煤化工气化炉的发展简介---气流床气化炉1
常压气流床粉煤气化：1、K-T炉.
二、常压气流床粉煤气化(K-T炉)K-T法是柯柏斯托切克(Koppers—Totzek)的简称，1936年由德国柯柏斯（Koppers）公司的托切克（Totzek）工程师提出了常压粉煤部分氧化的原理并进行了初步试验，因而取名为柯柏斯－托切克（Koppers－Totzek）炉，简称K－T炉。
1948年由联邦德国Koppers 公司、美国Koppers公司和美国矿务局共同在美国密苏里州进行中试，中试规模为36t／d 干煤粉，用以生产“费－托”合成气。
第一台工业化装置于1952年建于芬兰，以后在西班牙、日本、比利时、葡萄牙、希腊、埃及、泰国、前民主德国、土耳其、赞比亚、南非、印度、波兰等17个国家20家工厂先后建设了77台炉子，主要用于生产合成氨和燃料气。
经过工业化验证，是一种十分成熟常压粉煤气化制合成气的气化技术。
1、K-T炉气化炉有双头和四头两种结构。
双头K-T气化炉如图4-42所示。
炉身是一圆筒体，用锅炉钢板焊成双壁外壳，通常衬有耐火材料。
在内外壳的环隙间产生的低压蒸汽，同时把内壁冷到灰熔点以下，使内壁挂渣而起到一定的保护作用。
粉煤、氧气、蒸汽在炉头进行燃烧反应，火焰中心温度高达2000℃，在炉上部出口处约1400～1600℃，约有50％至60％的液态渣被气流带出，在缓慢冷却过程中，灰渣会黏附于废热锅炉表面，甚至结成大块渣瘤，破坏炉子的正常操作。
为避免炉出口或废热锅炉结渣，必须在高温煤气中喷水，使气流温度在瞬间降至灰的软化温度（ST）以下，并使液渣固化以防粘壁。
在高温气化环境条件下，炉子的防护除了用挂渣来起一定的作用外，更重要的是耐火材料的选择。
最初采用硅砖砌筑，经常发生故障，后改用含铬的混凝土。
后来用的加压喷涂含铬耐火喷涂材料，涂层厚达70mm，寿命可达3～5年。
采用以氧化铝为主体的塑性捣实材料，效果也较好。
图4-42 K-T气化炉。
国内气化炉市场“百家争鸣”,煤化工“心脏”的国产化成功之作
国内气化炉市场“百家争鸣”, 煤化工“心脏”的国产化成功之作展开全文■ 信息来源| 最国产10年前国内煤化工核心装置——气化炉, 基本靠引进国外先进技术。
10年后的今天, 国内自主煤气化技术发展迅速, 尤其以水煤浆气化技术的国产化, 使我们国内大型项目摆脱了对进口技术的依赖。
气化炉作为化工项目的心脏投资巨大, 年处理原煤25万吨的气化炉进口品牌单台造价接近1亿人民币, 而国产化后的价格仅为进口的三分之一。
目前国内煤化工应用的气化炉大约有40种, 截止2020年我国对煤气化炉的需求量将达到2250套, 中国已经成为世界上最大的煤气化炉市场。
煤化工气化炉根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法, 按照煤颗粒的运动状态相应的气化设备有固定床（移动床）气化炉、流化床(沸腾床)气化炉、气流床煤气化炉。
从煤的相态上来分辨, 两种主流气化炉分别为, 水煤浆和干煤粉。
随着国产气化技术的逐步提升, 一系列国产新炉型的陆续投产实现长周期运行, 加之进口炉型昂贵的专利费和过高的前期投资, 新项目逐渐采用了价格便宜, 操作简单的国产炉型, 一些国外炉型逐渐没落。
•固定床气化炉：进入国内市场最早, 投资高, 对蒸汽需求量大, 产气量略小。
•主要供应商有:美国UGI: 我国以煤炭为原料的合成氨厂的造气炉绝大多数是基于UGI 炉型发展起来的。
它的优点是设备简单, 易于操作。
缺点是: 因常压操作生产强度低, 生产需要高压的合成气时能耗高, 对煤种要求比较严格, 通常须采用有一定粒度要求的无烟煤或焦炭。
炉子为直立圆筒形结构, 下部有水夹套, 上部内衬耐火材料, 炉底设转动炉篦以利排灰渣。
国内主要应用项目：晋煤集团, 湖北三宁, 丰喜集团合成氨项目德国鲁奇（Lurgi): 生产能力大, 以块煤为原料, 尤其适应褐煤, 碳转化率高, 调节负荷方便, 缺点是投资大, 结构复杂, 加工难度高。
主要国内应用项目：大唐煤制气, 新疆广汇能源, 河南义马等项目德国BGL（液态排渣鲁奇炉）:BGL炉是英国BG公司和德国鲁奇联合开发的炉型, 与其他以氧气为主的气化系统相比, BGL气化炉耗氧量较低, 从而使总效率明显提高。
煤化工工艺学课件气流床气化法
气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣先进入辐射式 废锅，冷却至700℃（水冷管内副产高压蒸汽）， 熔渣粒固化与煤气分离落入到下面的淬冷水池，经 锁斗排出。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200℃左 右。
③：煤气冷却以及三废处理
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
3.工艺条件
⑴：水煤浆浓度：
经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于 2%，然后进入磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压 下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入加 压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉 送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度) 混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。
