固定(移动)床气化法讲解

(七)气化过程的主要评价指标
5.碳转化率 碳转化率是指在气化过程中消耗的总碳量 占原料煤中碳量的百分数
*注：碳转化率表示的是气化过程中煤炭的转 化效率，而并非表示煤的利用效率
(七)气化过程的主要评价指标
6.气化效率
气化效率是指产品煤气与原料煤所含的化学能之比，故又称为“冷煤 气效率”
(1)计算公式：
2.气化过程的控制 目的：高的气化效率
⑴气化炉的选择：
{弱黏结性需破黏选择带搅拌装置的气化炉；机械强度和热
稳定性差不宜搅拌；原料筛分粒度小的，要求煤气热输送的选择 干法出灰。}
⑵合理气化强度：（温度、原料、气化炉有关）
气化强度超过合理的范围，就可能使灰渣中含碳量 增加和出口煤气中带出物增多，从而增加了原料的损 失，因而降低了煤气产率，并且影响到煤气的质量， 其综合效果是气化效率降低，
（一）煤气化工艺过程
水
锅 炉
水蒸气
余热利用
气
原料煤 煤
备 煤
化
粗煤气
冷却 净化 副产品
产品煤气
炉
空气
空 分
氧气 底灰
§ 5、煤的气化
§ 5.3 固定(移动)床气化法
固定床气化工艺的发展
（1）固定床气化 a.气化炉规格从小到大 b.气化压力从常压到加压 c.排渣从固态到液态 1.移动床气化 （1）混合煤气发生炉 （2）水煤气发生炉 （3）两段混合煤气发生炉 （4）两段水煤气发生炉 （5）Lurgi气化炉
–
间歇法制造水煤气
两段：吹空阶段（吹风阶段）； 吹蒸阶段（制气阶段）。 ⑴理想水煤气 生成理想水煤气的方程式：
Ｃ＋Ｏ２＋３.７６ N2 ＋３Ｃ＋３ H2Ｏ＝＝ ＣＯ２ ＋ ３.７６ N2 ＋ ３ＣＯ＋３ Ｈ2 理想水煤气组成：50%ＣＯ与50%Ｈ2 气化效率：100% ⑵实际水煤气 Ｈ2含量高于ＣＯ（ ＣO＋H2Ｏ＝＝ ＣＯ2＋Ｈ2 ） 常含有ＣＯ2、N2 、H2S和ＣＨ4 等 气化效率：60%~65%
（七）气化过程的主要评价指标
1.气化强度
2.煤气组成和热值
3.煤气产率
4.灰渣含碳量
5.碳转化率
6.气化效率
7.热效率
(七)气化过程的主要评价指标
1.气化强度
气化强度是指气化炉内单位横截面积上的气化 速率，表达方式有三种： (1)以消耗的原料煤量表示：kg/(m2.h) (2)以生产的煤气量表示：Nm3/(m2.h) (3)以生产煤气的热值表示：MJ/(m2.h)
⑵六阶段工作循环 ：
a．吹风阶段 吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积蓄在料层中，废 气经回收热量后排入大气； b. 蒸气吹净阶段 由炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存的吹风废气排 出，避免影响水煤气的质量； c. 一次上吹制气阶段 由炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量制取水煤气，煤 气送气柜；
(七)气化过程的主要评价指标
3.煤气产率
煤气产率是指单位质量的原料煤气化后所产煤 气的体积（通常用标准状态下的煤气体积表示）
(1)单位一般为：Nm3/kg(原料煤)
(2)煤气产率的倒数称为单耗，单位
一般为：kg(原料煤)/1000Nm3
(七)气化过程的主要评价指标
4.灰渣含碳量 灰渣含碳量是指灰渣中未气化碳在灰 渣中的含量 (1)底灰中碳含量 (2)飞灰中碳含量
温度（oC）
固定床气化炉－ Lurgi炉中的反应行为
恒量氮气下的气体组成（％）
982
分析范围 593 灰 水蒸气 和氧气 煤 气 煤
204
燃料层高度 • O2迅速消耗完（残余很多C） CO和H2的产生不是同步？ • CO2先于CO出现, CO2与O2的关系 (C + H2O = CO + H2) • CO2先增加，后下降，后又增加？
（6）BGL气化炉
流体力学基础
气体
uo
气体通过均匀颗粒床层示意图
ΔP
固 体 颗 床 层
粒
2.流体力学基础
(1)固定床气化
a.气、固(块煤)两相逆流接触 b.床层压力降随气速提高而增大 c.要求床层透气性好、布风均匀
d.冷、热物料热交换，热利用合理
§5.3 固定(移动)床气化法
一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发生炉 内制得的煤气为发生炉煤气。（ＣＯ H2 N2 ） 1. 制气原理： ⑴理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条 件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件 。
