第四章 固定床气化工艺

2CO 2 H 2 CO2 CH 4
2013-8-7
CO2 4 H 2 CH 4 2 H 2O 《煤炭气化工艺学》
1、移动床气化炉的一般知识
干馏层 原因及分解作用 煤气性质
干馏层位于还原层的上部，气体 在还原层释放大量的热量，进入 干馏层时温度已经不太高了，气 化剂中的氧气已基本耗尽，煤在 这个过程历经低温干馏，煤中的 挥发分发生裂解，产生甲烷、烯 烃和焦油等物质，它们受热成为 气态而进入干燥层。
3M-21型移动床混合煤气发生炉
《煤炭气化工艺学》
3M-13型移动床混合煤气发生炉
3M-13型和3M21型的结构及 操作指标基本 相同，不同的 是加煤机构和 破黏装置。
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《煤炭气化工艺学》
W－G气化炉
优点：1、料管多点加料， 布料比较均匀;2、采用 空气鼓入水夹套增湿的 办法，直接充分利用水 夹套中的蒸汽;3采用干 法排渣，没有水封高度 的限制，可提高鼓风压 力和风速等。 缺点：炉体高大，所以 生产厂房的建设投资相 对较高，操作环境较差。
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1、移动床气化炉的一般知识 灰渣层温度较低，
灰渣层
作用 控制
灰中的残碳较少， 所以灰渣层中基本 不发生化学反应。
有无反应
三个方面的作用： 根据煤灰分含量的多少和炉子的气化能力制 ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化 定合适的清灰操作。 剂在炉内的均匀分布有一定的好处。 灰渣层一般控制在100～400mm较为合适， ②煤灰的温度比刚入炉的气化剂温度高，可使 视具体情况而定。 气化剂预热。 清灰太少，灰渣层加厚，氧化层和还原层相 ③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保 对减少，将影响气化反应的正常进行，增加 护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起 炉内的阻力；清灰太多，灰渣层变薄，造成 到保护分布板的作用。 炉层波动，影响煤气质量和气化
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1、移动床气化炉的一般知识
空层 作用 控制 注意事项
空层即燃料层的上部， 炉体内的自由区，其主要 作用是汇集煤气。 由于空层的自由截面积 增大，使得煤气的速度大 大降低，气体夹带的颗粒 返回床层，减小粉尘的带 出量。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制空层高度 一是要求在炉 体横截面积上 要下煤均匀下 煤量不能忽大 忽小；二是按 时清灰。
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1、移动床气化炉的一般知识
氧化层 作用 控制 有无反应
氧化层带温度高，气化剂浓度 也称燃烧层或火 考虑到灰分的熔点，氧化层的温度太高 最大，发生的化学反应剧烈· ， 层，是煤炭气化 有烧结的危险，所以一般在不烧结的情 主要的反应为： 的重要反应区域， 况下，氧化层温度越高越好，温度低于 CO C+O2 → 从灰渣中升上来 2 灰分熔点的80～120℃为宜，约1200℃ 2C+O2 → 2CO 的预热气化剂与 左右。氧化层厚度控制在150～300mm 2CO+O2 → CO2 煤接触发生燃烧 左右，要根据气化强度、燃料块度和反 上面三个反应都是放热反应，因 反应．产生的热 应性能来具体确定。 而氧化层的温度是最高的。 量是维持气化炉 正常操作的必要 条件。
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4-2 移动床气化工艺
常压发生 炉煤气生 产工艺
发生炉煤气 种类 制气原理 煤气发生炉 加压气化炉
加压气化 生产工艺
加压生产特 点
工艺流程与 工艺参数 物料、热量 衡算 2013-8-7
典型工艺流 程、设备、 工艺参数
物料、热量 衡算
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一、常压发生炉煤气生产工艺
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气化炉的基本概念
①是煤炭气化的主要反应场所 ②高温，加设内璧衬里或加设水夹套。 考虑：入炉 水夹套：保护炉体免受高温，生产蒸汽。煤的分布和
加煤 系统 加煤时的密 封问题。
气化反 应部分
气化炉的组成
考虑：气体的均匀 分布和排灰时的密 封问题
《煤炭气化工艺学》
排灰系统
特点是：
整个气化过程是在常压下进行的； 在气化炉内，煤是分阶段装入的，随着反应 时间的延长，燃料逐渐下移，经过干燥、干 馏、还原和氧化等各个阶段，最后以灰渣的 形式不断排出，而后补加新的燃料； 操作方法有间歇法和连续气化法； 气化剂中的空气或富氧空气，用来和碳反应 提供热量，水蒸气则利用该热量和碳反应， 自身分解为氢气、一氧化碳、二氧化碳和甲 烷等气体。
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干馏区生成的煤气中因 为含有较多的甲烷因而 煤气的热值高，可以提 高煤气的热值,但也产生 硫化氢和焦油等杂质。
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1、移动床气化炉的一般知识
干燥层
作用
过程
控制
干燥层位于干馏 层的上面，上升 的热煤气与刚入 炉的燃料在这一 层相遇并进行换 热，燃料中的水 分受热蒸发。
一般地，利用劣质煤 时．因其水分舍量较 大，该层高度较大， 如果煤中水分含量较 少，干燥段的高度就 小。
