流化床气化炉课件

第四章气化炉

8/8/2023《煤炭气化工艺学》第四章气化炉7第四章气化炉第三节流化床气化炉第四节气流床气化炉第五节熔融床气化炉第六节工业上常用炉型的比较第一节气化炉概述第二节移动床气化炉

8/8/2023《煤炭气化工艺学》第四章气化炉第三节流化床气化炉第四节气流床气化炉第六节掌握气化用煤的种类、气化炉的种类及结构、工艺流程、工艺参数等熟悉熔融床气化炉结构、气化工艺流程及工艺参数了解我国工业上常用的气化炉及各种气化炉的比较知识目标

8/8/2023《煤炭气化工艺学》掌握气化用煤的种类、气化炉的种类及结构、工艺流程、工艺参数等能掌握我国气化用煤的特性、常用的气化炉形式、用途等会判断实际用煤作为气化原料的优劣、会流利的讲述常用气化炉的工艺流程会解释一些实际操作过程常出现的问题及会分析影响操作的因素能力目标

8/8/2023《煤炭气化工艺学》能掌握我国气化用煤的特性、常用的气化炉形式、用途等会判断实际世界煤炭气化技术的发展趋势①增大气化炉规模，提高单炉制气能力。②提高气化炉的操作压力，降低压缩动力消耗，减少设备尺寸，降低氧耗，提高碳的转化率。③气流床和流化床技术日益发展，扩大了气化煤种的范围。④提高气化过程的环保技术，尽量减少环境污染。⑤将煤炭气化过程和发电联合起来的生产技术越来越受到各国的重视并巳建成不同规模的生产厂以K—T炉为例，20世纪50年代是双嘴炉，20世纪70年代采用了双嘴和四头八嘴，以及后来设计的六个头的气化炉等，使得单炉产气能力大幅度提高。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》世界煤炭气化技术的发展趋势①增大气化炉规模，提高单炉制气能力4-1气化炉概述气化的几个重要过程煤炭气化过程的主要评价指标气化炉分类基本概念气固相反应

8/8/2023《煤炭气化工艺学》4-1气化炉概述煤炭气化过程的主要评价指标气化炉分类基本概一、基本概念1、气化炉：进行煤炭气化的设备叫气化炉。2、气化炉分类按照燃料在气化炉内的运动状况移动床(又叫固定床)沸腾床(又叫流化床)气流床熔融床生产操作压力常压气化炉加压气化炉排渣方式固态排渣气化炉液态排渣气化炉

8/8/2023《煤炭气化工艺学》一、基本概念1、气化炉：进行煤炭气化的一、基本概念空气煤气

混合煤气水煤气

半水煤气

以空气作为气化剂生产的煤气以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送入气化炉内间歇进行生产的煤气气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后，生产的符合合成氨原料气的要求的煤气4、煤气的种类

8/8/2023《煤炭气化工艺学》一、基本概念空气煤气混合煤气水煤气半水煤气以空气作为一、基本概念气化炉的组成加煤系统气化反应部分排灰系统要考虑煤入炉后的分布和加煤时的密封问题。①是煤炭气化的主要反应场所，首要考虑的问题是如何在低消耗的情况下，使煤最大限度地转化为符合用户要求的优质煤气。②由于煤炭气化过程是在非常高的温度下进行的，为了保护炉体而加设内璧衬里或加设水套也是非常必要的。水套一方面可以起到保护炉体(也包括炉内的布煤器或搅拌装置)的作用，同时可以吸收气化区的热量而生产蒸汽，该部分蒸汽可以作为气化时需用的蒸汽而进入气化炉内。①作用:保证了炉内料层高度的稳定，同时也保证了气化过程连续稳定地进行.②问题：对移动床而言，由于炉箅(气化剂的分布装置)和排灰系统结合在一起，气化剂的均匀分布和排灰操作是生产上较为重要的两个问题。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》一、基本概念气化炉的组成加煤系统气化反应部分排灰系统要二、气固相反应气固相反应

在气化炉内，物质基本上以两种相态存在，一是气相即空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气，另外是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。工业上把这种反应称气固相反应。气化炉类型气化剂以较小的速度通过床层时．气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层一般称固定床。对气化炉而言，由于气化过程是连续进行的，燃料连续从气化炉的上部加人、形成的灰擅从底部连续的排出，所以燃料是以缓慢的速度向下移动，故称为移动床较为合理。当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即固体颗粒具有了流体的特性，这时的床层称流化床。在流化床阶段，如果流速进一步增大，将会有部分粒度较小的颗粒被带出流化床，这时的床层相当于一个气流输送设备，因而被称为气流床。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》二、气固相反应气固相反应在气化炉内，物质基本上以两种相态存二、气固相反应三种床层中的压降和传热固定床的压力降主要是由于流体和固体颗粒之间的摩擦，以及流体流过床层时，流道的突然增大和收缩而引起的，随流速的增大而成比例地增大，经过一个极大值后．床层进入流态化阶段。流化床：在流态化阶段，床层的压降保持不变，基本等于床层的重量，把这个极大值称临界流化速度。气流床：进入气流床时，由于大量颗粒被带出床外，床层压降急剧下降。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》二、气固相反应三种床层中的压降和传热固定床的压力降主要是由二、气固相反应均相反应与非均相反应均相反应：气相中的反应。如CO与H2O的反应等。非均相反应：气固相的反应。如碳的燃烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应等。控制步骤①气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程；②气化剂被燃料颗粒的表面吸附；③吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表面化学反应；④生成的产物分子从颗粒表面脱附下来；⑤产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流主体。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》二、气固相反应均相反应与非均相反应均相反应：气相中的反应。如二、气固相反应化学平衡定义：正逆反应速度相等时，化学反应就达到动态平衡。例如对如下吸热反应C+O2→CO2

平衡常数kp如下：Kp=(Pco*PH2)/PH2O

影响因素：1、T--吸热反应，提高温度有利于化学反应向生成产物的方向进行；对于放热反应，则降低温度有利于向生成产物的方向进行。影响因素：2、P--对反应后体积增加(即分子数增加)的反应，随着压力的增加，产物的平衡含量是减少的；反之，对于体积减少的反应加压有利于产物的生成。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》二、气固相反应化学平衡定义：正逆反应速度相等时，化学反应就达三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的热解煤的反应

