煤气发生炉用煤指标

根据建设单位提供资料要求，结合二段式煤气发生炉对气化用煤之要求，本工程选用神木煤、大同煤、内蒙包头煤、作为气化用原料煤。

本设计以大同煤为基准。

①煤质分析如下：水份：4.9％灰份：8％挥发份：28％固定碳：43.8煤气发生炉用煤指标1·水分：煤的水份通常以三种状态存在。

即游离水，一般由外界条件造成，如雨、雪等；二是结晶水，是组成煤的分子与水化合而成为结晶状态的水；三是吸附水，是煤本身的空隙形成笔细血管胡附现象所吸附的水。

一般所指煤的水份是指实验室水份，即在空气干燥状态下的试料，在105℃温度下，加热一小时所放出的水份，这主要是吸附水。

这种水份的含量与煤形成时间和长短有关系，通常泥煤和褐煤含10—30%的水份，而煤和无烟煤的水份在5%以下。

煤中的水份不但对煤运输、破碎、筛分都不利，而且煤的水份直接影响煤的发热值，还在气化中吸收大量的热量，降低煤气的温度，甚至降低还原层的温度，使煤气质量变坏，CO2含量增加。

同时在干燥层温度较低时，气化烟煤时干馏层逸出的焦油将会发生重新凝聚，而影响发生炉的透气性。

所以，一般要求煤中的水份不超过8%。

另外，由外界条件造成的游离水，特别是雨天，将严重影响煤的筛分，使大量煤末混入发炉，使料层透气变坏，煤气质量下降。

故大多数南方工厂的煤气站设置了干煤棚或采取了其它的降低外界水分的措施。

2·灰份：煤的灰份是指除去水份、挥发份外，一切可燃质在一定温度（800℃上下）完全燃烧后的残留物。

煤矿灰份，主要由二氧化硅（SiO）、三氧化二铝（AI2O3）、三氧化二铁（Fe 2O3）、氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）等组成。

这些矿物质由于是由燃烧得来，故原来煤中矿物质的真实情况是不同的。

在燃烧时，它们经历了分解、脱水等过程。

煤中的灰份是其原生植物的含有物及及其在形成过程中从外部渗透沉积而混入的。

因此，它的种类、数量以至分布状态，由于煤层所在位置、种类以及形成过程的不同而异。

往往在同一煤层中，灰份的分布也不均匀。

每种煤的灰份含量差别极大，低的仅5%左右，高的可达30%以上，煤中灰的含量，相对的降低了煤中有用成分的含量，增加了运输费用，降低了使用效果。

对气化来讲，希望煤的灰分越少越好。

灰分高的煤发热值低，既妨害气化剂与碳的接触，又带走大量，使炉子热效率降低，故一般要求煤的灰分在20%以下为宜。

另一个重要方面是灰份的组成决定了煤的灰熔点，这是发生炉煤气能否稳定生产的一个重要因素。

由于某些组分的影响。

某些灰熔热低的煤无法用于气化。

这一点，让我们留待后面专门计论。

3·挥发份：挥发份是实验室干燥的煤在隔绝空气条件下，加热至850℃时挥了出来的物质，其中包括氢气、甲烷、重碳氢化合物以及焦油、蒸气等，煤的挥发份含量视煤种而异，一般年青的煤如褐煤挥发份多，年老的煤如无烟煤挥发份少。

