1、根據(jù)建設(shè)單位提供資料要求，結(jié)合二段式煤氣發(fā)生爐對氣化用煤之要求，本工程選用神木煤、大同煤、內(nèi)蒙包頭煤、作為氣化用原料煤。本設(shè)計以大同煤為基準(zhǔn)煤質(zhì)分析如下：水份：4.9%灰份：8%揮發(fā)份：28%固定碳：43.8煤氣爐用煤的主要質(zhì)量指標(biāo)編號項目標(biāo)準(zhǔn)1粒度2040;2550;3060mm2最大粒度與最小粒度之比<23塊煤限卜率()<104含肝率(%)<25干基揮發(fā)分Vd(%)>206干基灰分Ad(%)<187干基全硫分Std(%)<28灰熔融性軟化溫度ST(C)>12509熱穩(wěn)定性TS+6(%)>6010抗碎強度(>25mm)(%)>601

2、1膠質(zhì)層厚度<12mm12羅加指數(shù)R.I<2013自由膨脹系數(shù)F.S.I<214發(fā)熱量(應(yīng)用基低位)：>27MJ/kg煤氣發(fā)生爐用煤指標(biāo)1 ,水分：煤的水份通常以三種狀態(tài)存在。即游離水，一般由外界條件造成，如雨、雪等；二是結(jié)晶水，是組成煤的分子與水化合而成為結(jié)晶狀態(tài)的水；三是吸附水，是煤本身的空隙形成筆細(xì)血管胡附現(xiàn)象所吸附的水。一般所指煤的水份是指實驗室水份，即在空氣干燥狀態(tài)下的試料，在105c溫度下，加熱一小時所放出的水份，這主要是吸附水。這種水份的含量與煤形成時間和長短有關(guān)系，通常泥煤和褐煤含1030%勺水份，而煤和無煙煤的水份在5%Z下。煤中的水份不但對煤運輸、破

3、碎、篩分都不利，而且煤的水份直接影響煤的發(fā)熱值，還在氣化中吸收大量的熱量，降低煤氣的溫度，甚至降低還原層的溫度，使煤氣質(zhì)量變壞，CO的量增加。同時在干燥層溫度較低時，氣化煙煤時干儲層逸出的焦油將會發(fā)生重新凝聚，而影響發(fā)生爐的透氣性。所以，一般要求煤中的水份不超過8%另外，由外界條件造成的游離水，特別是雨天，將嚴(yán)重影響煤的篩分，使大量煤末混入發(fā)爐，使料層透氣變壞，煤氣質(zhì)量下降。故大多數(shù)南方工廠的煤氣站設(shè)置了干煤棚或采取了其它的降低外界水分的措施。2 灰份：煤的灰份是指除去水份、揮發(fā)份外，一切可燃質(zhì)在一定溫度（800c上下）完全燃燒后的殘留物。煤礦灰份，主要由二氧化硅（SiO）、三氧化二鋁（AI2

4、Q）、三氧化二鐵（Fe2O）、氧化鈣（CaO和氧化鎂（MgO等組成。這些礦物質(zhì)由于是由燃燒得來，故原來煤中礦物質(zhì)的真實情況是不同的。在燃燒時，它們經(jīng)歷了分解、脫水等過程。煤中的灰份是其原生植物的含有物及及其在形成過程中從外部滲透沉積而混入的。因此，它的種類、數(shù)量以至分布狀態(tài)，由于煤層所在位置、種類以及形成過程的不同而異。往往在同一煤層中，灰份的分布也不均勻。每種煤的灰份含量差別極大，低的僅5%fc右，高的可達(dá)30%Z上，煤中灰的含量，相對的降低了煤中有用成分的含量，增加了運輸費用，降低了使用效果。對氣化來講，希望煤的灰分越少越好?；曳指叩拿喊l(fā)熱值低，既妨害氣化劑與碳的接觸，又帶走大量，使?fàn)t子熱

