第三章移動床常壓氣化

1、第三章移動床常壓氣化工藝第一節(jié) 概論 常壓固定床氣化爐是目前在中國使用量最多的氣化爐爐型，總量約萬臺，在替代直接燃煤、燃油、減少污染物排放等方面發(fā)揮了積極作用，因此在一些煤氣用量較少而又能確保塊煤供應(yīng)的情況下是可以使用的。常壓水煤氣氣化主要在中小化肥廠使用，約生產(chǎn)中國合成氨產(chǎn)量的 6 0 以上，但這種爐型已被發(fā)改委列為非鼓勵技術(shù)，其出路是提高效率、減少污染，如連續(xù)富氧或純氧鼓風氣化。本章將重點介紹移動床常壓氣化工藝中的發(fā)生爐煤氣、水煤氣和兩段爐煤氣等。 一 煤氣化產(chǎn)物的種類 常壓固定床煤氣化技術(shù)是以空氣、空氣水蒸氣、水蒸氣等為氣化劑，將固體燃料轉(zhuǎn)化成煤氣的過程。 常壓固定床氣化生成煤氣的有效成

2、分主要有 、CO和少量 ，用于合成氨生產(chǎn)的半水煤氣中的氮也是有效成分。工藝煤氣一般分為空氣煤氣、混合煤氣（發(fā)生爐煤氣）、水煤氣、半水煤氣等。 表3-1 工業(yè)煤氣組成2H4CH二 氣固相反應(yīng) 圖圖3-1 氣固反應(yīng)器的類型氣固反應(yīng)器的類型 1-反應(yīng)物反應(yīng)物 ；2-產(chǎn)物氣產(chǎn)物氣三 煤氣發(fā)生爐內(nèi)的燃料分布情況 固定床實際上是移動床。只是床層各層面的參數(shù)基本恒定，床層無明顯位移。固定床的氣化過程如圖3-2。圖3-2 固定床氣化過程簡圖 圖3-3 移動床及其爐內(nèi)料層溫度分布四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 水分：隨煤的碳化度而異。無煙煤和煙煤的含水量多在5%以下。次煙煤和褐煤含水量約10%-30%。煤中水分和

3、揮發(fā)份含量有關(guān)，隨揮發(fā)份含量降低而降低。氣化用煤含水量越低越好，一般要求不超過8%。 煤中水分高會增加氣化過程的熱損失，降低煤氣產(chǎn)率和氣化效率，使消耗定額增加。 原料煤的性質(zhì)對氣化過程影響很大。固定床氣化對煤的選擇尤為嚴格。四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 揮發(fā)份：固定床氣化制合成氣時揮發(fā)分含量以不超過6%為宜。因為揮發(fā)分高的煤種，生產(chǎn)的煤氣中焦油的產(chǎn)率高，焦油容易堵塞管道和閥門，給焦油分離帶來一定困難。 表3-2 不同煤種的揮發(fā)分產(chǎn)率四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 化學(xué)活性：燃料的反應(yīng)性就是燃料的化學(xué)活性，是指煤與氣化劑中氧、蒸汽、二氧化碳及氫的反應(yīng)能力?；瘜W(xué)活性高有利于氣化過程，可以提高氣體質(zhì)量

4、和增加氣化能力。由于可以降低氣化溫度而降低氧耗，煤的活性對不同的氣化劑有一致的趨勢。通常以 還原系數(shù) 表示。2COd2COCOCOCOCObabd20010022式中： 還原反應(yīng)前二氧化碳體積分數(shù)，v% 還原反應(yīng)后一氧化碳體積分數(shù)，v%2COaCOb（3-1）四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 灰分及灰熔點： 煤中的灰分高，不僅增加了運輸?shù)馁M用，而且對氣化過程有很多不利的影響。氣化用煤灰分越低越好，一般控制在16%以下。 氣化爐的氧化層，由于溫度較高，灰分可能熔融成粘稠性物質(zhì)并結(jié)成大塊，這就是通常講的結(jié)渣性。其危害有下面幾點： 影響氣化劑的均勻分布，增加排灰的困難。 為防止結(jié)渣采用較低的操作溫度從而

5、影響了煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。 氣化爐的內(nèi)壁由于結(jié)渣而縮短了壽命。 煤的結(jié)渣性與灰熔點有一定的關(guān)系。一般地，對于灰熔點低的煤在氣化時容易結(jié)渣，為防止結(jié)渣，就要加大水蒸氣的用量，使氧化層的溫度維持在灰熔點以下。對于固定床固態(tài)排渣，一般要求灰熔點 在1250以上。 固定碳：氣體燃料的有效成分。一般要求固定碳在60%以上。四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 硫分：氣化時硫變成硫化氫和有機硫存在于煤氣中，對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。作為合成氣硫化物會引起合成催化劑中毒。所以要求煤中硫越低越好。 熱穩(wěn)定性：指在高溫下燃料保持原來粒度大小的性質(zhì)，對氣化工藝影響很大。熱穩(wěn)定性差的煤，在氣化過程易破碎，煤氣中帶出物增加。熱穩(wěn)定性70

6、%為宜。 機械強度：機械強度差的煤在運輸和破碎中易于生成碎屑。不僅增加成本，且不利于氣化過程。要求煤的抗碎強度65%。 黏結(jié)性：煤氣對煤的黏結(jié)性很敏感。黏結(jié)性強的煤在干餾層能形成一種黏性膠狀流動物，破壞氣化層中氣體的分布，以至于使氣化過程無法進行。四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 粒度：（粒度與比表面積和傳熱的關(guān)系） 煤的比表面積和煤的粒徑有關(guān)，煤的粒徑越小，其比表面積越大。 煤和灰都是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱系數(shù)小，傳熱速度慢，因此粒度的大小對傳熱過程的影響顯著，進而影響焦油的產(chǎn)率。四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 粒度：（粒度與生產(chǎn)能力的關(guān)系） 對于固定床而言，粒度范圍一般在6-50mm之間，一般大于6