其波动范围约5%~40%。

煤的挥发份对煤气发热值影响较大，因挥发份中甲烷、重碳氢化合物的发热值都极高，对发生炉煤气热值影响较显著。

在气化时，挥发份高的煤进入气化区时，气孔率大、反应性能好。

在使用热煤气时，挥发物中的焦油直接随煤气去用户燃烧使用，也增加了煤气的热值。

在使用冷气时，挥发份中的焦油则必须很好地清除并利用。

另外挥发份中含有酚类等有机物将严重污染洗涤循环水，必须进行脱酚处理，否则排放时，将造成严重的环境污染。

这些都是必须给予注意。

4·固定碳：煤中的固定碳，是除去灰份、挥发份、水份以外的其余可燃物质。

固定碳的含量受上述几种组分影响。

一般固定碳含量高的煤，其发热值较大。

碳是气化反应的主要参加者，它在火层与氧化合生成CO、CO2，并放出大量的热量的热量，对煤气的产率影响较大。

煤的元素的分析是什么意思？煤的元素分析是测定煤中的有机物质是由哪些元素组成的，一般测定煤中有机质的碳、氢、氧、氮和硫等元素的含量。

（1）碳C：碳是煤中最主要的组成部分。

在煤中，碳以结合状态存在，成为复杂的有机化合物。

煤的含量与形成年代有关，生成年代越久所含的碳越多。

其波动范围约50~90%。

煤中的碳在燃烧时与空气中的氧化合生成二氧化碳，放出大量的热量，无论碳与什么元素化合，燃烧时都放出同样的热量。

（2）氢H：氢也是煤中有机物质的一个主要组成元素。

其含量随着煤化程度的增加而减少。

煤的含量一般不超过6.5%。

氢在燃烧时与空气中的氧化合生成水，同时放出大量的热。

（3）氧O：煤中氧含量波动很大，煤化程度越深，其氧含量越低。

如泥炭中氧含量可达30%以上，而无烟煤中仅有1～3%，一般氧含量高的煤，在热加工过程中易分解，生成热解水、酚等含氧化合物。

另一方面，我们可以说，氧含量随着挥发份的减少而减少。

在燃烧过程中，氧本身不能发生热量，还要与能产生热量的元素氢结合成水，使煤的发热值降低。

故煤的氧含呈影响着煤的使用价值，氧含量高的煤易自燃，给贮存和运输带来困难。

（4）氮N：煤中氮含量一般都不高，小于2%。

煤的发热值与氮无关，但它在加工过程中能生成氨及某些含氮的有机化合物。

（5）硫S：硫是煤中最有害的杂质，在不同的煤中，硫含量差别很大，一般在0.5～3%之间.煤中硫存在的形式不三种：即硫化物、硫酸盐以及含有复杂高分子的有机硫。

其中大多数情况下，煤中硫以硫铁矿的硫为最多，它在燃烧时生成二氧化硫和三氧化硫气体逸出，它既蚀设备，又污染大气。

在气化中，煤中硫的70~80%以H2S的形式进入煤气中，其余残留在灰渣中。

H2S能使煤气设备及管道严重腐蚀，在洗涤过程中还以氢硫酸的形式进入水体，腐蚀循环水系统。

含H2S的煤气对热加工的生产不利，它易助长氧化皮的产生，损坏金属的品质。

所以，气化用煤，根据不同的用户要求，对含硫量有一定的限制。

一般不希望超过 1.5%，而对某些高硫的煤，用于气化时，往往必须采取适当的脱硫装置来除去H2S。

以上，我们简要的介绍了煤的元素组成。

那么，这些元素又是如何组合成煤的呢？这儿涉及到了煤的基本结构问题，是一个长期以来人们广为研究的课题。

而至今，对它的认识仍很不完善。

简单的说，煤是一种以缩合香族结构为主体的，不均一聚合高分子有机化合物。

根据研究，煤的基本结构单元之间是排列成立体结构的，因此使质地坚硬、具有较大的机械强度。

从上面介绍中，我们可以看出，对气化影响较大元素是硫，它的含量受到我们格外重视。

另外，煤的元素分析数值，在我们进行气化过程计算的物料平衡时需使用，这一点我们将在后面再介绍。

煤中的灰分对气化有何影响？及成份为了研究煤的灰对气化的影响，我们必须对灰份的来源作一简单的介绍。

煤的灰份是煤中可燃成分完全燃烧后残留下来的固体矿物质混合物的总称。

其来源可分二类：一类是在煤形成过程中夹入的不纯物质，可称为固定碳；另一类是独立于煤外混杂或开采过程中混入的泥石，称为自由灰。

自由灰可以在洗煤时洗去。