5、效率降低，故一般要求煤的灰分在20%；下為宜。另一個重要方面是灰份的組成決定了煤的灰熔點，這是發(fā)生爐煤氣能否穩(wěn)定生產(chǎn)的一個重要因素。由于某些組分的影響。某些灰熔熱低的煤無法用于氣化。這一點，讓我們留待后面專門計論。3 ,揮發(fā)份：揮發(fā)份是實驗室干燥的煤在隔絕空氣條件下，加熱至850c時揮了出來的物質(zhì)，其中包括氫氣、甲烷、重碳?xì)浠衔镆约敖褂?、蒸氣等，煤的揮發(fā)份含量視煤種而異，一般年青的煤如褐煤揮發(fā)份多，年老的煤如無煙煤揮發(fā)份少。具波動范圍約5%40%煤的揮發(fā)份對煤氣發(fā)熱值影響較大，因揮發(fā)份中甲烷、重碳?xì)浠衔锏陌l(fā)熱值都極高，對發(fā)生爐煤氣熱值影響較顯著。在氣化時，揮發(fā)份高的煤進入氣化區(qū)時，氣孔率大

6、、反應(yīng)性能好。在使用熱煤氣時，揮發(fā)物中的焦油直接隨煤氣去用戶燃燒使用，也增加了煤氣的熱值。在使用冷氣時，揮發(fā)份中的焦油則必須很好地消除并利用。另外揮發(fā)份中含有酚類等有機物將嚴(yán)重污染洗滌循環(huán)水，必須進行脫酚處理，否則排放時，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。這些都是必須給予注意。4 固定碳：煤中的固定碳，是除去灰份、揮發(fā)份、水份以外的其余可燃物質(zhì)。固定碳的含量受上述幾種組分影響。一般固定碳含量高的煤，其發(fā)熱值較大。碳是氣化反應(yīng)的主要參加者，它在火層與氧化合生成COCO2并放出大量的熱量的熱量，對煤氣的產(chǎn)率影響較大。煤的元素的分析是什么意思？煤的元素分析是測定煤中的有機物質(zhì)是由哪些元素組成的，一般測定煤中有機

7、質(zhì)的碳、氫、氧、氮和硫等元素的含量。（1）碳C:碳是煤中最主要的組成部分。在煤中，碳以結(jié)合狀態(tài)存在，成為復(fù)雜的有機化合物。煤的含量與形成年代有關(guān)，生成年代越久所含的碳越多。其波動范圍約5090%煤中的碳在燃燒時與空氣中的氧化合生成二氧化碳，放出大量的熱量，無論碳與什么元素化合，燃燒時都放出同樣的熱量。（2）氫H:氫也是煤中有機物質(zhì)的一個主要組成元素。其含量隨著煤化程度的增加而減少。煤的含量一般不超過6.5%。氫在燃燒時與空氣中的氧化合生成水，同時放出大量的熱。(3)氧O:煤中氧含量波動很大，煤化程度越深，其氧含量越低。如泥炭中氧含量可達(dá)30犯上，而無煙煤中僅有13%一般氧含量高的煤，在熱加工過

8、程中易分解，生成熱解水、酚等含氧化合物。另一方面，我們可以說，氧含量隨著揮發(fā)份的減少而減少。在燃燒過程中，氧本身不能發(fā)生熱量，還要與能產(chǎn)生熱量的元素氫結(jié)合成水，使煤的發(fā)熱值降低。故煤的氧含呈影響著煤的使用價值，氧含量高的煤易自燃，給貯存和運輸帶來困難。(4)氮N:煤中氮含量一般都不高，小于2%煤的發(fā)熱值與氮無關(guān)，但它在加工過程中能生成氨及某些含氮的有機化合物。(5)硫S:硫是煤中最有害的雜質(zhì)，在不同的煤中，硫含量差別很大，一般在0.53%之間.煤中硫存在的形式不三種：即硫化物、硫酸鹽以及含有復(fù)雜高分子的有機硫。其中大多數(shù)情況下，煤中硫以硫鐵礦的硫為最多，它在燃燒時生成二氧化硫和三氧化硫氣體逸出

9、，它既蝕設(shè)備，又污染大氣。在氣化中，煤中硫的7080%ZH2s的形式進入煤氣中，其余殘留在灰渣中。H2S能使煤氣設(shè)備及管道嚴(yán)重腐蝕，在洗滌過程中還以氫硫酸的形式進入水體，腐蝕循環(huán)水系統(tǒng)。含H2s的煤氣對熱加工的生產(chǎn)不利，它易助長氧化皮的產(chǎn)生，損壞金屬的品質(zhì)。所以，氣化用煤，根據(jù)不同的用戶要求，對含硫量有一定的限制。一般不希望超過1.5%,而對某些高硫的煤，用于氣化時，往往必須采取適當(dāng)?shù)拿摿蜓b置來除去H2S以上，我們簡要的介紹了煤的元素組成。那么，這些元素又是如何組合成煤的呢？這兒涉及到了煤的基本結(jié)構(gòu)問題，是一個長期以來人們廣為研究的課題。而至今，對它的認(rèn)識仍很不完善。簡單的說，煤是一種以縮合香

