第四章移动床加压气化

1、第四章 固定床加压气化 第一节 概论 一 碎煤加压气化特点 原料适应范围广。除黏结性强的烟煤外，从褐煤到无 烟煤均可气化； 由于气化压力较高，气流速度低，可气化较小粒度的 碎煤； 可气化水分、灰分较高的劣质煤。 1 原料适用性 目前，在工业应用中较为成熟的技术为鲁奇碎煤加压 气化工艺，其碎煤加压气化炉是由德国鲁奇公司所开发， 称为鲁奇加压气化炉，简称鲁奇炉。 一 碎煤加压气化特点 单炉生产能力大，最高可达75000 （标）/h（干基）； 气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制； 气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，利用气化后的余压可以进行 长距离输送。 气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦

2、油、轻质油及粗酚等 多种副产品。 通过改变压力和后续工艺流程，可以制得 各种不同比例的 化工合成原料气，拓宽了加压气化的应用范围。 缺点： 蒸汽分解率低。 需要配套相应的制氧装置，一次性投资较大。 2 生产过程 3 m COH / 2 第二节 加压气化原理及气化过程 一 加压气化原理 压力下煤的气化在高温下受氧、水蒸气、二氧化碳的作用，各反应 如下： 碳与氧的反应： 碳与水蒸气的反应： KmolMJCOOCO KmolMJCOCCO KmolMJCOOC KmolMJCOOC /24.57022 /4 .1622 /4 .23122 /8 .393 22 2 2 22 KmolMJHCOgOH

3、CO KmolMJHCOgOHC KmolMJHCOgOHC /5 .41)( /0 .902)(2 /5 .131)( 222 222 22 一 加压气化原理 甲烷生成反应： 根据化学反应速度与化学反应平衡原则，提高反应压力有利于化学 反应向体积缩小的反应方向移动，提高反应温度，化学反应则向吸热的 方向移动，对加压气化可以得出以下结论： 提高压力，有利于煤气中甲烷的生成，可提高煤气的热值； 提高气化反应温度，有利于 向生成一氧化碳的方 向进行，也有利于 反应，从而可提高煤气中的有效 成分。但提高温度不利于生成甲烷的放热反应。 KmolMJCOCHOHC KmolMJOHCHHCO KmolM

4、JCOCHHCO KmolMJOHCHHCO KmolMJCHHC /6 .12522 /4 .16524 /4 .24722 /2 .2063 /9 .742 242 2422 242 242 42 COCCO2 2 22 HCOOHC 二 加压气化的实际过程 1 气化过程热工特性 鲁奇加压气化炉内 生产工况如图4-1所示。 图4-1碎煤加压气化 炉内生产工况 二 加压气化的实际过程 在加压气化的条件下，气化炉内进行的反应有碳的氧化 反应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及甲烷的生成 反应等。它与常压气化炉的主要差别在于，加压煤气中含有 较多的甲烷成分。一方面是由于具有较厚的干馏层，挥发分

5、 热解生成甲烷；同时，也由于在甲烷层碳的加氢生成甲烷。 1 加压气化的主要反应 二 加压气化的实际过程 1.二氧化碳还原反应 1 加压气化的主要反应 图 4-2平衡混合物组成与压力的关系 molkJCOCOC/4 .1622 2 二 加压气化的实际过程 2.水蒸气分解反应 1 加压气化的主要反应 图4-3不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系 1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86 和9.8MPa molkJHCOgOHC/5 .131)( 22 二 加压气化的实际过程 3.甲烷生成反应 1 加压气化的主要反应 molkJCHHC/9.742 42 图4

6、-4甲烷的生成速度与温度、压力的关系 1-0.098MPa；2-4.9MPa；3-9.8MPa 图4-5石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线 1Kcal/m3=4.1863KJ/m3 二 加压气化的实际过程 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从 上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化 学过程。 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的 这个主要反应，产生大量热量，这些热量提供给： 气化层生成煤气的各还原反应所需的热量； 煤的干馏与干燥所需热量； 生成煤气与排出灰渣带出的显热； 煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。 这种自热式过程热的利用效果好，热

7、量损失小。 2 气化过程热工特性 22 COOC 二 加压气化的实际过程 在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为 六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应 层、第一反应层和灰渣层。 表4-1气化炉内各层的高度及温度 3 燃料床层的结构及特性 二 加压气化的实际过程 3 燃料床层的结构及特性 图4-6 加压气化炉燃料床高度与温 度的关系 二 加压气化的实际过程 3 燃料床层的结构及特性 加压气化炉中各层的主要 反应及产物见图4-7。 图4-7加压气化炉过程简图 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响 （1）煤的粒度对加压气化的影响 煤的粒度越小，其表面积越大

