱效率/%88~9372~80高熱值/(MJ/m3)7.75~7.826.14~6.70溫度/℃400常溫產(chǎn)率/[m3/kg(煤)]3.553.4~3.55

兩段爐國(guó)內(nèi)使用的數(shù)量少．品牌規(guī)格多，多數(shù)爐徑在3m左右，高度約13m。

(2)間歇式兩段爐間歇式兩段水煤氣爐和連續(xù)式兩段爐結(jié)構(gòu)相似，如圖4-20所示。

首先，從爐底送人空氣使氧化區(qū)的半焦部分氧化，產(chǎn)生大量的熱量將氣體加熱。大部分熱氣體進(jìn)入干餾區(qū)的熱氣體通道(干餾段中間隔墻和環(huán)形轉(zhuǎn)道)對(duì)煤間壁加熱，另有少部分熱氣體直接進(jìn)入干餾煤層對(duì)煤進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到500~600℃時(shí)，煤料開(kāi)始低溫?zé)岱纸猓a(chǎn)生的干餾氣從上段煤氣出口引出。隨后經(jīng)過(guò)干餾層換熱后的鼓風(fēng)氣由爐內(nèi)熱氣體通道折下由氣化爐下段煤氣出口放空，少量鼓風(fēng)氣隨干餾氣由爐上部出口去清洗冷卻系統(tǒng)。此階段將使氣化區(qū)的溫度上升到1100～1200℃，為氣化階段準(zhǔn)備所需的全部氣化反應(yīng)熱。

和U·G·I型水煤氣發(fā)生爐類似，水煤氣型兩段爐也有蒸汽吹凈階段。即從爐底吹入蒸汽將吹風(fēng)氣排凈，為下階段制氣做準(zhǔn)備。接著，由爐底送入200~300℃的過(guò)熱水蒸氣進(jìn)行上吹制氣，水蒸氣在氣化區(qū)和熾熱的炭進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成氣的高溫水煤氣全部流入干餾段，對(duì)煤進(jìn)行直接干餾。生成的干餾氣和水煤氣一起由上段煤氣出口引出。而后，轉(zhuǎn)為由爐上部送入500℃的過(guò)熱水蒸氣，經(jīng)干餾區(qū)的中心隔墻和環(huán)行磚道至氣化區(qū)，與熾熱焦炭進(jìn)行下吹制氣．制得的下吹水煤氣由爐底的蒸汽人口導(dǎo)出；最后，再重復(fù)上吹制氣，同時(shí)可吹凈殘留在爐底的水煤氣以保證鼓風(fēng)時(shí)的安全。

上述水煤氣生產(chǎn)過(guò)程的循環(huán)時(shí)間約3.5min，各個(gè)階段的時(shí)間分配比例大致為(％)：鼓風(fēng)階段，30；蒸汽吹凈，3;上吹制氣．47.6；下吹制氣，14.2；二次吹凈，5.2。

間歇式兩段爐可以氣化的煤種有不黏結(jié)或弱黏結(jié)性的煙煤、熱穩(wěn)定性好的褐煤。塊度為20~40mm或30~60mm，煤灰分含量最高允許在40％～50％之間，最高允許的水分舍量為5％～30％，超過(guò)此范圍，必須干燥脫水，否則干餾段吸熱太大而影響正常生產(chǎn)。

間歇式兩段煤氣爐生成氣的有效成分較多，既可作原料氣，也可以作燃料氣，還可以怍為中小城市的城市煤氣。煤氣的主要技術(shù)指標(biāo)為煤氣熱值，約為12.55MJ／m3；煤氣產(chǎn)率，1500～1600m3／t(煤）)空氣耗量，3400~4000ma／t(煤)；蒸汽耗量，1.0～1.2t/t(煤)。煤氣組成為：φ(C02)，7.0％～9.0％；φ(H2)，50％～5l％；φ(CO)，28％～20％；φ(CH4)，0.6％～0.8％；φ(O2)，0.1％；φ(N2)，5％～6％(四)典型工藝流程

1、常見(jiàn)工藝流程

煤氣發(fā)生站的工藝流程按氣化原料性質(zhì)、燃料氣的用途、投資費(fèi)用等因素來(lái)綜合考慮。目前，比較常見(jiàn)的工藝流程分為下述三種形式。

(1)熱煤氣流程無(wú)冷卻裝置，從氣化爐出來(lái)的熱煤氣直接作為燃料氣。熱煤氣流程簡(jiǎn)單，從氣化爐出來(lái)的熱煤氣經(jīng)過(guò)旋風(fēng)除塵后即送給用戶，距離短，熱損失較小，可以使能量充分利用。

(2)無(wú)焦油回收的冷煤氣流程設(shè)有冷卻裝置，煤氣冷卻到常溫，送去做燃料氣。適用于以無(wú)煙煤和焦炭為原料的煤氣站，因其氣化時(shí)產(chǎn)生焦油量少，可不設(shè)專門的焦油回收裝置。

(3)有焦油回收的冷煤氣流程除有冷卻裝置外，還有回收焦油的凈化裝置。這種裝置適用于以煙煤、褐煤等煤種作氣化原料，因?yàn)闅饣瘯r(shí)產(chǎn)生的焦油量較大，因而需要專門的除焦油裝置即電捕焦油器。

2、無(wú)焦油回收系統(tǒng)的冷煤氣流程

流程如圖421所示。

氣化原料采用無(wú)