7、mm。粒度小有利于氣化反應(yīng)，但會增大氣化劑通過燃料層的阻力，粒度太小，會增加帶出物的損失。反之，大塊燃料會增加灰渣中可燃組分的含量。 除顆粒的粒徑大小外，顆粒的粒徑分布也是生產(chǎn)上比較重要的問題，一般固定床發(fā)生爐所用的原料要進行過篩分級，最大粒度與最小粒度的比例要適宜，一般為5左右，低生產(chǎn)負荷下可放寬到8左右。粒度范圍大，容易造成爐內(nèi)局部氣流短路或溝流，也可能出現(xiàn)偏析現(xiàn)象，即顆粒大的煤落向爐壁，而較小的顆粒和粉末落在爐子的中間，造成同一截面上不同部位的流體阻力不均。 四 固定床氣化對煤質(zhì)量的要求 綜上所述，固定床氣化對原料的要求是低水、低灰、低硫、高活性、高灰熔性、熱穩(wěn)定性好、機械強度高、不黏結(jié)

8、、粒度均勻適中的燃料。五 制氣原理 空氣煤氣是發(fā)生爐煤氣最簡單的生產(chǎn)工藝。它以空氣作為氣化燃料，主要的化學(xué)反應(yīng)如下： 從發(fā)生爐底部通入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，并吸收熱量。一氧化碳是空氣煤氣的主要可燃成分。 將上述反應(yīng)相加得氣化區(qū)總反應(yīng)： 由此可見，空氣煤氣的主要有效成分是一氧化碳。即使在理想條件下，制取空氣煤氣的氣化效率也只有71.9%，煤氣熱值4387kJ/ ,而理想空氣煤氣的有效成分一氧化碳只有34.7%，其余是65.3%的氮氣。1 空氣煤氣3-13-221

9、2110.4/COCOkJ mol3mmolkJCOOC/1 .39422molkJCOCOC/3 .17322五 制氣原理 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超過碳所提供的熱能的71.9%。實際生產(chǎn)中由于煤料的夾帶損失，實際氣化效率達不到上述計算指標，但可以反映實際氣化過程和理想過程之間的差距。 空氣氣化過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)，此外還有氣化過程的散熱損耗，這會使得爐內(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、氣化效率低等問題，大大限制了

10、工業(yè)上的應(yīng)用。1 空氣煤氣五 制氣原理 為克服空氣煤氣的諸多缺點，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熱值大大提高。又因為水蒸氣的分解需要吸收熱量，這樣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：2 混合煤氣3-33-43-53-63-73-8molkJCOHOHCOmolkJCOHOHCmolkJCOHOHCmolkJCOOCmolkJCOCOCmolkJCOOC/4 .38/6

11、.9622/0 .135/8 .22022/3 .1732/1 .394222222222222五 制氣原理 氣化爐內(nèi)熱源主要依靠反應(yīng)式（3-3）提供，氣化反應(yīng)的主反應(yīng)除式（3-3）和式（3-4）以外，還包括式（3-6）和（3-7）。反應(yīng)式（3-3）和（3-4）合并可用（3-5）表示，是放熱反應(yīng)。式（3-6）是混合煤氣制氣的主要反應(yīng)，而且是主要的吸熱反應(yīng)。2 混合煤氣五 制氣原理 如果仍以空氣來表示，則反應(yīng)式（3-5）可以表示為 在理想狀況下，氣化過程達到熱平衡時，式（3-9）放出的熱量應(yīng)能滿足式（3-6）所需要的熱量，所以，由式（3-9）(135.0/110.4)+式（3-6）得： 根據(jù)該式

12、可以計算理想混合煤氣的組成。其體積分數(shù)分別為：2 混合煤氣molkJNCONOC/4 .1102/762. 32/762. 32/12223-9molkJHNCONOHOC/03 . 22 . 23 . 26 . 02 . 222222%0.40%1003.212.22.2)(CO%2.18%1003.212.21)(2H%8.41%1003.212.23.2)(2N五 制氣原理 實際的混合煤氣發(fā)生爐內(nèi)進行的氣化過程與理想過程是有差別的。首先，強化燃料不是純炭，里面含揮發(fā)分、灰分、水分等雜質(zhì)，且氣化過程也不可能達到平衡，碳不能完全氣化，二氧化碳不能完全還原，因而煤氣中的一氧化碳和氫氣的含量比理

13、想情況的數(shù)值低。再者，混合煤氣的組成和料層高度有關(guān)。2 混合煤氣五 制氣原理 實際制得的混合煤氣除有一氧化碳、氫氣、二氧化碳和氮氣以外，還含有干餾產(chǎn)生的一定量的高熱值甲烷及一些其他碳氫化合物，以及一定量的硫化物、氨氣及水蒸氣等。另外，進入氣化爐內(nèi)的水蒸氣實際反應(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，但由于干餾段生成部分氫氣的補充，最終煤氣的組成視具體情況而定。2 混合煤氣五 制氣原理 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交替進行，可制得（ +CO）與（ ）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（ +CO）與（ ）

14、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)主要進行的氣化反應(yīng)如下： 生成的產(chǎn)物可進行如下反應(yīng)： 3 水煤氣2H2N2H2NmolkJHCOOHCmolkJHCOOHC/6 .9622/0 .13522222molkJCHHCmolkJHCOOHCO/3 .842/4 .38422223-63-73-83-10五 制氣原理 上述兩個反應(yīng)（3-6）及（3-7）均為吸熱反應(yīng)，提高溫度對反應(yīng)有利，可增加生產(chǎn)氣體中CO和氫的含量，當溫度高于900時，平衡產(chǎn)物氣中二者均接近50%，而對于放熱反應(yīng)（3-8）和（3-10）在900的高溫下生成二氧化碳和甲烷的量幾乎為零。 就氣化反應(yīng)速度看，

