固体燃料的气化过程及设备

固体燃料的气化过程及设备第一页，共六十八页，2022年，8月28日

直接燃烧法

准备阶段燃烧阶段燃尽阶段第二页，共六十八页，2022年，8月28日1、燃烧过程：（1）准备阶段：干燥：煤加热至110℃溢出全部物理水分（外在水份）干燥结束；预热：把煤加热到一定温度为挥发物放出做准备；干馏：挥发物放出，剩下固态焦碳。热量来源：燃烧室内热火焰、燃烧产生的热烟气、灼热的墙、燃烧着的燃料第三页，共六十八页，2022年，8月28日（2）燃烧阶段：挥发物的燃烧：煤挥发物放出达着火浓度和着火温度先燃烧，焦碳的燃烧：主要燃质，发热量占总发热量一半以上。燃烧完全、迅速的条件：保持较高温度、供给充足空气、使空气与燃料混合良好第四页，共六十八页，2022年，8月28日（3）燃尽阶段：固体燃料所特有的阶段焦炭将烧完外部包一层灰渣空气难以渗入剩余焦炭难以燃尽保持较高温度，保温一定时间以保证燃烬第五页，共六十八页，2022年，8月28日2、燃烧方式：层状燃烧，粉煤喷流燃烧，沸腾燃烧法3、直接燃烧过程的特点（1）不能完全燃烧，热能利用率低，能源浪费；（2）烟气中含有大量粉尘及有害气体，污染环境；（3）工作制度不严格，产品质量难以稳定和提高；（4）产量低，劳动强度大，难以实现自动化。第六页，共六十八页，2022年，8月28日煤气燃烧法

1、燃烧过程将煤气制成半煤气或全煤气再按气体燃料燃烧。

2、燃烧特点（1）热值高；（2）易满足窑炉内火焰气氛和温度要求；（3）用煤劳动条件好，污染少，燃料费用低。第七页，共六十八页，2022年，8月28日一、固体燃料的气化

把煤或炭等固体燃料放在某一设备中，在高温下通过气化剂，经过一系列物理，化学变化后转化为含有可燃气体，具有一定热值的煤气的过程，所用的设备称为煤气发生炉，产生的煤气称为发生炉煤气。气化的基本条件：

固体燃料，气化剂，发生炉，一定的温度、压力第八页，共六十八页，2022年，8月28日煤的气化过程：

煤干燥脱水

热解脱挥发份

挥发份与残余碳气化反应第九页，共六十八页，2022年，8月28日二、发生炉煤气的种类：空气为气化剂——空气煤气水蒸汽为气化剂——水煤气（空气+水蒸汽）为气化剂——混合煤气第十页，共六十八页，2022年，8月28日1、空气煤气（1）定义：以空气为气化剂，利用煤中炭与空气中的氧进行所制得的煤气，若纯炭与空气反应，使碳全部转化成CO的煤气称理想空气煤气。（2）总反应：2C+O2+3.67N2=2CO+3.67N2+24638kj/mol第十一页，共六十八页，2022年，8月28日（3）煤气的构成：理想煤气：CO%=2/2+3.76=34.7%N2%=3.76/2+3.76=65.3%实际煤气的组成和热值，见表5-1第十二页，共六十八页，2022年，8月28日第十三页，共六十八页，2022年，8月28日（4）煤气产率：单位质量的C转化为煤气的体积V=（2+3.76）/2*12=5.38%（Nm3/kg碳）（5）气化过程的特点：1）气化过程会熔融结渣，影响正常气化过程2）热值低，气化效率低，出口温度高，带走的热量。3）不能满足工艺要求，很少采用。第十四页，共六十八页，2022年，8月28日2、水煤气（1）定义：以蒸气为气化剂，利用煤中炭与水蒸气的反应所制得的煤气。（2）气化反应：C+H2O=CO+H2-118798kj/molC+2H2O=CO2+2H2-75222kj/molC+CO2=2CO-162375kj/molCO+H2O=CO2+H2+43576kj/mol第十五页，共六十八页，2022年，8月28日间隙送风法：（提供热量的方法）

先将空气通入发生炉中，使空气与煤反应生成热量，所得气体主要是CO2和N2，当燃烧温度升高至能产生可燃气体时，停止送空气，而送水蒸气，使煤与水蒸气作用产生可燃气体，并吸收热量。当温度降至一定限度时，停送蒸气，改送空气，如此循环。称送入空气阶段为燃烧阶段或吹气阶段。送入蒸气阶段为制气阶段或吹汽阶段。第十六页，共六十八页，2022年，8月28日燃烧反应：C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2+408763Kj/mol制气反应：3.44C+3.44H2O=3.44CO+3.44H2-3.44*11879Kj/mol理想状态：燃烧反应放出热量全部被制气反应吸收，则燃烧1mol所放出的热量可以分解的蒸汽量=408763/118798=3.44kmol总反应：4.44C+3.87N2+3.44H2O=CO2+3.76N2+3.44CO+3.44H2第十七页，共六十八页，2022年，8月28日（3）水煤气的组成：燃烧阶段：