8、，在动力学控制区的吸附和扩散速度加 快，有利气化反应的进行。 煤粒的大小也影响着煤准备阶段的加热速度，很显然粒度越大，传热 速度越慢，煤粒内部与外表面的温度差也大，使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力 和停留时间延长，焦油的热分解增加。 煤粒的大小也对气化炉的生产能力影响很大，与常压气化相比，加压 气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提 高气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床 层阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力。 煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增加。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响

9、（2）原料煤中水分对气化过程的影响 煤中所含水分随煤变质程度的加深而减少，水分较多的煤，挥发分往 往较高，则进入气化层的半焦气孔率也大，反应气体通过内扩散进入固体 内部时容易进行，从而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。 煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。 增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率。 干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温度， 导致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤气质量降 低。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响 （3）煤中灰分及灰熔点对气化过程的影响 随着灰分的增大，炉渣的排出量增加，随

10、炉渣排出的碳 损耗量也必然增加。另外，带出的显热增加，从而使气化过 程的热损失增加，热效率降低。 随着煤灰分的增大，加压气化的各项消耗指标，如氧气 消耗、蒸汽消耗、原料煤消耗等指标上升，而煤气产率下降 。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响 （4）煤的黏结性对气化过程的影响 黏结性煤在气化炉内进入干馏层时产生胶质体，这种胶 质体黏性较高，将较小的煤块黏结成大块，使得干馏层的透 气性变差，导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气 化过程恶化。因此，黏结性煤对气化过程是一个极为不利的 因素。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响

11、（5）煤的机械强度和热稳定性的影响 易破碎的煤在筛分后的传送及气化炉加煤过程中必然产 生很多煤屑，这样会增加入炉煤的粉煤含量，使煤气带出物 增加。故加压气化应选用抗碎能力较高的煤种。 热稳定性差的煤在气化炉内容易粉化，给气化过程带来 不利影响。另一方面由于热稳定性差，气化时煤块破碎却增 加了反应表面积，从而增加了反应速度，提高了气化强度。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 1 煤的理化性质对加压气化的影响 （6）煤的化学活性的影响 煤种不同，其反应活性是不同。碳的组织及形态，特别是其气孔壁的 微细组织的发达程度，对碳的反应性影响最大。一般煤的碳化程度越浅， 焦炭的气孔率越大，即其内表面积越大

12、，反应性越高，则发生反应的起始 反应温度越低，气体温度也越低。气化温度低，有利于甲烷生成反应的进 行，煤气热值相应提高。放热的甲烷反应又促进其他气化反应的进行，为 气化层提供了部分热量，降低了氧气的消耗。 气化温度相同时，煤的反应活性越高，则气化反应速度越快，反应接 近平衡的时间越短。 煤的反应活性对气化过程的影响在温度较低时较大，当温度升高时， 温度对反应速度的影响显著加强，这时相应降低了反应活性的影响。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 2 煤种对煤气组分和产率的影响 2.1发热值与组成 图4-8煤种与净煤气热值的关系 1褐煤；2气煤；3无烟煤 图4-9粗煤气组成 与气化原料的关系 三

13、煤种及煤的性质对加压气化的影响 2煤种对煤气组分和产率的影响 2.1发热值与组成 图4-10 净煤气组成与气化原料的关系 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 表4-2 我国太原市西山老年烟煤在鲁奇炉内所产生的干馏气、 纯气化煤气及出炉煤气的体积百分组成： 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 2.2 煤气产率 图4-11煤中挥发份与煤气产率、干馏煤气量之间的关系 1粗煤气产率；2净气煤产率；3干馏煤气占粗煤气热能百 分比；4干馏煤气占净煤气热能百分比 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 表4-3 褐煤与无烟煤气化指标对比 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响

14、 硫化物：煤中的硫化物在加压气化时，一部分以硫化物和各种有机硫 形式进入煤气中。煤气中的硫含量主要取决于原料煤中的硫含量。硫含量 高的煤，气化生成的煤气中硫含量就高。一般煤气中的硫化物总量占原料 煤中硫化物总量的70%80%。 表4-4 加压气化产物中硫的分布 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 氨：煤气中氨的产生与原料煤的性质、操作条件及气化剂中 的氮含量有关。在通常操作条件下，煤中的氮约有50%60% 转化为氨，气化剂中也约有10%的氮转化为氨，气化温度越 高，煤气中氨含量就越高。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 3 煤种对其他副产品的特性和产率