8/8/2023《煤炭气化工艺学》三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的热解煤的反应三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的干燥过程，实质上是水分从微孔中蒸发的过程。煤的干燥过程：理论上应在接近水的沸点下进行，但实际生产中，和具体的气化工艺过程及其操作条件又有很大的关系一般地，增加气体流速，提高气体温度都可以增加干燥速度。煤中水分含量低、干燥温度高、气流速度大，则干燥时间短；反之，煤的干燥时间就长。从能量消耗的角度来看，以机械形式和煤结合的外在水分，在蒸发时需要消耗的能量相对较少；而以吸附方式存在于煤微孔内的内在水分，蒸发时消耗的能量相对较多。煤干燥过程的主要产物是水蒸气．以及被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。例如，对于移动床气化而言，由于煤不断向高温区缓慢移动，且水分蒸发需要一定的时间，因此水分全部蒸发的温度稍大于l00℃，当气化煤中水分含量较大时，干燥期间，煤料温度在一定时间内处于不变的100℃左右。而在其他的一些气化工艺过程当中，例如，气流床化时，由于粉煤是直接被喷入高温区内，几乎是在2000°C左右的高温条件下被瞬间干燥。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》三、气化的几个重要过程煤的干燥煤的干燥过程，实质上是水分从微三、气化的几个重要过程煤的干馏就移动床来说，基本接近于低温干馏（500-600℃)。从还原层上来的气体基本不含氧气，而且温度较高，可以视为隔绝空气加热即干馏。而对于沸腾床和气流床气化工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对于气流床来讲．煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。无烟煤中的氢和氧元素含量较低，加热分解仅放出少量的挥发分；烟煤加热时经历软化为类原生质的过程。在煤颗粒中心达到软化温度以前，开始分解出挥发物，同时其本身发生膨胀。煤的加热分解除了和煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压力和周围气体介质有关系。煤颗粒粒径小于50μm时，热解过程将为挥发形成的化学反应控制，热解与颗粒大小基本没有关系。当颗粒粒径大于100μm后，热解速度取决于挥发分从固定碳中的扩散逸出速度。压力对热解有重要影响，随压力的升高，液体碳氢化合物相对减少，而气体碳氢化合物相对增加。一般来说，在200℃以前，并不发生热解作用，只是放出吸附的气体．如水等。在大于200℃后，才开始发生煤的热分解，放出大量的水蒸气和二氧化碳，同时，有少量的硫生成二氧化硫等气体。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》三、气化的几个重要过程煤的干馏就移动床来说，基本接近于低温干三、气化的几个重要过程煤的干馏煤的热解结果生成三类分子：小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。就单纯热解作用的气态而言．煤气热值随煤中挥发分的增加而增加；随煤的变质程度的加深氢气含量增加而烃类和二氧化碳含量减少。煤中的氧含量增加时，煤气中二氧化碳和水含量增加。煤气的平均分子量则随热解的温度升高而下降．即随温度的升高大分子变小，煤气数量增加。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》三、气化的几个重要过程煤的干馏煤的热解结果生成三类分子：小分三、气化的几个重要过程煤的反应煤炭气化过程的两类主要反应：燃烧反应和还原反应

煤的燃烧反应，通过燃烧一部分燃料来维持气化工艺过程中的热量平衡。不论采用哪一种具体的气化工艺，产生的热量基本上都消耗在如下几个方面：灰渣带出的热量、水蒸气和碳的还原反应需要的热量、煤气带走的热量以及传给水夹套和周围环境的热量。煤的燃烧是指在空气、富氧空气或氧气中，当煤的温度达到者火点时剧烈氧化，放出大量热量的过程，完全燃烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时则生成一氧化碳。还原反应，包括碳和二氧化碳的反应，以及水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应，主要生成一氧化碳和氢气。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》三、气化的几个重要过程煤的反应煤炭气化过程的两类主要反应：燃四、煤炭气化过程的主要评价指标

主要评价指标气化强度

蒸汽消耗量、蒸汽分解率气化效率热效率

单炉生产能力

8/8/2023《煤炭气化工艺学》四、煤炭气化过程的主要评价指标主要评价指标气化强度蒸汽对于烟煤炭气化时，可以适当采用较高的气化强度，因其在干馏段挥发物较多，所以形成的半焦化学反应性较好，同时进人气化段的固体物料也较少。而在气化无烟煤时，因其结构致密，挥发分少，气化强度就不能太大。对于较高灰熔点的煤炭气化时，可以适当提高气化温度，相应也提高了气化强度。四、煤炭气化过程的主要评价指标气化强度所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。气化强度的两种表示方法如下：气化强度越大，炉子的生产能力越大。气化强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。实际的气化生产过程中，要结合气化的煤种和气化炉确定合理的气化强度。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》对于烟煤炭气化时，可以适当采用较高的气化强度，因其在干馏段挥四、煤炭气化过程的主要评价指标单炉生产能力气化炉单台生产能力是指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量。它主要与炉子的直径大小、气化强度和原料煤的产气率有关计算公式如下：

式中V——单炉生产能力，m3／h；D——气化炉内径，m；Vg——煤气产率,m3／kg(煤)：q1——气化强度，kg／(m2．h)。煤气产率是指每千克燃料(煤或焦炭)在气化后转化为煤气的体积煤气单耗，定义为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，以kg／m3计。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》四、煤炭气化过程的主要评价指标单炉生产能力气化炉单台生产能力四、煤炭气化过程的主要评价指标气化效率煤炭气化过程实质是燃料形态的转变过程，即从固态的煤通过一定的工艺方法转化为气态的煤气。这一转化过程伴随着能量的转化和转移，通常是首先燃烧部分煤提供热量(化学能转化为热能)，然后在高温条件下，气化剂和炽热的煤进行气化反应，消耗了燃烧过程提供的能量，生成可燃性的一氧化碳、氢气或甲烷等(这实际上是能量的一个转移过程)。计算公式如下：

式中η——气化效率，％；Q`——lkg煤所制得煤气的热值，kJ/kg；Q——1kg煤所提供的热值．kJ/kg；所谓的气化效率是指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之比．

8/8/2023《煤炭气化工艺学》四、煤炭气化过程的主要评价指标气化效率煤炭气化过程实质是燃四、煤炭气化过程的主要评价指标热效率

热效率是评价整个煤炭气化过程常用的经济技术指标。气化效率偏重于评价能量的转移程度，即煤中的能量有多少转移到煤气中；而热效率则侧重于反映能量的利用程度。进入气化炉的热量有燃料带入热、水蒸气和空气等的显热。热效率计算公式如下：

式中L一热效率，％；Q煤气——煤气的热值，MJ；∑Q入——进入气化炉的总热量，MJ：∑Q热损失——气化过程的各项热损失之和．MJ。气化过程的热损失主要有通过炉壁散失到大气中的热量、高温煤气的热损失、灰渣热损失、煤气泄露热损失等。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》四、煤炭气化过程的主要评价指标热效率热效率是评价整个煤炭四、煤炭气化过程的主要评价指标水蒸汽消耗量与蒸汽分解率水蒸汽消耗量和水蒸汽分解率是煤炭气化过程经济性的重要指标．它关系到气化炉是否能正常运行，是否能够将煤最大限度地转化为煤气。蒸汽分解率是指被分解掉的蒸汽与入炉水蒸汽总量之比。蒸汽分解率高，得到的煤气质量好，粗煤气中水蒸汽含量低；反之，煤气质量差，粗煤气中水蒸汽含量高。一般地，水蒸汽的消耗量是指气化1kg煤所消耗蒸汽的量．水蒸汽消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同而引起的。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》四、煤炭气化过程的主要评价指标水蒸汽消耗量与水蒸汽消耗量和水五、气化炉分类气化炉分类移动床流化床气流床熔融床气化剂及燃料基本过程与炉温分布料内炉层特点过程优缺点沸腾床气化炉与气流床气化炉的比较过程要求过程特点优缺点

8/8/2023《煤炭气化工艺学》五、气化炉分类气化炉分类移动床流化床气流床熔融床气化基本过程1、移动床气化炉燃料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭等。气化剂：有空气、空气一水蒸气、氧气一水蒸气等。基本过程：燃料由移动床上部的加煤装置加入，底部通入气化剂，燃料与气化剂逆向流动，反应后的灰渣由底部排出。炉内温度分布：