15、碳與水蒸氣反應(yīng)基本由溫度和燃料的活性決定。高溫對碳的氣化有利。 3 水煤氣五 制氣原理 3 水煤氣 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發(fā)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，然后送入水蒸氣進行氣化反應(yīng)制取煤氣，隨著氣化的進行，床層溫度逐漸下降，到一定程度后，停止送入水蒸氣。然后再通入空氣進行燃燒反應(yīng)。在第二次送入空氣之前，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。碳在空氣中的燃燒反應(yīng)如下：molkJCOOC/1 .3942221 2

16、110.4/COCOkJ mol3-1molkJCOOCO/7 .2832/ 122五 制氣原理 理想情況下碳在氣化時全部生成CO，即發(fā)生式（3-6）所示的反應(yīng)，碳在燃燒時全部生成CO2，即發(fā)生式（3-1）所示的反應(yīng)。供熱平衡時，由式（3-6）(394.1/135.0)+式（3-1）綜合可得方程式如下： 由式中知道，吹風氣的組成是（CO2+3.762N2）；理想水煤氣的組成為（3CO+3H2）；碳的總耗量是4mol。3 水煤氣molkJHCONCOOHCNOC/033762. 333762. 3222222吹風氣產(chǎn)率:)(/22.21244.22)762.31(3碳kgm理想水煤氣的產(chǎn)率:)(

17、/80.21244.22)33(3碳kgm水蒸氣消耗量:)(/3.11124183碳kgkg五 制氣原理 理想水煤氣的計算如下： 低熱值計算用反應(yīng)式（3-11）和式（3-12）計算，高熱值用式 （3-11）和（3-13）計算 。3 水煤氣333/73.115.0104.228.2415.0104.227.283mMJHlmolkJlOHOHmolkJgOHOHmolkJCOOCO/8 .285)(2/1/8 .241)(2/1/7 .2832/1222222223-123-113-13333/7.125.0104.228.2855.0104.227.283mMJHh五 制氣原理 實際水煤氣生產(chǎn)

18、中，由于接觸時間和濃度的限制，使碳不能進行充分的氧化，除了生成二氧化碳外，尚生成一部分一氧化碳。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CO2、H2S、N2、CH4、焦油蒸氣等。3 水煤氣第二節(jié)發(fā)生爐煤氣一 發(fā)生爐煤氣 以空氣和水蒸氣為氣化劑與原料煤或焦炭反應(yīng)制得的煤氣稱為混合煤氣（發(fā)生爐煤氣）。由于氣化劑中水蒸氣的加入，克服了空氣煤氣熱值低、爐溫高、氣化效率低等缺點，獲得了較好的經(jīng)濟指標，成為移動床常壓氣化工藝中重要的氣化方法之一。 煤氣組成中無效氣體約占60%左右，熱值約為5.02-5.86 。由于其熱值低，主要用作工業(yè)

19、燃料氣。亦可以作為城市煤氣的摻混氣。由于可燃組分為30%左右的CO，一般不單獨作為民用煤氣使用。3/mMJ一 發(fā)生爐煤氣圖3-4 混合煤氣組成隨燃料層高度的變化曲線 1-灰分區(qū) 2-氧化區(qū) 3-第一還原區(qū) 4-第二還原區(qū) 5-煤氣空間 表3-3 各種煤在機械化發(fā)生爐中的實際氣化指標示例一 發(fā)生爐煤氣 造成實際指標差于理想指標的主要原因有： 氣化原料并非純碳，由于揮發(fā)分、灰分的存在，其固定碳含量遠小于100%，所以，煤氣產(chǎn)率和空氣耗量等均低于理想情況。 由于各種副反應(yīng)的存在，碳并非完全轉(zhuǎn)化為CO，水蒸氣也不可能完全分解成CO、H2，因而使產(chǎn)品中含有CO2和未分解的蒸氣，從而使煤氣的有效成分和煤氣

20、的熱值均低于理想情況。 由于各種熱損失的存在，如帶出物及灰渣等帶出的熱量，爐體的散熱，使放熱反應(yīng)釋放的反應(yīng)熱并不能全部用于氣化，而轉(zhuǎn)入煤氣中，故冷煤氣效率亦低于理想情況。二 水蒸氣加入量對氣化過程的影響 1.水蒸氣的作用和加入方式 混合發(fā)生爐煤氣的制造是一種自熱式氣化過程，氣化所需熱量來自氧化層中碳的完全燃燒。因此，在整個料層中，緊靠灰渣層的氧化層溫度最高。為防止灰渣的熔結(jié)，必須向氣化爐內(nèi)通入水蒸氣，以降低和控制氧化層的溫度。同時，由于水蒸氣參加了氣化反應(yīng)，生成CO、H2，可改善煤氣質(zhì)量，充分利用煤氣顯熱，降低煤氣出口溫度。 水蒸氣的加入方法，通常是與空氣混合均勻后，一起進入爐內(nèi)。表3-4 常

