气化炉的分类与计算公式

第四章气化炉

世界煤炭气化技术的发展趋势有以下几个方面。

①增大气化炉规模，提高单炉制气能力。以K—T炉为例，20世纪50年代是双嘴炉，

20世纪70年代采用了双嘴和四头八嘴，以及后来设计的六个头的气化炉等，使得单炉产

气能力大幅度提高。

②提高气化炉的操作压力，降低压缩动力消耗，减少设备尺寸，降低氧耗，提高碳

的转化率。

③气流床和流化床技术日益发展，扩大了气化煤种的范围。

④提高气化过程的环保技术，尽量减少环境污染。

⑤将煤炭气化过程和发电联合起来的生产技术越来越受到各国的重视，并巳建成不

同规模的生产厂。

总之，煤炭气化技术的发展基本是围绕气化炉展开的，以下对常用的不同类型的煤

气化技术以及所使用的气化炉作一基本介绍。

第一节概述

基本概念：

1、气化炉：进行煤炭气化的设备叫气化炉。

2、气化炉分类

①按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床

(又叫固定床)、沸腾床(叉叫流化床)、气流床和熔融床等。

②气化炉在生产操作过程中根据使用的压力不同，又分为常压气化炉和加压气

化炉；

③根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。

3、煤气的分类：

如果以空气作为气化剂，生产的煤气称空气煤气。

如果以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气称混合煤气；

如果将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送人气化炉内，间歇进行，生产的煤气叫水煤气；

气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后．生产的煤气符合成氨原料气的要求，这种煤气叫做半水煤气。

4、气化炉的组成

各种不同结构的气化炉基本上由三大部分组成，即加煤系统、气化反应部分和排灰系统。

加煤系统：要考虑煤入炉后的分布和加煤时的密封问题。

气化部分：

①是煤炭气化的主要反应场所，首要考虑的问题是如何在低消耗的情况下，使煤最大限度地转化为符合用户要求的优质煤气

②由于煤炭气化过程是在非常高的温度下进行的，为了保护炉体而加设内璧衬里或加设水套也是非常必要的。水套一方面可以起到保护炉体(也包括炉内的布煤器或搅拌装置)的作用，同时可以吸收气化区的热量而生产蒸汽，该部分蒸汽叉可以作为气化时需用的蒸汽而进入气化炉内。

排灰系统

①作用:保证了炉内料层高度的稳定，同时也保证了气化过程连续稳定地进行.

②问题：对移动床而言，由于炉箅(气化剂的分布装置)和排灰系统结合在一起，气化剂的均匀分布和排灰操作是生产上较为重要的两个问题。

不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进

行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出

去，这一点是不变的。然而采用不同的炉型，不同种类和组成的气化剂，在不同的气化压

力下，生产的煤气的组成、热值以及各项经济指标是有很大差异的。气化炉的结构、炉内

的气固相反应过程及其各项经济指标，三者之间是紧密联系的。

一、气固相反应

1、气固相反应：在气化炉内，物质基本上以两种相态存在，一是气相即空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气，另外是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。工业上把这种反应称气固相反应。

2、气固反应器的类型：

固定床（移动床）：气化剂以较小的速度通过床层时．气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层一般称固定床。对气化炉而言，由于气化过程是连续进行的，燃料连续从气化炉的上部加人、形成的灰擅从底部连续的排出，所以燃料是以缓慢的速度向下移动，故称为移动床较为合理。

流化床：当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托

起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即固体颗粒具有了流体的特性，这时的床层称流化床。

气流床：在流化床阶段，如果流速进一步增大，将会有部分粒度较小的颗粒被带出流化床，这时的床层相当于一个气流输送设备，因而被称为气流床。

3、三种床层中的压降和传热情况

固定床的压力降主要是由于流体和固体颗粒之间的摩擦，以及流体流过床层时，流道的突然增大和收缩而引起的，随流速的增大而成比例地增大，经过一个极大值后．床层进人流态化阶段。

流化床：在流态化阶段，床层的压降保持不变，基本等于床层的重量，把这个极大值称临界流化速度。

气流床：进入气流床时，由于大量颗粒被带出床外，床层压降急剧下降。

4、均相反应与非均相反应

气相中的反应叫均相反应；如CO与H2O的反应等

气固相反应称为非均相反应。如碳的燃烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应等。

5、控制步骤

气固相非均相反应，其反应过程有五个过程组成：即

①气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程；

② 气化剂被燃料颗粒的表面吸附；

③ 吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表面化学反应；

④ 生成的产物分子从颗粒表面脱附下来；

⑤ 产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流主体。

7、化学平衡

逆反应速度相等时，化学反应就达到动态平衡。例如对如下吸热反应： 22CO O C →+

根据热化学平衡理论，以气体中各组分平衡分压表示的平衡常数kp 如下：

O pH pH pCO K p 22

⨯=

如果反应是吸热的(如上述碳与水蒸气的反应)， kp 随T 的升高而增大；反之，对于放热反应，kp 随T 的增大而减小。这也就是说，对于吸热反应，提高温度有利于化学反应向生成产物的方向进行；对于放热反应，则降低温度有利于向生成产物的方向进行。

就压力对气化过程的平衡影响而言，基本的规律是：对反应后体积增加(即分子数增

加)的反应，随着压力的增加，产物的平衡含量是减少的；反之，对于体积减少的反应

加压有利于产物的生成。

二、气化的几个重要过程

具体的气化过程所采用的炉型不同，操作条件不同，所使用的气化剂及燃料组成不

同，但基本都包括几个主要的过程，即煤的干燥、干馏、热解、主要的化学反应。

1、煤的干燥

煤的干燥过程，实质上是水分从微孔中蒸发的过程。