煤氣發(fā)生爐工作原理與結構

1、煤氣發(fā)生爐工作原理與煤氣發(fā)生爐煤氣成分在一般的煤氣發(fā)生爐中，煤是由上而下、氣化劑則是由下而上地進行逆流運動，它們之間發(fā)生化學反應和熱量交換。一、煤氣發(fā)生爐內部在煤氣發(fā)生爐中形成了幾個區(qū)域，一般我們稱為層按照煤氣發(fā)生爐內氣化過程進行的程序，可以將發(fā)生爐內部分為六層：1、灰渣層;2、氧化層(又稱火層)；3、還原層；4、干儲層；5、干燥層；6、空層。其中氧化層和還原層又統(tǒng)稱為反應層，干儲層和干燥層又統(tǒng)稱為煤料準備層。(1)灰渣層：煤燃燒后產(chǎn)生灰渣，形成灰渣層，它在發(fā)生爐的最下部，覆蓋在爐篦子之上。其主要作用為：A、保護爐篦和風帽，使它們不被氧化層的高溫燒壞；B、預熱氣化劑，氣化劑從爐底進入后，首先經(jīng)

2、過灰渣層進行熱交換，使灰渣層溫度降低，氣化劑溫度升高。一般氣化劑能預熱達300-450C左右。C、灰渣層還起了布風作用，使進入的氣化劑在爐膛內盡量均勻分布。(2)氧化層：也稱為燃燒層(火層)。從灰渣中升上來的氣化劑中的氧與碳發(fā),.生劇烈的燃燒而生成二氧化碳，并放出大量的熱量。它是氣化過程中的主要區(qū)域之II、I)!I'1*,.'一，其主要反應是：C+O2fCO2+97650大卡。氧化層的高度一般為所有燃料塊度的3-4倍，一般為100-200毫米。氣化層的溫度一般要小于煤的灰熔點，控制在1200c左右。(3)還原層：在氧化層的上面是還原層。赤熱的碳具有很強的奪取氧化物中的氧而與之化

3、合的本領，所以在還原層中，二氧化碳和水蒸氣被碳還原成一氧化碳和氫氣。這一層也因此而得名，稱為還原層。其主要反應為：CO+C2CO+38790大卡，H2O+JH2+CO+28380大卡，2H2O+JCO2+2H2+17970大卡。由于還原層位于氧化層之上，從上升的氣體中得到大量熱量，因此還原層有較高的溫度約800-1100C,這就為需要吸收熱量的還原反應提供了條件。而嚴格地講，還原層還有第一、第二之分，下部溫度較高的地方稱第一還原層，溫度達950-1100C,其厚度為300-400毫米左右；第二層為700-950C之間，其厚度為第一還原層1.5倍,約在450毫米左右。(4)干儲層：干儲層位于還原

4、層的上部，由還原層上升的氣體隨著熱量的被消耗，其溫度逐漸下降，故干儲層溫度約在150-700C之間，煤在這個溫度下，歷經(jīng)低溫干儲的過程，煤中揮發(fā)份發(fā)生裂解，產(chǎn)生甲烷、烯炫及焦油等物質，它們受熱成為汽態(tài)，即生成煤氣并通過上面干燥層而逸出，成為煤氣的組成部分。干儲層的高度隨燃料中揮發(fā)份含量及煤氣爐操作情況而變化，一般>100毫米。(5)干燥層：干燥層位于干儲層上面，也即是燃料的面層，上升的熱煤氣與剛入爐的燃料在這層相遇，進行熱交換，燃料中的水分受熱蒸發(fā)。一般認為干燥溫度在室溫-150C之間，這一層的高度也隨各種不同的操作情況而異，沒有相對穩(wěn)定之層局。(6)空層：空層即燃料層上部，爐體內的自由

