1、第四章 氣化爐 8/22/2022煤炭氣化工藝學第四章 氣化爐第三節(jié) 流化床氣化爐第四節(jié) 氣流床氣化爐第五節(jié) 熔融床氣化爐第六節(jié) 工業(yè)上常用爐型的比較第一節(jié) 氣化爐概述第二節(jié) 移動床氣化爐 8/22/2022煤炭氣化工藝學掌握氣化用煤的種類、氣化爐的種類及結構、工藝流程、工藝參數(shù)等熟悉熔融床氣化爐結構、氣化工藝流程及工藝參數(shù)了解我國工業(yè)上常用的氣化爐及各種氣化爐的比較知識目標 8/22/2022煤炭氣化工藝學能掌握我國氣化用煤的特性、常用的氣化爐形式、用途等會判斷實際用煤作為氣化原料的優(yōu)劣、會流利的講述常用氣化爐的工藝流程會解釋一些實際操作過程常出現(xiàn)的問題及會分析影響操作的因素能力目標 8/2

2、2/2022煤炭氣化工藝學世界煤炭氣化技術的發(fā)展趨勢增大氣化爐規(guī)模，提高單爐制氣能力。 提高氣化爐的操作壓力，降低壓縮動力消耗，減少設備尺寸，降低氧耗，提高碳的轉化率。氣流床和流化床技術日益發(fā)展，擴大了氣化煤種的范圍。提高氣化過程的環(huán)保技術，盡量減少環(huán)境污染。將煤炭氣化過程和發(fā)電聯(lián)合起來的生產(chǎn)技術越來越受到各國的重視并巳建成不同規(guī)模的生產(chǎn)廠以KT爐為例，20世紀50年代是雙嘴爐，20世紀70年代采用了雙嘴和四頭八嘴，以及后來設計的六個頭的氣化爐等，使得單爐產(chǎn)氣能力大幅度提高。 8/22/2022煤炭氣化工藝學4-1 氣化爐概述氣化的幾個重要過程煤炭氣化過程的主要評價指標氣化爐分類基本概念氣固相

3、反應 8/22/2022煤炭氣化工藝學一、基本概念 1、氣化爐：進行煤炭氣化的設備叫氣化爐。 2、氣化爐分類按照燃料在氣化爐內的運動狀況 移動床(又叫固定床) 沸騰床(又叫流化床) 氣流床熔融床 生產(chǎn)操作壓力常壓氣化爐 加壓氣化爐 排渣方式 固態(tài)排渣氣化爐 液態(tài)排渣氣化爐 8/22/2022煤炭氣化工藝學一、基本概念空氣煤氣 混合煤氣 水煤氣 半水煤氣 以空氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣 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 將空氣(富氧空氣或純氧)和水蒸氣分別交替送入氣化爐內間歇進行生產(chǎn)的煤氣氣體成分經(jīng)過適當調整(主要是調整含氮氣的量)后，生產(chǎn)的符合合成氨原料氣的要求的煤氣

4、 4、煤氣的種類 8/22/2022煤炭氣化工藝學一、基本概念氣化爐的組成加煤系統(tǒng) 氣化反應部分 排灰系統(tǒng) 要考慮煤入爐后的分布和加煤時的密封問題。 是煤炭氣化的主要反應場所，首要考慮的問題是如何在低消耗的情況下，使煤最大限度地轉化為符合用戶要求的優(yōu)質煤氣。由于煤炭氣化過程是在非常高的溫度下進行的，為了保護爐體而加設內璧襯里或加設水套也是非常必要的。水套一方面可以起到保護爐體(也包括爐內的布煤器或攪拌裝置)的作用，同時可以吸收氣化區(qū)的熱量而生產(chǎn)蒸汽，該部分蒸汽可以作為氣化時需用的蒸汽而進入氣化爐內。作用:保證了爐內料層高度的穩(wěn)定，同時也保證了氣化過程連續(xù)穩(wěn)定地進行.問題：對移動床而言，由于爐箅

5、(氣化劑的分布裝置)和排灰系統(tǒng)結合在一起，氣化劑的均勻分布和排灰操作是生產(chǎn)上較為重要的兩個問題。 8/22/2022煤炭氣化工藝學二、氣固相反應氣固相反應 在氣化爐內，物質基本上以兩種相態(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)上把這種反應稱氣固相反應。氣化爐類型氣化劑以較小的速度通過床層時氣體經(jīng)過固體顆粒堆積時所形成的空隙，床內固體顆粒靜止不動，這時的床層一般稱固定床。對氣化爐而言，由于氣化過程是連續(xù)進行的，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，故稱為移動床較為合

6、理。當氣流速度繼續(xù)增大，顆粒之間的空隙開始增大，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，顆粒被全部托起，顆粒運動劇烈，但仍然逗留在床層內而不被流體帶出，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，這時的床層稱流化床。 在流化床階段，如果流速進一步增大，將會有部分粒度較小的顆粒被帶出流化床，這時的床層相當于一個氣流輸送設備，因而被稱為氣流床。 8/22/2022煤炭氣化工藝學二、氣固相反應三種床層中的壓降和傳熱 固定床的壓力降主要是由于流體和固體顆粒之間的摩擦，以及流體流過床層時，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)過一個極大值

7、后床層進入流態(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，把這個極大值稱臨界流化速度。氣流床：進入氣流床時，由于大量顆粒被帶出床外，床層壓降急劇下降。 8/22/2022煤炭氣化工藝學二、氣固相反應均相反應與非均相反應均相反應：氣相中的反應。如CO與H2O的反應等。非均相反應：氣固相的反應。如碳的燃燒反應、水蒸氣與熾熱的碳之間的反應等?？刂撇襟E氣化劑向燃料顆粒表面的外擴散過程； 氣化劑被燃料顆粒的表面吸附； 吸附的氣化劑和燃料顆粒表面上的碳進行表面化學反應；生成的產(chǎn)物分子從顆粒表面脫附下來；產(chǎn)物分子從顆粒的表面通過氣膜擴散到氣流主體。 8/22/2022煤炭氣化工藝學