10、族結(jié)構(gòu)為主體的，不均一聚合高分子有機化合物。根據(jù)研究，煤的基本結(jié)構(gòu)單元之間是排列成立體結(jié)構(gòu)的，因此使質(zhì)地堅硬、具有較大的機械強度。從上面介紹中，我們可以看出，對氣化影響較大元素是硫，它的含量受到我們格外重視。另外，煤的元素分析數(shù)值，在我們進行氣化過程計算的物料平衡時需使用，這一點我們將在后面再介紹。煤中的灰分對氣化有何影響？及成份為了研究煤的灰對氣化的影響，我們必須對灰份的來源作一簡單的介紹。煤的灰份是煤中可燃成分完全燃燒后殘留下來的固體礦物質(zhì)混合物的總稱。其來源可分二類：一類是在煤形成過程中夾入的不純物質(zhì)，可稱為固定碳；另一類是獨立于煤外混雜或開采過程中混入的泥石，稱為自由灰。自由灰可以在洗

11、煤時洗去。煤灰的主要成分為：SiO2、AI2Q、FeO或FeO,CaO及少量MgOTiO2和堿金屬的化合物。煤的灰熔點主要取決于組成灰分各組分的比例，各組分熔點如下:成分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOKO+NaO熔點c1625205025702800158010308001000從上表可經(jīng)看出含鐵、鈉、鈣、鎂、鉀等元素多的煤，灰易熔；含硅、鋁我地則灰難熔。一般可用下式來判斷灰之熔融難易。SiO2+Al2OFe2Q+CaO+MgO當(dāng)此式比值在1以下時為易熔，在5以上時為難熔。在實際生產(chǎn)中，我們根據(jù)灰渣的顏色亦可粗略的判別灰熔點高低。氧化鐵呈紅色，若灰渣顏色近于紅色，則其灰熔點低。

12、而顏色淺時，其灰熔點較高?；胰埸c的測定，是將煤灰按規(guī)定的尺寸制成三角錐體，在半還原氣氛中加熱升溫，灰錐逐漸發(fā)生變化，取以下三點；1。變形溫度T1:錐體頂點開始變圓或彎曲，傾斜：2。軟化溫度T2:錐體尖端彎到錐托上或呈半圓形；3。熔化溫度T3;錐體完全熔化成液體并流動。煤的灰熔點對氣化有直接影響，直接關(guān)系到煤的結(jié)渣性煤在氣化時，我們希望氧化層和還原層溫度高些，使氣化反應(yīng)徹底，水蒸汽分解率也高些。但是，煤的灰熔點限制了氧化層的溫度，當(dāng)爐內(nèi)溫度高于灰熔點時，灰成熔融狀態(tài)并與燃料結(jié)成大硬塊，嚴(yán)重破壞了氣化過程的正常進行，甚至造成停爐。為了防止與減輕結(jié)渣情況，我們只好調(diào)高飽和溫度，多通入一些水蒸汽以降低

13、氧化層溫度，來維持連續(xù)生產(chǎn)。但對灰熔點太低的煤，由于氣化層溫度只能控制較低，致使煤氣質(zhì)量差，生產(chǎn)能力低，燃料利用率差，甚至無法維持正常生產(chǎn)。所以，對發(fā)生爐煤氣氣化用煤一般要求灰熔點T2>1200C煤中的灰分對氣化來講是多余的東西，還往往給氣化過程帶來許多不利因素。一般地說灰分愈多法中損失之厭煩碳愈多，煤的氣化效率就低。故一般希望灰低一些，通常以10%為佳，20%也可以使用。煤中的水分對氣化有什么影響在氣化過程上中，煤中的水分被上升的煤氣加熱干燥，故少量的水分對氣化影響不大。但水分太高時，大量的水分蒸發(fā)要降低煤氣溫度，當(dāng)上部料層不夠厚時，勢必影響干儲層以至還原層溫度，使煤氣質(zhì)量變壞，所以氣