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉燃料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭1、移动床气化炉炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。气化剂不同，发生的化学反应不同。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气1、移动床气化炉灰渣层作用控制有无反应煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下三个方面的作用： ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。②煤灰的温度比刚人炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。根据煤灰分音量的多少和炉子的气化能力制定合适的清灰操作。灰渣层一般控制在100～400mm较为合适，视具体情况而定。如果人工清灰，要多次少清，即清灰的次数要多而每次清灰的数量要少，自动连续出灰效果要比人工清灰好·清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相对减少，将影响气化反应的正常进行，增加炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成炉层波动，影响煤气质量和气化灰渣层温度较低，灰中的残碳较少，所以灰渣层中基本不发生化学反应。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉灰渣层作用控制有无反应煤灰堆积在炉底的气体分1、移动床气化炉氧化层作用控制有无反应也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应．产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高有烧结的危险，所以一般在不烧结的情况下，氧化层温度越高越好，温度低于灰分熔点的80～120℃为宜，约1200℃左右。氧化层厚度控制在150～300mm左右，要根据气化强度、燃料块度和反应性能来具体确定。氧化层温度低可以适当降低鼓风温度，也可以适当增大风量来实现。氧化层带温度高，气化剂浓度最大．发生的化学反应剧烈·，主要的反应为：C+02→C022C+02→2C02C0+02→C02上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉氧化层作用控制有无反应也称燃烧层或火层，是煤1、移动床气化炉还原层作用控制有无反应还原层厚度一般控制在300～500mm左右。如果煤层太薄．还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚，出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气化层厚度，一般煤气出口温度控制在600℃左右。还原反应是吸热反应，其热量来源于氧化层的燃烧反应所放出的热在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化台的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，还原层也因此而得名。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉还原层作用控制有无反应还原层厚度一般控制在31、移动床气化炉干馏层原因及分解作用煤气性质干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入干馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的挥发分发生裂解．产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值,但也产生硫化氢和焦油等杂质。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉干馏层原因及分解作用煤气性质干馏层位于还原层1、移动床气化炉干燥层作用过程控制干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚人炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。一般地，利用劣质煤时．因其水分舍量较大，该层高度较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。脱水过程有三个阶段

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉干燥层作用过程控制干燥层位于干馏层的上面，上过程

第一阶段(图4—5中I)，煤中的水分分外在水分和内在水分。干燥层的上部，上升的热煤气使煤受热，首先使煤表面的润湿水分即外在水分汽化，这时煤微孔内的吸附水即内在水分同时被加热。随燃料下移温度继续升高。第二阶段(图4—5中II)，煤移动到干燥层的中部，煤表面的外在水分已基本蒸发干净，微孔中的内在水分保持较长时间，温度变化不大，继续汽化，直至水分全部蒸发干净，温度才继续上升，燃料被彻底干燥。第三阶段(图4—5中Ⅲ)，燃料移动到干燥层的下部时，水分已全部汽化，此时不需要大量的汽化热，上升的热气流主要是来预热煤料，同时煤中吸附的一些气体如二氧化碳等逸出。在干燥段的升温曲线如图4-5所示1、移动床气化炉。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》过程第一阶段(图4—5中I)，煤中的水分分外在水分和内在水1、移动床气化炉空层作用控制注意事项控制空层高度一是要求在炉体横截面积上要下煤均匀下煤量不能忽大忽小；二是按时清灰。必须指出-上述各层的划分及高度，随燃料的性质和气化条件而异，且各层间投有明显的界限，往往是相互交错的。空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉内生成的还原层气体和干馏段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉空层作用控制注意事项控制空层高度一是要求在炉1、移动床气化炉移动床分类：移动床按气化压力来分类，可以分为常压移动床和加压移动床；按排渣性质可以分为固态排渣移动床和液态排渣移动床；按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、混合煤气、富氧蒸汽移动床等。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》1、移动床气化炉移动床分类：2、流化床气化炉（沸腾床）沸腾床气化炉简述过程特点过程分析优缺点沸腾床气化炉是用流态化技术来生产煤气的一种气化装置，也称流化床气化炉优点:沸腾床具有流体那样的流动特性，因而向气化炉加料或由气化炉出灰都比较方便。整个床内的温度均匀，容易调节。缺点：但采用这种气化途径，对原料煤的性质很敏感，煤的黏结性、热稳定性、水分、灰熔点变化时，易使操作不正常。气化剂通过粉煤层，使燃料处于悬浮状态，固体颗粒的运动如沸腾的液体一样。气化用煤的粒度一般较小，比表面积大，气固相运动剧烈．整个床层温度和组成一致，所产生的煤气和灰渣都在炉温下排出，因而，导出的煤气中基本不含焦油类物质。采用气化反应性高的燃料(如褐煤)，粒度在3～5mm左右，由于粒度小，再加上沸腾床较强的传热能力，因而煤料入炉的瞬间即被加热到炉内温度，几乎同时进行着水分的蒸发、挥发分的分解、焦油的裂化、碳的燃烧与气化过程。有的煤粒来不及热解并与气化剂反应就已经开始熔融，熔融的煤粒黏性强，可以与其他粒子接触形成更大粒子，有可能出现结焦而破坏床层的正常流化，因而沸腾床内温度不能太高。由于加入气化炉的燃料粒径分布比较分散，而且随气化反应的进行，燃料颗粒直径不断减小，则其对应的自由沉降速度相应减小。当其对应的自由沉降速度减小到小于操作的气流速度时，燃料颗粒即被带出。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》2、流化床气化炉（沸腾床）沸腾床气化炉简述过程特点过程分析优3、气流床气化炉气流床气化炉与流化床的比较气化过程要求微小的粉煤在火焰中经部分氧化提供热量，然后进行气化反应，粉煤与气化剂均匀混合，通过特殊的喷嘴的进入气化炉后瞬间着火，直接发生反应，温度高达2000°C。所产生的炉渣和煤气一起在接近炉温下排出，由于温度高，煤气中不含焦油等物质，剩余的煤渣以液态的形式从炉底排出粉煤和气化剂之间进行并流气化，反应物之间的接触时间短。为了提高反应速度，一般采用纯氧一水蒸气为气化剂，并且将煤粉磨得很细，以增加反应的表面积，一般要求70%的煤粉通过200目筛。也可以将粉煤制成水煤浆进料，缺点是水的蒸发会消耗大量的热，故需要消耗较多的氧气来平衡。。所谓气流床，就是气化剂将煤粉夹带进人气化炉，进行并流气化。。沸腾床气化炉，可以利用小颗粒燃料，气化强度较固定床大，但气化炉内的反应温度不能太高，一般用来气化反应性高的煤种。而气流床气化却是采用更小颗粒的粉煤。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》3、气流床气化炉气流床气化炉与流化床的比较气化过程要求微小的4、熔融床气化炉熔融床气化炉特点气化过程优缺点燃料和气化剂并流进入炉内，煤在熔融的灰渣、金属或盐浴中直接接触气化剂而气化，生成的煤气由炉顶导出，灰渣则以液态和熔融物一起溢流出气化炉。优点：炉内温度很高，燃料一进入床内便迅速被加热气化．因而没有焦油类的物质生成。熔融床不同于移动床、沸腾床和气流床，对煤的粒度没有过分限制，大部分熔融床气化炉使用磨得很粗的煤，也包括粉煤。熔融床也可以使用强黏结性煤、高灰煤和高硫煤。缺点：是热损失大，熔融物对环境污染严重，高温熔盐会对炉体造成严重腐蚀。熔融床气化炉是一种气一固液三相反应的气化炉