21、用飽和溫度及其對應(yīng)的水蒸氣含量 例如，淮南煤氣化的空氣耗量為2.1m3/kg，空氣的飽和溫度為6063。 則1kg淮南煤的水蒸氣耗量為多少？二 水蒸氣加入量對氣化過程的影響2.蒸氣耗量與煤料性質(zhì)的關(guān)系對于不同分類牌號的煤料對于高變質(zhì)程度的無煙煤以及氣焦等，消耗的水蒸氣量大；對于低變質(zhì)程度的褐煤和泥炭等，消耗的水蒸氣量小。對于同一分類牌號的煤料塊度較小或灰分較高的煤料進行氣化時，消耗水蒸氣量大。二 水蒸氣加入量對氣化過程的影響二 水蒸氣加入量對氣化過程的影響圖圖3-5 水蒸氣消耗量、水蒸氣分解率、水蒸氣分解量、氣體熱值和氣體組成的關(guān)系水蒸氣消耗量、水蒸氣分解率、水蒸氣分解量、氣體熱值和氣體組成的

22、關(guān)系 1-水蒸氣分解量；水蒸氣分解量；2-氣體熱值；氣體熱值；3-水蒸氣分解率；水蒸氣分解率；4-CO含量；含量；5-H2含量含量3.蒸氣耗量與蒸汽分解率及氣化指標的關(guān)系水蒸氣消耗量水蒸氣消耗量/kg/kg(碳碳)水蒸氣分解量水蒸氣分解量/kg/kg(碳碳)三 氣化指標及其影響因素 1.煤氣的熱值與組成圖3-6煤種與凈煤氣發(fā)熱值的關(guān)系 圖3-7粗煤氣組成和揮發(fā)分的關(guān)系1-熱力學(xué)平衡態(tài)；2-褐煤；3-氣煤；4-無煙煤三 氣化指標及其影響因素 1.煤氣的熱值與組成 表3-5 料層厚度與煤氣組成三 氣化指標及其影響因素 2.煤氣產(chǎn)率 表3-6 半機械化煤氣發(fā)生爐中，各種原料煤氣產(chǎn)率的平均指標三 氣化

23、指標及其影響因素 3.原料的損失 氣化過程中的原料損失，包括隨煤氣離開氣化爐的帶出損失和隨灰渣離開氣化爐的排出損失兩部分。原料損失的量主要決定于原料的物理性質(zhì)、氣化過程的鼓風速度、水蒸氣的加入狀況以及發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)。排出損失與原料灰分含量、灰分性質(zhì)、操作條件等有關(guān)。一般，帶出損失以干煤計，排出損失以純碳計。三 氣化指標及其影響因素 4.氣化效率和氣化熱效率氣化效率和氣化熱效率氣化效率是指生成物的發(fā)熱量占原料發(fā)熱量的百分率。 式中氣化效率%； Q1千克煤所制得煤氣的熱值kJ/kg； Q1千克煤所提供的熱值kJ/kg。 當不包括焦油時： 包括焦油時： 式中氣化效率%； Qg煤氣的熱值kJ/m3； V

24、煤氣產(chǎn)率，m3/kg； Q原料煤的發(fā)熱量kJ/kg； Q焦單位原料氣化生成焦油的熱量，kJ/kg。 1 0 0 %gQ VQ100%gQVQQ焦1 0 0 %QQ三 氣化指標及其影響因素 4.氣化效率和氣化熱效率氣化效率和氣化熱效率 氣化熱效率是指生成物的發(fā)熱量與可回收熱量之和占所供給總熱量的百分率。 在不進行廢熱回收的場合，氣化的熱效率小于其氣化效率。 氣化過程的熱損失主要有兩個方面。一方面是生成氣體的顯熱、未分解水蒸氣的熱焓以及帶出物、焦油、灰渣排出物的化學(xué)熱、相變焓和顯熱等。另一方面是發(fā)生爐對周圍環(huán)境因輻射、傳導(dǎo)及對流所引起的熱損失。其中，因爐出煤氣中水蒸氣而損失的熱量是相當大的。 四

25、主要設(shè)備 1.爐篦爐篦 圖3-8 (1)爐蓖結(jié)構(gòu)示意 1-一層爐篦；2-二層爐篦；3-三層爐篦；4-四層爐篦；5-五層爐篦； 6-爐篦座；7-灰盤；8-大齒輪；9-蝸桿；10-裙板 爐篦作用：支承料層；破碎并排出灰渣；均勻分布氣化劑。四 主要設(shè)備 1.爐篦爐篦 圖3-8（2）爐篦爐篦作用：支承料層；破碎并排出灰渣；均勻分布氣化劑。四 主要設(shè)備2 混合煤氣發(fā)生爐圖3-9 3M13型煤氣發(fā)生爐 1加煤機和攪拌裝置；2爐蓋；3探火孔；4爐體和水套；5爐箅；6灰盤；7小排灰刀；8爐箅傳動裝置；9支柱；10大牌灰刀；11通風箱四 主要設(shè)備2 混合煤氣發(fā)生爐圖3-10 3M21型煤氣發(fā)生爐 1加煤機；2爐

26、蓋；3探火孔；4爐襯；5煤氣出口；6蒸汽水套；7爐箅；8碎渣圈；9灰盤；10通風箱；11傳動裝置；12支柱四 主要設(shè)備2 混合煤氣發(fā)生爐 圖3-11 W-G型煤氣發(fā)生爐 1中料倉；2圓盤加料閥；3料管；4氣化劑管；5傳動機構(gòu)；6灰斗；7刮灰機；8插板閥；9爐篦；10水套；11支撐板；12下灰斗；13風管；14中央支柱 五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 1.氣化過程的工藝條件氣化過程的工藝條件 在既定的原料、設(shè)備和工藝流程中，為獲得最經(jīng)濟的氣化指標，必須選擇最適宜的工藝條件，一般包括：氣化的溫度、壓力、氣化劑的組成和流速。 （1）爐溫 料層溫度的適當提高，不僅能改善煤氣質(zhì)量，又增加了煤氣的產(chǎn)量。

