气 流 床 气 化 法
5.5 气流床气化法.
⑶气化炉
向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）
膜式水冷壁 内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽 内筒和外筒 环形空间：容纳水、蒸汽输入和出的管路、利于检修
高压容器外壳
筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室
水冷壁结构
水冷壁是由: 液体熔渣、 固体熔渣、 膜式壁、 、 碳化硅耐火填充料
加压冷却水管、 抓钉 组成的。
水冷壁结构示意图：
连续运行10年水冷壁内侧图片
连续运行10年水冷壁外观图片
Shell气化炉以渣抗渣原理： 生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁
重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金 属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰 熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增 大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以上时， 熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减 小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔 渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。
3.Shell煤气化工艺 ⑴工艺技术特点 ●加压气流床粉煤气化，以干煤粉进料，纯氧做气化剂，
液态排渣； ●火焰中心温度：1600~2200℃； ●出炉煤气温度约为：1400~1700℃； ●干煤气中有效成分CO和H2可达90%以上，CH4含量很低。 ●主要工艺技术特点：
①煤种适应广（干法粉煤、气流床） ②能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高） ③设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高） ④环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺）
下面是两张结渣图片供参考：
shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关 重要，以下一张照片是停车中温降过快造成的垮渣，一 张是炉内温度波动（高温）造成的渣层损坏。将容易烧 蚀损坏原来被渣层保护的耐火衬里和金属销钉，当保护 层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的保护，伤害到 本体，气化炉反应热平衡也将失衡。
气流床加压气化工艺介绍
气流床加压气化工艺介绍一、工艺原理本煤气化技术属气流床加压气化工艺。
浓度60.5%的水煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气（纯度99.6%）通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴对喷进入气化炉燃烧室。
对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。
利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种灰熔点温度以上进行气化反应。
炉内温度约1350℃，反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。
（1）射流区：流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。
同时受撞击区较高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大，此后为撞击区。
（2）撞击区：当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。
此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度（即沿设备轴向速度）逐渐增大。
撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作用好。