8、二、氣固相反應化學平衡定義：正逆反應速度相等時，化學反應就達到動態(tài)平衡。例如對如下吸熱反應 C+O2CO2 平衡常數(shù)kp如下：Kp=(Pco*PH2)/PH2O 影響因素：1、T-吸熱反應，提高溫度有利于化學反應向生成產(chǎn)物的方向進行；對于放熱反應，則降低溫度有利于向生成產(chǎn)物的方向進行。影響因素：2、P-對反應后體積增加(即分子數(shù)增加)的反應，隨著壓力的增加，產(chǎn)物的平衡含量是減少的；反之，對于體積減少的反應加壓有利于產(chǎn)物的生成。 8/22/2022煤炭氣化工藝學三、氣化的幾個重要過程煤的干燥煤的熱解煤的反應 8/22/2022煤炭氣化工藝學三、氣化的幾個重要過程煤的干燥煤的干燥過程，實質上是水分

9、從微孔中蒸發(fā)的過程。煤的干燥過程：理論上應在接近水的沸點下進行，但實際生產(chǎn)中，和具體的氣化工藝過程及其操作條件又有很大的關系一般地，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，則干燥時間短；反之，煤的干燥時間就長。從能量消耗的角度來看，以機械形式和煤結合的外在水分，在蒸發(fā)時需要消耗的能量相對較少；而以吸附方式存在于煤微孔內的內在水分，蒸發(fā)時消耗的能量相對較多。煤干燥過程的主要產(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。例如，對于移動床氣化而言，由于煤不斷向高溫區(qū)緩慢移動，且水分蒸發(fā)需要一定的時間，因此水分全部蒸發(fā)的溫度稍大于l00，當氣化煤中

10、水分含量較大時，干燥期間，煤料溫度在一定時間內處于不變的100左右。而在其他的一些氣化工藝過程當中，例如，氣流床化時，由于粉煤是直接被噴入高溫區(qū)內，幾乎是在2000C左右的高溫條件下被瞬間干燥。 8/22/2022煤炭氣化工藝學三、氣化的幾個重要過程煤的干餾就移動床來說，基本接近于低溫干餾（500-600)。從還原層上來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。而對于沸騰床和氣流床氣化工藝，由于不存在移動床的分層問題，因而情況稍微復雜，尤其對于氣流床來講煤的幾個主要變化過程幾乎是瞬間同時進行。 無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；煙煤加熱時經(jīng)歷軟化為類

11、原生質的過程。在煤顆粒中心達到軟化溫度以前，開始分解出揮發(fā)物，同時其本身發(fā)生膨脹。煤的加熱分解除了和煤的品位有關系，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有關系。煤顆粒粒徑小于50m時，熱解過程將為揮發(fā)形成的化學反應控制，熱解與顆粒大小基本沒有關系。當顆粒粒徑大于100 m后，熱解速度取決于揮發(fā)分從固定碳中的擴散逸出速度。壓力對熱解有重要影響，隨壓力的升高，液體碳氫化合物相對減少，而氣體碳氫化合物相對增加。一般來說，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，才開始發(fā)生煤的熱分解，放出大量的水蒸氣和二氧化碳，同時，有少量的硫生成二氧化硫等氣體。

12、8/22/2022煤炭氣化工藝學三、氣化的幾個重要過程煤的干餾煤的熱解結果生成三類分子：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，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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學三、氣化的幾個重要過程煤的反應煤炭氣化過程的兩類主要反應：燃燒反應和還原反應 煤的燃燒反應，通過燃燒一部分燃料來維持氣化工藝過程中的熱量平衡。不論采用哪一種具體的氣化工藝，產(chǎn)生的熱量基

13、本上都消耗在如下幾個方面：灰渣帶出的熱量、水蒸氣和碳的還原反應需要的熱量、煤氣帶走的熱量以及傳給水夾套和周圍環(huán)境的熱量。 煤的燃燒是指在空氣、富氧空氣或氧氣中，當煤的溫度達到者火點時劇烈氧化，放出大量熱量的過程，完全燃燒時生成二氧化碳，而不完全燃燒時則生成一氧化碳。 還原反應，包括碳和二氧化碳的反應，以及水蒸氣和碳之間的反應是制氣的主要反應，主要生成一氧化碳和氫氣。 8/22/2022煤炭氣化工藝學 四、煤炭氣化過程的主要評價指標 主要評價指標氣化強度 蒸汽消耗量、蒸汽分解率 氣化效率 熱效率 單爐生產(chǎn)能力 8/22/2022煤炭氣化工藝學對于煙煤炭氣化時，可以適當采用較高的氣化強度，因其在干

14、餾段揮發(fā)物較多，所以形成的半焦化學反應性較好，同時進人氣化段的固體物料也較少。而在氣化無煙煤時，因其結構致密，揮發(fā)分少，氣化強度就不能太大。對于較高灰熔點的煤炭氣化時，可以適當提高氣化溫度，相應也 提高了氣化強度。四、煤炭氣化過程的主要評價指標氣化強度所謂氣化強度，即單位時間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質量或產(chǎn)生的煤氣量。氣化強度的兩種表示方法如下 ：氣化強度越大，爐子的生產(chǎn)能力越大。氣化強度與煤的性質、氣化劑供給量、氣化爐爐型結構及氣化操作條件有關。實際的氣化生產(chǎn)過程中，要結合氣化的煤種和氣化爐確定合理的氣化強度。 8/22/2022煤炭氣化工藝學四、煤炭氣化過程的主要評價指標單爐生產(chǎn)能