CO2%=1/（1+3.76）*100%=21%N2%=3.76/(1+3.76)*100%=79%制气阶段：

CO%=3.44/（3.44+3.44）*100%=50%H2%=3.44/（3.44+3.44）*100%=50%第十八页，共六十八页，2022年，8月28日

吹气产率：V1=4.76*22.4/4.44*12=1.99Nm3/kgC

制气产率:V2=6.88*22.4/4.44*12=2.88Nm3/kgC实际煤气组成，见表5-1第十九页，共六十八页，2022年，8月28日（4）气化过程的特点：1）煤气的制备需要无烟煤或焦炭作燃料2）气化设备及操作复杂3）热量高，气化效率低——用于玻璃灯工第二十页，共六十八页，2022年，8月28日3、混合煤气：

（1）定义：用空气和水蒸气的混合物用气化剂，利用炭和氧反应放热维护反应温度，利用炭与H2O反应吸热来控制气化层温度以避免灰渣结块，同时产生CO和H2，这种煤气称为混合煤气。第二十一页，共六十八页，2022年，8月28日（2）气化反应：2C+O2+3.67N2=2CO+3.67N2+2463882.07C+2.07H2O=2.07CO+2.07H2-2.07*118798能分解水蒸汽量=246388/118798=2.07mol反应总C量=2+2.07=4.07mol得到总气体：4.07CO+2.07H2+3.67N2=9.9kmol第二十二页，共六十八页，2022年，8月28日（3）煤气构成及产率：

CO%=4.07/9.9=41.4%H2%=2.07/9.9=20.9%N2%=3.76/9.9=38.9%煤气产率V=9.9/12*4.07*22.4=4.54Nm3/kgC实际煤气组成，见表5-1第二十三页，共六十八页，2022年，8月28日（4）气化过程特点：1）克服了空气煤气和水煤气的特点2）煤的适用性强3）热值适中——玻璃池窑采用——工业采用第二十四页，共六十八页，2022年，8月28日煤的气化方法第二十五页，共六十八页，2022年，8月28日第二十六页，共六十八页，2022年，8月28日第二十七页，共六十八页，2022年，8月28日二、气化过程及气化指标（一）发生炉内的气化过程：（二）气化指标第二十八页，共六十八页，2022年，8月28日（一）发生炉内的气化过程1、物料流程：煤流程：投煤口加入—干燥、干馏—氧化、还原—灰渣—下移炉篦—从灰盆排灰。气化剂流程：从炉篦下方送入—被灰层预热—氧化、还原—煤气向上—煤气口引出。见图5-1第二十九页，共六十八页，2022年，8月28日第三十页，共六十八页，2022年，8月28日第三十一页，共六十八页，2022年，8月28日2、炉膛内燃烧层的划分及气化过程：发生炉内燃烧层分五层（从上至下）：空层、干燥干馏层、还原层（第二还原、第一还原）、氧化层、灰层气化过程：气化剂送入——灰层预热——氧化层遇到C（C+O2）——CO2和少量的CO（O2消耗尽，氧化层消失）——还原层CO2被还原成CO，H2O被还原成H2——煤层进行干燥和干馏——空层煤气——引出。第三十二页，共六十八页，2022年，8月28日第三十三页，共六十八页，2022年，8月28日3、煤气的组成随燃烧层高度的变化：图5-2

第三十四页，共六十八页，2022年，8月28日（二）气化指标评价指化过程的重要指标有：煤气质量煤气产量气化强度气化效率第三十五页，共六十八页，2022年，8月28日1、煤气的质量：指煤气组成、发热量煤气可燃气体含量高，热值高第三十六页，共六十八页，2022年，8月28日2、煤气产率：气化1kg煤所得到的煤气产量，又称气化率可用C平衡计算：Vg=Cg*100/(CO2+CO+CH4+C2H4)*0.536(Nm3/kg)1kg燃料中C=煤气中Cg+灰渣中Ca+飞灰中Cf+焦油中CtCO2、CO—指煤气中含C气体的百分率影响因素：煤的挥发份高，煤气的产率低第三十七页，共六十八页，2022年，8月28日第三十八页，共六十八页，2022年，8月28日3、气化强度定义：单位时间内，发生炉单位截面上所气化的煤量1kg/m3h整个发生炉在单位时间内所气化的煤气量称生产能力kg/h影响因素：煤的种类，发生炉结构等。第三十九页，共六十八页，2022年，8月28日4、比消耗量定义：每气化1kg煤所消耗的气化剂用量，分蒸汽耗量，空气耗量计算方法：空气消耗量：Nm3/kg，用N2平衡计算。设：Vg—煤气生成量，Nm3/kg；N—煤中氮的百分含量，%；Ng—煤气中氮的百分含量，%。第四十页，共六十八页，2022年，8月28日气化1kg煤气化所得煤气中氮量=NgVg/100Nm3/kg煤中氮量=N/100*22.4/28Nm3/kg空气中氮量=Va*79/100Nm3/kgVa*79/100+N/100*22.4/28=NgVg/100Va=1/79（NgVg-N/1.25）Nm3/kg第四十一页，共六十八页，2022年，8月28日水蒸汽的消耗：水蒸汽的作用：降低燃烧产物温度，防止灰渣结快，提高煤气的质量，调节炉内温度。消耗量：改变蒸汽和空气混合物的温度，可改变蒸汽的送入量。由鼓风饱和温度查蒸汽含量蒸汽量=空气消耗量Va*蒸汽含量。一般鼓风饱和温度：50~60℃第四十二页，共六十八页，2022年，8月28日第四十三页，共六十八页，2022年，8月28日5、气化过程的效率。指气化效率、热效率可根据热平衡计算收入热量：气化煤的化学热Q1=Qnet，c*Mc