②、气化。
由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的 混合物，在气化炉内迅速发生气化反应，气化压力 2~4MP,气化炉温度维持在1 400～1 700 ℃，这个温 度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬 冷后，变成一种玻璃态的渣排出。
②煤种适应性强； 褐煤不适于制水煤浆加料。
③煤气中不含焦油； 反应温度高，床层温度均一
④需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。 粉煤70~80%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走
的飞灰多。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例1： K-T气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
② :气化炉 直立圆筒形耐压容器; 内衬耐火材料，近似绝热； 内部无结构件，维修简单； 运行可靠。
煤化工工艺学课件气流床气化法
煤气化炉
温克勒炉是立式圆筒形结构（图3）。
• 炉体用钢板制成。煤用螺旋加料器从气化炉沸腾层中部送 入，气化剂从下部通过固定炉栅吹入，在沸腾床上部二次 吹入气化剂，干灰从炉底排出。整个床层温度均匀，但灰 中未转化的碳含量较高。改进的温克勒炉将炉底改为无炉 栅锥形结构，气化剂由多个喷嘴射流喷入沸腾床内，改善 了流态化的排灰工作状况。 • 温克勒炉以高活性煤如褐煤或某些烟煤为原料，生成气的 组成（体积％）为：氢35～46、一氧化碳30～40，二氧 化碳13～25、甲烷1～2。目前多用于制氢、氨原料气和 燃料煤气。 • 正在开发中的改进炉型是高温温克勒炉，它是在常规温克 勒炉的基础上发展起来的加压炉型。另一种加压加氢气化 炉也是从温克勒炉发展起来的,反应压力12MPa，气化温 度900℃，以2mm的煤粒在床层中进行沸腾加氢气化，目 的是生成甲烷以制造人造天然气。
煤气化炉
一、简介 二、分类
一、简介
• 煤气化炉又称煤气发生炉(gas producer)。煤气化的主要 设备。根据煤的性质和对煤气产品的要求有多种气化炉型 式。 • 煤气化炉有两种概念，一种是煤产气炉即煤气发生炉也叫 煤气发生器，是将煤作为气化燃料进行可燃气体制造的炉 子。另外一种概念是一种利用煤气进行燃烧的锅炉或者各 种加热燃烧炉称为煤气化炉。根据煤的性质和对煤气产品 的要求有多种气化炉型式。分为固定床（移动床）、沸腾 床和气流床等形式。
德士古煤气化炉为直立圆筒形结构（图5）
• 主体分两部分，上部为气化室，下部为辐射废热锅炉（或激冷部分）， 下接灰渣锁斗。氧气和水煤浆分别通过压缩机和泵升压后，由气化炉 顶的给料喷嘴进入炉内，在高温下进行气化反应。生成气在废热锅炉 中激冷，初步降温后从中部引出。气化操作温度控制在煤的灰熔点以 上。灰渣通过灰渣锁斗排出。由于采用高温加压操作，因此①气化强 度高；②生成气压力较高，节省后续工序的动力；③原料适应性广， 既可采用不同的煤种，也可使用煤加氢液化后的残渣；④把固体煤制 成水煤浆流体输送，简化了加压进料装置；⑤废水中不含焦油和酚， 环境污染不严重。 • 德士古K-T煤气化炉的气化温度很高,又是并流操作，炉内热效率较低， 同时它以水煤浆进料，生成气中二氧化碳含量高。因此，提高水煤浆 中煤的浓度是这种气化方法的重要环节。水煤浆中煤的浓度同煤的性 质、粒度和粒度分布有直接的关系。加入适宜的添加剂可降低水煤浆 的粘度，从而得到较高浓度的水煤浆。 • 德士古煤气化炉生成气的组成（体积%）为：一氧化碳44～51、氢 35～36、二氧化碳13～18、甲烷 0.1适宜用作合成氨和碳一化学产品 的原料气。
三种煤气化炉技术介绍一
三种煤气化炉技术介绍一、概述煤气化技术的开发与应用大约经历了200年的发展历史。
煤气化技术按固体和气体的接触方式可分为固定床、流化床、气流床和熔融床4种，其中熔融床技术还没有实际应用开发，各种煤气化炉的模式见图1。
1.固定床。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，如图1（a）所示，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸气）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。
目前，运转中的固定床气化炉主要有鲁奇气化炉和BGC-鲁奇炉两种。
2.流化床。
流化床气化炉如图1（b）所示，在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂（氧、水蒸气），使煤在悬浮状下进行气化。
流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
3.气流床。
气流床气化炉如图1（c）所示，粉煤与气化剂（O2、水蒸气）一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。
特点是不副产焦油，生成气中甲烷含量少。
气流床气化是目前煤气化技术的主流，代表着今后煤气化技术的发展方向。
气流床按照进料方式又可分为湿法进料（水煤浆）气流床和干法进料（煤粉）气流床。