15、力氣化爐單臺生產(chǎn)能力是指單位時間內，一臺爐子能生產(chǎn)的煤氣量。 它主要與爐子的直徑大小、氣化強度和原料煤的產(chǎn)氣率有關計算公式如下： 式中V單爐生產(chǎn)能力，m3h； D氣化爐內徑，m； Vg煤氣產(chǎn)率, m3kg(煤)： q1氣化強度，kg(m2h)。煤氣產(chǎn)率是指每千克燃料(煤或焦炭)在氣化后轉化為煤氣的體積煤氣單耗，定義為每生產(chǎn)單位體積的煤氣需要消耗的燃料質量，以kgm3計。 8/22/2022煤炭氣化工藝學四、煤炭氣化過程的主要評價指標氣化效率 煤炭氣化過程實質是燃料形態(tài)的轉變過程，即從固態(tài)的煤通過一定的工藝方法轉化為氣態(tài)的煤氣。 這一轉化過程伴隨著能量的轉化和轉移，通常是首先燃燒部分煤提供熱量(

16、化學能轉化為熱能)，然后在高溫條件下，氣化劑和熾熱的煤進行氣化反應，消耗了燃燒過程提供的能量，生成可燃性的一氧化碳、氫氣或甲烷等(這實際上是能量的一個轉移過程)。計算公式如下： 式中氣化效率，； Qlkg煤所制得煤氣的熱值，kJ/ kg； Q1kg煤所提供的熱值kJ/ kg；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比 8/22/2022煤炭氣化工藝學四、煤炭氣化過程的主要評價指標熱效率 熱效率是評價整個煤炭氣化過程常用的經(jīng)濟技術指標。氣化效率偏重于評價能量的轉移程度，即煤中的能量有多少轉移到煤氣中；而熱效率則側重于反映能量的利用程度。 進入氣化爐的熱量有燃料帶入熱、水蒸氣和空氣等

17、的顯熱。熱效率計算公式如下： 式中L一熱效率，； Q煤氣煤氣的熱值，MJ； Q入進入氣化爐的總熱量，MJ：Q熱損失氣化過程的各項熱損失之和MJ。氣化過程的熱損失主要有通過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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學四、煤炭氣化過程的主要評價指標水蒸汽消耗量與蒸汽分解率水蒸汽消耗量和水蒸汽分解率是煤炭氣化過程經(jīng)濟性的重要指標它關系到氣化爐是否能正常運行，是否能夠將煤最大限度地轉化為煤氣。蒸汽分解率是指被分解掉的蒸汽與入爐水蒸汽總量之比。蒸汽分解率高，得到的煤氣質量好，粗煤氣中水蒸汽含量低；反之，煤氣質量差，粗煤氣中水蒸汽含量高。 一般

18、地，水蒸汽的消耗量是指氣化1kg煤所消耗蒸汽的量水蒸汽消耗量的差異主要由于原料煤的理化性質不同而引起的。 8/22/2022煤炭氣化工藝學五、氣化爐分類 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐燃料：主要有褐煤、長焰煤、煙煤、無煙煤、焦炭等。氣化劑：有空氣、空氣一水蒸氣、氧氣一水蒸氣等?；具^程：燃料由移動床上部的加煤裝置加入，底部通入氣化劑，燃料與氣化劑逆向流動，反應后的灰渣由底部排出。爐內溫度分布： 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐 爐內料層：當爐料裝好進行氣化時，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，爐內料層可分為六個層帶，自上而下分別

19、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)生的化學反應不同。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐煤灰堆積在爐底的氣體分布板上具有以下三個方面的作用： 由于灰渣結構疏松并含有許多孔隙，對氣化劑在爐內的均勻分布有一定的好處。 煤灰的溫度比剛人爐的氣化劑溫度高，可使氣化劑預熱。 灰層上面的氧化層溫度很高，有了灰層的保護，避免了和氣體分布板的直接接觸，故能起到保護分布板的作用。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?；以鼘右话憧刂圃?00400mm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，自動連續(xù)出灰效

20、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減少，將影響氣化反應的正常進行，增加爐內的阻力；清灰太多，灰渣層變薄，造成爐層波動，影響煤氣質量和氣化 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)生化學反應。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐也稱燃燒層或火層，是煤炭氣化的重要反應區(qū)域，從灰渣中升上來的預熱氣化劑與煤接觸發(fā)生燃燒反應產(chǎn)生的熱量是維持氣化爐正常操作的必要條件?？紤]到灰分的熔點，氧化層的溫度太高有燒結的危險，所以一般在不燒結的情況下，氧化層溫度越高越好，溫度低于灰分熔點的80120為宜，約1200左右。氧化層厚度控制在150300mm左右，要根據(jù)氣化強

21、度、燃料塊度和反應性能來具體確定。氧化層溫度低可以適當降低鼓風溫度，也可以適當增大風量來實現(xiàn)。 氧化層帶溫度高，氣化劑濃度最大發(fā)生的化學反應劇烈，主要的反應為： C+02 C02 2C+02 2C0 2C0+02 C02上面三個反應都是放熱反應，因而氧化層的溫度是最高的。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐還原層厚度一般控制在300500mm左右。如果煤層太薄還原反應進行不完全，煤氣質量降低；煤層太厚，對氣化過程也有不良影響，尤其是在氣化黏結性強的煙煤時，容易造成氣流分布不均，局部過熱，甚至燒結和穿孔。習慣上，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系，氣

22、化層薄出口溫度高；氣化層厚，出口溫度低。因此，在實際操作中，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。還原反應是吸熱反應，其熱量來源于氧化層的燃燒反應所放出的熱 在氧化層的上面是還原層，赤熱的炭具有很強的奪取水蒸氣和二氧化碳中的氧而與之化臺的能力，水(當氣化劑中用蒸汽時)或二氧化碳發(fā)生還原反應而生成相應的氧氣和一氧化碳，還原層也因此而得名。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐干餾層位于還原層的上部，氣體在還原層釋放大量的熱量，進入干餾層時溫度已經(jīng)不太高了，氣化劑中的氧氣已基本耗盡，煤在這個過程歷經(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，它們

23、受熱成為氣態(tài)而進入干燥層。干餾區(qū)生成的煤氣中因為含有較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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐干燥層位于干餾層的上面，上升的熱煤氣與剛人爐的燃料在這一層相遇并進行換熱，燃料中的水分受熱蒸發(fā)。一般地，利用劣質煤時因其水分舍量較大，該層高度較大，如果煤中水分含量較少，干燥段的高度就小。脫水過程有三個階段 8/22/2022煤炭氣化工藝學過程 第一階段(圖45中I)，煤中的水分分外在水分和內在水分。干燥層的上部，上升的熱煤氣使煤受熱，首先使煤表面的潤濕水分即外在水分汽化，這時煤微孔內的吸附水即內在水分同時被加熱。隨燃