14、化水分大的煤時宜采用高料層生產(chǎn)。另外爐出煤氣溫度也不允許太低，溫度太低時，可能使流經(jīng)上層煤中之焦油及水分重新凝結(jié)，堵塞氣流通道，破壞料層透氣性，故一般希望煤氣水分愈少愈好。了解了煤之水分對氣化是有害的成份后，我們就可理解為什么南方地區(qū)許多生產(chǎn)廠先后增設(shè)了干煤棚，以保證雨季入爐煤的外水分盡量少，另外，干煤是正常運輸篩分的主要保證，雨季往往造成煤屑篩不盡，使?fàn)t內(nèi)帶出物增加，氣化不均勻。個別廠則采用了烘干設(shè)備除去煤之外水分。煤中揮發(fā)份含量與煤氣成份有何關(guān)系我們在前面已經(jīng)指出，煤的揮發(fā)份在煤氣爐的干儲時將逸出，成為甲烷等碳?xì)浠衔锛敖褂停淄榈陌l(fā)熱值較高，為8600千卡/標(biāo)米3,故它的含量多少，對煤

15、氣熱值有顯著影響。在我們常用的氣化用爐中，揮發(fā)分的含量因煤種而異。但簡單的講，VR<10喔無煙煤，VR>10%為煙煤，而褐煤的揮發(fā)份可高達(dá)45%£右。揮發(fā)份除能使煤氣熱值增高外，其副產(chǎn)的焦油也于揮發(fā)份含量有直接關(guān)系。一般揮發(fā)份高的煤，焦油產(chǎn)量大，而在使用熱煤氣時，焦油蒸汽也直接可燃，又增加了煤氣之熱值，并能使火焰發(fā)亮。所以，過去煉鋼之平爐，經(jīng)常采用煙煤熱煤氣作熱源。煤中的揮發(fā)份在氣化中產(chǎn)生的焦油，在煤氣凈化過程中，與洗滌水接觸，能產(chǎn)生酚類有害物質(zhì)危害水系，故應(yīng)考慮酚水處理。而揮發(fā)份低的無煤洗滌水中，酚含量較低，對環(huán)境危害較少；而且煤氣中焦油含量基微，一般無需專門的除焦油設(shè)

16、備，使凈化系統(tǒng)簡單，管理方便，所以一般冷煤氣站樂于采用無煙煤作氣化燃料。煤的塊度大小與氣化有什么關(guān)系造氣要用煤，這是大家都明白的道理，但為什么要用塊煤呢？能不能將混煤，不分大小塊與煤屑一起入爐呢？這是一個經(jīng)常碰到的問題。在固定層煤氣發(fā)生爐中，為使煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量較高，操作方便，一般都要求使用塊煤均勻、大小適當(dāng)、無煤末的塊煤。我們知道氣化強度的提高有賴于燃料的反應(yīng)表面積。為使反應(yīng)表面積提高，有兩個途徑：一是將料層增高，使用大煤塊；二是不增加料層高度而使用小塊煤。而在實際生產(chǎn)中，煤的粒度要根據(jù)爐型、煤種及經(jīng)濟性來決定，一般煤氣站為了充分利用碎煤減少粉煤量，不得不使用一些粒度較小的煤。一般常用塊度：褐

17、煤25-50mm50-100mm煙煤13-25mm25-50mm50-100mm無煙煤、焦炭6-13mm13-25mm25-50mm大塊煤在氣化時阻力小，但反應(yīng)表面積小，而小塊煤在氣化時表面積大，料層可低些，同時水份和揮發(fā)份在干燥層和干儲層內(nèi)除去，對氣化有利。但塊度不能太小，太小則料層阻力太大，并且隨煤氣帶出的煤灰增多，造成燃料的損失并易堵塞管道。在實際使用中，還應(yīng)注意不能將大小塊混雜入爐。因為混雜的大小塊將沿著發(fā)生爐截面不均勻分布，在氣化時造成偏爐、燒穿或結(jié)渣等不正?，F(xiàn)象。所以，入爐燃料的塊度組成，要求大小塊度之比不超過2。如25-50mm或13-25mm另一個問題是煤屑，一般發(fā)生爐都要求塊