前者以德士古气化炉为代表，还有国内开发的多元料浆加压气化炉、多喷嘴（四烧嘴）水煤浆加压气化炉；后者以壳牌气化炉为代表，还有GSP炉以及国内开发的航天炉、两段炉、清华炉、四喷嘴干粉煤炉。
二、三种先进的煤气化工艺我国引进并被广泛采用的三种先进煤气化工艺——鲁奇气化炉、壳牌气化炉、德士古气化炉。
1.鲁奇气化炉（结构见图2）属于固定床气化炉的一种。
鲁奇气化炉是1939年由德国鲁奇公司设计，经不断的研究改进已推出了第五代炉型，目前在各种气化炉中实绩最好。
德国SVZ Schwarze Pumpe公司已将这种炉型应用于各种废弃物气化的商业化装置。
我国在20世纪60年代就引进了捷克制造的早期鲁奇炉并在云南投产。
1987年建成投产的天脊煤化工集团公司从德国引进的4台直径3800mm 的Ⅳ型鲁奇炉，先后采用阳泉煤、晋城煤和西山官地煤等煤种进行试验，经过10多年的探索，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术，现建成的第五台鲁奇炉已投产，形成了年产45万吨合成氨的能力。
煤气化 第六章 气流床
第六章气流床气化工艺气流床气化法是20世纪50年代初发展起来的新一代煤气化技术，最初代表炉型为K—T炉。
之后随着shell、Texaco等一批新型工艺的开发，气流床气化技术因其出色的生产能力和气化效率，在世界范围内得到了广泛的应用，尤其是在燃气联合循环中。
目前绝大多数IGCC电站所选的是气流床气化炉，主要炉型为Texaco、Shell、E-Gas(原Destec)以及Prenflo 等。
第一节概述表6-2 三种气化技术比较二气流床气化原理1 气化原理（1）粉煤的干燥及裂解与挥发物的燃烧气化•可以认为煤粉中的残余水分瞬间快速蒸发，同时发生快速的热分解脱除挥发分，生成半焦和气体产物（CO 、及其他碳氢化合物）。
•生成的气体产物中的可燃成分在富氧条件下，迅速与氧气发生燃烧反应，并放出大量的热，使粉煤夹带流温度急剧升高，并维持气化反应的进行。
42222CH N S H CO H 、、、、n m H C 22242222222222222222)2/()2/()2/()4/(CO O H O CH OH O H CO O CO H n mCO O m H C O H n mCO O n m H C n m n m +=+=+=++=++=++（6-1）（6-2）（6-3）（6-4）（6-5）二气流床气化原理1 气化原理（2）固体颗粒与气化剂（氧气、水蒸气）间的反应•氧与剩余焦粒发生燃烧和气化反应。
•炽热的半焦与水蒸气进行还原反应，生成CO 和。
2H CO O C CO O C 22222=+=+2222222CO H O H C CO H O H C +=++=+（6-6）（6-7）（6-8）（6-9）二气流床气化原理1 气化原理（3）生成的气体与固体颗粒间的反应•高温的半焦颗粒，除与气化剂水蒸气和氧气进行气化反应外，与反应生成气也存在气化反应。
•煤中的硫，在高温还原性气体存在的条件下，与和CO 反应生成和。
气流床气化
气流床气化工艺摘要：煤炭气化是煤利用的主要内容之一，而气流床气化是煤炭气化的一种重要形式。
本文立足我国煤炭气化现状，对目前国际上比较成熟先进的气化工艺（Texaco气化工艺法、shell煤气化工艺法）做了简单介绍。
同时，也阐明了我国未来煤气化的发展方向。
关键词：气流床；煤气化；气化炉；气化工艺；加压气化；环境；引言随着中国经济的快速增长，对能源的需求在与日俱增。
我国是一个多煤贫油少气的国家，如何充分高效率的利用质量参差不等、数量有限且不可再生的煤炭资源是一个摆在国人面前的世纪问题，这关乎民生，也关系到国家的长足发展。
另外，煤炭的开发利用带来了严重的环境问题，这是亟待解决的。
气流床煤气化工艺为煤的洁净高效利用提供了一种可能的途径，这也是本文着重要讨论的。
1、煤炭气化概述气流床气化是一种并流式气化。
气化剂（氧气与蒸汽）将煤粉（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1600~1800℃高温下将煤进一步转化为CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排出气化炉。
也可以将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，在气化炉内，煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。
因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。
随着气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物夹裹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。
这种运动形态，相当于流化领域例对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。