5、區(qū)，其主要作用是匯集煤氣。也有的同志認為：煤氣在空層停留瞬間，在爐內溫度較高時還有一些副反應發(fā)生，如：I'CO分解、放出一些炭黑：2CO>CO2+C以及2H2O+C8CO2+H2。從上面六層簡單敘述，我們可以看出煤氣發(fā)生爐內進行的氣化過程是比較復雜的，既有氣化反應，也有干儲和干燥過程。而且在實際生產(chǎn)的發(fā)生爐中，分層也不是很嚴格的，相鄰兩層往往是相互交錯的，各層的溫度也是逐步過渡的，很難具體劃分，各層中氣體成份的變化就更加復雜了，即使在專門的研究中，看法也是分歧的。二、煤氣爐的結構對于固定床煤氣爐有多種結構型式，按不同部位分述如下：1、加煤裝置：間歇式加煤罩、雙料鐘、振動給煤機、撥

6、齒加煤機。2、爐體結構：帶壓力全水套、半水套、無水套（耐火材料爐襯）、常壓全水套。3、爐篦：寶塔型、型鋼焊接型。4、灰盤傳動結構：撥齒型、蝸輪蝸桿型。三、煤氣發(fā)生爐煤氣成分所謂煤氣發(fā)生爐爐出煤氣，是指煤在煤氣發(fā)生爐內氣化反應所產(chǎn)生的，自煤氣發(fā)生爐出口導出未經(jīng)凈化的煤氣。該煤氣由單一可燃氣體成分（CO、H2、CH4）、氣態(tài)烷炫類化合物（CmHn）、H2S、不可燃氣體成分（CO2、N2、。2）以及焦油蒸汽、粉塵固體微粒和水蒸汽所組成。f；“-'yI.*fXX，：uIIJ1、煤氣氣體組成及煤氣熱值I/k氣化煙煤時，煤中的CO含量較高，而且還會有少量的CmHn,煤氣熱值也較高；氣化無煙煤時，C

7、O和CH4含量都較氣化煙煤時要低，煤氣熱值也即較低；氣化褐煤時，CO含量較低，但H2和CH4相對也要高一些，煤氣熱值也較高，但是，褐煤的氣化產(chǎn)率較低，僅為2Nm3/kg（煤）左右，而氣化煙煤或無煙煤時，氣化產(chǎn)率可達33.5Nm3/kg（煤）。表_1?幾種煤氣化時煤氣組成及煤氣熱值煤種煤氣氣體組成煤氣熱值COH12CH4CmHnO2CO2N2MJ/Nm3無煙煤25-3015-180.5-1.5一0.1-0.34-849-515.23-5.86煙煤28-3112-161.5-30.1-0.30.1-0.34-648-505.86-6.70褐煤24-2617-193-3.5一0.1-0.56-846

8、-486.07-6.282、煤氣中的H2s煤氣中的H2s含量多少與氣化用煤中的含硫多少有關，一般煤中硫分的80%以H2s狀態(tài)轉入煤氣中，20%的硫分殘留在灰渣中。3、煤氣中的焦油煤氣中的焦油含量多少與煤中的揮發(fā)分多少有關，氣化無煙煤時煤氣中的焦油含量很少，氣化煙煤時煤氣中的焦油產(chǎn)率為入爐煤重量的2%6%,標準狀態(tài)下每m3干煤氣中含焦油量為0.010.02kg。4、煤氣中的水分煤氣中的水分來源于蒸汽的未分解部分、煤的低溫干儲熱解水以及煤中的水分，一般來說，氣化煙煤、無煙煤時煤氣中的水分約為0.06kg/Nm3,而氣化褐煤時，煤氣中的水分較高，可達0.130.27kg/Nm3。5、煤氣中的粉塵固體