24、料下移溫度繼續(xù)升高。第二階段(圖45中II)，煤移動到干燥層的中部，煤表面的外在水分已基本蒸發(fā)干凈，微孔中的內在水分保持較長時間，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45中)，燃料移動到干燥層的下部時，水分已全部汽化，此時不需要大量的汽化熱，上升的熱氣流主要是來預熱煤料，同時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1、移動床氣化爐。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐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??；二是按時清灰。必須指出-上述各層的劃分及高度，隨燃料的性質和氣化條件

25、而異，且各層間投有明顯的界限，往往是相互交錯的?？諏蛹慈剂蠈拥纳喜?，爐體內的自由區(qū)，其主要作用是匯集煤氣，并使爐內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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學1、移動床氣化爐移動床分類：移動床按氣化壓力來分類，可以分為常壓移動床和加壓移動床；按排渣性質可以分為固態(tài)排渣移動床和液態(tài)排渣移動床；按氣化劑性質分為空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣、富氧蒸汽移動床等。 8/22/2022煤炭氣化工藝學2、流化床氣化爐（沸騰床）沸騰床氣化爐是用流態(tài)化技術來生產(chǎn)煤氣的一種氣化裝置，也稱流化

26、床氣化爐 優(yōu)點:沸騰床具有流體那樣的流動特性，因而向氣化爐加料或由氣化爐出灰都比較方便。整個床內的溫度均勻，容易調節(jié)。缺點：但采用這種氣化途徑，對原料煤的性質很敏感，煤的黏結性、熱穩(wěn)定性、水分、灰熔點變化時，易使操作不正常。氣化劑通過粉煤層，使燃料處于懸浮狀態(tài)，固體顆粒的運動如沸騰的液體一樣。氣化用煤的粒度一般較小，比表面積大，氣固相運動劇烈整個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，導出的煤氣中基本不含焦油類物質。 采用氣化反應性高的燃料(如褐煤)，粒度在35mm左右，由于粒度小，再加上沸騰床較強的傳熱能力，因而煤料入爐的瞬間即被加熱到爐內溫度，幾乎同時進行著水分的蒸發(fā)、

27、揮發(fā)分的分解、焦油的裂化、碳的燃燒與氣化過程。有的煤粒來不及熱解并與氣化劑反應就已經(jīng)開始熔融，熔融的煤粒黏性強，可以與其他粒子接觸形成更大粒子，有可能出現(xiàn)結焦而破壞床層的正常流化，因而沸騰床內溫度不能太高。由于加入氣化爐的燃料粒徑分布比較分散，而且隨氣化反應的進行，燃料顆粒直徑不斷減小，則其對應的自由沉降速度相應減小。當其對應的自由沉降速度減小到小于操作的氣流速度時，燃料顆粒即被帶出。 8/22/2022煤炭氣化工藝學3、氣流床氣化爐微小的粉煤在火焰中經(jīng)部分氧化提供熱量，然后進行氣化反應，粉煤與氣化劑均勻混合，通過特殊的噴嘴的進入氣化爐后瞬間著火，直接發(fā)生反應，溫度高達2000C。所產(chǎn)生的爐渣

28、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，剩余的煤渣以液態(tài)的形式從爐底排出 粉煤和氣化劑之間進行并流氣化，反應物之間的接觸時間短。為了提高反應速度，一般采用純氧一水蒸氣為氣化劑，并且將煤粉磨得很細，以增加反應的表面積，一般要求70%的煤粉通過200目篩。也可以將粉煤制成水煤漿進料，缺點是水的蒸發(fā)會消耗大量的熱，故需要消耗較多的氧氣來平衡。所謂氣流床，就是氣化劑將煤粉夾帶進人氣化爐，進行并流氣化。沸騰床氣化爐，可以利用小顆粒燃料，氣化強度較固定床大，但氣化爐內的反應溫度不能太高，一般用來氣化反應性高的煤種。而氣流床氣化卻是采用更小顆粒的粉煤。 8/22/2022煤炭氣化工藝學

29、4、熔融床氣化爐燃料和氣化劑并流進入爐內，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出，灰渣則以液態(tài)和熔融物一起溢流出氣化爐。 優(yōu)點：爐內溫度很高，燃料一進入床內便迅速被加熱氣化因而沒有焦油類的物質生成。熔融床不同于移動床、沸騰床和氣流床，對煤的粒度沒有過分限制，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黏結性煤、高灰煤和高硫煤。缺點： 是熱損失大，熔融物對環(huán)境污染嚴重，高溫熔鹽會對爐體造成嚴重腐蝕。熔融床氣化爐是一種氣一固液三相反應的氣化爐 8/22/2022煤炭氣化工藝學4-2 移動床氣化工藝常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝加壓氣化生產(chǎn)工藝發(fā)生爐煤氣

30、種類制氣原理煤氣發(fā)生爐典型工藝流程、設備、工藝參數(shù)物料、熱量衡算加壓生產(chǎn)特點加壓氣化爐物料、熱量衡算工藝流程與工藝參數(shù) 8/22/2022煤炭氣化工藝學一、常壓發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)工藝特點是：整個氣化過程是在常壓下進行的；在氣化爐內，煤是分階段裝入的，隨著反應時間的延長，燃料逐漸下移，經(jīng)過前述的干燥、干餾、還原和氧化等各個階段，最后以灰渣的形式不斷排出，而后補加新的燃料；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，用來和碳反應提供熱量，水蒸氣則利用該熱量和碳反應，自身分解為氫氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等氣體。 8/22/2022煤炭氣化工藝學 (一)發(fā)生爐煤氣種類 發(fā)生爐煤氣根據(jù)使用