1.1 气流床气化技术特点1)煤种适应性强．入炉煤以粉状(或湿式水煤浆状)喷入炉内，各个微粒被高速气流分隔，并单独完成热解、气化及形成熔渣，无相互作用，不会在膨胀软化时造成黏结，即不受煤的黏结性影响．原则上各种煤都可用于气流床气化，但炉内气化温度应高于煤的灰熔点，以利于熔渣的形成．此外，从经济角度来看，应选择褐煤等挥发分高而固定碳少的煤，可大大改善气化条件；人炉的原料煤越细越好，煤粒越小，比表面积越大，气化速度越快，反应时间越短，碳转化率也越高．2)反应物在炉内停留时间短，反应时间约为1s～3 s．随煤气夹带出炉的飞灰中含有未反应完的碳，采取循环回炉的方法可以提高碳转化率；而且由于煤粉在气化炉内停留时间极短，为了完成反应，必须维持很高的反应温度．所以常常采用纯氧作为气化剂，气化温度可高达1 500℃，灰渣以熔融状态排出，熔渣中含碳量低．液体熔渣的排渣结构简单，排渣顺利．但是炉壁衬里受高温熔渣流动侵蚀，易于损坏，影响寿命．3)为了达到1 500℃左右的气化温度，氧气耗量较大，影响经济性．随着高温下蒸汽分解率的提高，蒸汽耗量有所减少．4)出炉煤气温度很高，显热损失大，可用废热锅炉回收热量，提高热效率．为了防止黏性灰渣进入废热锅炉，可先用循环冷煤气将出炉煤气激冷到900℃～1 100℃，并分离出灰渣，再进入废热锅炉．5)出炉煤气的组分以C0，H2，C02和H2O为主，CH4含量很低，热值并不高．产品中不含焦油．煤气产品中有效成分高，不产生含酚废水，烟气净化装置简单．1．2影响气流床气化的主要因素1)高气化温度．气化温度可达1 500℃以上．炉内高温是由煤粉在纯氧下燃烧或部分燃烧释放的热量而保持的，与此同时，碳粒与水蒸气或C02发生吸热的还原反应．提高炉内温度有利于加快反应速度，提高气化强度和生产能力．同时，由于炉内反应速度的提高，炉中的煤粉即使在很短的时间内也能完全气化，获得很高的碳转化率。
3组主要气化工艺及8种典型气化炉图文详解！
3组主要⽓化⼯艺及8种典型⽓化炉图⽂详解！ ⼀、⽓化简介 ⽓化是指含碳固体或液体物质向主要成分为H2和CO的⽓体的转换。
所产⽣的⽓体可⽤作燃料或作为⽣产诸如NH3或甲醇类产品的化学原料。
⽓化的限定化学特性是使给料部分氧化；在燃烧中，给料完全氧化，⽽在热解中，给料在缺少O2的情况下经过热降解。
⽓化的氧化剂是O2或空⽓和，⼀般为蒸汽。
蒸汽有助于作为⼀种温度调节剂作⽤；因为蒸汽与给料中的碳的反应是吸热反应（即吸收热）。
空⽓或纯O2的选择依⼏个因素⽽定，如给料的反应性、所产⽣的⽓体⽤途和⽓化炉的类型。
⽓化最初的主要应⽤是将煤转化成燃料⽓，⽤于民⽤照明和供暖。
虽然在中国（及东欧）⽓化仍有上述⽤途，但在⼤多数地区，由于可利⽤天然⽓，这种应⽤已逐渐消亡。
最近⼏⼗年中，⽓化主要⽤于⽯化⼯业，将各种碳氢化合物流转换成'合成⽓'，如为制造甲醇，为⽣产NH3提供H2或为⽯油流氢化脱硫或氢化裂解提供H2。
另外，⽓化更为专门的⽤途还包括煤转换为合成汽车燃料（在南⾮应⽤）和⽣产代⽤天然⽓（SNG）（⾄今未有商业化应⽤，但在70年代末和80年代初已受到重视）。
⼆、⽓化⼯艺的种类 有多种不同的⽓化⼯艺。
这些⼯艺在某些⽅⾯差别很⼤，例如，技术设计、规模、参考经验和燃料处理。
最实⽤的分类⽅法是按流动⽅式分，即按燃料和氧化剂经⽓化炉的流动⽅式分类。
正像传统固体燃料锅炉可以划分成三种基本类型（称为粉煤燃烧、流化床和层燃），⽓化炉分为三组：⽓流床、流化床和移动床（有时被误称为固动床）。
流化床⽓化炉完全类似于流化床燃烧器；⽓流床⽓化炉的原理与粉煤燃烧类似，⽽移动床⽓化炉与层燃类似。
每种类型的特性⽐较见表1。
表1 各种⽓化炉⽐较 * 如果在⽓化炉容器内有淬冷段，则温度将较低。
1.⽓流床⽓化炉 在⼀台⽓流床⽓化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）⼀起汇流。
⽓流床⽓化炉的主要特性是其温度⾮常⾼， 在⼀台⽓流床⽓化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）⼀起汇流。
气化炉
煤间接液化中的煤气化技术煤气化技术是一个比较成熟的技术，从1880年德国设计了世界上第一台常压移动床空气间歇气化炉到现在开发出的各种气化技术，煤气化技术已经在全世界特别是中国的煤化工工业中遍地开花。
目前已经工业化的煤气化技术主要有三类：以Lurgi技术为代表的固定床气化技术、以HTW技术为代表的流化床气化技术和以Texaco、Shell、中国多喷嘴对置气化技术为代表的气流床气化技术。
气流床气化炉气化温度与压力高、负荷大，煤种适应范围广，是目前煤气化技术发展的主流。
国外已工业化的煤气化气流床煤气化技术主要有以水煤浆为原料的GE（Texaco）气化技术、Global E-Gas气化术，以干粉煤为原料的Shell气化技术、Prenflo气化技术、GSP气化技术等。
下面我们将主要介绍几种气化气流床技术：干煤粉加压气化技术GSP加压气化技术：采用 GSP 气化炉，入炉前煤必须经过干燥、磨细这两个步骤。
将处理后的原料煤从气化炉顶部输入，从底部排渣。
炉内有水冷壁内件，属于单烧嘴下行制气。
目前世界上采用 GSP 气化工艺技术的有 4 家，但都没有用于气化煤炭。
由于采用水激冷流程，GSP 气化炉的投资比Shell 气化炉省，更适用于煤化工生产。
已开工正常生产的项目有神华宁夏煤业集团有限责任公司的甲醇制烯烃项目、山西兰花煤化工有限公司合成氨及甲醇项目、加拿大能源公司的IGCC 项目和美国能源公司的天然气项目。
Shell煤气化技术：如右图Shell气化炉内部。
Shell煤气化技术是目前世界上第二代煤气化工艺中比较先进的一种。
加压条件下将煤粉、氧气及少量水蒸汽并流从气化炉下部进入气化炉内，可以在短时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理化学过程，同时气化产物中 CO2的含量很少，生产以H2和 CO 为主的合成气。
Shell煤气化技术可用于气化褐煤、烟煤、无烟煤、石油焦等高灰熔点的煤。
在操作过程中如需添加助熔剂，则可以将助熔剂和原料煤在磨煤机中混磨。
煤气化炉的分类