9、顆粒j；/-、3煤氣中的粉塵固體顆粒（即帶出物），它與煤的熱穩(wěn)定性、入爐塊煤中的含粉末率、以及爐內的氣化強度、入爐煤的粒度分布、煤層厚薄等因素有關，一般情況下，煤氣中的粉塵固體顆粒量為入爐煤重量的4%6%。表2?氣化不同煤種煤氣中的水分、焦油、粉塵固體顆粒含量燃料煤氣溫度（C）煤氣中含量g/m3（標準）水分1粉塵固體顆粒焦油波動范圍平均波動范圍平均波動范圍平均無煙煤390680401007042510一一煙煤11600680701008011171581510褐煤11033016028822011221672915泥煤70120260520440一15185137四、煤焦油（又稱煤膏、煤儲油、

10、煤焦油溶液）煤干儲過程中所得到的一種液體產(chǎn)物，黑色粘稠液體，具有特殊臭味，易燃，有腐蝕性，為致癌物。相對密度（水=1）：1.18-1.23閃點（C）：<23沸點:380c溶解性：微溶于水，溶于苯、乙醇、乙醍、氯仿、丙酮等多數(shù)有機溶劑。主要用途：可分儲出各種芳香炫、烷炫、酚類等，也可制取油氈、燃料和炭黑。健康危害：作用于皮膚，引起皮炎、瘞瘡、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣贅及癌腫?？梢鸨侵懈魮p傷。?環(huán)境危害：對環(huán)境有危害，對大氣可造成污染。危險特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應。若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。制備：由煤

11、在隔絕空氣加強熱時干儲制得。高溫干儲煤焦油（簡稱高溫煤焦油）高溫干儲（即焦化）得到的焦油。黑色粘稠液體，相對密度大于1.0,含大量瀝青,其他成分是芳煌及雜環(huán)有機化合物。包含的化合物已被鑒定的達400余種。工業(yè)上將煤焦油集中加工，有利于分離提取含量很少的化合物。加工過程首先按沸點范圍蒸儲分割為各種微分，然后再進一步加工。各儲分的加工采用結晶方法可得到蔡、意等產(chǎn)品；用酸或堿萃取方法可得到含氮堿性雜環(huán)化合物（稱焦油堿），或酸性酚類化合物（稱焦油酸）。焦油酸、焦油堿再進行蒸儲分離可分別得到酚、甲酚、二甲酚.二.II和毗咤、甲基毗咤、唾咻。這些化合物是染料、醫(yī)藥、香料、農(nóng)藥的重要原料。煤焦油蒸儲所得的儲

12、分油也可不經(jīng)分離而直接利用，如瀝青質可制電極焦、碳素纖維等各種重要產(chǎn)品，酚油可用于木材防腐，洗油用作從煤氣中回收粗苯的吸收劑，輕油則并入粗苯一并處理。低溫干儲煤焦油（簡稱低溫煤焦油）低溫干儲（見煤低溫干儲）得到的焦油。黑色粘稠液體，具不同于高溫煤焦油是相對密度通常小于1.0,芳炫含量少，烷炫含量大，具組成與原料煤質有關。低溫干儲焦油是人造石油的重要來源之一，經(jīng)高壓加氫制得汽油、柴油等產(chǎn)品。高溫煤焦油和低溫煤焦油兩者的組成和性質不同，其加工利用方法各異。五、分類1、按氣體劑分類A、空氣煤氣：以空氣為氣化劑。B、水煤氣：以水蒸氣為氣化劑。C、混合煤氣：以空氣和水蒸氣為氣化劑。上述三種煤氣的成份如下

13、：（以體積百分數(shù)表示）煤氣名稱H2COCO2N2CH402空氣煤氣2.675.314.2j7.20.51產(chǎn):110.2水煤氣48.438.566.40.50.2混合煤氣13.527.5552.80.50.22、按制氣工藝分類煤氣發(fā)生爐按不同的制氣工藝和所產(chǎn)煤氣的質量分為單段煤氣發(fā)生爐、雙段煤氣發(fā)生爐、雙段熱脫焦油煤氣發(fā)生爐、雙段冷凈煤氣發(fā)生爐。A、單段單段煤氣發(fā)生爐設備簡單，只有水夾套和爐頂裝置，出渣系統(tǒng)組成，所產(chǎn)煤氣為熱粗煤氣，適應于輸送距離不遠，對煤氣的潔凈度要求不高的爐窯。B、雙段雙段煤氣發(fā)生爐是在單段煤氣發(fā)生爐的基礎上增加一個干儲段，使煤在氣化之前通過充分干儲，將煤中揮發(fā)分在進入氧化還