15、的影响 焦油和轻油：原料煤的性质是影响焦油产率的主要因素。一 般是变质程度浅的褐煤比变质程度深的气煤和长焰煤的焦油 产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦油产率更低。 煤种不同，所产生焦油的性质也不同，一般随着煤的变 质程度增加，其焦油中的酸性油含量降低，沥青质增加，焦 油的比重增加。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响 4 煤种对各项消耗指标的影响 由煤的生成原理可知，随着煤的变质程度加深，煤中C/H比则加大， 煤气化转化成煤气的过程，是一个缩小C/H比的过程。在煤的气化过程中 ，主要通过入炉水蒸气与炽热的碳进行反应产生氢： 在炉内燃烧层碳和氧的反应给上述反应提供了热量。所以，随着煤的 变

16、质程度加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相应增加。另外，由于年轻 煤活性好，挥发份高，有利于 的生成，这样就降低了氧气耗量。 QHCOOHC QHCOOHC 222 22 22 4 CH 第三节 加压气化操作条件及主要气化 指标 一 操作条件分析 1 气化压力 (1)压力对煤气组成的影响 提高气化炉操作压力，有利于下列各反应的进行： 提高气化压力，不利于下列诸反应的进行： OHCHHCO COCHHCO OHCHHCO CHHC 242 242 242 42 24 22 3 2 222 22 2 22 2 COHOHC COHOHC COCCO 一 操作条件分析 1 气化压力 24 COCH 和

17、 随着气化压力的提 高，有利于体积缩小的 反应进行，煤气中的 含量增加， 煤气的热量提高。粗煤 气组成随着气化压力的 变化如图4-12所示。 提高气化压力，可 以提高煤气热值，对生 产城市煤气有利，对于 生产合成气不利，故而 需综合考虑。图4-12 粗煤气组成与气化压力关系 一 操作条件分析 1 气化压力 （2）压力对煤气产 率的影响：随着压力升 高，煤气产率下降。图 4-13示出了褐煤气化时 煤气产率与气化压力的 关系，煤气产率随压力 升高而下降是由于生成 气中甲烷增多，从而使 煤气总体积减少。 图4-13 煤气产率与气化压力关系 1-粗煤气；2-净煤气 一 操作条件分析 1 气化压力 （3

18、）压力对氧气和水蒸气消耗量的影响：随着压力 升高，生成甲烷反应速度加快，反应释放出的热量增加， 从而减少了碳燃烧反应的耗氧量。氧气消耗量、利用率与 气化压力的关系如图4-14所示。 水蒸气消耗量与气压关系如图4-15。随着压力升高水 蒸气消耗量增多。因压力升高，生成甲烷所消耗氢量增加， 则气化系统需要水蒸气分解的绝对量增加，而压力增高却 使水蒸气分解反应向左进行的速度增大，即水蒸气分解率 下降。 一 操作条件分析 1 气化压力 图4-14气化压力与氧气耗量、氧气 利用率的关系 1氧气消耗量；2氧气利用率 图4-15 水蒸气耗量与气体压力的关系 1氢量；2水蒸气绝对分解量； 3水蒸气分解率 一

19、操作条件分析 1 气化压力 （4）压力对生产能力的影响：在常压气化炉和加压气化炉中， 假定带出物的数量相等，则出炉煤气的动压头相等，可近似得出，加 压气化炉与常压气化炉生产能力之比如下式表示： 对于常压气化炉，P1通常略高于大气压，P10.1078MPa；常压、 加压的气化温度之比T1/T2 1.11.25，则可得到： V1、V2分别表示煤气在压力P1、P2下的标准状况体积数，m3。 1 2 2 1 1 2 P P T T V V 2 1 2 75. 335. 3P V V 当生产能力均以煤气在标准状态下的体积流量表示时，加 压气化比常压气化高3.353.75 倍。如气化压力为 2.53MPa

20、的鲁奇加压气化炉，其生产能力将比常压下高55.5 倍。 加压下气体密度大，气化反应的速度加快也有助于生产能 力的提高。加压气化的气固接触时间长，一般加压气化料层 高度较常压的大，因而加压气化具有较大的气固接触时间， 这有利于碳的转化率的提高。 一 操作条件分析 1 气化压力 P 一 操作条件分析 1 气化压力 （5）气化压力的选择： 根据煤气产品的用途选择煤气压力。作为生产合成气，为降低能耗，降 低成本，压力可选择3.04.0MPa。对于生产代用天然气或者中热值城市煤 气，当输送距离近时，把压力提到很高没有必要，因为压力达到2.5MPa以 后，再提高压力对粗煤气中甲烷含量的提高不明显。 技术上