27、但料層溫度也不能過分提高，它受到多種因素的制約。 （2）飽和溫度 原則上，只要在不結(jié)渣的前提下，飽和溫度宜取低值。五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 1.氣化過程的工藝條件氣化過程的工藝條件 （3）鼓風速度 鼓風速度過低，將使發(fā)生爐生產(chǎn)能力降低，鼓風速度的適當提高，可提高發(fā)生爐的生產(chǎn)能力和煤氣質(zhì)量；鼓風速度太高，對氣化也是不利的。 五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 2.強化氣化過程的途徑強化氣化過程的途徑 為滿足生產(chǎn)的需要和提高煤氣生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟指標，煤制氣生產(chǎn)應(yīng)該是大規(guī)模的。 建設(shè)生產(chǎn)能力大的煤氣發(fā)生爐，有兩種途徑：（1）在料層氣化強度不變情況下，加大氣化爐幾何尺寸；（2）提高氣化爐的氣化強度

28、，即強化氣化過程。 強化氣化過程的實質(zhì)是提高爐內(nèi)氣化反應(yīng)的速率。 五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 2.強化氣化過程的途徑強化氣化過程的途徑（1）提高氣化劑中氧氣的濃度 表3-7 鼓風氣中氧濃度對主要氣化指標的影響五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 2.強化氣化過程的途徑強化氣化過程的途徑 （2）提高氣化溫度 提高氣化溫度，有利于各氣化反應(yīng)速度的提高，是改善煤氣質(zhì)量和提高發(fā)生爐生產(chǎn)能力最有效的手段。氣化溫度可通過鼓風氣的飽和溫度進行調(diào)節(jié)控制。但當氣化劑中氧濃度提高或用廢熱鍋爐來預(yù)熱鼓風氣時，也會提高氣化溫度。 五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 2.強化氣化過程的途徑強化氣化過程的途徑 （3）提高

29、氣化壓力 提高氣化壓力是強化過程的重要方法。氣化壓力的提高，使反應(yīng)氣體的密度增大，反應(yīng)速度加快，從而提高了氣化強度。同時，由于在壓力下，氣流運動的線速度變小，反應(yīng)氣體與爐料的接觸時間延長，帶出物減少，使氣化效率提高。但是氣化壓力的提高，對氣化爐的結(jié)構(gòu)和操作都提出了新的要求，與常壓操作有較大區(qū)別。 五 氣化過程的工藝條件及強化途徑 2.強化氣化過程的途徑強化氣化過程的途徑 （4）提高鼓風速度 鼓風速度的提高，受到下列因素的限制： （1）二氧化碳和水蒸氣還原反應(yīng)進行的完全程度； （2）料層的穩(wěn)定性及帶出物數(shù)量； （3）發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)特點，爐底最大的允許風壓。六 氣化工藝流程和操作條件 飽和空氣經(jīng)與煤

30、氣爐的碳反應(yīng)生成500左右的粗煤氣經(jīng)旋風除塵器除去帶出物以后（煤粉粒、焦油等），通過煤氣管道直接送往用戶。 流程簡單，煤氣的顯熱得到利用，但煤氣含焦油和煤粉量較多對后工序不利。1 熱煤氣流程 發(fā)生爐煤氣的工藝流程一般分為熱煤氣和冷煤氣兩種流程。圖3-12 熱煤氣工藝流程圖1鼓風機 2威爾曼-格魯夏型煤氣發(fā)生爐 3旋風除塵器 4中間煤斗 六 氣化工藝流程和操作條件1 熱煤氣流程六 氣化工藝流程和操作條件 為去除煤氣中帶塵的顆粒，熱煤氣系統(tǒng)采用干法除塵，冷煤氣系統(tǒng)采用濕法除塵并兼有冷卻煤氣的效果。 熱煤氣系統(tǒng)的干法除塵設(shè)備有旋風除塵器及灰袋等，為防止煤氣的降溫和泄漏，這些設(shè)備均采取保溫措施和帶隔離

31、水封的清灰裝置。 1 熱煤氣 圖3-13 熱煤氣干法除塵設(shè)備灰袋1熱煤氣管 2灰袋 3出灰裝置六 氣化工藝流程和操作條件 煤氣在旋風除塵器中做旋轉(zhuǎn)運動，懸浮于煤氣中的塵粒在離心力的作用下被拋向器壁，又在重力作用下落至分離器的錐形底部，由排塵管排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)旋流并經(jīng)過排氣管排出。 1 熱煤氣 圖3-14 熱煤氣干法除塵設(shè)備旋風分離器六 氣化工藝流程和操作條件 冷煤氣工藝流程又因原料不同而分為焦炭（無煙煤）冷煤氣和煙煤冷煤氣流程。主要區(qū)分在于煤氣的除焦油能力。 焦炭（無煙煤）冷煤氣流程（圖3-15）：煤氣發(fā)生爐生成的約500的粗煤氣，出爐后進入雙豎管，經(jīng)循環(huán)水冷卻至80后進入煤氣洗

32、滌塔，與冷卻塔頂部噴下的冷卻水逆流接觸換熱，煤氣被冷卻到30-40，由洗滌塔上部導(dǎo)出，經(jīng)氣水分離器除去水分后再送至用戶。 煙煤冷煤氣流程（圖3-16）：煤氣爐產(chǎn)生的粗煤氣約500，進入雙豎管頂部，在塔內(nèi)與冷卻水逆流和并流接觸，粗氣中的焦油和帶出物經(jīng)洗滌自塔底排出，粗氣則被冷卻至80左右，出塔后經(jīng)隔離水封去電捕焦油器脫除所夾帶的95%以上的焦油霧。再進入三級洗滌塔，在塔內(nèi)與冷卻水逆流換熱，煤氣被冷卻至35左右，洗滌水自塔底排出。出洗滌塔的冷煤氣經(jīng)氣水分離器分離水滴后經(jīng)排送機送往用戶。2 冷煤氣流程六 氣化工藝流程和操作條件2 冷煤氣流程六 氣化工藝流程和操作條件2 冷煤氣流程圖3-15 焦炭（無