8/8/2023《煤炭气化工艺学》4、熔融床气化炉熔融床气化炉特点气化过程优缺点燃料和气化剂并4-2移动床气化工艺常压发生炉煤气生产工艺加压气化生产工艺发生炉煤气种类制气原理煤气发生炉典型工艺流程、设备、工艺参数物料、热量衡算加压生产特点加压气化炉物料、热量衡算工艺流程与工艺参数

8/8/2023《煤炭气化工艺学》4-2移动床气化工艺常压发生炉煤气生产工艺加压气化生产工艺一、常压发生炉煤气生产工艺特点是：整个气化过程是在常压下进行的；在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应时间的延长，燃料逐渐下移，经过前述的干燥、干馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的形式不断排出，而后补加新的燃料；操作方法有间歇法和连续气化法；气化剂一般为空气或富氧空气，用来和碳反应提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应，自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等气体。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》一、常压发生炉煤气生产工艺特点是：(一)发生炉煤气种类发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为：空气煤气混合煤气水煤气半水煤气等。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(一)发生炉煤气种类发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的（二）制气原理--空气煤气空气煤气的制气原理气化剂：以空气作为气化燃料化学反应：C+O2→CO2-394.1KJ/mol(4-1)C+CO2

→2CO+173.3KJ/mol(4-2)缺点：炉内热量积聚，料层和煤气温度升得较高；存在易结渣；适宜采用液态排渣的气化炉；煤气热值低；出口温度高；气化效率低等问题空气煤气成分：一氧化碳是空气煤气的主要可燃成分。影响煤气成分的因素：温度、反应速度

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（二）制气原理--空气煤气空气煤气的制气原理气化剂：以空气（二）制气原理–混合煤气混合煤气的制气原理气化剂：空气中混合一定量的水蒸气作为气化剂化学反应：气化炉内热源主要依靠反应式(4-3)提供；反应式(4—6)也是混合煤气制气的主要反应，而且是主要的吸热反应。实际煤气与理想煤气的区别实际煤气：在理想情况下．气化过程达到热平衡时所得到的煤气。特点：其中的氢气和甲烷的热值较高，因而和空气煤气相比较，热值大大提高。又因为水蒸气的分解需要吸收热量，这就可以降低气化层的温度，使灰渣维持在不熔融的状态，因此可以采用固态排渣气化炉。区别：①煤气中的一氧化碳和氢气的含量比理想情况的数值要低。②实际煤气组分比理想煤气得多。③实际煤气的热值较理想煤气的热值高一些，主要由于干馏段生成的甲烷等化合物热值高。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（二）制气原理–混合煤气混合煤气的制气原理气化剂：空气中混（二）制气原理–水煤气水煤气的制气原理气化剂：以水蒸气作为气化剂化学反应：C+H20→CO+H2+135.0kJ／mol(4-6)C+2H2O→C02+2H2+96.6kJ／mol(4—7)CO+H20→H2+C02—38.4kJ／mol(4—8)C+2H2→CH4-84.3kj／mol(4—10)特点：它广泛用于合成原料气，这种煤气生产工艺避免了普通方法制取混合煤气时易结渣及热效率低的缺点，并能获得热值较高的水煤气。如合成氨企业影响煤气成分的因素：1、温度：(4-6)及式(4—7)均为吸热反应，提高温度对反应有利，可增加生成气体中一氧化碳和氢的含量，当温度高于900~C时，平衡产物气中二者均接近50％，而对于放热反应式(4—8)和式(4-lO)而言，在900℃的高温下，生成二氧化碳和甲烷的量却几乎为零。2、反应速度：碳与水蒸气的反应速度基本由温度和燃料的活性决定，一般地，温度越高，燃料的化学活性好，则越有利于水蒸气的分解反应，因此，生产上采用高温操作对碳的气化十分有利。为了提供热量以维持炉内一定的温度，生产上采用的方法有外热法和内热法。外热法热量消耗大，不常采用。内热法用得较普遍，在气化之前．先通入空气燃烧部分煤，产生气化所需要的足够的热量，然后送人水蒸气进行气化反应制取煤气，随气化的进行，床层温度逐渐下降，到一定程度后，停止送人水蒸气。然后再通入空气进行燃烧反应。在第二次送人空气之前，由于炉内残存部分煤气，为防止爆炸，一般用水蒸气对气化炉进行吹扫后方可通入空气。这种方法工业上称间歇制气。典型制取方法：煤的燃烧和水蒸气的分解分开交替进行，可制得(H2+CO)与(N2)之比在15.8～23.1左右的水煤气。在合成氨工业上需配入适量的氮气，使得(H2+CO)和(N2)之比约为3.2左右，称为半水煤气。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（二）制气原理–水煤气水煤气的制气原理气化剂：以水蒸气作为（三）煤气发生炉目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、u·G·I及两段式气化炉。这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、除灰装置和水夹套等。为扩大气化用煤，有的炉内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内分布均匀，采用不同的炉算。总体来看，各种类型的移动床炉型结构区别不大，为满足不同用户的需要。一般有炉径1000mm、1500mm、2000mm，3000mm等规格，承煤气炉一般有炉径1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（三）煤气发生炉目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-3M-21型移动床混合煤气发生炉3M-2l型气化炉的主体结构由四部分组成炉上部有加煤机构下部有除灰机构中部为炉身气化剂的入炉装置加煤机构的作用是将料仓中一定粒度的煤经相应部件传进，能基本保持煤的粒度不变，安全定量地送入气化炉内。加煤机构必须具有好的密封性，适当的传送距离，不挤压煤料而引起颗粒的破碎。3M一21型的加煤机构主要是由一个滚筒、两个钟罩和传动装置组成。滚筒用来实现煤的定量加入，上钟罩接受滚筒落入的煤。上下钟罩是交替开闭，当上钟罩打开时，下钟罩与炉体断开从而使煤料入炉。分布锥保证煤料在整个炉膛截面上均匀分布，不能出现离析现象，即大颗粒煤在四周，而小颗粒煤在中间，可能出现中间高而四周低的不良状况。上设探火孔、水夹套、耐火衬里等主要部分。。探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣时通过它来进行，也通过探火孔用钎子测炉内气化层的温度、厚度等。探火孔由孔塞、孔座及喷气环等主要部分构成。对探火孔的要求是密封性要好，不能使煤气外泄。喷气环的作用是在打开探火孔时，为避免煤气外泄着火，从喷气环喷出的低压水蒸气斜向进入炉内空间上部，在探火孔处形成一层隔离水蒸气气幕，防止煤气外泄和空气进入炉内。通入的蒸汽表压大于等于0.4MPa，蒸汽量不能太大以防将空气带人气化炉内引起爆炸。水夹套是炉体的重要组成部分，由于强放热反应使得氧化段温度很高，一般在1000℃以上。加设水夹套的作用一是回收热量，产生一定压力的水蒸气供气化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止气化炉局部过热而损坏。夹套水必须用软化水，特殊情况可暂时用自来水代替．但时间不宜太长以防在夹套壁上形成水垢．影响传热。碎渣圈位于炉体底部，上面与水套固定，下部有6把灰刀，内壁呈渡纹型。当炉箅和灰盘转动时，碎渣圈不动，可使大块灰渣受到挤压和剪切而碎裂，并下移。当灰渣移到小灰刀处，即被灰刀刮到灰盘。碎渣圈的另一作用是和灰盘外套构成水封装置，做炉底密封用。炉顶耐火衬里和水夹套上部耐火衬里的主要作用是保护炉身钢制外壳，防止因高温变形烧坏。耐火衬里也可以防止热量散失太大，炉体外部温度太高，操作条件恶化。耐火衬里的缺点是容易挂渣，为防止挂渣，可以采用全水套炉身结构除灰结构的主要部件有炉算、灰盘、排灰刀和风箱等。炉箅的主要作用作用是支撑炉内总料层的重量，使气化剂在炉内均匀分布，与碎渣圈一起对灰渣进行破碎、移动和下落。它由四或五层炉箅和炉箅座重叠后用一长杆螺栓固定成一整体，然后固定在灰盘上。每两层炉算之间及最后一层炉箅和炉箅座之间开有布气孔，每层的布气量通过实验来确定。安装时炉箅整体的中心线和炉体的中心线偏移150mm左右的距离，可以避免灰渣卡死。具体结构如图4—12所示。灰盘是一敞口的盘状物，起储灰、出灰和水封的作用。灰盘内壁一般焊有斜钢筋，便于灰渣上移至灰槽。灰盘固定在大齿轮上，大齿轮装在钢球上，由电动机通过蜗轮、蜗杆带动大齿轮转动。以灰盘转速来调节出灰量和料层高度，灰盘转速在0.177；1.77r/h。具体转速应根据煤的灰分产率、气化强度、操作条件等实际情况来确定。3M-21型气化炉不带搅拌破黏装置，可以用来气化无烟煤、焦炭等无黏结性煤种。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》3M-21型移动床混合煤气发生炉3M-2l型气化炉的主体结构3M-13型移动床混合煤气发生炉3M-13(3A-13)型煤气发生炉装有破黏装置，既能气化弱黏结性的煤如长焰煤、气煤等，又能气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料，生产的煤气可以用来作为燃料气。3M-13型煤气发生炉的结构如图4-13所示．炉顶盖上设有8个探火孔，用于探测炉内温度和检查气化层的分布情况，也可以实施捣炉操作。水夹套可以产生约0.07MPa的压力。3M-13型和3M-21型的结构及操作指标基本相同，不同的是加煤机构和破黏装置。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》3M-13型移动床混合煤气发生炉3M-13(3A-13)型煤.U·G·I型水煤气发生炉1-支柱；2-炉底三通圆门；3-炉底三通；4-长灰瓶；5-短灰瓶；6-灰斗圆门；7-灰槽；8-灰犁；9-圆门；10-夹层锅炉放水管；11-破碎板；12-小推灰器；13-大推灰器；14-宝塔型炉条；15-夹层锅炉入口；16-保温层；17-夹层锅炉；18-R型连接板；19-夹层锅炉安全阀；20-耐火砖；21-炉口保护圈；22-探火装置；23-炉口座；24-炉盖；25-炉盖安全连锁装置；26-炉盖轨道；27-气出口；28-夹层锅炉出气管；29一夹层锅炉野液位警报器；30-夹层锅炉进水管；31-试火管及试火考克；32一内灰盘．33-外灰盘；34-角钢挡灰圈；35-我蜗杆箱大方门；36-蜗杆箱小方门；37一蜗杆；38-蜗轮；39-蜗杆箱灰瓶；40-炉底壳；41-热电偶接管；42-内刮灰板；43-外刮灰板