鼓入空气中蒸汽热焓Q2=Mm*im第四十四页，共六十八页，2022年，8月28日支出热量干煤气化学热Q3=Qnet.CgVg干煤气显热Q4=Vg*Cg*Tg

焦油化学热Q5=Qt*Mt焦油物理热Q6=mi(Ti+CgTg)损失热量，向外散热等。第四十五页，共六十八页，2022年，8月28日（1）气化效率：ηg每单位气化用煤所含的发热量转化为煤气的发热量的百分数

ηg=Q3/Q1*100%（2）热效率：ηb所有进入气化过程中的热量利用率ηb=（Q3+Q5）/（Q1+Q2*100%）ηb=（Q3+Q4+Q5+Q6）/（Q1+Q2）*100%第四十六页，共六十八页，2022年，8月28日三、发生炉的炉型和构造（一）发生炉的炉型：根据煤中炉中的状态分固定床沸腾床气流床根据气化压力分常用发生炉加压发生炉我国常用常压、固定床发生炉

第四十七页，共六十八页，2022年，8月28日第四十八页，共六十八页，2022年，8月28日固定床按炉蓖分无炉蓖发生炉固定炉蓖发生炉人工间隙加煤排灰回转炉蓖发生炉机械加煤排灰固定床按干馏，气化部位分一段式发生炉两段式发生炉三种典型一段式发生炉（见图5-6）第四十九页，共六十八页，2022年，8月28日第五十页，共六十八页，2022年，8月28日第五十一页，共六十八页，2022年，8月28日第五十二页，共六十八页，2022年，8月28日第五十三页，共六十八页，2022年，8月28日（二）发生炉的构造：1、炉身：（1）大多数为圆形炉身外皮：6～10mm钢板焊接保温层：10～20mm石棉网填充炉衬：200～250mm粘土砖第五十四页，共六十八页，2022年，8月28日（2）炉膛尺寸：内径一般为3m，有效高度指风汽帽至煤气出口下缘（3）水套：设在下部耐火砖的炉身上，高度2.8～2m利用炉膛热量使冷却水产生蒸气，收集起来，作气化剂。2、加煤装置：设在炉身的上方中心线第五十五页，共六十八页，2022年，8月28日加煤要求：沿炉膛截面分布均匀，减少偏析加煤口与炉身密封，不能使煤进一步破碎分类：人工间隙加煤：生产过程不稳定机械连续加煤双滚筒式加煤机双钟蔓式加煤机第五十六页，共六十八页，2022年，8月28日第五十七页，共六十八页，2022年，8月28日第五十八页，共六十八页，2022年，8月28日3、搅拌装置作用：使煤在炉膛内分布均匀可打碎粘度煤壳，疏松顶部料层分类：人工搅拌机械搅拌第五十九页，共六十八页，2022年，8月28日4、炉蓖作用：分配气化剂，打碎灰渣，连续均匀排灰突出的磷片状组成的锥体，共五层结构：中心线与炉身中心不同，偏心转动，易破碎，排灰气体沿锥体层间隙进入炉内5、排灰装置转盘上有固定刮刀，转动时，把灰刮入灰盘。第六十页，共六十八页，2022年，8月28日煤的先进燃烧技术

A低NOX燃烧技术燃烧过程中抑制NOX生成低NOX燃烧器空气分级燃烧技术（再燃技术）烟气再循环技术第六十一页，共六十八页，2022年，8月28日煤的先进燃烧技术B循环流化床燃烧技术核心：炉膛内流态化。一种流化床燃烧技术特点：固体燃料与气体、或与受热面、或在固体颗粒之间发生强烈的传质或传热作用，并剧烈燃烧。燃料适应性