33、煙煤）冷煤氣工藝流程圖GF2空氣管；XH9冷循環(huán)水管；Z2-0.5公斤/厘米2蒸汽管；GF3飽和空氣管；M4煤氣管；S上水管；X1生產(chǎn)下水管；Sa軟水管；XH10熱循環(huán)水管；Y2焦油管；Z1-4kg/cm2蒸汽管六 氣化工藝流程和操作條件2 冷煤氣流程六 氣化工藝流程和操作條件2 冷煤氣流程圖3-16 煙煤冷煤氣工藝流程圖GF2空氣管；XH9冷循環(huán)水管；Z2-0.5公斤/厘米2蒸汽管；GF3飽和空氣管；M4煤氣管；S上水管；X1生產(chǎn)下水管；Sa軟水管；XH10熱循環(huán)水管；Y2焦油管；Z1-4kg/cm2蒸汽管第三節(jié)間歇法氣化技術(shù)一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán) 水煤氣在我國主要用作合成氨原料氣（此

34、時稱為半水煤氣）。遍及全國的中小型化肥廠絕大多數(shù)采用水煤氣工藝生產(chǎn)合成氣。此外，水煤氣也被用于玻璃制品、陶瓷、電子、機械制造等行業(yè)作為工業(yè)燃氣，或者與焦爐煤氣或其他中熱值煤氣摻混作為城市煤氣。近幾年還出現(xiàn)了一些小型民用水煤氣站，直接利用水煤氣作為中小城市和集中居民區(qū)的過渡性民用燃料，使水煤氣的應(yīng)用更加廣泛。1 水煤氣一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán) 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交替進行，可制得（ +CO）與（ ）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（ +CO）與（ ）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)主要進行的氣化

35、反應(yīng)如下： 生成的產(chǎn)物可進行如下反應(yīng)： 1 水煤氣2H2N2H2NmolkJHCOOHCmolkJHCOOHC/0 .902/5 .13122222molkJHCOOHCO/0 .41222一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán) 表3-8 不同溫度下，達到平衡時的水煤氣組成一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán)1 實際水煤氣 在實際生產(chǎn)時由于副反應(yīng)存在和熱損失，氣化指標和理想狀態(tài)不同。實際氣化焦炭和無煙煤的水煤氣指標見表3-9。 實際水煤氣組成中，除了CO和 外，還有 等。水煤氣中 含量遠高于CO的含量，說明有相當一部分CO和蒸汽反應(yīng)生成了 和 。2H242222)(NCHSHOCOgOH和、2CO2H2H一 水

36、煤氣及實際氣化工作循環(huán) 實際水煤氣 表3-9 我國某廠以焦炭制取水煤氣的指標 一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán)2 實際氣化的工作循環(huán) 水煤氣生產(chǎn)是個間歇過程，每隔一定的時間后，整個生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)或階段，必有一次重復(fù)。這種包括水煤氣生產(chǎn)各個必要階段的過程，每進行一次，稱為一個工作循環(huán)。 實際的工作循環(huán)通常分為：吹風、蒸氣吹凈、一次上吹、下吹、二次上吹、空氣吹凈六個階段。每個階段的氣流方向如圖3-17。一 水煤氣及實際氣化工作循環(huán)2 實際氣化的工作循環(huán)圖3-17 每個循環(huán)按六個階段制水煤氣的氣體流程1-吹風空氣閥；2-煙囪閥；3-上吹蒸氣閥；4-上行煤氣閥；5-吹風氣閥；6-下吹蒸氣閥；7-下行煤

37、氣閥。二 吹風階段和制氣階段的操作條件 間歇式水煤氣生產(chǎn)和混合煤氣的生產(chǎn)不同，以水蒸氣為氣化劑時，在氣化區(qū)進行的主要是水蒸氣的分解反應(yīng)。燃料底部為灰渣區(qū)用來預(yù)熱從底部進入的氣化劑，又可以保護爐篦不致過熱變形，這一點與混合煤氣發(fā)生爐相同。但由于氧化和還原反應(yīng)分開進行，因而燃料層溫度隨空氣的加入而逐漸升高，而水蒸氣的加入又逐漸降低，呈周期性變化，生產(chǎn)煤氣的組成也呈周期性變化。這就是間歇式制氣的特點。二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （1）吹風階段 圖3-18 CO、CO2平衡組成與溫度的關(guān)系 molkJCOOC/8 .39322 實際生產(chǎn)中，可以選擇較高的空氣鼓風速度，縮短吹風時間來減少一氧化碳的

38、生成。mol/kJ4 .231CO2OC22二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （1）吹風階段 吹風過程的熱效率用料層蓄積的熱量與該過程所消耗的熱量之比來表示，即：式中 料層蓄積的熱量，kJ；（化學(xué)反應(yīng)放走熱量與吹風氣帶走熱量之差) 原料的熱值，kJ/kg； 吹風氣過程中的原料消耗量，kg。1100%ACAQHGAQCHAG二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （1）吹風階段 圖3-19 間歇法制水煤氣的效率與溫度的關(guān)系 1-制氣效率；2-吹風效率；3-總效率；4-吹風溫度 5-吹風氣中CO2含量 燃料層溫度對吹風燃料層溫度對吹風和制氣影響不同，燃料和制氣影響不同，燃料層溫度一般控制在層溫度一般控制