21、要可靠。压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大。 提高压力可大幅度提高气化强度。 随着压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉的热效率也有所降低。因 此，要根据生产工艺要求合理选择气化压力。 一 操作条件分析 2 气化层温度与气化剂温度 气化层温度降低，有利于放热反应的进行，也就是有利于甲烷的生成 反应，使煤气热值提高。但温度降得太多，反应速度非常缓慢。 气化层温度过低不但降低反应速度，也会使灰中残余碳量增加，增大 了原料损失，同时低温会使灰变细，增大了床层阻力，降低气化炉的生产 负荷。一般情况下在气化原料煤种确定后，根据灰熔点确定气化层温度。 气化剂温度指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以

22、减少用于预 热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温度有利于碳 的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。氧气消耗量及其利用率与气化剂 温度的关系如图4-16所示。 一 操作条件分析 2 气化层温度与气化剂温度 图4-16 气化剂温度与氧气利用率的关系 1氧气利用率；2、3分别为粗煤气和净煤气产率； 4净煤气发热值 一 操作条件分析 3 汽氧比的选择 汽氧比指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例。在加压气化煤气生产中 ，汽氧比是一个非常重要的操作条件，起着调整与控制气化过程温度的作 用，是影响气化过程最活泼的因素。 随着煤的炭化程度加深，反应活性变差，为了提高生产能力，汽氧比 应适当降低。

23、加压气化中，采用不同汽氧比，对煤气生产的影响有以下几个方面： (1)在一定热负荷条件下，水蒸气的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧 气的消耗量随汽氧比提高而相对减少，如图4-17所示。 (2)汽氧比的提高，使水蒸气的分解率显著下降，将加大煤气废水量。 (3)汽氧比的改变对煤气组成影响较大。随着汽氧比的增加，气化炉内 反应温度降低，煤气组成中一氧化碳含量减少，二氧化碳还原减少使煤气 中二氧化碳与氢含量升高，粗煤气组成与汽氧比关系如图4-18所示。 一 操作条件分析 3 汽氧比的选择 图4-17 汽氧比与蒸汽、氧气消耗量 的关系 1水蒸气消耗量；2氧气消耗量 图4-18 粗煤气组成与汽氧比的关系 一

24、操作条件分析 3 汽氧比的选择 (4)汽氧比改变和炉内温度的变 化对副产品焦油的性质也有影响。 提高汽氧比后，焦油中碱性组分下 降，芳烃组分显著增加。 由上述汽氧比对气化过程的影 响可知，降低汽氧比，有利于气化 生产，但汽氧比的降低也是有限度 的。一般汽氧比的选择条件是：在 保证燃料层最高温度低于灰熔点的 前提下，尽可能维持较低的汽氧比 。汽氧比与最高燃烧温度的关系如 图4-19。 图4-19 汽氧比与最高燃 烧温度的关系 二 主要气化指标 1 气化强度( ) 气化强度指单位时间内，单位横截面积上气化的原料煤量，以 kg/(m2h)表示。 在实际生产中气化强度常以单位时间、单位横截面积上的粗煤

25、气产量 来表示m3(标)/m2h。 影响气化强度的因素较多，原料煤的性质（煤种、粒度）和气化过程 的操作条件（压力、温度、汽氧比等）均对气化强度有较大影响。 加压气化的气化指标一般有气化强度、气化能力、气化效率及煤气产 率。 m g 二 主要气化指标 2 气化能力（ ） 气化能力即气化炉的生产能力，即单位时间内入炉煤的气化量，用 kg/h表示。 式中 F气化炉横截面积， ； 气化强度， 。 在实际生产中，生产能力通常以生产量表示，即 式中 气化炉单位时间生产的粗煤气量， (标)/h； V单位质量的煤气化后产生的煤产率， (标)/kg(煤)； 气化炉以产量表示的气化强度， 。 m D mm gF

26、D 2 m hmkg 2 / m g VmV gFVgFD 3 m 3 m hmm 23 / )(标 V g V D 二 主要气化指标 2 气化能力（ ） 另外，气化炉的生产能力可用获得的净煤气所含有的热量表示： 式中 气化炉每小时生产的煤气的热量，kJ/h； 净煤气的高热值， (标)； 气化炉单位横截面积上的气化热强度，近似等于获得的煤气 中所用的热量 。 由上可知，气化炉的生产能力主要取决于气化炉横截面积和气化强度 以及原料煤的产气率。 m D QmQ gFQVgFD 净 hmkJ 2 / Q g 3 /mkJ 净 Q Q D 二 主要气化指标 3 煤气产率 煤气的产率指单位质量的燃料气化

