煤化工工艺学课件5.2 气化炉的基本原理..

气化温度°C 优点
>1500 煤种适应性广 *气化效率高
固定床 缺点 不适于焦结性 强的煤 *低温干馏产 生煤焦油、沥 青等 *单段炉不易 大型化， 1200吨/日
流化床 *容量较小 1500吨/日 *飞灰中未燃 尽碳多（第二 代利用灰团聚 功能）
气流床
熔融床
*对耐火炉衬 适于低灰熔点 要求高（第二 煤 代用水冷套） *适于低灰熔 点煤
思考：煤的反应活性对气化有什么影响？
5.煤质对气化的影响 气化用煤的性质包括反应活性、粘结性、结渣性、 热稳定性、机械强度、粒度组成、以及煤的水分、灰分 和硫分等。 ⑴ 煤的反应活性 这是指在一定的条件下，煤炭与不同气化介质（如 二氧化碳、氧、水蒸气和氢）相互作用的反应能力。 反应活性又称为反应性。反应性的强弱直接影响煤 在气化时的有关指标：产气率、灰渣或飞灰含碳量、氧 耗量、煤气成分及热效率等。不论何种气化工艺，煤活 性高总是有利的。
炉内情况:熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的
分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏。
⑶各种床层气化炉的比较
固定床 气化过程 流化床 气流床 小煤粒的干或湿 态与气化剂高速 从喷燃器喷入， 在高温高压欠氧 下完成气化 1200～1700 碳转化率高*液 态灰渣易排出放 大容量：5000 吨/日*负荷跟踪 好（50%） *煤种适应性广 熔融床 煤粉与氧一起从 喷嘴喷进熔融金 属表面，在高温 下瞬时气化
思考：1.煤灰熔点与结渣性的关系？气化用煤对灰熔点的要求 2.煤的结渣性对气化炉有什么影响？
⑵结渣性 煤中矿物质，在气化和燃烧过程中，由于灰分软化 熔融而变成炉渣的性能称为结渣性。 对移动床气化炉，大块的炉渣将会破坏床内均匀 的透气性，严重时炉篦不能顺利排渣，需用人工破渣， 甚至被迫停炉。另外炉渣包裹了未气化的原料，使排出 炉渣的含碳量增高。对流化床来说，即使少量的结渣， 也会破坏正常的流化状况，另外在炉膛上部的二次风区 的高温，会使熔渣堵塞气体出口处等。 通常用煤灰熔点（T2）来判断煤炭是否容易结渣， 灰熔点越低的煤，越易结渣。气化用煤要求 T2>1250℃。由于灰渣的物理状态和化学组成均不同 于煤中的灰分，因此仅以灰熔点来判断有时并不可靠。
固定床 流化床 气流床
0.1MP 0.3MP 4MP 0.1MP 4MP
1500
7200
几个小问题
4.装料和排灰 煤 ⑴装料 卸压 1 间歇加料；连续加料 常压加料；加压加料 压 ★加压加料：料槽阀门；泥浆泵 力 ①料槽阀门法 平 2 原理：如图5-18 衡 炉内 ②泥浆泵法 原理：煤料与油或水搅拌制成浆状悬浮液， 图5-18用料槽阀门加料 其中含大约60%的固体煤料，经过泵 打入气化炉。
⑵排灰
①固定床反应器 固态排渣时候：通过炉箅 (灰渣层要保持一定厚度：保护炉栅 合适的蒸汽和氧气比例：防止结渣
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加压时候采用和料槽阀门相同的方法排灰)
②流化床反应器
矸石灰：炉子底部开口排灰 飞灰：从粗煤气中分离 ③气流床 灰渣以液态方式排渣，从气化炉底部开口流出
(前提：气化温度应高于灰渣的熔化温度)
§ 5、煤的气化
§ 5．2 气化炉的基本原理
§ 5．2 气化炉的基本原理
1.气固反应器类型 ⑴几种床层状态 床层：若是在一个圆筒形的容器内安装一个多孔的水平分布板, 并将固体颗粒堆放在分布板上,形成一层固体层,工程上称为”床 层”,简称”床”. ①固定床： 气流速度不致使固体颗粒的相对位置发生变化,即固体颗粒处于 固定状态,床层高度基本上维持不变. ②流化床： 气流速度提高,固体颗粒全部浮动起来,但是仍逗留在床层中不 被流体带出. ③气流床： 进一步提高流速,固体颗粒不能继续逗留在床层中,开始被流体 带出容器外,固体颗粒和分散流动与气体质点的流动类似.
★
⑵几种床层状态的气化炉 ①固定床(移动床)气化炉
原料：6~50㎜块煤或者煤焦 加料方式：上部加料 排灰方式：固态或者液态 灰渣和煤气出口温度：不高 炉内情况:煤焦与产生的煤气、 气化剂与灰渣都进行逆向热 交换
②流化床气化炉 原料：3~5mm 加料方式：上部加料 排灰方式：固态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉 温 炉内情况:悬浮沸腾
思考：煤的粘结性有什么危害？对不同气化炉有什么不同？ ⑶ 煤的粘结性 煤受热后会相互粘结一起。对于移动床煤气化方法， 若煤料在气化炉上部粘结成大块，将破坏料层中气流的 分布，严重时会使气化过程不能进行，对流化床气化法， 若煤粒粘结成大颗粒或块，则会破坏正常的流化状态。 适用的气化用煤是不粘结或弱粘结性煤。由于气流床气 化炉内，煤粒之间接触甚少，故可使用粘结性煤。
碳转化（%） 实用例
99
95
97～99 Texaco, shell K-T炉 开发中
Lurgi鲁奇炉 Winker 液态排渣鲁 KRW 奇炉 U-GAS
★表5-6
自热式气化炉中不同产热方式的比较
反应 物质 空气 H2 优点 耗费少 高CH4含量 缺点 N2稀释了煤气 H2的分离制造作为合成 气时，CH4需进一步分 离转化 需制氧设备 再生未解决 适用场合 低热值煤气 加热气
块煤炉顶供给与 中小颗粒煤粒在 热空气逆流，依 炉底供给高速气 次通过干燥区、 化剂和蒸汽带动 气化区、燃烧区、 下边流态翻滚、 焦碳与O2、H2O 边在高温炉床内 作用生成煤气 气化 440～1400 低温煤气易于净 化*适于高灰熔 点煤*技术成熟， 全世界煤气化装 置容量占90% 800～1100 *操作简单，动 力消耗少*对耐 火炉衬要求低* 适于高灰熔点的 煤
O2 CaO
可获得纯度 高的煤气 不需要制造 O2
中热值煤气 及合成气 合成气和加 热气
思考：向煤粉中加入氧化钙的作用是什么
qm-----------固体的质量流量, kg/h vR-----------反应器体积，m3 表5-7 不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比较 反应器类型 最高温度/℃ 约1100 800~1100 795~895 1500 容积气化强 /[kg/(m3/h)] 120~200 200~300 71 360
③气流床气化炉 原料：粉煤（７０％以上 通过２００目） 加料方式：下部与气化剂 并流加料 排灰方式：液态排渣 灰渣和煤气出口温度：接 近炉温 炉内情况:煤与气化剂在 高温火焰中反应
④熔池气化炉
气－固－液三相反应气化炉 原料：６ ㎜以下直至煤粉所有范围的煤粒 加料方式：燃料与气化剂并流加入 排灰方式：液态 灰渣和煤气出口温度：接近炉温