煤气化炉的分类煤气化炉的种类有很多，比如鲁奇炉、BGL、德士古水煤浆炉、壳牌熔渣气化炉、灰熔聚、恩德炉、航天炉、E-GAS、多喷嘴、温克勒等。
我们按气化炉中的流体力学条件分，只有三种：固定床、流化床、气流床。
1．气化炉分类：1.1 固定床气化也称移动床气化。
固定床一般以块煤或煤焦为原料，煤由气化炉顶加入，气化剂（氧气、蒸汽）由炉底送入。
流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本维持不变，因而称为固定床气化。
另外，由于煤从气化炉顶加入，含有残碳的灰渣自炉底排出，在气化过程中，煤粒在气化炉内是从上到下缓慢移动的。
因而又称为移动床气化。
固定床的特点是简单可靠。
气化剂与煤逆流接触，气化过程比较完全，热量利用比较合理，热效率较高。
1.2 流化床气化流化床气化又称为沸腾床气化。
以小颗粒为气化原料，这些细粒煤在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。
流化床技术得到了迅速发展，其原因在于：①生产强度比固定床大；②可用小颗粒煤，无需块煤；③可用褐煤等高灰劣质煤。
1.3 气流床气化气流床技术是一种并流式气化。
气化剂将粉煤（70%以上的煤粉通过200目筛孔）夹带入气化炉，在1500-1900℃高温下将煤一步转化为CO、H2、CO2等气体，残渣以熔渣形式排除气化炉。
也可将煤粉制成水煤浆，用泵送入气化炉。
煤炭细粉粒与气化剂经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下。
因此，其热解、燃烧以及吸热的气化反应，几乎是同时发生的。
随着气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物、燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。
这种运送形态，相当与流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，因此称为气流床气化。
1.4 熔融床气化熔融床气化也称熔浴床气化或熔融流态床气化。
气流床煤气化技术进展
新型多喷嘴对置气化工艺工艺流程
新型多喷嘴对置气化工艺特点
（1）采用对置式气化炉，强化传热。煤气化 碳转化率＞98%；合成气中有效成分CO+H2≥90%； 冷煤气效率约为83% （2）气化炉装置可灵活地停下一对烧嘴，另 一对烧嘴可继续工作，不必立即停车，为保压操 作和维修创造有利条件。 （3）能高效生产富氢和一氧化碳的合成气， 甲烷含量少、热值高；燃料可完全气化，不生成 冷凝副产品，气体不含焦油、酚等污染物，三废 处理简单。
3、结语
除上述两种煤气化工艺外，国内近年来还新 兴了许多其他煤气化工艺。如：非熔渣—熔渣 氧气分级煤气化工艺（清华大学）、多元料浆 气化工艺（西北化工研究院）、 HT-L 粉煤加 压气化技术（中国航天集团）。这些煤气化工 艺都具有自身的优点，但也不可避免的存在某 些缺点。各企业应根据实际情况选择最合适的 煤气化工艺
TPRI 两段干煤粉气化工艺工艺流程
TPRI 两段干煤粉气化工艺特点 （1）气化反应温度1400～1600℃，气化压力 可达3.0～4.0MPa，碳转化率高达99%以上，煤气 中有效气体体积分数（CO+H2）高达90%以上。 （2）高温气化不产生焦油、酚等凝聚物，煤气 质量好。 （3）气化炉采用水冷壁结构，以渣抗渣，无耐 火砖衬里，维护少，运转周期长，无需备炉。 （4）与国外同类技术相比冷煤气效率提高 2～ 3个百分点 （5）两段式气化炉后续工艺可配套激冷流程或 废锅流程，满足不同工艺条件的要求
国外已经产业化或完成中试的气流床煤气化 技术主要有K-T气化法、 Shell气化法、Prenflo气 化法、GSP气化法、Texaco法、E-gas气化法、 Eagle气化法、国内气流床煤气化技术主要有多喷 嘴对置、TPRI 两段干煤粉气化、非熔渣-熔渣氧 气分级煤气化和多元料浆气化等。 此处着重讲解近年来国内新兴的两种典型的 气化工艺。 一：以干煤粉为原料的TPRI两段干煤粉气化 工艺； 二：以水煤浆为原料的新型多喷嘴对置气化 工艺。
煤化工气化炉发展简介---流化床气化炉3
气化炉排渣通过水套管初步冷却后经气动插板阀进入滚筒冷渣机冷却，冷却后出渣温度＜ 100℃，然后落入出渣皮带。经皮带机至斗式提升机后送入渣仓。渣仓设置有库顶脉冲布袋（配 置有排尘风机）、高低料位计和连续料位计、干渣装车采用装车头。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
四、典型循环流化床气化装置
• 煤气化装置主要包括气化系统、余热回收系统、二级分离系统、布袋除尘系统、冷却器系统、出渣系统等。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
(1)气化系统 煤气化系统由气化剂、气化剂预热器以及辅助系统（含供风系统、给煤系统、测控系
统）等组成，以空气和蒸汽、氧为气化剂，（0～12mm）煤通过两台螺旋给料机送入炉膛， 在气化炉炉膛燃料与底部通入的气化剂发生气化反应。从气化炉炉膛顶部排出的煤气与颗 粒的气固混合物经高温旋风分离器分离后颗粒返回炉内循环流化，分离出的煤气先进入蒸 汽过热器，再进入气化剂预热器与空气进行换热。预热后的热空气进入炉底气化剂合器， 预热后的氧气进入炉膛下部气化剂混合器，参与气化反应。
在启炉时通过通过炉底燃烧系统，对系统进行升温，使炉膛达到正常运行工况。系统 配有放散装置，作为开停车放散使用，提供系统的安全性。