31、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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學（二）制氣原理 -空氣煤氣空氣煤氣的制氣原理氣化劑：以空氣作為氣化燃料化學反應： C+O2CO2 -394.1KJ/mol (4-1) C+CO2 2CO +173.3KJ/mol (4-2) 缺點：爐內熱量積聚，料層和煤氣溫度升得較高 ；存在易結渣；適宜采用液態(tài)排渣的氣化爐；煤氣熱值低；出口溫度高；氣化效率低等問題 空氣煤氣成分：一氧化碳是空氣煤氣的主要可燃成分。影響煤氣成分的因素 ：溫度、反應速度 8/22/2022煤炭氣化工藝學（二）制氣原理 混合煤氣混合煤氣的制氣原理氣化劑：空氣中

32、混合一定量的水蒸氣作為氣化劑化學反應：氣化爐內熱源主要依靠反應式(4-3)提供 ；反應式(46)也是混合煤氣制氣的主要反應，而且是主要的吸熱反應。實際煤氣與理想煤氣的區(qū)別實際煤氣：在理想情況下氣化過程達到熱 平衡時 所得到的煤氣。特點：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。又因為水蒸氣的分解需要吸收熱量，這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。區(qū)別：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。 實際煤氣組分比理想煤氣得多。 實際煤氣的熱值較理想煤氣的熱值高一些 ，主要由于干餾段生成的甲烷等化合物熱值高 。 8/22/202

33、2煤炭氣化工藝學（二）制氣原理 水煤氣水煤氣的制氣原理氣化劑：以水蒸氣作為氣化劑 化學反應：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 (410)特點：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易結渣及熱效率低的缺點，并能獲得熱值較高的水煤氣。如合成氨企業(yè) 影響煤氣成分的因素：1、溫度：(4-6)及式(47)均為吸熱反應，提高溫度對反應有利，可增加生成氣體中一氧化碳和氫的含量，當溫度高于900C

34、時，平衡產(chǎn)物氣中二者均接近50，而對于放熱反應式(48)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。2、反應速度：碳與水蒸氣的反應速度基本由溫度和燃料的活性決定，一般地，溫度越高，燃料的化學活性好，則越有利于水蒸氣的分解反應，因此，生產(chǎn)上采用高溫操作對碳的氣化十分有利。為了提供熱量以維持爐內一定的溫度，生產(chǎn)上采用的方法有外熱法和內熱法。外熱法熱量消耗大，不常采用。內熱法用得較普遍，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，然后送人水蒸氣進行氣化反應制取煤氣，隨氣化的進行，床層溫度逐漸下降，到一定程度后，停止送人水蒸氣。然后再通入空氣進行燃燒反應。

35、在第二次送人空氣之前，由于爐內殘存部分煤氣，為防止爆炸，一般用水蒸氣對氣化爐進行吹掃后方可通入空氣。這種方法工業(yè)上稱間歇制氣。典型制取方法：煤的燃燒和水蒸氣的分解分開交替進行，可制得(H2+CO)與(N2)之比在15.823.1左右的水煤氣。在合成氨工業(yè)上需配入適量的氮氣，使得(H2+CO)和(N2)之比約為3.2左右，稱為半水煤氣。 8/22/2022煤炭氣化工藝學（三）煤氣發(fā)生爐目前，國內普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、uGI及兩段式氣化爐。這些氣化爐的共同特點是都有加煤裝置、爐體、除灰裝置和水夾套等。為擴大氣化用煤，有的爐內設置攪拌破黏

36、裝置；為使氣化劑在爐內分布均勻，采用不同的爐算?？傮w來看，各種類型的移動床爐型結構區(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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學3M-21型移動床混合煤氣發(fā)生爐3M-2l型氣化爐的主體結構由四部分組成爐上部有加煤機構下部有除灰機構中部為爐身氣化劑的入爐裝置加煤機構的作用是將料倉中一定粒度的煤經(jīng)相應部件傳進，能基本保持煤的粒度不變，安全定量地送入氣化爐內。加煤機構必須具有好的密封性，適當?shù)膫魉途嚯x，不擠壓煤料而引起

37、顆粒的破碎。3M一21型的加煤機構主要是由一個滾筒、兩個鐘罩和傳動裝置組成。滾筒用來實現(xiàn)煤的定量加入，上鐘罩接受滾筒落入的煤。上下鐘罩是交替開閉，當上鐘罩打開時，下鐘罩與爐體斷開從而使煤料入爐。分布錐保證煤料在整個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。 上設探火孔、水夾套、耐火襯里等主要部分。探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣時通過它來進行，也通過探火孔用釬子測爐內氣化層的溫度、厚度等。探火孔由孔塞、孔座及噴氣環(huán)等主要部分構成。對探火孔的要求是密封性要好，不能使煤氣外泄。噴氣環(huán)的作用是在打開探火孔時，為避免煤氣外泄著火，從

38、噴氣環(huán)噴出的低壓水蒸氣斜向進入爐內空間上部，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入爐內。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引起爆炸 。 水夾套是爐體的重要組成部分，由于強放熱反應使得氧化段溫度很高，一般在1000以上。加設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熱而損壞。夾套水必須用軟化水，特殊情況可暫時用自來水代替但時間不宜太長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，內壁呈渡紋型。當爐箅和灰盤轉動時，碎渣圈不動，可使大塊灰渣受到擠壓和剪

39、切而碎裂，并下移。當灰渣移到小灰刀處，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。耐火襯里的缺點是容易掛渣，為防止掛渣，可以采用全水套爐身結構 除灰結構的主要部件有爐算、灰盤、排灰刀和風箱等 。爐箅的主要作用作用是支撐爐內總料層的重量，使氣化劑在爐內均勻分布，與碎渣圈一起對灰渣進行破碎、移動和下落。它由四或五層爐箅和爐箅座重疊后用一長桿螺栓固定成一整體，然后固定在灰盤上。每兩層爐算之間及最后一層爐箅和爐箅座之間開有布氣孔