27、后所得到的煤气量 (标)/kg(燃 料)。 煤气的产率可由应用基 或可燃基 表示，亦可用粗煤气量 或 净煤气 表示。 （1）煤气产率的换算公式 粗煤气与净煤气产率的近似换算： 式中 粗煤气中 与 体积百分率； 净化后煤气中 与 残留百分率。 3 m y V气 r V气 r V粗 r V气 100 100 yy y r AW V V 气 气 SHCO VV 22 , )( 22 SHCO V 尾 粗尾净 VVVVV SHCOSHCO )1 ( )( 2222 2 CO 2 CO SH2 SH2 二 主要气化指标 3 煤气产率 （2）影响煤气产率的因素： 对同类原煤，可燃组分越高，煤气产率越高；

28、在原料的可燃组分中，固定碳含量越高，则煤气产率越高； 在较高的气化压力和较低的气化温度条件下，煤气产率下降； 煤气带出物及灰渣中残余碳量增加，煤气产率下降。 二 主要气化指标 4 气化效率 煤气化后生成煤气的热量与制取煤气所消耗的煤的热量之比称为气化 效率。 式中 煤气的热值，kJ/ (标) ； 煤气的产率， (标)/kg(燃料)； 燃料的热值，kJ/kg； 气化效率。 %100 燃 气气 Q VQ 气 V 3 m 燃 Q 气 Q 3 m 第四节 液态排渣气化炉 一 固态排渣的缺点 在固态排渣加压气化炉内，由于原料的熔点和结渣性能 的影响，使气化炉的操作温度受到很大限制，生产能力不 高；由于气

29、化反应进行的不完全，灰渣含碳造成的排出损 失，使气化效率也受到一定限制；为了控制炉温，还需消 耗大量的水蒸气，致使水蒸气分解率低下，废水处理量很 大；而且，固态排渣必须借助于机械转动炉篦，使气化炉 结构复杂，维修费用很高。 二 液态排渣气化原理 液态排渣气化炉的基本工作原理是，只向气化炉 中提供最少量的水蒸气，使碳的燃烧反应把氧化 层温度提高到灰熔点以上，灰渣呈熔融状态自炉 内排出。由于消除了结渣对炉温的限制，使气化 层温度有了较大的提高，从而大大加快了气化反 应的速度，提高了设备的生产能力。 三 液态排渣加压气化的特点 （1）生产能力大 生产能力的提高，一般受到带出物数量的限制。在液态 排渣

30、情况下，绝大部分6mm的煤粉可随气化剂由喷嘴加 入，直接进入1500高温区，立即气化。所以炉顶的带出 物大为减少，可较大幅度地提高鼓风速度，强化生产。同 时，也因为反应温度得到了提高强化了生产。 三 液态排渣加压气化的特点 （2）水蒸气消耗量 固态排渣使用大量的水蒸气用来控制炉温，以防结渣； 而液态排渣的蒸气几乎全部用于煤的气化。蒸气分解率在 95%左右。 三 液态排渣加压气化的特点 （3）煤气有效成分提高，煤耗下降。 在液态排渣气化炉内，由于炉温提高，水蒸气分解反应 和二氧化碳还原反应加强；放热反应削弱，甲烷生成减少 。同时，一氧化碳变换反应减弱。 三 液态排渣加压气化的特点 （4）气化效率

31、提高，热效率提高 液态排渣炉的气化效率和热效率均高于固渣炉。因为液 态排渣炉的6mm的煤粉由气化剂由喷嘴吹入，在高温区 立即气化，使带出损失减少。气化生成的灰焦油也可再循 环回气化炉直至燃尽。灰渣含碳量极少。同时，炉出煤气 温度低，因为煤气中未分解的水蒸气量很少，在气固逆流 运动情况下，上部料层的干馏干燥，充分利用了煤气显热 ，使煤气炉出温度在400500 之间，甚至低于某些固渣 炉的炉出温度，这样由煤气带出的显热损失和水蒸气的热 损失大为减少。 三 液态排渣加压气化的特点 （5）煤种适应性强。 （6）环境污染小 由于水蒸气耗量小，煤气中水汽含量低。污水处理量仅 为固态排渣气化的三分之一左右，

32、生成的焦油可再回炉造 气；液渣经淬冷后成为洁净、黑色玻璃状的熔渣烧结物颗 粒，它可与水彻底分离。由于它的玻璃特性，化学活性极 小，不存在环境问题。 第五节 鲁奇加压气化炉炉型构造及工艺 一 几种炉型介绍 鲁奇碎煤加压气化炉经过几十年的发展，已从最初的第 一代2.6m直径气化炉发展到目前的第四代5.0m直径气化炉。 气化炉的内径扩大，单炉产气能力提高，其他的附属设备也 在不断改进。下面介绍鲁奇加压气化炉发展过程中的几种主 要炉型。 一 几种炉型介绍 1 第一代加压气化炉 第一代鲁奇加压气化炉是直径2.6m的侧面排灰炉型，主要由煤箱、 炉体、灰箱几部分组成，其结构如图4-20。 气化炉体是内径2.