气化炉配有两套螺旋给煤机、本体、双向分离器、返料器、蒸汽过热器、空气预热器、 氧气预热器、气化风机、流化风系统、燃烧器以及内部耐磨保温材料组成。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
带式输送机将气化冷渣机出口的炉渣输送至斗式提升机，再提升至装置内的临时渣仓， 定期通过汽车外运。渣仓顶部设置仓顶除尘器，废气经除尘后排向大气，渣仓底部设置装 车头，由汽车装车外运。
气流床煤气化技术的现状及发展
况 下 ，采 用 纯 氧 作 为 气 化 剂 。 这 时 就 能 使 气 化 温 度 达 到 于 Ｔｅｘａｃｏ技 术 ，并 已经获 得专 利 。另外 ，我 国科技 部开 始 立项
１５００℃ 。
１．２影 响气流 床化 的主 要 因素 ①高 气化温度
在 实际 气化过程 中 ，最高 温度能 够到达 １５００℃以上 。而炉 内 中产生 的 高温 则是 由煤 粉在 纯氧 燃烧 或者 由部 分燃 烧 所释 放的热 量而保 持的 。在这 期间 ，碳粒 与水蒸 气会发 生吸热 的还 原反 应 。 因此 ，在加 煤量 的相 关 条件下 ，气化 炉 内的 温度 会受 到氧 气和水 蒸气 气化剂的加 入量而 决定 。与此 同时 ，随 着炉 内
更好 的 形成 熔渣 …。 由于气 流床 的 气化 反应 是受 动 力学控 制 ， 关政 策 ，使 得在 发 展煤 气化 技术 上得 到一 定 的发展 ，并取 得较
因而需 要选用 活性 较好 的煤 ，来进 一步提高 碳的转化率 。
好的 效果 。具 体 来说 ，就是 在气 流床 的实 际应 用 中 ，引进 多 台
形成 熔渣 。在相 关原 则上 ，大多数 煤都能 够报 审应用 气流床 气 现状 ，如果不采 取相 应措施 进行改 变 ，则会给 我 国社 会经 济 、能
化 。但是 在炉 内气化的温 度上 则要高 于煤 的灰熔 点 ，这样 能够 源和 环境协 调发展 产生严 重影 响 。在近 几年 ，我国开始 出 台相
成 立 “干 煤粉加 压气化 剂制备 合成气 新技术 ”，在 实际研 究过程 中 ，取 得一 定的 成果 。对 于这 项研 究成 果 ，有 效 的对 我 国当前 研 究空 白进行弥补 。在 中试 （耗 煤 ２０ｔ／ｄ）Ｉ艺的 指标 逐渐达 到 国 际先进水 平 ，足 以说 明我 国开 始具备 自主知识 产权 与 自身 能源 结 构相适 应的 干煤粉 气化技 术 。另外 ，在整体 煤气 化联合循 环
国内外气流床气化技术比较分析
碳转化率
有效气含量
＞99%
＞90%
GSP炉业绩
GSP炉关键设备——组合烧嘴
GSP炉关键设备——气化炉
GSP炉关键设备——气化炉
科林炉
干粉 NO. 05
科林炉发展历程
科林炉结构
气化炉特点： 1、干粉进料，煤气下行 2、多喷嘴顶置 3、水冷壁炉膛 4、水激冷流程
科林炉工艺流程
科林炉操作条件与气化指标
碳转化率
有效气含量
30~98%
85~90%
Prenflo炉
干粉 NO. 02
Prenflo炉发展历程
Prenflo炉结构
Prenflo炉工艺流程-废锅
Prenflo炉工艺流程-激冷
Prenflo炉位于西班牙的IGCC电站
Prenflo炉实景
Prenflo炉烧嘴运行前后照片
Shell炉
五环炉操作条件与气化指标
项目 原煤 气化温度 压力 比氧耗 比煤耗 指标 几乎所有煤种 1400~1700℃ 3~4Mpa 350Nm3/kNm3(CO+H2) 630kg/kNm3(CO+H2)
碳转化率
有效气含量
＞99%
＞90%
五环炉业绩
航天炉
干粉 NO. 08
航天炉结构
气化炉特点： 1、高压水冷壁干粉气化炉 2、顶置单烧嘴 3、激冷流程
碳转化率
有效气含量
＞98%
＞81%
四喷嘴气化炉业绩
四喷嘴气化炉业绩
清华/晋华炉
水煤浆 NO. 03
清华炉结构
气化炉特点： 1、非熔渣-熔渣分级气化 2、绝热炉膛 3、激冷流程
一代清华炉
清华炉结构
气化炉特点： 1、顶置单烧嘴 2、水冷壁炉膛 3、激冷流程
气流床气化技术的现状及对比
气流床气化技术的现状及对比1 技术简介气流床煤气化就是煤浆或煤粉和气化剂（或氧化剂）以射流的形式喷入气流床气化炉内，在均匀高温下，快速转化为有效气体的过程，炉内的高温使煤中的灰熔解，作为熔渣排出。
现代气流床气化的共同点是加压（3.0～6.5MPa）、高温、细煤粒，但在煤处理、进料形态与方式、实现混合、炉壳内衬、排渣、余热回收等技术单元存在不同，从而形成了不同风格的技术流派。
气流床对煤种（烟煤、褐煤）、粒度、含硫、含灰都具有较大的兼容性，其清洁、高效代表着当今煤气化技术的发展潮流。
目前最具代表性的气流床气化技术有美国的Texaco 水煤浆加压气化技术和荷兰的Shell 干煤粉加压气化技术；另外，还有与上述气流床气化技术相似的Destec 水煤浆加压两段式气化技术及Prenflo 干煤粉气化技术。
1.1 Texaco 煤气化工艺Texaco 气化炉有两种结构，一种是直接激冷式气化炉，一种为装有煤气冷却器的气化炉。
美国Texaco 公司开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为60 %～65 %的水煤浆，用纯氧作气化剂，水煤浆和纯度为95 %的氧气从安装在炉顶的燃烧喷嘴喷入气化室，在高温、高压下进行气化反应，气化压力在3.0～8.5 MPa ，气化温度1 400 ℃左右，液态排渣，煤气中CO +H2 占80 %左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率为96 %～99 % ，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，而且煤种适应范围较宽，是目前较为先进的煤气化技术之一。