40、，每層的布氣量通過實驗來確定。安裝時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。具體結構如圖412所示。 灰盤是一敞口的盤狀物，起儲灰、出灰和水封的作用。灰盤內壁一般焊有斜鋼筋，便于灰渣上移至灰槽?；冶P固定在大齒輪上，大齒輪裝在鋼球上，由電動機通過蝸輪、蝸桿帶動大齒輪轉動。以灰盤轉速來調節(jié)出灰量和料層高度，灰盤轉速在0.177；1.77r/h。具體轉速應根據(jù)煤的灰分產(chǎn)率、氣化強度、操作條件等實際情況來確定。3M-21型氣化爐不帶攪拌破黏裝置，可以用來氣化無煙煤、焦炭等無黏結性煤種。 8/22/2022煤炭氣化工藝學3M-13型移動床混合煤氣發(fā)生爐3M-13(3A-

41、13)型煤氣發(fā)生爐裝有破黏裝置，既能氣化弱黏結性的煤如長焰煤、氣煤等，又能氣化無煙煤、焦炭等不黏結性燃料，生產(chǎn)的煤氣可以用來作為燃料氣。3M-13型煤氣發(fā)生爐的結構如圖4-13所示爐頂蓋上設有8個探火孔，用于探測爐內溫度和檢查氣化層的分布情況，也可以實施搗爐操作。水夾套可以產(chǎn)生約0.07MPa的壓力。3M-13型和3M-21型的結構及操作指標基本相同，不同的是加煤機構和破黏裝置。 8/22/2022煤炭氣化工藝學.UGI型水煤氣發(fā)生爐1-支柱；2-爐底三通圓門；3-爐底三通； 4-長灰瓶；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

42、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 層鍋爐野液位警報器；30-夾層鍋爐進水管；31-試火管及試火考克； 32一內灰盤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-內刮灰板；43-外刮灰板 8/22/2022煤炭氣化工藝學.U

43、GI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，代表性的爐型當推UGI型水煤氣發(fā)生爐。水煤氣生產(chǎn)原料用焦炭或無煙煤，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進入灰瓶，少量細灰由爐箅縫隙漏下進入爐底中心的灰瓶內。其結構如圖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，使爐殼鋼板免受高溫的損害。下部外設水夾套鍋爐，用來對氧化層降溫，防止熔渣粘壁并副產(chǎn)水蒸氣。探火孔設在水套兩側，用于測量火層溫度。 8/22/2022煤炭氣化工藝學.UGI型水煤氣發(fā)生爐制造水煤氣的關鍵是水蒸氣的分解，由于水蒸氣的分解是吸

44、熱反應，一般采用的方法是燃燒部分燃料來提供。間歇法制造水煤氣，主要是由吹空氣(蓄熱)、吹水蒸氣(制氣)兩個過程組成的。在實際生產(chǎn)過程中，還包含一些輔助過程，共同構成一個工作循環(huán)，如圖4-17所示。 第一階段為吹風階段：吹入空氣，提高燃料層的溫度，空氣由閥門1進人發(fā)生爐，燃燒后的吹風氣由閥門4、5后經(jīng)過煙囪排出，或去余熱回收系統(tǒng)。第二階段為水蒸氣吹凈階段：閥門1關閉，閥門2打開，水蒸氣由發(fā)生爐下部進入，將殘余吹風氣經(jīng)閥門4、5排至煙囪，以免吹風氣混入水煤氣系統(tǒng)，此階段時間很短。如不需要得到純水煤氣時，例如制取臺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進入發(fā)生爐底部，

45、在爐內進行氣化反應，此時，爐內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關閉)后，進入水煤氣的凈化和冷卻系統(tǒng)，然后進入氣體儲罐。第四階段為下吹制氣階段：關閉閥門2、4，打開闊門3、7，水蒸氣由閥門3進入氣化爐后，由上而下經(jīng)過煤層進行制氣，制得的水煤氣經(jīng)過閥門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，為吹入空氣做準備。 第六階段為空氣吹凈階段：切斷閥門7，停止向爐內通入水蒸氣。打開閥門1，通入空氣將殘存在爐內和管道中的水煤氣吹入煤氣凈制系統(tǒng)。 8/22/2022煤炭氣化工藝學.

46、UGI型水煤氣發(fā)生爐注意事項：1、水煤氣中的(CO+H2)和N2之比不符合合成氨原料氣的要求 2、為避免發(fā)生爆炸，開啟時應先開蒸汽閥，然后開空氣閥；關閉時，應先關閉加氮空氣閥，然后再關閉蒸汽。 3、對每一個工作循環(huán)，都希望料層溫度穩(wěn)定。一般而言，循環(huán)時間長，氣化層的溫度、煤氣的產(chǎn)量和成分波動大；相反，則波動小但閥門的開啟次數(shù)頻繁。4、在實際生產(chǎn)過程中，應根據(jù)具體使用的氣化原料和閥門的控制條件來確定。一般來說，氣化活性差的原料需較長的循環(huán)時間；相反，氣化活性高的原料，時間可適當縮短，因為活性高的原料氣化時，反應速度大，料層溫度降低快，適當縮短時間對氣化是有利的。工作循環(huán)的時間一般在6-10min

47、之間。采用自動控制時，每一個工作循環(huán)可以縮短3-4min。通常是在上述生產(chǎn)水煤氣的基礎上，在一次上吹制氣階段鼓入水蒸氣的同時，并適量鼓入空氣(稱加N2空氣)，這樣制得的煤氣中氮氣含量增加，符合合成氨原料氣中 (CO+H2)和 (N2)之比約3.2的要求，但需注意的是，在配入加氮空氣時，其送入時間應滯后于水蒸氣，并在水蒸氣停送之前切斷。 8/22/2022煤炭氣化工藝學UGI型水煤氣發(fā)生爐間歇法制造半水煤氣時，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度的提高。高爐溫：在燃料灰熔點允許的情況下，提高爐溫，炭層中