18、煤中煤屑量盡可能少。煤屑加入爐內(nèi)，便使?fàn)t內(nèi)阻力大大增加，因而不得不提高鼓風(fēng)壓力并使帶出物增多。綜上所述，我們可以看出，要維持發(fā)生爐的正常生產(chǎn)，供給合格的煤塊是一個十分必要的條件。煤的粘結(jié)性對發(fā)生爐結(jié)構(gòu)的影響如何？先簡單的介紹一下，什么是煤的粘結(jié)性。有些煤在干儲過程中，到某一溫度（400-450°C）時，會發(fā)生熔融的現(xiàn)象，揮發(fā)分逸出后，形成多孔性的硬塊即焦炭，這種煤稱為粘結(jié)性煤。而另一些煤在這種情況下，不發(fā)生或稍微發(fā)生熔融現(xiàn)象，而在放出揮發(fā)份后本身成為粉末狀的死渣，這種煤稱為不粘結(jié)煤，煤的這種性質(zhì)稱為粘結(jié)性。褐煤和無煙煤屬于不粘結(jié)性煤，煙煤屬于粘結(jié)性煤，但其粘結(jié)情況（強弱）差異很大。粘

19、結(jié)性的表小方法有兩種：一是用數(shù)字表示，以測定揮發(fā)份后所得焦渣外形來確定，用1-7數(shù)字來表示：粉狀粘著-以手指輕壓即成粉狀；（3）弱粘結(jié)-以手指用力壓即成小塊；（4）不熔化粘結(jié)-用手指用力壓即分裂成小塊；（5）不膨脹化粘結(jié)-有銀白金屬光澤；（6）弱膨脹熔化粘結(jié)-不揮發(fā)殘留物之表面，有銀白色金屬光澤，具高度大于15MM強膨脹熔化粘結(jié)-不揮發(fā)殘留物之表面，有銀白色金屬光澤，且高度大于15MM一般情況下，粘結(jié)指數(shù)在1-4之間能在發(fā)生爐內(nèi)氣化。二是用膠質(zhì)層厚度（Y值）表示：汶質(zhì)層厚度的測定是將一定數(shù)量（100克）粉碎到1.5MM的試樣，入在一圓筒中從下面加熱，并在煤上加以一定的不變負(fù)荷，到350-430

20、°C時，煤發(fā)生軟化、熔融并生成膠質(zhì)層，隨著溫度的提高其厚度先增大后減少，而膠質(zhì)層的最大厚度Y就是煤的粘結(jié)性指標(biāo)。在一般情況下，煤的Y值在12MMW下是較易氣化的，Y值在12-16之間氣化比較困難。而Y值在20以上時就不宜氣化了。粘結(jié)性的煤在氣化時，會在干儲層形成大的硬塊，而使氣流分布不均勻，嚴(yán)重影響氣化過程的正常進行。針對這一情況，發(fā)生爐結(jié)構(gòu)設(shè)計中必然要考慮有破粘設(shè)備，對煤層進行攪拌，以保持料層的透氣性。在氣化粘結(jié)性煤的各種發(fā)生爐中都配有形狀不同的攪拌設(shè)備。如：3A13型煤氣爐，1.5D型煤氣爐都采用水冷卻的攪拌耙，而W型煤氣爐則用攪拌棒。所以，在選用煤種時，要對其粘結(jié)情況給予重視，

21、否則粘結(jié)性較大的煤在一般發(fā)生爐中將無法使用。煤的機械強度、熱穩(wěn)定性對氣化有什么關(guān)系？煤的機械強度是指它的抗破碎力，即其破碎難易的程度。用于煤氣發(fā)生爐的燃料，要求機械強度大，以減少輸送過程中的破碎量。機械強度差的煤，在轉(zhuǎn)運過程中易于破碎，使煤含粉量過高，塊煤量降低。另一方面，在氣化過程中，煤還要承受上層燃料的擠壓，易被壓碎，影響料層的正常通風(fēng)，不利于氣化。機械強度一般用轉(zhuǎn)鼓方法和落下方法來確定。轉(zhuǎn)鼓方法是把經(jīng)過篩分的一定粒度的煤（13-100MM）塊，放在直徑100的鋼制卷筒中，轉(zhuǎn)筒以25轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)4分鐘，在100轉(zhuǎn)之后停止轉(zhuǎn)運，將試料倒出用13X13MM勺篩孔過篩，用篩上殘留燃料與原加入燃料的百分比表示煤的機械強度。落下試驗是將粒度為60-100MM的煤樣25公斤（或10塊），從2米高自由落下三次（落在鐵板上），以大于25MM勺煤與原樣的重量百分比來表示煤的機械強度。煤的熱穩(wěn)定性又叫熱強度，是指煤在高溫下