固体燃料的气化过程及设备

山东理工大学教案

注：教师讲稿附后

第五章 固体燃料的气化过程与设备

煤的燃烧方式：（1）直接燃烧：缺点：燃烧容易产生不完全，热利用低，造成能源浪费，污染严重，不易控制；

（2）半煤气燃烧：一部分直接燃烧，一部分气化后再燃烧；

（3）全煤气燃烧：全部气化后燃烧，效率高，易实现温度控制。

一、发生炉煤气的种类

气化过程需要气化剂，常用的气化剂有空气、水蒸气、空气+水蒸气，根据气化剂的不

同将发生炉煤气分为：空气煤气、水煤气、混合煤气。

（1） 空气煤气

气化剂：空气

所进行的反应：C+O 2+3.76N 2=CO 2+3.76N 2+Q

CO 2+C=2CO －Q

所以综合反应为 2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+Q

理想空气煤气（纯炭与空气反应）的废气组成为：

CO 2=

%47.3%10076

.322=⨯+ N 2(%)=%3.65%10076.3276.3=⨯+ 产气率：每单位气化用煤转变为煤气的体积，单位Nm 3/kg

理想空气煤气的产气率V=38.512

24.22)76.32(=⨯⨯+ Nm 3/kg 制取空气煤气的过程存在温度：由于C+O 2反应，氧化层温度高，会使灰分软，成熔融状态（结渣）。影响正常气化过程的进行。

（2） 水煤气：

气化剂：水蒸汽

主要反应： C+H 2O=CO+H 2－Q (5-4)

C+2H 2O=CO 2+2H 2－Q (5-5)

C ＋CO 2=2CO －Q

CO ＋H 2O= CO 2+H 2＋Q

从反应平衡式可以看出，吹气阶段反应多属吸热反应，要维持窑炉内的温度，需要

源源不断供入热蒸汽。

为了产生热量，工业上常采用间歇式送风法：

空气 ↘

→发生炉→煤气

煤气 ↗

即：当需要热时，通入空气，使反应C+O 2=CO 2放热，当温度高到要求时，停止空气，供入蒸汽开始造汽，前者为吹气阶段，后者为吹汽（制）汽阶段，构成水煤气工艺的基本循环。 缺点：水煤气热值比空煤气高，但对原料的要求苛刻，采用优质无烟煤或焦炭，操作复杂，故一般的硅酸盐窑炉不采用水煤气。

（3） 混合煤气

气化剂：空气＋水蒸汽

利用 C+O 2=CO 2反应提供热量，利用CO 2与H 2O 反应造气，混合煤气。

理想混合煤气产率：

反应：2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+246388KJ/kmol (与氧反应)

C+H 2O=CO+H 2－118798 kJ/kmol 一个反应为放热，一个反应为吸热，恰好能维持炉内温度的稳定，放热能使

07.2118798

246388= kmol 的炭与水反应。 故反应的总体积为： 2 + 3.76 + 2.07 + 2.07=9.9kmol

CO N 2 CO H 2

所以理想混合发生炉煤气的组成为：CO ：%1.41%1009

.907.22=⨯+ H 2：%9.20%1009

.907.2=⨯ N 2：%0.38%1009

.976.3=⨯ 从组成中可以看出CO 、H 2 所占比例为62%，所以混合煤气的热值比较高 产气率：V=

炭kg Nm /54.4%10007.224.229.93=⨯+⨯ 对比空气煤气，谁煤气，混合煤气产气率最小，但是由于含CO 、H 2的比例高，故热值

最大。

二、气化过程（以混发生炉煤气为例）

图5-1

1-加煤口 2-钎孔 3-煤气出口 4-炉篦 5-水封 6-灰盘 7-空层 8-干燥干馏层 9-第二还原层 10-第一还原层 11-氧化层 12-灰层

13-气化剂进口

在各个层内进行反应：

1、氧化层（火层） C+O 2=CO 2 放热反应，温度：1100－1200℃

2、第一还原层 C+H 2O=CO 2+H 2

C+H 2O=CO+H 2

C+2H 2O=CO 2+2H 2 吸热反应，温度：800-1100℃

3、第二还原层 CO 2+C=CO

4、干馏层（干燥层） 挥发分溢出，煤背干燥，温度：500-800℃

山东理工大学教案

注：教师讲稿附后

三、气化指标

1、 产气率：指气化每单位气化用煤转变为煤气的体积，单位Nm 3/kg ，又称气化率。

2、 气化强度：单位时间在单位截面上所气化的煤量（化煤量）kg/m 2.h

生产能力=气化强度×横截面积

3、 比消耗量：气化单位质量煤所消耗的气化剂用量

4、 气化过程的热量

（1） 气化煤的化学热

（2） 蒸汽带入的热量

（3） 煤气的化学热

（4） 热煤气所含的热量

（5） 焦油化学热

5、 气化效率：单位质量的煤的发热量转化为煤气发热量的百分数。

6、 热效率：又称为热量利用程度，%100 热收入项

热支出项 7、 提高气化用煤的途径：，进行预处理，把煤加工程型煤，可以采用多种煤配比，对

于粘结性差的煤可以适当的加入粘结剂。

优点：（1）扩大了煤的应用范围

（2） 用配煤技术，节省烟煤

（3） 改善气体流动，便于操作

（4） 加入适当的粘结剂可以调整灰分软化温度

缺点：型煤需要一定成本

四、发生炉炉型及构造

结合图5-(6a)

主要构造包括：炉身、搅拌装置、风气帽、排灰装置、送料装置

炉身：造气空腔 搅拌装置：打碎大的焦块，破除焦拱，灰渣块