（3）撞击流股：四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特征相同的两个流股。
在这个区域中，撞击流股具有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。
（4）回流区：由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。
（5）折返流区：沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。
（6）管流区：在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不变，形成管流区。
水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进行。
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
壳牌加压气流床气化工艺流程
壳牌加压气流床气化工艺流程Shell's pressurized air flow bed gasification process is an innovative technology that aims to convert low-grade feedstock into valuable products. This process involves introducing a mixture of air and steam into a fluidized bed reactor at high pressure and temperature to gasify the feedstock. The gasification of the feedstock produces a syngas, which can be further processed to obtain various chemicals and fuels.壳牌的加压气流床气化工艺是一种创新技术，旨在将低品位原料转化为有价值的产品。
该工艺涉及在高压和高温下将空气和蒸汽混合物引入流态化床反应器中，以气化原料。
原料的气化产生合成气，可进一步加工以获得各种化学品和燃料。
One of the key advantages of Shell's pressurized air flow bed gasification process is its ability to handle a wide range of feedstocks, including biomass, coal, and waste materials. This versatility allows for greater flexibility in sourcing feedstock and can help reduce the reliance on fossil fuels. Additionally, the syngas produced throughgasification can be used as a cleaner alternative to traditional fuels, contributing to a more sustainable energy future.壳牌的加压气流床气化工艺的关键优势之一是其能够处理各种原料，包括生物质、煤炭和废料。
气流床气化工艺
气流床气化工艺
气流床气化工艺是一种高效的能源转化技术，它可以将各种固体燃料转化为可燃气体，如煤、木材、废弃物等。
这种技术的优点在于它可以将废弃物转化为能源，减少了废弃物的数量，同时也减少了对传统能源的依赖。
气流床气化工艺的基本原理是将固体燃料放入气流床中，通过高温气流的作用，将燃料分解成可燃气体。
这种技术的优点在于它可以在不使用氧气的情况下进行气化，从而减少了氧气的消耗，同时也减少了氧气的污染。
气流床气化工艺的应用范围非常广泛，可以用于生产燃气、合成气、液体燃料等。
在燃气生产方面，气流床气化工艺可以将煤、木材等固体燃料转化为燃气，从而减少了对传统燃气的依赖。
在合成气方面，气流床气化工艺可以将煤、木材等固体燃料转化为合成气，从而用于化学工业、石化工业等领域。
在液体燃料方面，气流床气化工艺可以将煤、木材等固体燃料转化为液体燃料，从而用于汽车、船舶等领域。
气流床气化工艺的发展前景非常广阔，它可以为我们提供更加清洁、高效的能源转化技术。
同时，气流床气化工艺也可以为我们解决废弃物处理的问题，从而减少了对环境的污染。
因此，我们应该加强对气流床气化工艺的研究和开发，推广其应用，为我们的经济发展和环境保护做出贡献。
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。
§ 4.4 气流床气化工艺
水
添加 剂
原 煤
高浓度湿磨
水煤浆
封闭式湿磨设备
