煤炭气化工艺学-第四章-气化炉

的热分解，放出大量的水蒸气和二氧化碳，同时，有少量
2020/10/18 的硫生成二氧化硫等气体。
《煤炭气化工艺学》
三、气化的几个重要过程
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)。
煤 的 干 馏
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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。
而在其他的一些气化工艺过程当中，例如，气流床化时，
由从在于能蒸粉量发煤消时是耗需直的右要接角的消被度高耗喷来温的入看条能高，件量温以下相区机被对内械瞬较，形间少几式干；乎和燥而是煤。以在结吸2合0附的0方0外°式在C存左水在分于，
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
Q
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；
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。
气化效率
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．
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)。
《煤炭气化工艺学》
一、基本概念
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(也包要括考炉虑内煤的入布炉煤
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，后该的部分分布蒸和汽加可
以作为气化时需用的蒸汽而进入气化炉内。 气化反
加煤Fra Baidu bibliotek 统
煤时的密封问 题。
应部分
①作用:保证了炉内料层
高度的稳定，同时也保证
气化炉的组成
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
排灰系统
和排灰操作是生产上较为 重要的两个问题。
的
讲．煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。
干
馏
煤颗煤粒的粒加径热小分于粒解5径0除、μ了m加时和热，煤速热的度解品、过位分程有解将关温为系度挥，、发还压形与成煤的的化颗粒
学大反于应10控0 μ制m，后热，解热力与解和颗速周粒度围大取气小决体基于介本挥质没发有有分关关从系系固。。定当碳颗中粒的粒扩径
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
化学平衡
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。
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。
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《煤炭气化工艺学》
四、煤炭气化过程的主要评价指标
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《煤炭气化工艺学》
气固相反应
二、气固相反应
气当化气剂流以速较度小继的续速增度大通，过颗床粒层之时间．的气空体隙
经开过始固在增体气大颗化，粒炉床堆内层积，膨时物胀所，形质高成基度的本增空上加隙以，，两床床种层相态 出内 称 程 上，上到运流化固固是部在会这所部一动体，体定连加气存 另 的流有时以的定剧带即故颗床续人(在 外 固化部的燃称颗限烈出固称粒。进、床分床， 是 体料为粒度，，体时为静对行形阶粒层是一 固 如气被时但床颗的移止气的成段度相而以是 相 灰化气，仍层粒床动不化，的称，较当被缓气 即 渣流颗然的具层床动炉燃灰剂气如小于称慢相 燃 等托粒逗这有称较，而料擅)果的一为固和的起被留种了流为这言连从即 料 。流颗个气速气相，全在状流化合时，续底空 和 工速粒气流度化反流部床态体床理的由从部气 燃 业进被流床向时应体托层叫的。。床于气连一带输。、 料 上下形流起内固特。层气化续步出送气氧 把移速，而体性一化炉的成增流设动化气这增颗不流，般过的排的大化备，后、种加粒被态这煤，床，形水反将，因气成蒸应，
散逸出速度。 的颗本无挥粒身烟发中发物出煤压一分心生相吸中力般； 达 膨对附的对来烟到胀减的氢热说煤软。少气和解，加化，体氧有在热温而．元重2时度气如0素要经以0体水℃含影历前碳等以量响软，氢。前较，化开化在，低随为始合大并，压类分物于不加力原解相2发热0的生出对0生分℃升质挥增热解后高的发加解仅，，过物。作放才液程，用出开体。同，少始碳在时只量发氢煤其是生化放煤合
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三、气化的几个重要过程
煤的 干燥
煤的 热解
煤的 反应
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三、气化的几个重要过程
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
煤
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
流态化阶段。
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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。
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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。
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四、煤炭气化过程的主要评价指标
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。
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四、煤炭气化过程的主要评价指标
计算公式如下：
V
4
q1 D 2Vg
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)。
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。
一、基本概念
4、煤气的种类
空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气
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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
一氧化碳和二氧化碳等。
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三、气化的几个重要过程
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
煤
的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对于气流床来
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三、气化的几个重要过程
煤炭气化过程的两类主要反应：燃烧反
应和还原反应
还原反应，包括碳和二氧
化碳的反应，以及水蒸气
煤
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
和碳之间的反应是制气的 主要反应，主要生成一氧
的
氧化，放出大量热量的过程，完全燃
化碳和氢气。
反
烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时 则生成一氧化碳。
术 的
④提高气化过程的环保技术，尽量减少环境
及后来设 计的六个 头的气化
发
污染。
炉等，使
展
得单炉产
趋
气能力大
⑤将煤炭气化过程和发电联合起来的生产技术越 幅度提高。
势
来越受到各国的重视并巳建成不同规模的生产厂
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4-1 气化炉概述
基本概念 气固相反应 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
的 干
例如，对于移动床气化而言，由于煤不断向高温区缓慢 移动一，般且地水，分增蒸加发气需体要流一速定，的提时高间气，体因温此度水都分可全以部增蒸加发干燥
燥
的温速度度稍。大煤于中l0水0℃分，含当量气低化、煤干中燥水温分度含高量、较气大流时速，度干大，则 燥期干间燥，时煤间料短温；度反在之一，定煤时的间干内燥处时于间不就变长的。100℃左右。
蒸汽消耗 量、蒸汽 分解率
气化强 度
单炉生 产能力
主要评价指标
热效率
气化效 率
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四、煤炭气化过程的主要评价指标
气化强度的两种表示方法如下 ： 消耗原料量
q1 单位时间、单位炉截面积 产生煤气量
q2 单位时间、单位炉截面积
气化强度
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。
单炉生产能力
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。
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
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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
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四、煤炭气化过程的主要评价指标
计算公式如下： Q' 100%
控制步骤 2020/10/18
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。
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二、气固相反应
平衡常数kp如下： Kp=(Pco*PH2)/PH2O
《煤炭气化工艺学》
世 界 煤
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，
以K—T炉 为例，20 世纪50年
代是双嘴
炭
减少设备尺寸，降低氧耗，提高碳的转化率。 炉，20世
气 化 技
③气流床和流化床技术日益发展，扩大了气化 煤种的范围。
纪70年代 采用了双 嘴和四头 八嘴，以
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用对较于高所 单烟的谓 位煤气气 时炭化气化间强化强、度时，度单，因，位可其即气以在适干当馏采段 挥发物化较炉多截，面所积以形上成处的理半焦化学 反应性的较原好料，煤同质时进量人或气产化段的固 体物料也生较的少煤。气量。
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。
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《煤炭气化工艺学》
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
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《煤炭气化工艺学》
工艺参数等
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了解我国工业上常用 的气化炉及各种气化
炉的比较
《煤炭气化工艺学》
能力目标
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
能掌握我国 气化用煤的 特性、常用 的气化炉形 式、用途等
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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
气化炉类型
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二、气固相反应
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。
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
第四章 气化炉
第一节 气化炉概述 第二节 移动床气化炉
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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 《煤炭气化工艺学》
熟悉熔融床气化 炉结构、气化工 艺流程及工艺参
数
知识目标
掌握气化用煤的种 类、气化炉的种类 及结构、工艺流程、