8/8/2023《煤炭气化工艺学》.U·G·I型水煤气发生炉1-支柱；2-炉底三通圆门；3-炉.U·G·I型水煤气发生炉水煤气发生炉和混合煤气发生炉的构造基本相同，一般用于制造水煤气或作为合成氨原料气的加氮半水煤气，代表性的炉型当推U·G·I型水煤气发生炉。水煤气生产原料用焦炭或无烟煤，燃料从炉顶加入，气化剂从炉底加入，灰渣主要从炉子的两侧进入灰瓶，少量细灰由炉箅缝隙漏下进入炉底中心的灰瓶内。其结构如图4-16所示。发生炉炉壳采用钢板焊制，上部衬有耐火砖和保温硅砖，使炉壳钢板免受高温的损害。下部外设水夹套锅炉，用来对氧化层降温，防止熔渣粘壁并副产水蒸气。探火孔设在水套两侧，用于测量火层温度。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》.U·G·I型水煤气发生炉水煤气发生炉和混合煤气发生炉的构造.U·G·I型水煤气发生炉制造水煤气的关键是水蒸气的分解，由于水蒸气的分解是吸热反应，一般采用的方法是燃烧部分燃料来提供。间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个过程组成的。在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共同构成一个工作循环，如图4-17所示。

第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高燃料层的温度，空气由阀门1进人发生炉，燃烧后的吹风气由阀门4、5后经过烟囱排出，或去余热回收系统。第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1关闭，阀门2打开，水蒸气由发生炉下部进入，将残余吹风气经阀门4、5排至烟囱，以免吹风气混入水煤气系统，此阶段时间很短。如不需要得到纯水煤气时，例如制取台成氨原料气．该阶段也可取消。第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门2进入发生炉底部，在炉内进行气化反应，此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制得的水煤气经阀门4、6(阀门5关闭)后，进入水煤气的净化和冷却系统，然后进入气体储罐。第四阶段为下吹制气阶段：关闭阀门2、4，打开阔门3、7，水蒸气由阀门3进入气化炉后，由上而下经过煤层进行制气，制得的水煤气经过阀门7后由阀门6去净化冷却系统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路线同第三阶段。主要作用是将炉底部的煤气吹净，为吹入空气做准备。

第六阶段为空气吹净阶段：切断阀门7，停止向炉内通入水蒸气。打开阀门1，通入空气将残存在炉内和管道中的水煤气吹入煤气净制系统。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》.U·G·I型水煤气发生炉制造水煤气的关键是水蒸气的分解，由.U·G·I型水煤气发生炉注意事项：1、水煤气中的(CO+H2)和N2之比不符合合成氨原料气的要求2、为避免发生爆炸，开启时应先开蒸汽阀，然后开空气阀；关闭时，应先关闭加氮空气阀，然后再关闭蒸汽。3、对每一个工作循环，都希望料层温度稳定。一般而言，循环时间长，气化层的温度、煤气的产量和成分波动大；相反，则波动小．但阀门的开启次数频繁。4、在实际生产过程中，应根据具体使用的气化原料和阀门的控制条件来确定。一般来说，气化活性差的原料需较长的循环时间；相反，气化活性高的原料，时间可适当缩短，因为活性高的原料气化时，反应速度大，料层温度降低快，适当缩短时间对气化是有利的。工作循环的时间一般在6-10min之间。采用自动控制时，每一个工作循环可以缩短3-4min。通常是在上述生产水煤气的基础上，在一次上吹制气阶段鼓入水蒸气的同时，并适量鼓入空气(称加N2空气)，这样制得的煤气中氮气含量增加，符合合成氨原料气中