烧嘴是Texaco 气化工艺的关键部件，其寿命和运行状况直接决定着装置能否长周期经济运行。
烧嘴多为三通道结构，中间走煤浆，外层和内层走氧气，内层氧气通过量占总氧量的8 %～20 %。
气化炉内镶嵌耐火砖，使用寿命一般在6～18 个月，煤中灰分、烧嘴运行质量、炉内温度、开停车频度等都对耐火砖有较大的影响。
Texaco 水煤浆气化炉与1952 年开发成功的渣油气化炉相似。
三种煤气化炉技术介绍
三种煤气化炉技术介绍煤气化是一种利用化学反应将固体煤转化为可燃气体的技术过程，可以将煤转化为煤气、合成气和合成油等能源。
煤气化可以通过不同的煤气化炉技术实现，下面将介绍三种常见的煤气化炉技术。
1.固定床煤气化炉：固定床煤气化炉是最早应用的煤气化技术之一、在固定床煤气化炉中，煤炭被填充在炉膛中，煤气化反应通过从煤床底部通入的氧气或氧气与蒸汽的混合物进行。
煤床通过由炉膛底部从下而上通过的气流进行流化，从而促进反应的进行。
在固定床煤气化炉中，煤气化反应主要发生在煤床下部的炉膛区域，温度通常在900°C至1400°C之间。
固定床煤气化炉的优点是操作稳定、适应性强，但由于床层热阻较大，炉温难以控制并且煤气质量较低。
2.流化床煤气化炉：流化床煤气化炉是一种采用流化床技术进行的煤气化工艺，该技术首次在20世纪60年代得到应用。
在流化床煤气化炉中，煤炭经过细磨和干燥后与气化剂（如氧气和水蒸汽的混合物）一起输入炉膛。
煤炭在流化床内扬起并形成流化状态，反应通过高速气流中的煤颗粒与气体热交换实现。
在流化床煤气化炉中，温度通常在800°C至1000°C之间。
流化床煤气化炉具有热传递效率高、反应速度快的优点，产生的煤气质量较高，但操作复杂，需要高流速和高压力的气流。
3.级联煤气化炉：级联煤气化炉是一种将两个或多个煤气化反应装置相连接以提高反应效率和煤气品质的技术。
在级联煤气化炉中，通常使用高温煤气化反应器作为第一级反应器，将煤炭和气化剂进行气化反应；然后，将第一级反应器的产物气流引入低温煤气化反应器中进行进一步的气化和合成反应。
级联煤气化炉可通过优化不同反应器之间的温度和气体组成来实现高效率的煤气化过程。
级联煤气化炉的优点是可以提高煤气化效率和产气量，并可根据需要调整煤气的组成。
综上所述，固定床煤气化炉、流化床煤气化炉和级联煤气化炉是三种常见的煤气化炉技术。
每种技术都有其特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的煤气化炉技术。
煤化工知识—煤气炉概述
碳一化学知识：航天炉（HT-L）气化工艺一、煤气化技术综述煤气化技术是煤化工项目的龙头技术。
煤气化是指在一定的温度、压力下，用气化剂对煤进行热化学加工，将煤转化为燃气的过程。
目前在国内推广的煤气化技术，包括我国自主开发技术和国外技术10多种。
煤气化技术一般是按炉型分，主要有固定床、流化床、气流床三种。
固定床气化炉是最早开发出的气化炉，炉子下部为炉排，用以支撑上面的煤层。
通常，煤从气化炉的顶部加入，而气化剂（氧或空气和水蒸汽）则从炉子的下部供入，因而气固间是逆向流动的。
特点是单位容积的煤处理量小，大型化困难。
流化床气化炉是在分散板上供给粉煤，在分散板下送入气化剂，使煤在悬浮状下进行气化。
流化床气化炉不能用灰分融点低的煤，副产焦油少，碳利用率低。
气流床气化炉是将粉煤与气化剂一起从喷嘴高速吹入炉内，快速气化。
气流床气化炉按进料形式不同，分为干煤粉进料和水煤浆进料两大类，而以气化炉内是否衬有耐火保温材料分类，又有热壁炉和水冷壁炉两种。
所谓水冷壁，就是由水管、石英砂、煤渣组成的内腔。
一直以来，水冷壁都用于粉煤气化炉，水煤浆气化炉则多用耐火砖结构的热壁炉。
目前国际上应用最广的是气流床气化工艺。
主要有Shell公司的SCGP 粉煤加压气化工艺、美国德士古公司的水煤浆加压气化工艺和德国未来能源公司的GSP粉煤加压气化工艺，航天炉气化工艺是借鉴以上三种工艺中先进技术，配置我国自行研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单、有效实用的煤粉气化工艺。
该工艺煤种适用范围广、碳转化率高，技术可靠、投资少、所有设备国产化、工程实施简单等优点。
二、航天炉（HT-L）气化工艺航天炉（ HT－L 粉煤加压气化技术造气炉）是由中国航天科技集团公司下属公司研制成功的，是中国首套拥有自主知识产权的新型气化装置，其主要经济技术指标已达到国际领先水平。
该技术充分吸收了当今世界先进煤气化技术的优点，采用“粉煤+水激冷”流程，利用航天多年来在煤气化以及能源化工行业关键设备研制方面的成果，重点在原料煤本地化、工艺路线的优化、减少投资、关键设备国产化方面做了深入细致的工作。
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煤化工气化炉的发展
四、气化炉分类
（1）按是否需要开采或按‘气化炉’的位置分：
地面气化
地下气化
（2）按流体力学：
固定床（移动床）气化
流化床气化 气流床气化
（3）按气化剂的种类
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
（3）气流床气化工艺 气、固(煤粉/煤浆)两相并流接触； 床层压力降随气速提高而减小； 煤粒分散在气流中，粘结性无影响； 气化温度很高，气化反应非常快；