煤浆的制备和输送
非封闭式湿磨设备
需要指出的是，不管是哪一种制浆工艺，都是耗能 大户。因此，为了减少磨矿功耗，磨矿前，除特殊情 况(如用粉煤或煤泥制浆)外．都必须经过破碎，预先 破碎到粒度小于30mm，然后经过带称送人磨粉机。 研磨好的煤浆首先要进入一均化罐· 然后用泵送到气化 炉。煤浆是否能够顺利进入气化炉，在泵功率确定的 前提下，取决于煤浆的浓度和颗粒的粒度．这又集中 体现在煤浆的黏度上，为降低黏度可采用加入添加剂 的方法以降低黏度。
水煤浆和氧气喷入气化炉后，生成以CO、氢气为主要成分 的粗煤气。灰渣采用液态排渣
水煤浆气化制煤气的特点
优点 缺点 ①气化原料范围广 ①炉内耐火砖侵蚀严重，更换费用高，增加生产成本 ②与干粉进料相比较，安全并易控制 ②喷嘴使用周期短，停炉更换喷嘴影响生产连续运行 ③工艺技术成熟，流程简单；设备布置紧凑，运转率高； ③水煤浆含水高，氧耗和煤耗比干法高 气化炉结构简单，内部无机械传动装置，操作性能好 ⑤对管道及设备材料要求高，工程投资大 ④操作弹性大，碳转化率高 ⑤粗煤气质量好，用途广 ⑥气化压力范围广 ⑦生产能力大 ⑧污染少，环保性能较好
水
添加 剂
返料
高浓度湿磨
水煤浆
湿筛
封闭式湿磨设备
煤浆的制备和输送
非封闭式湿磨设备
如图所示是非封闭式湿磨 系统。该法中，煤一次通 过磨机，所制取的煤浆同 时能够满足粒度和浓度的 要求。煤在磨机中的停留 时问相对长一些，这样可 以保证较大的颗粒尽可能 不太多。要达到合格的研 磨，选择适当的磨机就变 得很重要，最合适的是用 充填球或棒的滚筒磨机， 妥善选择磨机长度、球径 及球数，使得煤通过磨机 时一次即能达到高浓度的 煤浆，并具有所需要的粒 度。
气流床气化法流程
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气流床气化工艺
气流床气化工艺气流床气化工艺是一种先进的生物质能源转化技术，通过在高温气流中将固体生物质转化为可燃气体，同时产生热能。
这一技术在能源利用和环保方面有着重要的应用前景，对于推动清洁能源发展、减少化石能源消耗具有重要意义。
气流床气化工艺的原理是利用高温气流对生物质进行气化反应，将生物质中的碳、氢、氧等元素转化为可燃气体，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷等。
这些可燃气体可以用作燃料供给发电机组发电，也可以用于工业生产中的燃烧或化学反应。
在气流床气化工艺中，生物质被送入气化炉中，通过控制气化温度、气化压力和气流速度等参数，实现生物质的快速热解和气化过程。
在高温气流的作用下，生物质中的大分子有机物被分解成小分子气体，并释放出热能。
同时，气化炉中的气氛是还原性的，有利于生成一氧化碳等可燃气体。
气流床气化工艺与传统燃煤发电相比具有诸多优势。
首先，生物质是可再生资源，气化过程不会增加二氧化碳等温室气体的排放量，有利于减少对环境的污染。
其次，气流床气化技术可以实现生物质资源的高效利用，提高能源利用效率。
再者，气化产生的可燃气体可以替代天然气、煤炭等传统燃料，降低能源成本，减少对非可再生资源的依赖。
气流床气化技术在生物质能源、城市垃圾处理、工业废物处理等领域得到了广泛应用。
在生物质能源领域，气流床气化技术可以处理各类生物质原料，如秸秆、木屑、废弃木材等，实现生物质能源的高效利用。
在城市垃圾处理领域，气流床气化技术可以将垃圾转化为可燃气体和灰渣，实现垃圾资源化利用。
在工业废物处理领域，气流床气化可以处理各类有机废物，减少废物排放对环境的影响。
总的来说，气流床气化工艺是一种具有广阔应用前景的生物质能源转化技术。
通过将生物质转化为可燃气体，实现能源利用和环保的双重目标，有助于推动清洁能源发展，减少对化石能源的依赖。
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，气流床气化技术将在未来发挥更加重要的作用，为可持续发展做出贡献。
第六章 气流床气化工艺
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。
气流床气化法
二加压流化床气化工艺-1高温温克勒气LOG化O 法
• 高温温克勒气化法的基础是低温温克勒气化法。它是采用比低温温克勒气化法较高的 压力和温度的一项汽化技术。
• 除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点 外,主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率。
被气流带出流化床。