φ(CO+H2)和φ(N2)之比约3.2的要求，但需注意的是，在配入加氮空气时，其送入时间应滞后于水蒸气，并在水蒸气停送之前切断。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》.U·G·I型水煤气发生炉注意事项：1、水煤气中的(CO+HU·G·I型水煤气发生炉间歇法制造半水煤气时，在维持煤气炉温度、料层高度和气体成分的前提下，采用高炉温、高风量、高炭层、短循环(称三高一短)的操作方法，有利于气化效率和气化强度的提高。高炉温：在燃料灰熔点允许的情况下，提高炉温，炭层中积蓄的热量多．炭层温度高，对蒸汽的分解反应有利，可以提高蒸汽的分解率，相应半水煤气的产量和质量提高。高风速：在保证炭层不被吹翻的条件下，提高煤气炉的鼓风速度，碳与氧气的反应速度加快，吹风时间缩短；同时高风速还使二氧化碳在炉内的停留时间缩短，二氧化碳还原为一氧化碳的量相应减少，提高了吹风效率。但风速也不能太高，否则，燃料随煤气的带出损失增加，严重时有可能在料层中出现风洞。高炭层：炭层高度的稳定是稳定煤炭气化操作过程的一个十分重要的因素，加煤、出灰速度的变化会引起炭层高度的渡动，进而影响炉内工况，煤气组成发生变化。在稳定炭层高度的前提下，适当增加炭层高度，有利于煤气炉内燃料各层高度的相对稳定，燃料层储存的热量多，炉面和炉底的温度不会太高，相应出炉煤气的显热损失减小；高炭层也有利于维持较高的气化层，增加水蒸气和炭层的接触时间提高气体的分解率和出炉煤气的产量与质量；采用高炭层也是采用高风速的有利条件。但炭层太高，会增加气化炉的阻力，气化剂通过炭层的能量损耗增大，相应的动力消耗增加，因而要综合考虑高炭层带来的利弊。短循环：循环时间的长短，主要取决于燃料的化学活性，总的来讲，燃料活性好，循环时间短；燃料活性差，则循环时间长。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》U·G·I型水煤气发生炉间歇法制造半水煤气时，在维持煤气炉温(四)典型工艺流程1、常见工艺流程煤气发生站的工艺流程按气化原料性质、燃料气的用途、投资费用等因素来综合考虑。目前，比较常见的工艺流程分为下述三种形式。(1)热煤气流程无冷却装置，从气化炉出来的热煤气直接作为燃料气。热煤气流程简单，从气化炉出来的热煤气经过旋风除尘后即送给用户，距离短，热损失较小，可以使能量充分利用。(2)无焦油回收的冷煤气流程设有冷却装置，煤气冷却到常温，送去做燃料气。适用于以无烟煤和焦炭为原料的煤气站，因其气化时产生焦油量少，可不设专门的焦油回收装置。(3)有焦油回收的冷煤气流程除有冷却装置外，还有回收焦油的净化装置。这种装置适用于以烟煤、褐煤等煤种作气化原料，因为气化时产生的焦油量较大，因而需要专门的除焦油装置即电捕焦油器。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(四)典型工艺流程1、常见工艺流程无焦油回收系统的冷煤气流程

8/8/2023《煤炭气化工艺学》无焦油回收系统的冷煤气流程有焦油回收系统的冷煤气流程

8/8/2023《煤炭气化工艺学》有焦油回收系统的冷煤气流程两段式冷煤气工艺流程

8/8/2023《煤炭气化工艺学》两段式冷煤气工艺流程(五)主要设备简介双竖管洗涤塔电捕焦油器双竖管是两个相连的钢制直立圆筒形装置。两个竖管顶部都有水喷头，煤气进口设在第一竖管的上部，煤气出口设在第二竖管的上部。高温煤气进入第一竖管后，与顶部喷头喷淋的雾状水一起由上向下并流流动，煤气得以冷却，煤气中的杂质和焦油初步脱除。然后煤气由底座进入第二竖管自下而上流动，与第二竖管顶部喷淋而下的雾状水逆流接触，煤气进一步冷却除尘，从竖管顶部的煤气出口导出煤气在双竖管冷却后的温度为85～95℃，冷却水温度从30℃左右升到40～45℃，除尘效率约为70％左右，除焦油效率约为20％左右。双竖管以及下面提到的洗涤塔均属于煤气冷却和净化设备。冷却介质是水，采用煤和煤气并流或逆流的方法，直接接触，使高温煤气冷却，煤气中的粉尘、焦油和硫化氢等杂质也被洗涤下来，同时，部分冷却水吸收热变成水蒸气进入煤气。洗涤塔是煤气发生炉的重要辅助设备，它的作用是用冷却水对煤气进行有效的洗涤，使煤气得到最终冷却、除尘和干燥。水从塔顶油喷头喷淋而下，在填料层表面形成一层薄膜，从塔底引入的煤气由上而下在填料上与薄膜水进行热交换,煤气被充分冷却，并使部分灰尘和焦油分离沉降。为避免带出水分，在塔内喷头上部加一段捕滴层。塔内含粉尘和焦油的废水从塔底排出，煤气经过捕滴层从塔顶引起出。经洗涤塔煤气被最终冷却到35°C左右，煤气中的含水量也大大下降。这是由于煤气被冷却后，煤气中的水蒸气大部分被冷凝下来，起到了干燥煤气的作用。由于煤气冷却，水蒸气冷凝，使得煤气的实际体积大大减小相应的煤气管道直径和后续处理系统的体积减少。静电除粉尘和焦油效率较高，内部为直立式管束状结构，每个圆管中央悬挂一根放电极，管壁作为沉降极，下端设有储油槽。在每个放电极和接地的沉降极之问，建立一个高压强电场。当煤气通过强电场时，由于电离使煤气中大部分粉尘和焦油雾滴带上负电，而向圆管壁(相当于正极)移动，碰撞后放电而黏附在上面，逐渐积聚沉淀而向下流动，煤气经两极放电后由电捕焦油器导出。管式电捕焦油器外加直流电压约为50～60kV，工作电流约200～300mA，煤气在沉降管内的流速约15m／s，除尘、除焦油效率可达99%左右。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(五)主要设备简介双竖管洗涤塔电捕焦油器双竖管是两个相连的

