工业热工设备及测量 第三章 燃气发生炉

1、2013.3.22 周彦波 3 A4-垃圾焚烧炉在垃圾焚烧炉在发电方面发电方面的应用的应用 B4-焚烧炉发展所面临的主要焚烧炉发展所面临的主要环保问题环保问题 不 同 区 域 ， 发 生 了 哪 些 反 应 l 氧和水汽首先在下部燃烧层进行氧化反应： C+O2=CO2 +408 kJ/mol； 2H2O+C=2H2+CO2 -75kJ/mol； l 接着CO2和H2O上升与灼热的固体燃料作用产生还原 反应： l CO2+C=2CO -162kJ/mol； l H2O+C=H2+CO -118kJ/mol，从而使煤气中H2和 CO增加。 l 由于在还原层上的干馏层中挥发分的放出和干燥层燃 料中水

2、汽的蒸发，发生炉煤气的最终成分中有CO、 H2、CH4、C2H4等可燃成分和N2、CO2、H2O等非 可燃成分，故可用作燃料。 燃料层里不同区层的高度，随燃料的种类、性质的差 别和采用的气化剂、气化条件不同而异。各区层之间 没有明显分界，往往是互相交错的。 l 引进单一空气所产煤气为引进单一空气所产煤气为空气发生炉煤气空气发生炉煤气，它发热量，它发热量 低低(37604600kJm3；炉子的燃烧层温度高，炉衬；炉子的燃烧层温度高，炉衬 易损坏，热损失大，灰渣易熔堵炉栅。易损坏，热损失大，灰渣易熔堵炉栅。 l 引进单一水蒸气的发生炉为引进单一水蒸气的发生炉为水煤气发生炉水煤气发生炉，所产水煤，所

3、产水煤 气发热量较高气发热量较高(1000011300kJm3)，但由于水煤，但由于水煤 气反应吸收大量热量，需周期性地引进空气，制气过气反应吸收大量热量，需周期性地引进空气，制气过 程是非连续性的。程是非连续性的。 l 因此，一般煤气发生炉均引进空气和水气的混合物，因此，一般煤气发生炉均引进空气和水气的混合物， 所产生的所产生的混合发生炉煤气混合发生炉煤气的发热量也不高的发热量也不高(5018 6690kJm3)。 l 过往发生炉煤气在钢铁厂用作平炉燃料或作为调节过往发生炉煤气在钢铁厂用作平炉燃料或作为调节 煤气平衡的手段。煤气平衡的手段。 l 现在炼钢平炉已经淘汰，高炉煤气和焦炉煤气又被现

4、在炼钢平炉已经淘汰，高炉煤气和焦炉煤气又被 充分回收，已不需以发生炉煤气调节钢铁厂煤气平充分回收，已不需以发生炉煤气调节钢铁厂煤气平 衡；加之发生炉煤气中含焦油和粉尘，对环境造成衡；加之发生炉煤气中含焦油和粉尘，对环境造成 污染；且发生炉煤气出炉温度高、压力低，不经处污染；且发生炉煤气出炉温度高、压力低，不经处 理也难以输送，故现代钢铁厂已不再使用发生炉煤理也难以输送，故现代钢铁厂已不再使用发生炉煤 气。气。 2 1 压 力 平 衡 图5-18用料槽阀门加料 炉内 煤 卸压 主要特点： l 灰渣呈熔融液态排出； l 特殊的排灰机构（英国煤气公司把工业鲁奇炉 炉篦部分去掉，装上氧蒸气下倾斜嘴，气

5、化剂 喷入使温度为1500，使灰渣形成流动的熔渣。 熔渣通过位于中央的排渣口排入急激室的水中 淬冷成渣粒。） 提高温度提高CO和H2的浓度 提高碳的转化率 和煤气产率； 与传统排渣方式相比的优点： 与固态排渣比：降低了灰渣中的碳损失； 与液态排渣比：减少了灰渣带走的显热损失。 气化剂由两处进入气化炉：气化剂由两处进入气化炉： 从炉篦进入，维持正常的流化；从炉篦进入，维持正常的流化； 由中心（文氏管）进入灰熔聚区。由中心（文氏管）进入灰熔聚区。 由中心进入气体的氧由中心进入气体的氧/ /汽比较大，汽比较大， 故床底中心区故床底中心区( (熔聚区熔聚区) )温度较高，当达到温度较高，当达到灰的初灰

6、的初 始软化温度始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。 团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止。 床层上部空间作用床层上部空间作用; ;裂解在床层内产生的焦油和轻裂解在床层内产生的焦油和轻 油（煤气不含焦油）。油（煤气不含焦油）。 煤气夹带煤粉由两级旋风分离器分离和收集。煤气夹带煤粉由两级旋风分离器分离和收集。 中心管 冷却水夹套 盘管 外烧嘴（外环系） 内烧嘴（内环系） 煤 浆 氧 氧 三套管式烧嘴（三流式） 其中喷嘴为三通道，工 艺氧走一、三通道，水 煤浆走二通道，介于两 股氧射流之间。水煤浆 气

7、化喷嘴经常面临喷口 磨损问题，主要是由于 水煤浆在较高线速下 (约30m/s)对金属材质 的冲刷腐蚀。 中心管：氧气； 外环系：氧气； 内环系：水煤浆。 煤种适应广（干法粉煤、气流床） 能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高） 设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高） 环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺） 高压容器外壳 膜式水冷壁 环形空间： 向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣） 内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽 容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修 内筒和外筒 筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室 水冷壁结构示意图：水冷壁结构示意图： 三种类型气化炉工作特性的比较三种类型气

8、化炉工作特性的比较 气化炉炉型气化炉炉型气流床流化床液态排渣固定床 煤种的适用性煤种的适用性去表面水的粉煤非结焦性煤，煤粒尺寸 要求严格 非结焦性的各种煤，包 括部分粉煤 生产能力生产能力单炉日处理煤3000T以 上 生产能力比固定床高三种炉型中生产能力最 低的 煤的装载量煤的装载量燃料的装载量最少，要 求先进的控制技术，保 证安全性和稳定性 燃料的装载量较大，能 提供安全、稳定的操作 条件 燃料的装载量最大，能 确工作的安全性和稳定 性，变负荷适应性好 产品煤气特点产品煤气特点无焦油和酚类，后处理 过程简单 焦油量少，基本炉内脱 硫，后续精脱硫简化 含焦油和酚类多，后处 理复杂，甲烷量高，热 值高 气化炉操作温度气化炉操作温度操作温度高，耐火材料 要求高，要设水冷套管 操作温度低，无需设水 冷套管 操作温度低，没有结构 材料问题 排渣排渣干煤粉原料碳转化率可 达99%，水煤浆转化率 降低，热损失较大 灰渣成团聚状态，靠重 力