2、温克勒气化工艺流程 (粗右出((首成干(中惰3421)煤。煤)))粗先燥性0,煤原气料～气 在气煤对 ， 气气化料斗l的气0炉气原如体的预的中温包化m出化的的料果。m除预处充克括、炉炉粗显进炉用的尘理处以勒煤气温上煤热行料螺炉和理后氮度部气的化回气破含旋料冷的气一设收碎有加，进化预产却原或般有和表料一人料二工处物为废筛面器般废送氧艺理显热9将分 水不热入化0流、热锅0煤分需,锅料碳制℃炉程气的料，要炉斗左, , 生回可加产收以入的 余使 气蒸热用化利，汽烟炉用产压道的、生力气底蒸在煤对部汽1原，气.9，料煤6的～然进在除2后行炉.1尘进干内人和燥的， 6两控停M级制留P旋a入 时，风炉间冷蒸分原约汽却离料1的5等器的m产和i水n量洗左分为涤右在0塔。.85％，气～～煤化0.18气剂2kg
由于气化的是细颗粒的粉煤，因而可以充分利用机械化采煤得到的细粒 度煤。 由于煤的干馏和气化是在相同温度下进行的，相对于移动床的干馏区来 讲，其干馏温度高得多，所以煤气中几乎不含有焦油，酚和甲烷的含量 也很少，排放的洗涤水对环境的污染较小。
第六章 气流床气化new
附。
一般要求水煤浆浓度＞60%
氧煤比
氧煤比决定了气化炉 的操作温度
氧煤比
氧煤比增大，碳的转化率增 大 合适的氧煤比 氧气比例增大优点：提高 气化温度，有利于碳的转化， 降低灰渣含碳量。 缺点：过量会使二氧化碳 的含量增加，从而造成煤气 中的有效成分降低，气化效 率下降；提高炉温还要考虑 耐火砖和喷嘴等的寿命。
根据煤气用途选用：
IGCC 合成气
④喷嘴
关键设备。 保证煤浆和氧气的 均匀混合；具有以 较少的雾化剂和较 少的能量达到较好 雾化效果的能力； 结构要简单；加工 要方便；使用寿命 长等性能。 三通道：工艺氧走 一、三通道，水煤 浆走二通煤浆浓度 氧煤比 气化压力 煤种
第二节 K－T气化炉
喷嘴出口气流速度要避 免回火而发生爆炸，通 常要大于l00m／s。
第二节 K－T气化炉
在炉内的高温下，灰渣熔融 成液态，其中60％～70％自 气化炉底部排出，其余的以 飞灰的形式随煤气逸出炉外 灰熔点1040～1315℃ 如果采用灰熔点太高的煤种， 那么熔渣可能在气化炉内壁 上固化，添加助熔剂。 渣的流动性并非越大越好， 如上所述，渣侵蚀
第六章 气流床气化 Entrained Flow
第一节 气流床气化概述
将煤制成粉煤或煤浆，通过气化剂夹带，由特殊 的喷嘴喷入炉内进行火炬式瞬间气化。 优点： ①反应温度高(火焰中心温度可达2000℃)，反应速度 快，煤料的停留时间短(1～10s)，产物不含焦油、甲 烷等物质，用来生产合成氨、甲醇。 ②煤的黏结性、机械强度、热稳定性等对气化过程不 起作用，原则上几乎可以气化任何煤种。 ③气流床的设计简单，内件很少。
第三节 GE（原德士古Texaxo）气化工艺
气流床气化工艺-空分工序)
气流床气化的主要特征：
⑤ 生产效率高； ⑥碳转化率高。
空气分离的原理及方法
空气分离的原理及方法
氮的分离。
空气分离的原理及方法
空气净化系统
空气净化系统
空气净化系统
精馏系统
精馏系统
4-4 气流床气化工艺
德士古气 化工艺
德士古气化 炉
工艺流程
工艺条件和 气化指标
水煤浆浓度对气化过程的影 响基本表现在几个方面。一般 地，随着水煤浆浓度的提高， 煤气中的有效成分增加，气化 效率提高，氧气的消耗量下降
粉煤的粒度
开粉喷德煤嘴士的后古粒，法度在的对反收炭应益的区明转的显化停受率留到有时煤很间浆大比浓影小度响颗的。粒影较的响大停。的留颗时粒间离短 ，而且在，工颗业粒规越模大的气条固件相下的，接煤触浆面黏积度减是小一。限这制双因重素的。影 响碳结量为表果增使面是大煤活，。装性使易 剂大于来颗泵降粒送低煤和其的提黏转高度化其。率浓降度低，，工导业致上灰采渣用中添的加含
气流床气化工艺
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
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。
2020/3/26
高通温，有因和为，于需才加要预快高先反度将应预煤速热干度来燥，。炉内压力(表压)为196～
提高保气持化灰强，6a9，因％微而～正不75压会％。造(冷成煤黏气结效现率象，
时高对温烟还煤可而所以言以获，气得每化比千用较克煤高烟不的煤必碳考) 虑黏结性。但粉煤采用气力
气流床气化技术特点
气流床气化技术特点煤气化是发展洁净煤技术的重要途径。
目前已实现工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。
而1000 t/d 以上规模的煤气化装置基本都是采用的气流床气化技术，该技术已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术1、气流床气化技术特点气流床气化又称同向气化或并流气化，属高温气化范围。
以过热蒸汽和氧气为气化剂，携带煤浆或煤粉颗粒通过特殊喷嘴高速喷入气化炉内，瞬间发生火焰反应，气化反应区温度高达2000 ℃，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣，出炉煤气温度1400 ℃左右。