39、在10001200之間，太之間，太高或太低都不合適。高或太低都不合適。 制氣的總效率在制氣的總效率在800850最高，但氣最高，但氣化強度太低?；瘡姸忍?。二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （2）制氣階段的效率 制氣階段效率是指獲得水煤氣熱量與制氣階段所消耗原料的熱量和蓄積于料層中熱量之和的比值。式中 Q生成煤氣中可燃氣體（H2 +CO）的熱值， kJ； GC 吹水蒸氣過程中所消耗的煤量，kg； QA吹風階段蓄積在燃料層中的熱量， kJ； HC原料的熱值， kJ/kg。 2100%CAQHGc Q二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （3）水煤氣制造過程的總氣化效率 水煤氣制造過程的總氣化效率為所

40、獲得的水煤氣熱量水煤氣制造過程的總氣化效率為所獲得的水煤氣熱量與吹風階段和制氣階段所消耗原料熱量之和的比值。與吹風階段和制氣階段所消耗原料熱量之和的比值。100%CCAQHGcHG實際生產(chǎn)中，以提高制氣效率為主，兼顧總效率。二 吹風階段和制氣階段的操作條件 （4）影響制氣效率和過程總效率的因素 圖3-20 料層溫度、水蒸氣吹入速度與制氣效率的關(guān)系 此外，原料反應(yīng)性也影響過程的總效率。此外，原料反應(yīng)性也影響過程的總效率。三 循環(huán)時間的確定 （一）制氣各階段水煤氣組成及產(chǎn)量的變化 在制氣各階段中，由于料層溫度狀況的不同，因而使制得的水煤氣組成和產(chǎn)量亦不相同。 表3-10 制氣各階段中水煤氣組成的變

41、化三 循環(huán)時間的確定（一）制氣各階段水煤氣組成及產(chǎn)量的變化圖 3-21 制氣各階段生產(chǎn)能力圖三 循環(huán)時間的確定 蒸汽吹入強度提高，水煤氣產(chǎn)量變化很劇烈，吹蒸汽的時間應(yīng)縮短。（一）制氣各階段水煤氣組成及產(chǎn)量的變化影響水煤氣組成和產(chǎn)量變化的主要因素：三 循環(huán)時間的確定 （二（二 ）循環(huán)時間的確定）循環(huán)時間的確定 一般而言，循環(huán)時間長，氣化層溫度、煤氣的產(chǎn)量和成分波動大；相反，則波動小，但閥門開啟次數(shù)頻繁。在實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)具體使用的氣化原料和閥門的控制條件來確定。目前采用3-4min的工作循環(huán)。 一般來說，氣化活性差的原料需較長的循環(huán)時間。 三 循環(huán)時間的確定 （二（二 ）循環(huán)時間的確定）循

42、環(huán)時間的確定 水煤氣工作循環(huán)有六個階段，各階段時間的分配，隨原料的性質(zhì)和工藝操作的具體要求而定。一般蒸汽吹凈、二次上吹以及空氣吹凈階段的長短，以能達到排凈煤氣爐上部空間和下部空間的殘留空氣或殘留煤氣為原則，基本不變或很少改變。為了保證吹凈階段空氣自發(fā)生爐下部進入而不發(fā)生爆炸，二次上吹時間稍長一些較為安全，一般占循環(huán)時間的69%；蒸汽吹凈階段和空氣吹凈階段，分別是為了排凈發(fā)生爐上部空間殘留的吹風氣和殘留的水煤氣，故所需時間最短，一般只占循環(huán)的34%。三 循環(huán)時間的確定 （二（二 ）循環(huán)時間的確定）循環(huán)時間的確定 吹風和制氣各階段時間的分配，總的原則是經(jīng)吹風后，料層具有適當?shù)母邷兀掖碉L時間要短，

43、相對增加制氣階段的時間。吹風時間的長短，以使燃料層具有較高溫度和使煤氣爐有較大生產(chǎn)能力為主要原則。至于能否用較短的時間達到較高爐溫，決定于空氣鼓風機的性能以及燃料層是否允許提高氣流速度等條件。達到理想爐溫所用的時間長短，以提高空氣流速為主要手段，但以不致使燃料層吹翻為限。當空氣流速已經(jīng)達到燃料層阻力及其分布所允許范圍的高限時，若還需要提高爐溫，則應(yīng)通過延長吹風時間來達到。三 循環(huán)時間的確定 （二（二 ）循環(huán)時間的確定）循環(huán)時間的確定 在上、下吹時間分配比例方面，以下吹時間稍長些為好，但下吹時間也不宜過長。三 循環(huán)時間的確定 （二（二 ）循環(huán)時間的確定）循環(huán)時間的確定 表表3-11 以焦炭為原料

44、制取水煤氣的時間表以焦炭為原料制取水煤氣的時間表四 實際的生產(chǎn)工藝條件 根據(jù)多年水煤氣生產(chǎn)的實際經(jīng)驗，采用“三高一短”的操作方法是擴大水煤氣原料品種，提高氣化強度的有效方法。 三高是指高爐溫、高風速、高料層；一短是指短的循環(huán)時間。 四 實際的生產(chǎn)工藝條件 高爐溫 氣化層溫度的高低，直接影響煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)能力和原料的消耗。氣化層溫度高，即料層積蓄的熱量多，可加快氣化反應(yīng)速度，提高蒸汽分解率，提高水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。 圖3-23 溫度對水蒸氣分解的影響四 實際的生產(chǎn)工藝條件 高風速 提高風速，即提高單位時間內(nèi)的吹風量。在保證料層不被吹翻的前提下，提高風速有諸多優(yōu)點。 加快碳的燃燒；二氧化碳與原料碳的