33、52m、外径3.0m、高度6m的圆筒体，内有耐火砖 。 气化炉筒体由双层钢板制成，在内外壳体之间形成夹套。 在炉膛上部设有一圆筒形裙板，中间吊有正椎体布煤器，以便使煤 下流时能在炉内均匀分布。炉顶设置点火孔。 气化剂是从主轴的中心进入炉内，限制了气化剂入炉量，从而限制 了气化炉的生产负荷。另外炉内壁衬不但减少了炉内径，降低了生产能 力，而且在较高温度下内衬易形成挂壁，造成气化炉床层下移困难。 一 几种炉型介绍 1 第一代加压气化炉 图4-20 直径2.6m侧面 除灰炉型 1煤箱；2上部刮 刀 传动机构；3煤气 出口管刮刀；4喷冷 器；5炉体；6炉 箅；7炉箅传动装置； 8刮灰刀；9下灰 颈管；

34、10灰箱 一 几种炉型介绍 2 第二代加压气化炉 第二代鲁奇加压气化炉是直径2.6m的中间除灰炉型。 炉内部设置了转动的搅拌装置和布煤器。 炉箅由单层平型改为多层塔节型结构，气化剂通过三层炉箅的环形 缝隙进入炉内。 入炉气化剂管与传动轴分开，单独固定在炉底侧壁上。 取消了炉内耐火衬里，使气化炉内截面积增大，提高了气化炉的生 产能力。 灰锁设置在炉底正中位置，气化后产生的灰渣从炉箅的周边环隙落 在炉下部的下灰室，然后进入灰锁。 一 几种炉型介绍 2 第二代加压气化炉 图4-21 直径2.6m中 间除灰炉型 1煤箱；2上部 传动装置；3布 煤器；4搅拌装 置；5炉体；6 炉箅；7炉箅传 动轴；8气

35、化剂 进口管；9灰箱 一 几种炉型介绍 3 “萨索尔”炉型 结构如图4-22。 最大特点是底部的炉箅与上部的布煤器用一根轴连接起来，该轴上 下贯穿整个气化燃料层。 为避免传动轴等内部超温损坏，在中心轴内通入锅炉水冷却。 缺点：由于中心传动轴长达4m以上，材质和加工精度要求高，在运 行中受高温影响故障较多；另一方面，炉箅和布煤器、搅拌器为同一转 速，不能按生产需要分别进行调整，故而该炉型已不再使用。 一 几种炉型介绍 3 “萨索尔”炉型 图4-22直径3.7m的“萨索尔” 炉型 1煤箱；2炉箅和耙的传 动装置；3布煤器；4梯 形炉箅；5灰箱 一 几种炉型介绍 4 第三代加压气化炉 第三代加压气化

36、炉是在第二代炉型上的改进，型号为Mark-，是目 前世界上使用最广泛的一种炉型。 外径为8.8m，内径4.128m，炉体高12.5m，气化炉操作压力为 3.05MPa。该炉生产能力高，炉内设有搅拌装置，可气化除强黏结性烟煤 外的大部分煤种。第三代加压气化炉如图4-23所示。 为了气化有一定黏结性的煤种，第三代气化炉在炉内上部设置了布 煤器与搅拌器，他们按装在同一空心转轴上。 炉内搅拌器安装在布煤器下面，其搅拌桨叶一般设上下两片浆叶。 也可气化不黏结煤种。不安装搅拌器，结构简单。 炉箅分为五层，从下到上层叠合固定在底座上，顶盖成锥形，炉箅 材质选用耐热、耐磨的铬锰合金钢铸造。 煤锁与灰锁的上下有