其主要特点如下：(1)气化温度高、强度大，混合充分，（气化强度高，生产能力大）气化炉中部温度为1500～1600 ℃，气体停留时间约为1.0～1.5 s(2)煤种适应性强，气化指标好，有效成分高（更宜选用活性高、地质年龄低、粒度较细、低灰熔点和低灰分的煤）。
灰的质量分数＞30％、灰熔点FT（流动温度）在1450 ℃以上时，则运转困难。
(3)耗氧量大；采用煤粉气力输送能耗大，设备磨损严重。
(4)出炉煤气温度很高，显热损失大；此法的缺点是飞灰带出物的质量分数约为10％之多(5)需配套余热回收及除尘等辅助装置。
（6）对于干粉煤气化技术，煤灰的粘温特性是非常重要的指标，它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性，一般希望粘温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较大。
否则，厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，厚度厚的渣层将容易造成堵渣，严重时要停炉处理。
（7）均匀的原料煤是保证一体化现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件，由于煤炭品质的不均匀性，现代煤气化技术要求，最好对原料煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限制。
因此，希望选定的煤气化技术能适应特定的原料煤，并对煤质波动有较强的适应性。
水煤浆和干粉煤技术为主的加压气流床技术由于技术先进，气化压力较高，符合大型化要求，近年来发展较快。
水煤浆加压气流床气化的代表性技术包括GEGP（原Texaco）、多元料浆、多喷嘴对置和E-GAS。
气流床气化典型流程设备与操作
1.气流床的结构及特点气流床气化温度高，碳的转化率高；单炉生成能力大；煤气中不含焦油，污水问题小；液态排渣，氧耗量随灰的含量和熔点的增高而增加；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；没处理系统庞大和耗电量大等特点[1]1.1.德士古气化炉的结构及特点1.1.1.结构流程德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置，可分为淬冷型和全热回收型。
气化炉是高温气化反应发生的场所，是气化的核心设备之一，其燃烧室为内衬耐火材料的立式压力容器，耐火材料用以保护气化炉壳体免受反应高温的着用。
壳体外部还没有炉壁温度监测系统，以检测生产中可能出现的局部热点。
随着工艺要求的不同，气化炉燃烧室可直接与激冷室相连，也可与辐射废锅相连。
在急冷流程中，燃烧室与激冷室一般连为一体，高温气体和熔渣经激冷环和下降管进入激冷室的水浴中。
激冷环位于燃烧室渣口的正下方，激冷水通过激冷环使下降管表面均匀地不上一层向下的水膜，即激冷了高温气体和熔渣，以保护了金属部件。
激冷环的作用非常重要，如果激冷水分布不好，有可能造成激冷环和下降管损坏或结渣，引起局部堵塞或激冷室超温。
[2]1.1.2.特点●反应区无任何机械部分，在反应区中留存的反应物料最少；●由于反应温度很高，炉内设有耐火衬里；●在燃烧室的中下部，安装4支高温热电偶，调节控制反应物料的配比；●在炉壳外表面装设表面测温系统，掌握炉内衬里的损坏情况；●这种测量系统，将包括拱顶在内的整个燃烧室外表面分成若干个测温区，通过每一小块面积上的温度测量，迅速指出在壁炉外面上出现的任何一个热点温度，从而可以预示路内衬里的侵蚀情况。
[3]1.2.shell法结构及特点1.2.1.结构流程Shell气化装置得到核心设备是气化炉。
采用模式水冷壁形式。
主要由外筒和内内筒两个部分组成：包括模式水冷壁、环形空间和高压容器外壳。
内筒上部为燃烧室。
下部为熔渣激冷室。
因炉温高达1700℃左右，为了避免高温熔渣腐蚀及开停车时因温度和压力突变对耐火材料的应力破坏，故内筒采用水冷壁结构，在向火表面上涂有一层薄的耐火材料层。
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。
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（4）缺点 庞大的制粉设备，耗电量高； 在制煤粉过程中，为防止粉尘污染环境，也需设置高 效除尘装置，故操作能耗大，建厂投资高。 气化过程中耗氧量较大，需设空分装置和大量电力； 为将煤气中含尘量降至0.1mg／m3以下，需有高效除尘 设备。 为进一步提高气化强度和生产能力，在K-T护的基础 上，现发展了谢尔-考伯斯(Shell-Koppers)炉，即由原 来的常压操作改进为加压下气化，使生产能力大为提高。
在炉内的高温下，灰渣熔融呈液态:
60~70％自气化炉底排出; 其余的熔融细粒及未燃尽的炭被粗煤气夹带出炉。 为了防止炉衬受结渣、侵蚀和高温的影响，炉内设有水 蒸汽保护幕。 保护幕呈圆锥形，包围着粉煤燃烧与气化所形成的火 焰。
耐火衬里:
原采用硅砖砌筑，经常发生故障;近年改用加压喷涂含 铬耐火喷徐材料，涂层厚70mm，使用寿命可达3~5年; 目前，世界上最大的K-T炉在印度，容积为56m3，有 四个炉头，采用喷涂耐火衬里，以渣抗渣的冷壁结构， 可副产高压蒸汽。
效率达90％
泰生洗涤和终冷塔后， 含尘量可降至 30~50ug／m3；进一 步可降至3mg／m3。
冷却洗涤塔
终冷塔
泰生洗涤机 除渣机 运渣机 水封槽
(2) 操作条件与气化指标
① 原料煤： 可应用各种煤，特别是褐煤和年青烟煤更为适用。 要求煤的粒度小于0.1mm，即要求70%~80%通过200目筛。 ② 温度： 火焰中心温度为2000℃， 粗煤气炉出口处未经淬冷前温度约为1400~1500℃； ③ 压力: 微正压 ④ 氧煤比：烟煤0．85~0．9kg／kg煤； ⑤气化效率：69％~75％(冷煤气效率)； ⑥ 碳转化率：30％~98％； ⑦ 生成气性质：见下表
碳转化 率
温度
水蒸 气的 体积 比
气化 效率
3、德士古 气化法
•历史：
•德士古(TEXACO)气化工艺最早开发于20世纪40年代后期。 开始的工作重点集中在开发一种天然气的重整工艺，以便 为转换成液态烃化合物制造合成气。不久后，重点转向为 氨的生产制造合成气。 •20世纪50年代期间，研究扩大该工艺以气化石油及少量 的煤。 •目前，在我国运行的德士古气化炉有12台。兖矿鲁南化 肥厂的德士古气化装置，是我国从国外引进的第一套德士 古煤炭气化装置，采用水煤浆进煤在加压下来生产合成氨 的原料气体。
10.36 1.87
0.05 85.0 11.4 0.40 0.15 3.0 47.0 46.6 0.1 4.4 痕迹 1.2 0.7
10.99 2.89
生成气组成
27.2 57.1 0.2 11.8 痕迹 2.2 1.5
10.22 1.27
生成气热值/(MJ/m3) 产气率/(m3/kg)
(3)主要优点： K-T气化法的技术成熟，有多年运行经验； 气化炉结构简单，维护方便，单炉生产能力大； 煤种适应性广，更换烧嘴还可气化液体燃料和气体 燃料； 煤气中不含焦油及烟尘，甲烷含量很少(约0.2％)， 有效成份(CO+H2)可达85％ ~90％； 蒸汽用量低； 不产生含酚废水，大大简化了煤气冷化工艺； 生产灵活性大，开、停车容易，负荷调节方便； 碳转化率高于硫化床。
喷嘴 O2 入 冷却水入 口 口
1) 水煤浆通过喷嘴在高 速氧气流作用下雾化喷 冷却水出 入气化炉。 口气化炉 2) 氧气和雾状水煤浆在 耐火砖衬 炉内受到耐火衬里的高 温辐射作用，迅速经历 预热、水分蒸发、煤的 干馏、挥发物的裂解燃 水入 烧以及碳的气化等一系 口 列复杂的物理、化学过 水出 口 程。
在反应区内，煤粒悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒快 速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行着燃烧和气化反应。 煤粒之间被气流隔开，单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔 渣等过程，煤粒相互之间的影响较小。
因此,原料煤的黏 结性、机械强度、热稳 定性对气化过程基本不 起作用。 故，气流床气化除 对熔渣的黏度-温度特 性有一定要求外，原则 上可适用于所有煤种。
2、K-T 气化法
K-T (Koppers-Totzek)气化法是气流床气化工艺中一种 常压粉煤气化制合成气的方法。
2.1 气化炉
结构:
如图所示，K-T炉炉身内衬有 耐火材料的圆筒体，两端各安装 着圆锥形气化炉头． 为两个炉头，也有四个炉头。
反应速度快:
粉煤(约85％通过200目）与氧气和水蒸汽混合物 由气化室相对二侧的炉头并流送入，瞬间着火，形成 火焰，进行反应。两股相对气流使气化区内形成高度 湍流，反应加快。 反应基本上在炉头内完 成，即在喷嘴出口0.5m处 或在0.1s内完成。 气体在炉内的停留时间 约为1s左右。在火焰末端， 即气化炉中部，粉煤几乎 完全被气化。
德士古（Texaco）气化法 ※ 水煤浆进料，加压气化 气化原料：水煤浆 气化剂：氧气 （1）基本原理和气化炉型 水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下破碎、雾化喷入炉内。 ①：基本原理 ａ：裂解、挥发分燃烧 水迅速变为水蒸气；煤粉发生干镏及热解；挥发份燃烧。 生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。
概念:
※ 气流床气化是将气化剂(氧气和水蒸汽)夹带着煤粉或煤
浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物 瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心温度可高达 2000℃左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化， 生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣(液态排渣)。 气流床气化炉内的反应基本上与流化床内的反应类似。
气流床气化法
气流床气化工艺
K-T气 化法
德士古气 化工艺
德士古气化 炉
K-T气化炉 工艺流程 工艺流程
工艺条件和 气化指标
工艺指标
1、气流床气化基本原理和特点
1.1 基本原理
气体 固定床 煤粒不动 气体穿过 煤粒：6-50 mm
气体 流化床 煤粒运动 气体穿过 煤粒：3-5 mm
气体 气流床 煤粒与气体 同时穿过 煤粒：70%过200目
③ 制气与排渣 由烧嘴进入的煤、氧和水蒸 汽在气化炉内迅速反应，产生温 度约为1400~1500℃的粗煤气。 粗煤气在炉出口处用饱和蒸汽急 冷，气体温度降至900℃以下， 气体中夹带的液态灰渣快速固化。 以免粘在炉壁上，堵塞气体通道 而影响正常生产。 在高温炉膛内生成的液态 渣，经排渣口排入水封槽淬冷， 灰渣用捞渣机排出。
喷嘴 O2入口 冷却水入口
特点： 冷却水出口 －水煤浆进料（煤>60％） －先进行预热、水蒸发 气化炉 －干馏、热解、气化 耐火砖衬－液态排渣 －进料比干煤粉简单稳定 －湿法研磨节省动力 水入口 －煤浆需加稳定剂 －对向火面耐火材料要求高 水出口 －副产蒸气利用很重要 －O2耗较高、CO2较多
辐 射 锅 炉
废 热 锅 炉
⑤ 洗涤冷却
气化炉逸出的粗煤气经废热锅炉回收显热后，进入冷却 洗涤塔，直接用水洗涤冷却，再由机械除尘器(泰生洗涤机) 和最终冷却塔除尘和冷却，用鼓风机将煤气送入气柜。
冷却洗涤塔
终冷塔
泰生洗涤机 除渣机 运渣机 水封槽
传统的考伯斯除尘流程，不考虑飞灰回收利用，飞灰经洗涤 后集中堆存处理 多数煤种气化时产生的飞灰含碳量不高，不值得回收利用。
1.2 主要特征 ※ ①气化温度高、气化强度大 纯氧和水蒸气气化，温度达2000℃左右 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。
K-T气化炉生产的生成气的性质
项 目 烟 煤 褐 煤 燃料油
原料组成
W/% 1.0 8.0 A/% 16.2 18.4 w(C)/% 68.8 49.5 w(H)/% 4.2 3.3 有效成份(CO+H w(O)/% 8.6 2)可达85~90 16.1 ％； 甲烷含量很少 w(N)/% 1.1 (约0.2％)； 1.8 煤气中不含焦油。 w(S)/% 0.1 2.9 Φ(H2) Φ(CO) Φ(CH4) Φ(CO2) Φ(O2) Φ(N2+Ar) Φ(H2S) 33.3 53.0 0.2 12.0 痕迹 1.5 ＜0.1
2.2
气化工艺
(1)气化工艺流程 K-T气化工艺流程包括：煤粉制备、煤粉和气化剂的输 送、制气、废热回收和洗涤冷却等部分
6-辐射锅炉 7-废热锅炉
10-冷却洗涤塔 12-最终冷却塔
2-螺旋给料器
3-氧煤混合器
4-煤粉喷嘴
①
煤粉制备
小于25mm的原料煤送至球磨机中进行粉碎，从燃烧炉 来的热风与循环风、冷风混合成200℃左右(视煤种而定) 的温风亦进入球磨机。 原煤在球磨机内磨细、干燥，煤粉随70℃左右的气流 进入粗粉分离器，进行分选。粗煤粒返回球磨机，合格的 煤粉加入充氮的粉煤储仓。 煤粉粒度70~80％通过200目筛（0.1mm），并干燥到： 烟煤水分控制在1％；褐煤水分控制在8~10％。
每个炉头内的两个烧 嘴组成一组，与对面炉头 内的烧嘴处于同一直线上。 双烧嘴相邻对称设置的优点： 改善湍流状态； 当其中一个烧嘴堵塞时，仍可保证继续操作； 喷出的煤粉在自已的火焰区中未燃尽时，可进入 对面烧嘴的火焰中气化； 火焰相对喷射的，一端的火焰喷不到对面炉壁， 因此炉壁耐火材料承受瞬间高温的程度可以减轻。
图5-44
K-T气化工艺流程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1-煤斗；2-螺旋给料器；3-氧煤混合器；4-煤粉喷嘴；5-气化炉；6-辐射 锅炉；7-废热锅炉；8-除渣机；9-运渣机；10-冷却洗涤塔；11-泰生洗涤 机；12-最终冷却塔；13-水封槽；14-急冷器
② 煤粉和气化剂的输入
煤仓中粉煤通过气动输送输入 气化炉上部的粉煤料斗1。全系 统均以氮气充压。 螺旋加料器2将煤粉送入氧煤 混合器3；空分工业氧进入氧煤 混合器3。 均匀混合的氧气和煤粉，进入 烧嘴4，喷入气化炉内5；过热蒸 汽同时经烧嘴4送入气化炉5。 关键： 煤粉喷射速度必须大于火焰 的扩散速度，防止回火。