14、原之前大部分析出，并且隨上段煤氣引出爐體。而進入下段參與反應的煤基本為焦煤或者半焦基本不含焦油，通過水冷箱體經(jīng)下段爐出口排出爐外，經(jīng)煤氣凈化除塵裝置與上段爐所產(chǎn)經(jīng)電捕焦油器除焦油后的上段煤氣匯合經(jīng)管道輸送至窯爐。雙段煤氣發(fā)生爐所產(chǎn)煤氣比較干凈，并且輸送距離長，對煤質的要求沒有單段爐高。有經(jīng)過凈化冷卻裝置的雙段冷煤氣站所產(chǎn)煤氣可以按用戶要求，進行加壓后遠距離輸送，不受場地限制，冷凈煤氣質量比較潔凈，主要使用與對煤氣質量要求較高的化工、陶瓷等行業(yè)。3、按出渣方式分類煤氣發(fā)生爐按出渣方式的不同，比較常用的分為內出渣煤氣發(fā)生爐、外出渣煤氣發(fā)生爐。其他刮板內出渣煤氣發(fā)生爐、頂齒外出渣煤氣發(fā)生爐基本被淘汰

15、。其中外出渣煤氣發(fā)生爐由于傳動方式不同分為蝸輪蝸桿出渣和液壓棘輪出渣兩種。六、造氣過程1、固態(tài)物質行程利用提升機構將煤加入儲煤倉，通過加煤機將儲煤倉中的煤分批次注入煤氣發(fā)生爐。加入煤氣發(fā)生爐中的煤首先進入干儲段，煤在干儲段中緩慢下移，在此經(jīng)歷干燥、干儲過程。首先煤炭中的水份被干燥出來，隨著煤炭的不斷下移，溫度進一步升高，焦油及大部分硫化物也被干儲出來，形成碳氫化合物和輕質焦油被上段煤氣攜出爐外。經(jīng)過干燥干儲后呈半焦性質的煤繼續(xù)下移，進入氣化段，在氣化段經(jīng)過氧化還原反應，形成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣。煤炭中的灰分及極少部分未參與反應的煤炭以灰渣形式繼續(xù)下移，由灰刀將其清出爐外。2、氣態(tài)物

16、質行程作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內，在11001200C條件下，與進入氣化段的呈半焦性質的煤發(fā)生氧化還原反應，形成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣。煤氣分兩部分向上運行，其中一部分通過下段煤氣夾層通道上移約4米，將其熱量通過耐火材料間接傳給煤層，輔助干儲和干燥過程的完成，確保煤在下落過程中能夠充分的被干燥和干儲，最后這部分煤氣從下段煤氣出口導出被稱為下段煤氣；而另一部分煤氣則在煤氣發(fā)生爐料層內上行進入干儲段，通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸，將其熱量直接傳給氣化用煤，進行上面敘述的干儲、干燥的過程,同時產(chǎn)生一部分以烷炫類高熱值氣體為主的干儲煤氣。這部分上行煤氣及干儲過程中產(chǎn)生的干儲煤氣一起由上段煤氣出口導出，形成上段煤氣。七、環(huán)保達標(1)設置水封水池(循環(huán)利用)，保證水封污水不外排。(2)冷凝含酚廢水集中收集并汽化后再利用。(3)對噪聲較高的設備，采取建筑隔音的方式，治理噪聲污染。(4)固體廢棄物集中回收，綜合利用。合理設計烘爐送氣工