2.间歇法制造水煤气 ⑴工作循环的构成 间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气 （制气）两个阶段组成，但为了节约原料，保证水煤气质 量，正常安全生产，还需要一些辅助阶段， 实际共有六个阶段： 吹风阶段、 水蒸气吹净阶段、 一次上吹阶段、 下吹制气阶段、 二次上吹阶段、 空气吹净阶段。
间歇式生产水煤气的气流路线图
⑶炉温：（保持均匀和不结渣） ①水蒸气耗量与原料性质关系：
水蒸气的单位消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质 不同，但为防止结渣要提高水蒸气的量。
②水蒸汽的单位消耗量对水蒸气分解率和气化指标的影
响 提高水蒸气量，但水蒸气分解率却下降，煤气热值降低
3.煤气发生炉 ⑴具有凸型炉箅的煤气发生炉 3M13型煤气发生炉： 其特点：
d.TG型混合煤气发生炉
(b)TG-3m II 型 混 合 煤 气 发 生 炉
TG-3m II 气化炉与 TG-3m
I 气化炉的区别只是增加了 搅拌装置，因而可气化 Y 值 在8～16mm间的粘结性煤
TG-3m II型混合煤气发生炉结构图
⑵威尔曼-格鲁夏(W-G)煤气发 生炉 两种形式： 一种是无搅拌装置的用于气化 无烟煤、焦炭等不黏结性燃 料； 另一种是有搅拌装置的用于气 化弱黏结性烟煤。 国内常用不带搅拌装置的。 其特点是：液压加料，煤连续 进入炉内，液压干法除灰， 全水夹套。
二、水煤气 水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气。燃烧时呈 蓝色，所以又称为蓝水煤气。 需提供水蒸气分解所需的热量，一般采用二种方法： a.交替用空气和水蒸气为气化剂的间歇气化法； b.用氧和水蒸气为气化剂的连续气化法。 1.制气原理 Ｃ＋Ｏ２＋３.７６N2 ＝＝ＣＯ２ ＋ ３.７６ N2 +394.1kJ/mol ３Ｃ＋３H2Ｏ＝＝ ３ＣＯ＋３Ｈ2 - 394.1kJ/mol
※理想发生炉煤气组成:
CO:40%; H2:18.2 %; N2:41.8%; 实际上制取混合发生炉煤气（ CO:↘; H2:↘; N2: ↗; ） 实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失，水蒸气 分解和CO2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计 算值有显著差异。
⑵沿料层高度煤气组成的变化
kcal/Nm3
2578 3020 8576 15166 14207 13492 22271 20939
(2)煤气热值
b.高位热值：是指燃烧产物中的水以液态形式存在
可燃气体 MJ/Nm3 H2 CO CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8 C3H6 12.75 12.64 39.84 70.35 63.44 58.50 101.27 93.67 高 位 热 值 kcal/Nm3 3046 3020 9516 16794 15152 13973 24188 22373
煤气热值是指标准状态下的单位体积煤气完 全燃烧后所释放出的热量，分为：
a. 低位热值
b. 高位热值
(2)煤气热值
a.低位热值：指燃烧产物中的水以气态形式存在
可燃气体 低 位 热 值
MJ/Nm3
H2 CO CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C3H8 C3H6 10.79 12.64 35.91 63.50 59.48 56.49 93.24 87.67
W-G型混合煤气发生炉结构图
(1)混合煤气发生炉
d.TG型混合煤气发生炉 (a)TG-3mI型混合煤气发生炉
(b)TG-3mII型混合煤气发生炉
d.TG型混合煤气发生炉
(a)TG-3m I型混合煤气发生炉
TG-3m I型气化炉以W-G型气化炉为基型 吸收了Lurgi气化炉的某些结构特点 无搅拌装置，可气化非粘结性煤(Y＜8mm) 采用滚筒式自动加煤机 加煤和排灰均采用可编程序控制器自控