45、接觸時間縮短，二氧化碳還原比較困難，減少了吹風氣中由于一氧化碳潛熱帶走的熱損失，降低了原料消耗；提高風速，可縮短吹風時間，增加了制氣時間，提高了設(shè)備利用率。 風速也不可能無限制提高，否則，風速過高，會把料層吹翻而影響正常操作，并增加氣體含塵量。四 實際的生產(chǎn)工藝條件 高料層 在保證一定的吹風速度下，提高料層厚度，可增加水蒸氣與煤料的接觸時間，提高蒸汽分解率和氣體質(zhì)量。但料層也不可過高，當料層遠高于氣化層時，預(yù)熱層太厚，爐子上部料層溫度很低，幾乎不起什么變化，反而增大爐子的阻力，對制氣不利。四 實際的生產(chǎn)工藝條件 短循環(huán)時間 對于活性較高的原料，就碳和氧的燃燒反應(yīng)而言，在相同的爐溫下，應(yīng)提高吹風

46、速度，相應(yīng)縮短吹風時間，則有利于減少吹風氣中一氧化碳的潛熱損失；對于碳和蒸汽的氣化反應(yīng)而言，提高蒸汽流速可加速氣化反應(yīng)，相應(yīng)縮短吹蒸汽的延續(xù)時間，因而選用短循環(huán)為宜。對于活性較低的原料，循環(huán)時間可稍長些。五 氣化原料的基本要求 間歇法生產(chǎn)水煤氣的原料，必須具有低的揮發(fā)分產(chǎn)率。由于水煤氣生產(chǎn)中閥門的開閉極其頻繁，焦油等污物在閥門座上的沉積會引起閥門關(guān)閉不嚴，這會給水煤氣生產(chǎn)造成極大的危險性。所以間歇法水煤氣生產(chǎn)過程，通常采用焦炭和無煙煤為氣化原料。 除了較低的揮發(fā)分產(chǎn)率的基本要求外，生產(chǎn)水煤氣的原料還應(yīng)具有較大的塊度，適中的反應(yīng)性，較好的機械強度和熱穩(wěn)定性以及較高的灰熔點。 六 半水煤氣生產(chǎn) 半

47、水煤氣是指人為地加入氮氣后的水煤氣，目的是制成合成氨專用原料氣。作為合成氨原料氣，要求氣體中（H2+CO）與N2的比例為3.13.2?？梢杂冒l(fā)生爐煤氣和水煤氣混合的方法，亦可在同一煤氣爐中制取。在生產(chǎn)中一般采用在吹蒸汽階段同時吹入適量空氣獲取合格原料氣。 表3-1 工業(yè)煤氣的組成 六 半水煤氣生產(chǎn)圖3-24 間歇式半水煤氣各階段氣體流向示意圖注意：在配入加氮空氣時，其送入時間應(yīng)滯后于水蒸氣，并在水蒸氣注意：在配入加氮空氣時，其送入時間應(yīng)滯后于水蒸氣，并在水蒸氣停送之前切斷。也就是說，為避免爆炸，開啟時應(yīng)先開蒸汽閥，然后停送之前切斷。也就是說，為避免爆炸，開啟時應(yīng)先開蒸汽閥，然后開空氣閥；關(guān)閉時

48、，應(yīng)先關(guān)閉加氮空氣閥，然后再關(guān)閉蒸汽閥。開空氣閥；關(guān)閉時，應(yīng)先關(guān)閉加氮空氣閥，然后再關(guān)閉蒸汽閥。七 工藝條件分析和操作條件選擇1 工藝條件 炭層高度：高炭層有利于爐內(nèi)燃料分區(qū)高度相對穩(wěn)定，使燃料層儲存較多的熱量，而爐面和爐底溫度不至太高，有利于維持較高的氣化溫度，也會延長氣化劑與原料的接觸時間；有利于提高蒸汽分解率和煤氣中有效氣體含量。但過高則使阻力增加，氣化劑通過炭層的能量損耗增大，動力消耗增加。 七 工藝條件分析和操作條件選擇1 工藝條件 氣化層溫度：常用半水煤氣中的 高低來判斷氣化層溫度的高低。一般控制 含量在812%，爐頂溫度350400，爐底溫度200250。 吹風時間和入爐風量：提

49、高風速可以減少CO的生成，增加爐內(nèi)炭層蓄熱?？煽s短吹風時間，有利于提高煤氣爐的生產(chǎn)能力。入爐空氣量在0.951.05 （標）半水煤氣。優(yōu)質(zhì)原料，制氣分解率高時取低值，反之取高值。 上下制氣時間和蒸汽用量：以不使煤氣爐溫度波動太大為原則。通常下吹蒸汽量約為上吹蒸汽量的1.11.5倍。下吹時間在實際生產(chǎn)中根據(jù)爐型決定?，F(xiàn)在多數(shù)企業(yè)采用蒸汽流量穩(wěn)壓自調(diào)技術(shù)，按爐溫控制供給蒸汽量，以提高蒸汽分解率。2CO2CO33/mm七 工藝條件分析和操作條件選擇1 工藝條件 循環(huán)時間：較短的循環(huán)時間可以減少氣化層的溫度波動，有利于提高蒸汽分解率和煤氣質(zhì)量。循環(huán)時間根據(jù)燃料的化學(xué)活性而定。氣化活性高的燃料循環(huán)時間可以較短。 表3-11不同燃料循環(huán)時間表七 工藝條件分析和操作條件選擇1 工藝條件生產(chǎn)強度：應(yīng)當適度。過分強調(diào)設(shè)備出力，增加生產(chǎn)強度，對生產(chǎn)操作和節(jié)能降耗不利。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)提倡經(jīng)濟運行，適當減少吹風時間，相應(yīng)減少上、下吹風蒸汽用量，雖然煤氣爐的生產(chǎn)能力有所下降，但原料煤和蒸汽消耗可以大幅度降低。八 主要設(shè)備1 煤氣發(fā)生爐 煤