(六)工艺参数的控制–混合发生炉煤气气化温度和饱和温度料层高度气化剂的消耗量灰中残炭量

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(六)工艺参数的控制–混合发生炉煤气气化温度和饱和温度料(1)气化温度和饱和温度气化温度定义影响效果温度控制调节方法饱和温度的控制气化温度一般指煤气发生炉内氧化层的温度。气化温度的太小直接影响煤气成分、煤气热值气化效率和气化强度。所谓的气化强度是指单位时间、单位炉截面积上所气化的燃料量。煤气发生炉的温度一般控制在1000～1200℃左右。通常，生产城市煤气时，气化层的温度在950～1050℃左右最佳；生产合成原料气时，可以提高到1150℃左右。温度太高，将带来一系列不良后果，不仅增加了气化炉向四周辐射的热损失，也增大了出口煤气的显热损失。同时，当超过煤灰熔点时，灰渣烧结，影响均匀布气，料层中可能出现气沟、火层倾斜、烧穿等异常现象。另一方面，烧结的煤渣将燃料包住，影响反应，使灰渣中的残炭量增大。温度太低，气化速度减慢，气化强度降低，蒸汽分解率降低，灰中的残炭量降低，煤气的质量变差。气化剂的饱和温度控制多少合适，宜在煤气发生炉实际操作中调整确定。经过一段时间的实际运行操作，就可以具体确定最佳的气化剂饱和温度。这是因为影响炉内反应的因素较为复杂，气化原料煤粒度的变化、气化原料煤的水分含量、气化原料煤的灰分以及灰熔点等都会引起炉内正常工况的波动原料煤的粒度越小，在气化过程中移至火层中的热焦粒也越小，因而反应的表面积大，气化反应剧烈，反应热强度较大。操作条件稍有波动，易引起结渣；又因粒子间缝隙小，一旦灰渣形成，极易黏结周围的热焦，结成渣块。这时为防止结渣，宜适当提高饱和温度。当原料煤粒度较大，不宜结渣时，用较低的饱和温度。气化原料煤水分较大，各层温度相应降低，蒸汽分解率降低，最后导致煤气成分变差。因此，使用含水量较高的煤作原料时，为提高炉内温度，宜适当降低气化剂入炉的饱和温度调节气化温度的常用方法是通过调节气化剂的饱和温度来实现的。气化剂的饱和温度提高，则进人炉内的气化剂中水蒸气盼音量增大、空气的吉量减少；气化剂的饱和温度降低，则其中水蒸气的含量下降、空气的含量增大。因而，当炉温偏高时，提高气化剂的饱和温度，增加水蒸气的含量，空气中的氧气不足，则主要进行生成CO的反应，放热较少气化温度下降；相反当炉温偏低时，适当降低气化剂的入炉饱和温度，氧气充足，主要进行的是生成CO2的反应，热效应大，气化温度上升。气化灰含量高的煤种时较易形成灰渣(尚与灰造性质有关)，此时，应适当提高气化剂的饱和温度，增加水蒸气的含量，控制火层温度低一些，以防止形成成渣的条件。气化含灰量低的煤种时，可以适当降低气化剂的饱和温度，也不致造成结渣。气化原料煤的灰熔点主要是软化温度T2，是煤炭气化的重要指标。当用来气化的煤灰熔点较低时，应适当提高气化剂的饱和温度，但必须注意．不能提高太多，否则炉内温度太低，又对气化不利。反之，当气化原料煤灰熔点较高时，应降低气化剂的饱和温度。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(1)气化温度和饱和温度气化定义影响效果温度控制调节方法饱和(2）料层高度料层高度：气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层的总高度即为料层高度。料层高度的大小，与煤气发生炉的结构型式、原料的粒度、原料中的水分含量、气化强度等因素都有关系。入炉煤的粒度大，水分含量高，要求气化强度适中时．料层高度可以适当高一些；反之，则低一些。灰层高度过低，气化剂的预热效果不好，又因氧化层接近炉箅，可能使炉箅烧坏，控制的方法是用排灰速度来调节。灰层太高，气体的阻力又增大，一般控制在100mm左右。氧化层高度一般较小，是由于氧化反应极快。还原层高度决定于还原反应的速度，而该速度与氧化层上升气体的温度、组成有关，与还原层的自身温度、燃料的反应性、燃料的块度等因素都有一定的关系。为使反应完全，气化层要保持一定的高度，适当提高气化温度。如果原料粒度较大，且热稳定性又好，一般也要保持较高的气化层高度，以利于气化反应的充分进行。对于气化一些挥发分高的煤种，如年轻烟煤或褐煤，于馏层的高度就变得甚为重要。因为煤中的挥发分大部分是在干馏层中逸出，并产生于馏煤气。干馏层太低，煤中部分挥发分来不及选出而被带到还原层，这会影响还原反应的正常进行。对于干燥层而言，主要是燃料中水分含量对它的影响。煤中的水分在进人干馏层之前必须除去，否则会影响于馏的正常进行。一般气化水分含量大的煤，干燥层高度易大一点，水分含量少的年老烟煤炭气化时，干燥层高度可适当降低。料层高度定义影响因素控制灰层氧化层干馏层干燥层

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(2）料层高度料层高度：气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、(3)气化剂的消耗量气化剂的消耗量关系作用控制影响因素水蒸气的消耗量、水蒸气分解率、水蒸气分解量、气体热值和气体组成之间的关系如图4-27所示。通过控制加入的水蒸气量来实现在气化炉的生产操作过程中防止炉内结渣。但过分增加蒸汽用量，煤气的质量有所下降。由于不同煤种的组成不同，活性差别较大，在气化时，所需的水蒸气用量也不同。一般地，气化lkg无烟煤约需水蒸气O.32～0.50kg，气化lkg褐煤约需水蒸气0.12～0.22kg，气化lkg烟煤约需水蒸气0.20～0.30kg。煤气组成受气化剂消耗量的影也非常大。随着蒸汽消耗量的增大，气化炉内CO十H2OC02+H2的反应增强，使得煤气中的一氧化碳含量减少，氢气和二氧化碳的含量增加。水蒸气的分解率除了和气化温度有关外，还与其消耗量有关。从图4-27可以看出，随着水蒸气消耗量的增加，水蒸气的分解量是增加的，如曲线1所示，然而，水蒸气的分解率却是下降的，如曲线3所示。蒸汽分解率的显著降低，将会使后续冷却工段的负荷增加，而且对水蒸气来讲也是一种浪费。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(3)气化剂的消耗量气化剂的消耗量关系作用控制影响因素水蒸气(4)灰中残炭量灰中残炭量定义控制影响因素在气化过程中，会有一部分可燃物被煤气带出炉外或随炉渣排出炉外。灰中残炭量的大小和原料的种类与性质、气化强度、操作条件及气化炉的结构有关。在各类煤种中，一般热稳定性差的褐煤和无烟煤，带出损失较大；燃料颗粒越细或细碎的部分越多，气流的速度越大，则灰渣残炭量越大。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(4)灰中残炭量灰中残炭量定义控制影响因素在气化过程中，会有(六)工艺参数的控制–水煤气发生炉间歇式水煤气的生产和混合煤气的生产不同。（1）以水蒸气为气化剂时，在气化区进行碳和水蒸气的反应，不在区分氧化层和还原层。燃料底部为灰渣区用来预热从底部进人的气化剂，又可以保护炉箅不致过热而变形，这一点和混合煤气发生炉相同。（2）但由于氧化和还原反应分开进行，因此燃料层温度将随空气的加入而逐渐升高，而随水蒸气的加入又逐渐下降，呈周期性变化，生成煤气的组成也成周期性变化。这就是间歇式制气的特点。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(六)工艺参数的控制–水煤气发生炉间歇式水煤气的生产和混合

(六)工艺参数的控制–水煤气发生炉吹空气过程制气效率

气流速度循环时间水蒸气用量料层高度

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(六)工艺参数的控制–水煤气发生炉吹空气过程制气效率气吹风过程的热效率用料层蓄积的热量与该过程所消耗的热量之比来表示，即：Hc——原料的热值，k1／kg；GA——吹风气过程中的原料消耗量，kg。。（1）吹空气过程的操作条件吹空气过程原因吹风热效率控制随着吹风气中CO2含量的下降、燃料层温度的上升，吹风效率下降。如吹风气中C02含量为1.3％、温度在800°C时效率为53％；吹风气中CO2含量为5％、温度在1200℃时效率为18%；当没有CO2温度上升到1700℃时，效率降到零，这时吹出气中CO的含量达到最大，反应放出的热量全部用于吹风气的加热，不能再为制气过程提供热量了。煤气炉生产的吹风阶段，当空气开始通入时，燃烧彻底，CO2的含最高，CO的含量低；随着炉层温度的提高，C02的含量逐渐减少，而CO的含量在增加。生产中，可以选择较高的空气鼓风速度，缩短吹风时间，或者在吹风阶段加入二次空气的量由小到大的变化，都可以降低CO的生成量，提高C02生成量，从而提高吹风过程的热效应。由于碳完全燃烧生成CO2时的热效应最大，因而在吹风阶段，应该按完全燃烧来进行。然而，燃料层温度的升高将使CO2还原成CO的生成量加大。吹风过程的目的是燃烧部分燃料给制气过程提供足够的热量.