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.U· I型水煤气发生炉 G·
制造水煤气的关键是水蒸气的分解，由于水蒸 气的分解是吸热反应，一般采用的方法是燃烧部 分燃料来提供。 间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹 水蒸气(制气)两个过程组成的。
在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共 同构成一个工作循环。
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3M-21混合煤气发生炉
炉箅 加煤机构：一个滚筒、两个 作用：支撑炉内总料层，使 探火孔作用：煤料扒平、捅 耐火衬里 钟罩和公布锥及传动装置组成 气化剂均匀分布，与碎渣圈 渣、用钎子测气化层的温度、 一起对灰渣进行破碎、移动 厚度等。 滚筒－－定量加入 水夹套 和下落 探火孔由孔塞、孔座及喷气 上下钟罩交替开闭 它由四或五层炉箅和炉箅座 环等构成。 分布锥保证煤料均匀分布 重叠后用一长杆螺栓固定成 要求：密封性好 一整体，然后固定在灰盘上。 喷气环的作用：从喷气环喷 每两层炉算之间及最后一层 出的水蒸气斜向进入炉内空 炉箅和炉箅座之间开有布气 间上部，在探火孔处形成一 孔。 层隔离水蒸气气幕，防止煤 安装时炉箅整体的中心线和 气外泄和空气进入炉内。 炉体的中心线偏移少许，可 以避免灰渣卡死。
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《煤炭气化工艺学》
碎渣圈：上面与水套固定， 下部有6把灰刀。当炉箅和 灰盘是一敞口的盘状 灰盘转动时，碎渣圈不动， 物，起储灰、出灰和 大块灰渣受到挤压和剪切而 水封的作用。 碎裂，并下移。当灰渣移到 内壁斜钢筋 小灰刀处，即被灰刀刮到灰 灰盘固定在大齿轮上， 盘。 大齿轮装在钢球上， 碎渣圈的另一作用是和灰 由电动机通过蜗轮、 盘外套构成水封装置，做炉 蜗杆带动大齿轮转动。 底密封用。 以灰盘转速来调节出 炉顶耐火衬里和水夹套上 灰量和料层高度。 部耐火衬里的主要作用是保 无破黏装置：无烟煤、 护炉身钢制外壳，防止因高 焦炭等 温变形烧坏。 耐火衬里的缺点是容易挂 渣，为防止挂渣，可以采用 2013-8-7 全水套炉身结构
固定床Moving bed气化工艺
第一节 移动床气化的一般知识
第二节 移动床气化工艺
最早，最简易，安全可靠，最成熟
应用：燃料气 合成气
“落后的技术？”： 效率 规模 用煤 环境
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4－1、移动床气化炉的一般知识
原料：主要有褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤、焦炭 气化剂：有空气、空气－水蒸气、氧气－水蒸气等 基本过程：燃料间歇加入，底部通入气化剂，燃 料与气化剂逆向流动，灰渣由底部排出。 炉内温度分布：
-394.1KJ/mol
C+CO2 →2CO +173.3KJ/mol 空气煤气成分：一氧化碳为主要可燃成分。 影响煤气成分的因素 ：温度、反应速度
缺点：炉内热量积聚，料层和煤气温度升得 较高 ；存在易结渣；适宜采用液态排渣的气 化炉；煤气热值低；出口温度高；气化效率 低等问题
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（三）煤气发生炉
目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、 3M-21型(即3A-21型)、W-G、U· I及两段式气 G· 化炉。 这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、 除灰装置和水夹套等。为扩大气化用煤，有的炉 内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内分布均 匀，采用不同的炉蓖。 发生炉一般有炉径1000mm、1500mm、 2000mm，3000mm等规格，水煤气炉一般有炉 径 1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、 3000mm等。
必须指出-上述各 层的划分及高度， 随燃料的性质和 气化条件而异， 且各层间没有明 显的界限，往往 是相互交错的。
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1、移动床气化炉的一般知识
移动床分类： 移动床按气化压力来分类，可以分为常 压移动床和加压移动床； 按排渣性质可以分为固态排渣移动床和 液态排渣移动床； 按气化剂性质分为空气煤气、水煤气、 混合煤气、富氧蒸汽移动床等。
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1、移动床气化炉的一般知识
还原层
作用
控制
有无反应
还原反应是吸热反应，其热 还原层厚度一般控制在300～500mm左右。如果煤层太薄， 在氧化层的上面是还原层， 量来源于氧化层的燃烧 赤热的炭具有很强的夺取水 还原反应进行不完全，煤气质量降低；煤层太厚，对气化过 反应所放出的热 蒸气和二氧化碳中的氧而与 程也有不良影响，尤其是在气化黏结性强的烟煤时，容易造 C CO2 2 之化合的能力，水(当气化剂 成气流分布不均，局部过热，甚至烧结和穿孔。 CO C H 2O H 2 CO 中用蒸汽时)或二氧化碳发生 习惯上，把氧化层和还原层统称为气化层。气化层厚度与煤 C 2 H 2O 2 H 2 CO2 还原反应而生成相应的氧气 气出口温度有直接的关系，气化层薄出口温度高；气化层厚， C 2 H 2 CH 4 和一氧化碳，还原层也因此 出口温度低。因此，在实际操作中，以煤气出口温度控制气 CO 3H 2 而得名。 化层厚度，一般煤气出口温度控制在600℃左右。 CH 4 H 2O