煤灰的主要成分～为：SiO2、Al2O3、FeO或Fe2O3，CaO及少量MgO，TiO2和碱金属的化合物。

一般可用下式来判断灰之熔融难易。

① SiO2+Al2O3② Fe2O3+CaO+MgO当此式比值在1以下时为易熔，在5以上时为难熔。

在实际生产中，我们根据灰渣的颜色亦可粗略的判别灰熔点高低。

氧化铁呈红色，若灰渣颜色近于红色，则其灰熔点低。

而颜色浅时，其灰熔点较高。

灰熔点的测定，是将煤灰按规定的尺寸制成三角锥体，在半还原气氛中加热升温，灰锥逐渐发生变化，取以下三点；1。

变形温度T1：锥体顶点开始变圆或弯曲，倾斜：2。

软化温度T2：锥体尖端弯到锥托上或呈半圆形；3。

熔化温度T3；锥体完全熔化成液体并流动。

煤的灰熔点对气化有直接影响，直接关系到煤的结渣性煤在气化时，我们希望氧化层和还原层温度高些，使气化反应彻底，水蒸汽分解率也高些。

但是，煤的灰熔点限制了氧化层的温度，当炉内温度高于灰熔点时，灰成熔融状态并与燃料结成大硬块，严重破坏了气化过程的正常进行，甚至造成停炉。

为了防止与减轻结渣情况，我们只好调高饱和温度，多通入一些水蒸汽以降低氧化层温度，来维持连续生产。

但对灰熔点太低的煤，由于气化层温度只能控制较低，致使煤气质量差，生产能力低，燃料利用率差，甚至无法维持正常生产。

所以，对发生炉煤气气化用煤一般要求灰熔点T2＞1200℃煤中的灰分对气化来讲是多余的东西，还往往给气化过程带来许多不利因素。

一般地说灰分愈多渣中损失之厌烦碳愈多，煤的气化效率就低。

故一般希望灰低一些，通常以10％为佳，20％也可以使用。

煤中的水分对气化有什么影响在气化过程上中，煤中的水分被上升的煤气加热干燥，故少量的水分对气化影响不大。

但水分太高时，大量的水分蒸发要降低煤气温度，当上部料层不够厚时，势必影响干馏层以至还原层温度，使煤气质量变坏，所以气化水分大的煤时宜采用高料层生产。

另外炉出煤气温度也不允许太低，温度太低时，可能使流经上层煤中之焦油及水分重新凝结，堵塞气流通道，破坏料层透气性，故一般希望煤气水分愈少愈好。

了解了煤之水分对气化是有害的成份后，我们就可理解为什么南方地区许多生产厂先后增设了干煤棚，以保证雨季入炉煤的外水分尽量少，另外，干煤是正常运输筛分的主要保证，雨季往往造成煤屑筛不尽，使炉内带出物增加，气化不均匀。

个别厂则采用了烘干设备除去煤之外水分。

煤中挥发份含量与煤气成份有何关系我们在前面已经指出，煤的挥发份在煤气炉的干馏时将逸出，成为甲烷等碳氢化合物及焦油，而甲烷的发热值较高，为8600千卡/标米3，故它的含量多少，对煤气热值有显著影响。

在我们常用的气化用炉中，挥发分的含量因煤种而异。

但简单的讲，VR<10%是无烟煤，VR＞10%为烟煤，而褐煤的挥发份可高达45%左右。

挥发份除能使煤气热值增高外，其副产的焦油也于挥发份含量有直接关系。

一般挥发份高的煤，焦油产量大，而在使用热煤气时，焦油蒸汽也直接可燃，又增加了煤气之热值，并能使火焰发亮。

所以，过去炼钢之平炉，经常采用烟煤热煤气作热源。

煤中的挥发份在气化中产生的焦油，在煤气净化过程中，与洗涤水接触，能产生酚类有害物质危害水系，故应考虑酚水处理。

而挥发份低的无煤洗涤水中，酚含量较低，对环境危害较少；而且煤气中焦油含量基微，一般无需专门的除焦油设备，使净化系统简单，管理方便，所以一般冷煤气站乐于采用无烟煤作气化燃料。

煤的块度大小与气化有什么关系造气要用煤，这是大家都明白的道理，但为什么要用块煤呢？能不能将混煤，不分大小块与煤屑一起入炉呢？这是一个经常碰到的问题。

在固定层煤气发生炉中，为使煤气产量和质量较高，操作方便，一般都要求使用块煤均匀、大小适当、无煤末的块煤。

我们知道气化强度的提高有赖于燃料的反应表面积。

为使反应表面积提高，有两个途径：一是将料层增高，使用大煤块；二是不增加料层高度而使用小块煤。

而在实际生产中，煤的粒度要根据炉型、煤种及经济性来决定，一般煤气同时水份和挥发份在干燥层和干馏层内除去，对气化有利。