37、较大改进，采用硬质合金密封面，使煤、灰锁 的运行时间延长，故障率减少。 一 几种炉型介绍 4 第三代加压气化炉 图4-23第三代加压气 化炉 1煤箱；2上部传 动装置；3喷冷器； 4裙板；5布煤器； 6搅拌器；7炉体； 8炉箅；9炉箅传 动装置；10灰箱； 11刮刀 一 几种炉型介绍 5 第四代加压气化炉 第四代加压气化炉是在第三代炉的基础上加大了气化炉 的直径（5m），使单炉生产能力大为提高，其单炉产粗煤 气量达75000 (标)/h（干气）以上。 3 m 一 几种炉型介绍 6 鲁奇液态排渣气化炉 鲁奇液态排渣气化炉是传统固态排渣气化炉的进一步发 展，其特点是气化温度高，气化后灰渣呈熔融态排

38、出，因而 使气化炉的热效率与单炉生产能力提高，煤气的成本降低。 液态排渣鲁奇炉如图4-24所示。 该炉气化压力为2.03.0MPa，气化炉上部设有布煤搅拌 器，可气化较强黏结性的烟煤。气化剂（水蒸气+氧气）由 气化炉下部喷嘴喷入，气化时，灰渣在高于煤灰融点温度下 呈熔融态排出，熔渣快速通过气化炉底部出渣口流入急冷器 ，在此被水急冷而成固态炉渣，然后提高灰锁排出。 一 几种炉型介绍 6 鲁奇液态排渣气化炉 图4-24大型液态排 渣式试验炉 1煤箱；2上部 传动装置；3洗 涤冷却器；4布 煤器；5搅拌器； 6炉体；7喷嘴； 8排渣口；9熔 渣急冷箱；10灰 箱 二 加压工艺流程 加压气化在国民经济

39、中占有非常重要的地位。加压气化生 产的城市煤气，热效率高，温度稳定，便于输送、易于调 节和自动化。 生产化工原料气，几乎可以满足各种化工合成生产的要求 ，例如：合成甲烷，生产代用天然气；生产合成氨用的原 料气；合成甲醇，进一步合成乙醇，乙醇脱水生成乙烯， 甲醇和乙烯又是合成纤维、合成塑料、合成橡胶的基本有 机化工原料；通过费托反应，一氧化碳和氢可转化为各种 液体燃料、润滑剂、蜡、皂类、洗涤剂、醇类、醛类和酚 类。 二 加压工艺流程 六 气化过程的物料衡算 1 碳的平衡 若以 表示各含碳组分在粗煤气中的体积百分数 ，则在煤气中的碳的总含量 kg/ (标）（粗煤气）可用下列式求得： 转入到固体或液

40、体中的碳可用下式计算 式中 C固体或液体物质中的碳量； x含碳物质的质量； K含碳物质中的碳含量，% )()()()( 42nmH CCHCOCO、 3 m )()()()(0.005357 42nmH CmCHCOCOC 气 100 xK C (4-1) (4-2) 六 气化过程的物料衡算 2 氢的平衡 气化过程中氢的来源有二：其一是来自于原料煤中的氢（包括原料煤 所含水分中的氢），其二是气化剂水蒸气中的氢；生产物的氢则包括煤气 成分（ 等）中的氢，焦油中的氢、轻质油中的氢、酚和氨 中的氢及煤气中所含水蒸气中的氢。其中煤气中的氢是主要的，也是气化 生产的目的，一般占总氢的40%作用。通过氢平

41、衡计算，可求得水蒸气的 分解率。 与碳相同，在气化过程中，挥发份高的原料，氢转入到焦油、轻质 油、酚和氨中去的量较多，而转入到煤气中的量较少。同样，气化压力越 高，气化温度越低，则转入焦油、轻质油、酚和氨中去的氢量越多。 nmH CCHH、 42 六 气化过程的物料衡算 2 氢的平衡 转入到煤气中的氢量可用下列式求得： 在固体或液体物质中的氢为： 式中 Y含氢物质的质量； h含碳物质中的氢含量，% 水中或水蒸气中的氢量可用下式计算： 式中 W水或水蒸气的质量，kg。 WWH 9 1 18 2 )(2/)(2)(0.000893 42nmH CnCHHH 气 100 Yh H (4-3) (4-

42、4) (4-5) 六 气化过程的物料衡算 3 氧的平衡 气化过程氧来源于原料中所含的化合氧（包括所含的水分中的氧）和 气化剂中所含的氧（包括水蒸气中的氧）；而作为生产物的氧，则转入到 煤气中及焦油、轻质油中。煤气中的氧约占总氧量的45%，其计算如下式 ： 在固体或液体物质中的氧为： 式中 Z 含氧物质的质量； v含氧物质中的氢含量，% 水中或水蒸气中的氧量可用下式计算： 式中 W水或水蒸气的质量，kg。 WWO 9 8 18 16 )(2/1)()(0.4286 22 COCOOO 气 100 Zv O (4-6) (4-7) (4-8) 六 气化过程的物料衡算 4 物料平衡计算的一般步骤 收