煤化工气化炉的发展
煤化工概念
以煤炭为原料经化学方法将煤 炭转化为气体、液体和固体产 品或半产品，而后再进一步加 工成一系列化工产品或石油燃 料的工业，称之为煤化工。
煤化工气化炉的发展
一、煤炭气化的主要反应
•C+O2=CO2 完全燃烧 •2C+O2=2CO 部分燃烧 •C+CO2=2CO Boudouard反应 •C+H2O=CO+H2 水蒸气气化 •C+2H2=CH4 加氢气化 •2H2+O2=2H2O 气相燃烧 •2CO+O2=2CO2 气相燃烧 •CO+H2O=CO2+H2 水煤气变换 •CO+3H2=CH4+H2O 甲烷化连续式化间歇式气化-水煤气气化
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
五、气化炉的发展简史
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
（1）移动床气化工艺 气、固(块煤)两相逆流接触； 床层压力降随气速提高直线增大； 床层高度随气速提高无变化； 要求床层透气性好、布风均匀； 冷、热物料热交换，热利用最合理。
固定床炉型特点：
①粗合成气中CH4含量高达5～12%。 ②要求入炉煤粒(块)度为6-50mm。 ③单炉生产规模相对较小，占地面积大。 ④废水中因含焦油、酚氨等有机物，处理难度较大，处理成本高。
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
（2）流化床气化工艺 气、固(粉煤)两相交叉流接触； 床层压力降随气速提高无变化； 床层高度随气速提高而增高； 床层内浓度、温度梯度小， 传质、传热效果好； 先天不足是“上吐下泻”。
煤化工气化炉的发展
煤气化概念
➢ 完全气化 ：经适当处理的原料煤，在一定的高温和压力条件下，在气化 炉内与气化剂发生一系列化学反应生成可燃气态产物的过程。
➢ 非完全气化 ： 部分
（1） 高温炼焦－高温干馏 （2） 中、低温干馏（热解）－温和气化 （3） 加氢热解（气化） （4） 煤气、热(蒸汽)、电联产 （5） 部分气化
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
固定床气化的煤质适应范围较广，除黏结性较强的烟煤外，从褐煤到无烟煤均可 气化。固定床气化的缺点是单炉产气量略小，反应温度较低，蒸汽的分解率低，气化装 置需要大量的蒸汽。气化装置所产生的废水中还含有大量的酚、氨、焦油，污水处理工 序流程长，投资高。由于出气化炉的煤气中的甲烷含量较高，对于煤制城市煤气或天然 气项目，有较高的优势。
2、气化的物理过程
研究气相与固相的相对运动规律
煤化工气化炉的发展
三、气化过程的动力学
(1)气体反应物从气相扩散到固体外表面(外扩散)； (2)气体反应物从固体外表面进入固体内孔(内扩散)； (3)气体反应物吸附在固体碳表面上形成中间络合物； (4)固体碳表面发生气化反应，生成吸附态气体产物； (5)吸附态的气体产物从固体碳表面脱附； (6)气体产物从固体内孔扩散到固体外表面(内扩散)； (7)气体产物从固体外表面扩散到气相中(外扩散)。
煤化工气化炉的发展
三、气化过程的动力学
• 在低温时如700－1000℃时，属于化学反应控制步骤为主，提高温度 有利于加快反应速度；
• 温度1000－1200℃时，反应属于内扩散（或灰层）控制为主，提高 温度和提高气化剂流量可提高反应速度；
• 当温度>1200℃时，基本处于外扩散控制为主，提高气化剂流量有利 于提高反应速度。
煤化工气化炉的发展
二、煤炭气化的理论基础
1、气化过程的热力学
（1）煤气化反应多为可逆反应，并产生热效应 （2）化学平衡研究气化反应进行的方向和限度 （3）气化反应达平衡时，正、逆反应速率相等，定义平衡常数为正、逆反应速率常数之比 （4）化学平衡移动规律：
①提高温度，平衡向吸热反应方向移动 ②提高压力，平衡向体积减小方向移动
煤化工气化炉的发展简介 气流床气化炉
>>>> 苏志强
01 煤炭气化的主要反应 02 煤炭气化的理论基础 03 气化过程的动力学 04 气化炉分类 05 气化炉的发展简史 06 固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点 07 固定床气化、流化床气化、气流床对应气化炉主要种类
08 几种典型气化炉介绍
空气气化
空气/水蒸气气化
富氧空气/水蒸气气化
氧气/水蒸气气化
加H2气化
CO2气化
与CH4共气化
煤化工气化炉的发展
四、气化炉分类
（4）按气化操作压力
常压气化
加压气化 －中压2.94MPa
-高压6.86~10MPa
（5）按灰渣排出形态
固态排渣气化－干法排灰
液态排渣气化 －熔渣
灰熔聚排灰气化 －中间态
（6）按过程是否连续
流化床首次工业化大规模应用是温克勒用于粉煤气化，此法在1922年获得专利之后，就广 泛应用于化工合成、冶金、干燥、燃烧、换热等工业过程中。
煤化工气化炉的发展
六、固定床气化、流化床气化、气流床气化工艺特点
流化床炉型特点：
① 床层温度均匀，传质传热效率高，对高灰和高灰熔点劣质碎粉煤适应性强。 ② 产品煤气中基本不含有焦油和酚类物质，废水量小且易处理。 ③ 对入炉煤的活性要求很高。U-gas、灰熔聚和HTW 炉采取了一些改进的设计可以适当 提高气化反应温度，理论上有助于提高低活性煤种的适应性问题，但是到目前为止还缺乏 无烟煤应用的成功经验。 ④ 对煤的颗粒度要求较高，且气体中带出细粉过多，影响了碳转化率。 ⑤ 流化床气化在锅炉和燃气生产上应用较为广泛，但是生产化工合成气的大型工业经验相 对较少。