48、積蓄的熱量多炭層溫度高，對蒸汽的分解反應有利，可以提高蒸汽的分解率，相應半水煤氣的產(chǎn)量和質量提高。高風速：在保證炭層不被吹翻的條件下，提高煤氣爐的鼓風速度，碳與氧氣的反應速度加快，吹風時間縮短；同時高風速還使二氧化碳在爐內的停留時間縮短，二氧化碳還原為一氧化碳的量相應減少，提高了吹風效率。但風速也不能太高，否則，燃料隨煤氣的帶出損失增加，嚴重時有可能在料層中出現(xiàn)風洞。高炭層：炭層高度的穩(wěn)定是穩(wěn)定煤炭氣化操作過程的一個十分重要的因素，加煤、出灰速度的變化會引起炭層高度的渡動，進而影響爐內工況，煤氣組成發(fā)生變化。在穩(wěn)定炭層高度的前提下，適當增加炭層高度，有利于煤氣爐內燃料各層高度的相對穩(wěn)定，燃料層

49、儲存的熱量多，爐面和爐底的溫度不會太高，相應出爐煤氣的顯熱損失減小；高炭層也有利于維持較高的氣化層，增加水蒸氣和炭層的接觸時間提高氣體的分解率和出爐煤氣的產(chǎn)量與質量；采用高炭層也是采用高風速的有利條件。但炭層太高，會增加氣化爐的阻力，氣化劑通過炭層的能量損耗增大，相應的動力消耗增加，因而要綜合考慮高炭層帶來的利弊。短循環(huán)：循環(huán)時間的長短，主要取決于燃料的化學活性，總的來講，燃料活性好，循環(huán)時間短；燃料活性差，則循環(huán)時間長。 8/22/2022煤炭氣化工藝學(四)典型工藝流程 1、常見工藝流程 煤氣發(fā)生站的工藝流程按氣化原料性質、燃料氣的用途、投資費用等因素來綜合考慮。目前，比較常見的工藝流程分

50、為下述三種形式。 (1)熱煤氣流程 無冷卻裝置，從氣化爐出來的熱煤氣直接作為燃料氣。熱煤氣流程簡單，從氣化爐出來的熱煤氣經(jīng)過旋風除塵后即送給用戶，距離短，熱損失較小，可以使能量充分利用。 (2)無焦油回收的冷煤氣流程 設有冷卻裝置，煤氣冷卻到常溫，送去做燃料氣。適用于以無煙煤和焦炭為原料的煤氣站，因其氣化時產(chǎn)生焦油量少，可不設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，因為氣化時產(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。 8/22/2022煤炭氣化工藝學無焦油回收系統(tǒng)的冷煤氣流程 8/22

51、/2022煤炭氣化工藝學有焦油回收系統(tǒng)的冷煤氣流程 8/22/2022煤炭氣化工藝學兩段式冷煤氣工藝流程 8/22/2022煤炭氣化工藝學(五)主要設備簡介 雙豎管洗滌塔電捕焦油器雙豎管是兩個相連的鋼制直立圓筒形裝置。兩個豎管頂部都有水噴頭，煤氣進口設在第一豎管的上部，煤氣出口設在第二豎管的上部。高溫煤氣進入第一豎管后，與頂部噴頭噴淋的霧狀水一起由上向下并流流動，煤氣得以冷卻，煤氣中的雜質和焦油初步脫除。然后煤氣由底座進入第二豎管自下而上流動，與第二豎管頂部噴淋而下的霧狀水逆流接觸，煤氣進一步冷卻除塵，從豎管頂部的煤氣出口導出煤氣在雙豎管冷卻后的溫度為8595，冷卻水溫度從30左右升到4045

52、，除塵效率約為70左右，除焦油效率約為20左右。雙豎管以及下面提到的洗滌塔均屬于煤氣冷卻和凈化設備。冷卻介質是水，采用煤和煤氣并流或逆流的方法，直接接觸，使高溫煤氣冷卻，煤氣中的粉塵、焦油和硫化氫等雜質也被洗滌下來，同時，部分冷卻水吸收熱變成水蒸氣進入煤氣。 洗滌塔是煤氣發(fā)生爐的重要輔助設備，它的作用是用冷卻水對煤氣進行有效的洗滌，使煤氣得到最終冷卻、除塵和干燥。水從塔頂油噴頭噴淋而下，在填料層表面形成一層薄膜，從塔底引入的煤氣由上而下在填料上與薄膜水進行熱交換,煤氣被充分冷卻，并使部分灰塵和焦油分離沉降。為避免帶出水分，在塔內噴頭上部加一段捕滴層。塔內含粉塵和焦油的廢水從塔底排出，煤氣經(jīng)過捕

53、滴層從塔頂引起出。經(jīng)洗滌塔煤氣被最終冷卻到35C左右，煤氣中的含水量也大大下降。這是由于煤氣被冷卻后，煤氣中的水蒸氣大部分被冷凝下來，起到了干燥煤氣的作用。由于煤氣冷卻，水蒸氣冷凝，使得煤氣的實際體積大大減小相應的煤氣管道直徑和后續(xù)處理系統(tǒng)的體積減少。靜電除粉塵和焦油效率較高，內部為直立式管束狀結構，每個圓管中央懸掛一根放電極，管壁作為沉降極，下端設有儲油槽。在每個放電極和接地的沉降極之問，建立一個高壓強電場。當煤氣通過強電場時，由于電離使煤氣中大部分粉塵和焦油霧滴帶上負電，而向圓管壁(相當于正極)移動，碰撞后放電而黏附在上面，逐漸積聚沉淀而向下流動，煤氣經(jīng)兩極放電后由電捕焦油器導出。管式電捕

54、焦油器外加直流電壓約為5060kV，工作電流約200300mA，煤氣在沉降管內的流速約1 5ms，除塵、除焦油效率可達99%左右。 8/22/2022煤炭氣化工藝學 (六)工藝參數(shù)的控制 混合發(fā)生爐煤氣氣化溫度和飽和溫度料層高度氣化劑的消耗量灰中殘?zhí)苛?8/22/2022煤炭氣化工藝學(1)氣化溫度和飽和溫度氣化溫度定義影響效果溫度控制調節(jié)方法飽和溫度的控制氣化溫度一般指煤氣發(fā)生爐內氧化層的溫度。氣化溫度的太小直接影響煤氣成分、煤氣熱值氣化效率和氣化強度。所謂的氣化強度是指單位時間、單位爐截面積上所氣化的燃料量。煤氣發(fā)生爐的溫度一般控制在10001200左右。通常，生產(chǎn)城市煤氣時，氣化層的溫度