43、集数据：如煤的工业分析和元素分析，产品煤气及副 产焦油的组成等。 计算求取各项气化指标：通过碳平衡计算，求得粗煤气 的产率；通过氢平衡计算，求得蒸汽分解率；通过氧平衡计 算，求出氧耗量；通过氮平衡，求出工业氧的纯度。 七 气化过程的热量衡算 1 供热方 引入气化炉的总热量称供热方，以 表示，其由下列几项组成。 (1)参加气化的原料的发热量， （kcal） 式中 G气化的原料量，kg； 气化原料的发热量，kcal/kg (2)气化原料所带的显热， （kcal） 式中 原料的比热容，kcal/(kg )； 入炉原料的温度，。 供 Q 1 Q 燃料 GQQ 1 燃料 Q 2 Q 222 GtCQ 2

44、 C 2 t （4-9） （4-10） 七 气化过程的热量衡算 1 供热方 (3)气化剂中工业氧带入的显热， （kcal） 式中 工业氧的恒压比热容，kcal/ (标) ； 工业氧的入炉量， （标）； 工业氧的入炉温度，。 (4)气化剂中水蒸气的热焓， （kcal） 式中 水蒸气的入炉量，kg； 水蒸气的热焓，kcal/kg。 3 Q 3333 tVCQ 3 C 4 Q 444 iCQ 4 C 4 i （4-11） （4-12） 3 V 3 t 3 m 3 m 七 气化过程的热量衡算 1 供热方 (5)夹套炉水带入的显热， （kcal） 式中 炉水的比热容，kcal/(kg)； 供给的炉水量，

45、 kg ； 加入到炉夹套的炉水温度，。 综合上述供热项，则供热方总热量为： 5 Q 5555 tGCQ 5 C 54321 QQQQQQ 供 （4-13） （4-14） 5 G 5 t 七 气化过程的热量衡算 2 付热方 气化反应后生成的各项有效热量与生产过程的所有热损失之和，以 表示，其由下列几项组成： (1)生成煤气的发热量， （kcal） 式中 粗煤气量， （标）； 粗煤气的发热量，kcal/ （标）。 (2)产品煤气所带的显热， （kcal） 式中 粗煤气中各组分的体积百分比，%（干基）； 各组分的相应恒压比热容，kcal/( （标） ; 粗煤气出炉温度，。 付 Q 6 Q 气粗Q V

46、Q 6 气 Q 7 Q 粗 Vt Cg Q ii 77 100 i g 7 t （4-15） （4-16） 粗 V i C 3 m 3 m 3 m 七 气化过程的热量衡算 2 付热方 (3)产品煤气中水蒸气的热焓， （kcal） 式中 煤气中水蒸气含量，kg； 水蒸气的热焓，kcal/ kg。 i是在出气化炉煤气温度及出炉气中水蒸气分压 条件下的热焓， 可用 下式求得： 式中 出气化炉煤气压力，MPa； 水蒸气在湿煤气中的体积分率，%。 8 Q 888 iGQ 8 i 水总水 VPP 总 P （4-17） （4-18） 8 G 水 V 水 P 水 P 七 气化过程的热量衡算 2 付热方 (4)

47、副产焦油的发热能， （kcal） 式中 焦油的生成量，kg； 焦油的发热值，kcal/ kg。 可由门捷列夫公式求得： 式中 C、H、O、S 焦油中的元素组成，%。 9 Q 焦油 QGQ 99 焦油 Q )(2630081SOHCQ 焦油 （4-19） （4-20） 9 G 焦油 Q 七 气化过程的热量衡算 2 付热方 (5)焦油的潜热和显热， （kcal） 式中 90焦油的潜热，kcal/kg； 0.65焦油的比热容，kcal/ (kg ) 。 (6)生成的轻油的发热量， （kcal） 式中 生成的轻油量，kg； 轻油的发热值，kcal/kg。此值也可按门捷列夫公式求得。 10 Q )65. 090( 7910 tGQ 轻油 QGQ 1111 11 G （4-21） （4-22） 轻油 Q 11 Q 七 气化过程的热量衡算 2 付热方 (7)轻质油的显热和潜热， （kcal） 式中 70轻质油潜热，kcal/kg； 0.375轻质油的比热容，kcal/ (kg ) 。 (8)生成氨的发热量， （kcal） 式中 生成的氨量，kg； 氨的发热值，取5300kcal