8/8/2023《煤炭气化工艺学》吹风过程的热效率用料层蓄积的热量与该过程所消耗的热量之比来表（2）制气阶段的效率制气阶段的效率公式与料层温度关系总效率制气效率用下式表示，即：当燃料层的温度从850℃开始下降时制气效率急剧下降，燃料层温度太低制气过程将不能进行；温度在850～1200℃之间，效率比较高；温度升至1200℃以上时，效率不仅没有上升反而有所下降。燃料层温度对吹风和制气两个过程的影响是不同的，因此，燃料层的温度一般控制在1000～1200℃之间。太高或太低都不台适。两个过程的总效率为所得水煤气的热值与两个过程所消耗燃料的总热量之比，即：制气总效率在800～850℃时最高，但气化强度太低，综合考虑各种因素，一般在1000～1200℃之间比较适宜。实际生产中，以提高制气效率为主，兼顾总效率。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（2）制气阶段的效率制气阶段的效率公式与料层温度关系总效率（3）气流速度吹空气过程的气流速度应尽量大，这样，有利于碳的燃烧反应，可以缩短吹风时问。其好处一方面可以相应增加制气阶段的时间，另一方面也减少了生成的二氧化碳与灼热炭层的接触时间，从而减少了一氧化碳的生成量。发生炉的气化强度一般在500～600kg／（m2·h)，所用的吹空气速度为0.5～l.0m／s，水蒸气的速度为0.05～0.15m／s之间。但风速过大，将导致吹出物的增加，燃料损失加大，严重时，甚至出现风洞或吹翻，造成气化条件恶化。为了提高水煤气过程的生产能力，在生产条件不致恶化的前提下，常采用高的吹空气速度1.5～1.6m／s，这样，燃烧层温度迅速升高，二氧化碳来不及还原，吹风气中一氧化碳体积分数仅为3％～6％，与此相应可采用高的水蒸气流速0．25m／s左右。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（3）气流速度吹空气过程的气流速度应尽量大，这样，有利于碳的（4）水蒸气用量水蒸气用量是提高煤气产量，调节气体成分的重要指标。该量取决于水蒸气流速和延续时间。蒸汽一次上吹时，炉温高，所产的煤气质量好，产量大。由于强烈气化使炉温迅速下降，气化区上移，出口煤气温度上升，热损失加大。上吹时间不宜太长，相应水蒸气用量不宜太大。蒸汽改下吹时，气化区下移到正常位置，由于床层温度总体下降，在蒸汽温度较高的情况下，下吹时间较上吹时间延长，相应蒸汽用量加大。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（4）水蒸气用量水蒸气用量是提高煤气产量，调节气体成分的重要（5）料层高度料层高度对制气和吹风过程的影响相反。制气阶段，料层高，蒸汽在炉内的停留时间长，炉温稳定，有利于气化反应，蒸汽分解率提高；对吹风过程，料层高时，延长了二氧化碳和煤层的接触时间，易还原成一氧化碳，热损失增大。另一方面，高料层的阻力大，气体输送的动力消耗相应增大。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（5）料层高度料层高度对制气和吹风过程的影响相反。（6）循环时间循环时问是指每工作循环所需的时间。问歇制气的一个工作循环时间一般为2.5～3min。通常，循环时间一般不作随意调整，在操作中可以通过改变各阶段的时间分配来调整炉内的上况。一般地，吹风阶段的时间以能提供制气所必需的热量为限，其长短主要由燃料的灰熔点和空气流速而定，上下吹时间的分配主要考虑气化区要维持稳定、煤气质量好和热能的合理利用为原则；二次上吹和空气吹净时间的长短，应保证煤气发生炉上下部空间的煤气被排净，在下一个工作循环时，不致引起爆炸。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》（6）循环时间循环时问是指每工作循环所需的时间。(七)物料、热量衡算衡算原理

衡算目的

物料衡算

热量衡算

煤气发生炉以煤为原料，以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气为气化剂，使二者相互作用，根据质量守恒和能量守恒定律，进入发生炉的总质量或总能量，与排出气化炉的总质量或总能量是相等的。这是对发生炉进行物料、热量衡算的基本依据。是根据一些已知的数据，计算出一些发生炉生产操作的重要指标，如煤气组成、热值、气化效率、气化强度等，用以考核和改善气化过程的操作水平及经济效益，是判断和改善生产操作的依据．物料衡算是对化工过程进出某一体系的所有物料进行的平衡计算，衡算的结果是进行能量衡算、对化工过程进行评价和优化设计的基础。进行物料衡算的方法是找出各种物料的平衡关联，列出物料平衡方程．然后进行计算。常见的关联方式有下面几种：总质量平衡关联、元素平衡关联物料衡算是热量衡算的基础，二者关系密切。热量衡算的依据是能量转化和守恒定律，常用的平衡关联式有下面两种。①热量平衡关联式。进人体系的各焓流量之和等于排出体系的各热流之和再加上体系内累积的热流。②焓方程式。某物流的焓流量等于该物流的流量与该物流各组分的摩尔焓及摩尔分数之积。

8/8/2023《煤炭气化工艺学》(七)物料、热量衡算衡算原理衡算目的物料衡算热量衡算二、加压气化生产工艺加压气化的由来：常温固定床气化炉生产的煤气热值较低，煤气中一氧化碳的含量较高，气化强度和生产能力有限。后来人们进行了加压气化技术的研究，并在1939年由德国的鲁奇公司设计的第一代工业生产装置建成投产，后来又不断地对气化炉的结构、气化压力、气化的煤种进行研究，相继推出了第二代、第三代、第四代炉型。由开始仅以褐煤为原料，炉径D=2600mm，采用灰斗放置于炉底侧面和平型炉算．发展到能使用气化弱黏结性烟煤，加设了搅拌装置和转动布煤器，炉箅改成塔节型，灰箱设在炉底正中的位置，炉子的直径也在不断加大，单炉的生产能力可以高达75000～100000m3/h，

8/8/2023《煤炭气化工艺学》二、加压气化生产工艺加压气化的由来：二、加压气化生产工艺中国加压气化的历史：中国20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉．在云南建成投产，用褐煤加压气化制造合成氨。1987年建成投产的天脊煤化工集团公司(原山西化肥厂)从德国引进的4台直径3800mm的Ⅳ型鲁奇炉．用贫瘦煤代替褐煤来生产合成