固定(移动)床气化法讲解

• 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
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？
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
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
（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)
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↗ ）
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；
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。
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
–
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2 、H2S和ＣＨ4 等 气化效率：60%~65%
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
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
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
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
所有产品所含热量 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
(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
（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
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。
(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：
• 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
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
(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
※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
（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 。
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：
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：