55、在9501050左右最佳；生產(chǎn)合成原料氣時，可以提高到1150左右。溫度太高，將帶來一系列不良后果，不僅增加了氣化爐向四周輻射的熱損失，也增大了出口煤氣的顯熱損失。同時，當超過煤灰熔點時，灰渣燒結，影響均勻布氣，料層中可能出現(xiàn)氣溝、火層傾斜、燒穿等異?，F(xiàn)象。另一方面，燒結的煤渣將燃料包住，影響反應，使灰渣中的殘?zhí)苛吭龃?。溫度太低，氣化速度減慢，氣化強度降低，蒸汽分解率降低，灰中的殘?zhí)苛拷档停簹獾馁|量變差。氣化劑的飽和溫度控制多少合適，宜在煤氣發(fā)生爐實際操作中調整確定。經(jīng)過一段時間的實際運行操作，就可以具體確定最佳的氣化劑飽和溫度。這是因為影響爐內反應的因素較為復雜，氣化原料煤粒度的變化、氣化

56、原料煤的水分含量、氣化原料煤的灰分以及灰熔點等都會引起爐內正常工況的波動 原料煤的粒度越小，在氣化過程中移至火層中的熱焦粒也越小，因而反應的表面積大，氣化反應劇烈，反應熱強度較大。操作條件稍有波動，易引起結渣；又因粒子間縫隙小，一旦灰渣形成，極易黏結周圍的熱焦，結成渣塊。這時為防止結渣，宜適當提高飽和溫度。當原料煤粒度較大，不宜結渣時，用較低的飽和溫度。氣化原料煤水分較大，各層溫度相應降低，蒸汽分解率降低，最后導致煤氣成分變差。因此，使用含水量較高的煤作原料時，為提高爐內溫度，宜適當降低氣化劑入爐的飽和溫度調節(jié)氣化溫度的常用方法是通過調節(jié)氣化劑的飽和溫度來實現(xiàn)的。氣化劑的飽和溫度提高，則進人爐

57、內的氣化劑中水蒸氣盼音量增大、空氣的吉量減少；氣化劑的飽和溫度降低，則其中水蒸氣的含量下降、空氣的含量增大。因而，當爐溫偏高時，提高氣化劑的飽和溫度，增加水蒸氣的含量，空氣中的氧氣不足，則主要進行生成CO的反應，放熱較少氣化溫度下降；相反當爐溫偏低時，適當降低氣化劑的入爐飽和溫度，氧氣充足，主要進行的是生成CO2的反應，熱效應大，氣化溫度上升。氣化灰含量高的煤種時較易形成灰渣(尚與灰造性質有關)，此時，應適當提高氣化劑的飽和溫度，增加水蒸氣的含量，控制火層溫度低一些，以防止形成成渣的條件。氣化含灰量低的煤種時，可以適當降低氣化劑的飽和溫度，也不致造成結渣。氣化原料煤的灰熔點主要是軟化溫度T2，

58、是煤炭氣化的重要指標。當用來氣化的煤灰熔點較低時，應適當提高氣化劑的飽和溫度，但必須注意不能提高太多，否則爐內溫度太低，又對氣化不利。反之，當氣化原料煤灰熔點較高時，應降低氣化劑的飽和溫度。 8/22/2022煤炭氣化工藝學(2）料層高度 料層高度：氣化爐內，灰渣層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層的總高度即為料層高度。料層高度的大小，與煤氣發(fā)生爐的結構型式、原料的粒度、原料中的水分含量、氣化強度等因素都有關系。入爐煤的粒度大，水分含量高，要求氣化強度適中時料層高度可以適當高一些；反之，則低一些。灰層高度過低，氣化劑的預熱效果不好，又因氧化層接近爐箅，可能使爐箅燒壞，控制的方法是用排灰速度來調節(jié)

59、?；覍犹?，氣體的阻力又增大，一般控制在100mm左右。氧化層高度一般較小，是由于氧化反應極快。還原層高度決定于還原反應的速度，而該速度與氧化層上升氣體的溫度、組成有關，與還原層的自身溫度、燃料的反應性、燃料的塊度等因素都有一定的關系。為使反應完全，氣化層要保持一定的高度，適當提高氣化溫度。如果原料粒度較大，且熱穩(wěn)定性又好，一般也要保持較高的氣化層高度，以利于氣化反應的充分進行。對于氣化一些揮發(fā)分高的煤種，如年輕煙煤或褐煤，于餾層的高度就變得甚為重要。因為煤中的揮發(fā)分大部分是在干餾層中逸出，并產(chǎn)生于餾煤氣。干餾層太低，煤中部分揮發(fā)分來不及選出而被帶到還原層，這會影響還原反應的正常進行。 對于干

60、燥層而言，主要是燃料中水分含量對它的影響。煤中的水分在進人干餾層之前必須除去，否則會影響于餾的正常進行。一般氣化水分含量大的煤，干燥層高度易大一點，水分含量少的年老煙煤炭氣化時，干燥層高度可適當降低。料層高度定義影響因素控制灰層氧化層干餾層干燥層 8/22/2022煤炭氣化工藝學(3)氣化劑的消耗量氣化劑的消耗量關系作用控制影響因素水蒸氣的消耗量、水蒸氣分解率、水蒸氣分解量、氣體熱值和氣體組成之間的關系如圖4-27所示。通過控制加入的水蒸氣量來實現(xiàn)在氣化爐的生產(chǎn)操作過程中防止爐內結渣。但過分增加蒸汽用量，煤氣的質量有所下降。由于不同煤種的組成不同，活性差別較大，在氣化時，所需的水蒸氣用量也不同