所有产品所含热量wk.baidu.com回收利用热量 100% 供给气化炉总热量
c. 气化热效率只反映了气化过程中的
能量利用效率
7.热效率
(2)系统热效率
a.系统热效率考虑了整个气化系统 b.计算公式：
所有产品所含热量 回收利用热量 100% 供给气化炉总热量 其它动力消耗
c.系统热效率反映了整个气化生产 过程中的能量转换效率
煤气热值 煤气产率 100% 原料煤发热量
(2)原料煤的发热量为收到基 (3)原料煤的发热量和煤气热值一般均为低位，但有时也可同时用高位
(七)气化过程的主要评价指标
7.热效率
气化过程的热效率分为以下两种情况：
(1)气化热效率
(2)系统热效率
7.热效率
(1)气化热效率
a.气化热效率只考虑气化炉内部系统 b.计算公式：
1、山渣机 2、灰斗 3、炉栅 4、炉体 5、汽包 6、炉顶 7、双钟罩加烧煤箱 8、斜桥上煤装置
4.煤气发生站工艺流程
有焦油回收的冷煤气工艺流程：这种焦油不能作为重要产品，但必须从 煤气中除去，防冷凝下来堵塞煤气管路和设备。 煤气由发生炉出来，进入竖管直接水冷却器，初步除去重质焦油和粉尘， 煤气被冷到85～95℃，经半净煤气管道进入电捕焦油器，除去焦油雾滴 后进入洗涤塔，煤气被冷却到35℃以下，含尘量下降到100mg/m3以下， 进入净煤气管，再经排送机送到用户。
C.W-G型混合煤气发生炉
(a)用四个料管（上、下两段软 连接）向气化炉内加煤 (b)上炉体外为全水套结构 (c)鼓风空气经水套水面，带蒸 气经饱和空气管从底部进入气化 炉 (d)炉篦可转动，将灰渣排入底 部灰斗，故为干渣排灰 (e)炉底灰斗设上、下两道阀门 ，可在气化 炉运行过程中排灰 (f)特殊的加煤机构使气化炉接 近满料操作
• 炉顶装有用软化水冷却的搅拌装置，适合气化Y值在 8-16mm间的粘结性煤
• 炉体周围的水夹套可产生0.07MPa(7000mmH2O)的蒸汽
• 炉底为可转动的湿式灰盘和炉蓖 • 炉蓖为凸（宝塔）型，由多层组成，有布风作用 • 炉顶周围有带蒸汽幕的数个探火孔 • 炉顶还装有滚筒式自动加煤机 • 在一定饱和温度下，空气将水蒸气从底部带入气化炉 • 炉内带有搅拌棒破粘
• 主要适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的 旋转灰盘排出）
3M21型煤气发生炉
将3M13型气化炉的滚筒式自动
加煤机和搅拌装置取下，再换 上双钟罩自动加煤机，即成为 3M21型气化炉 3M21型适合气化无粘结性的煤
(Y＜8mm)
不带搅拌装置 主要用于气化贫煤、无烟煤 和焦炭等不黏结性燃料
理想情况： 气化纯碳，且碳全部转化为CO； 按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩； 气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡
放热反应：Ｃ＋0.5Ｏ２＋1.88N2 ＝＝ＣＯ＋1.88N2 +110.4KJ/mol 吸热反应：Ｃ＋ H2Ｏ＝＝ＣＯ＋H2 -135.0KJ/mol 热平衡：２.２Ｃ＋０.６Ｏ２＋ H2Ｏ＋２.３ N2 ＝＝２.２ＣＯ＋ H2 ＋２.３ N2
(1)混合煤气发生炉
b.3MT型混合煤气发生炉
(a)炉上段为圆柱形，下段为圆锥形 (b)炉体内衬耐火砖，周围无水夹套 (c)炉体可转动 (d)炉顶中间有双钟罩自动加煤机 (e)炉顶侧部有搅拌装置 (f)炉底灰盘和T型炉篦固定不动 (g)炉顶盖及加煤、搅拌机构固定不动
3MT型混合煤气发生炉结构图
(1)混合煤气发生炉
灰渣层： 气化剂（Ｏ２ ，H2Ｏ）被预热，气体组成不变； 氧化层： C+O2→CO2 +Q ，（Ｏ２ ↘， CO2↗） C+CO2→2CO -Q（Ｏ２ 耗尽，出现CO，CO2↘ ） 还原层： C+CO2→2CO -Q C+H2O→CO+H2 -Q（CO↗，CO2↘ H2↗） 还原层以上： CO+H2O→CO2+H2 +Q（ CO 稍↘ ， CO2和H2稍↗ ）
（七）气化过程的主要评价指标
2.煤气组成和热值 （1）煤气组成
（2）煤气热值
2.煤气组成和热值
（1）煤气组成
a.可燃成分： (a)H2； (b)CO； (c)CH4等
b.非可燃成分：(a)CO2；(b)N2等
c.有害成分：
(a)H2S；(b)COS；(c)NH3等
2.煤气组成和热值
（2）煤气热值