煤炭氣化工藝學-第四章-氣化爐(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 出。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 氣流床氣化爐 氣流床氣化爐 與流化床的比較 氣化過程 要求 微小的粉煤在火焰中經部分氧化提供熱量 ， 然后進行氣化反應 ， 粉煤與氣化劑均勻混合 ， 通過特殊的噴嘴的進入氣化爐后瞬間著火 ， 直接發生反應 ， 溫度高達 2023176。 C。 所產生的爐渣和煤氣一起在接近爐溫下排出 ， 由于溫度高 ， 煤氣中不含焦油等物質 ， 剩余的煤渣以液態的形式從爐底排出 粉煤和氣化劑之間進行并流氣化，反應物之間的接觸時間短。為了提高反應速度，一般采用純氧一水蒸氣為氣化劑，并且將煤粉磨得很細，以增加反應的表面積，一般要求70%的煤粉通過 200目篩。也可以將粉煤制成水煤漿進料，缺點是水的蒸發會消耗大量的熱，故需要消耗較多的氧氣來平衡。 ?所謂氣流床，就是氣化劑將煤粉夾帶進人氣化爐，進行并流氣化。 ?沸騰床氣化爐，可以利用小顆粒燃料，氣化強度較固定床大，但氣化爐內的反應溫度不能太高，一般用來氣化反應性高的煤種。而氣流床氣化卻是采用更小顆粒的粉煤。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 熔融床氣化爐 熔融床氣化爐 特點 氣化過程 優缺點 燃料和氣化劑并流進入爐內 ， 煤在熔融的灰渣 、金屬或鹽浴中直接接觸氣化劑而氣化 ， 生成的煤氣由爐頂導出 ，灰渣則以液態和熔融物一起溢流出氣化爐 。 優點 ：爐內溫度很高，燃料一進入床內便迅速被加熱氣化．因而沒有焦油類的物質生成。熔融床不同于移動床、沸騰床和氣流床，對煤的粒度沒有過分限制，大部分熔融床氣化爐使用磨得很粗的煤，也包括粉煤。熔融床也可以使用強黏結性煤、高灰煤和高硫煤。 缺點 ： 是熱損失大，熔融物對環境污染嚴重，高溫熔鹽會對爐體造成嚴重腐蝕。 熔融床氣化爐是一種氣一固液三相反應的氣化爐 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 42 移動床氣化工藝 常壓發生爐煤氣生產工藝 加壓氣化生產工藝 發生爐煤氣種類 制氣原理 煤氣發生爐 典型工藝流程、設備、工藝參數 物料、熱量衡算 加壓生產特點 加壓氣化爐 物料、熱量衡算 工藝流程與工藝參數 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 一、常壓發生爐煤氣生產工藝 特點是： 整個氣化過程是在常壓下進行的； 在氣化爐內，煤是分階段裝入的，隨著反應時間的延長，燃料逐漸下移，經過前述的干燥、干餾、還原和氧化等各個階段，最后以灰渣的形式不斷排出，而后補加新的燃料； 操作方法有間歇法和連續氣化法； 氣化劑一般為空氣或富氧空氣，用來和碳反應提供熱量，水蒸氣則利用該熱量和碳反應，自身分解為氫氣、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等氣體。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (一 )發生爐煤氣種類 發生爐煤氣根據使用氣化劑和煤氣的熱值不同，一般可以分為： 1. 空氣煤氣 2. 混合煤氣 3. 水煤氣 4. 半水煤氣 等。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （二）制氣原理 空氣煤氣 空氣煤氣的制氣原理 氣化劑：以空氣作為氣化燃料 化學反應 ： C+O2→CO 2 (41) C+CO2 →2CO +(4 2) 缺點：爐內熱量積聚，料層和煤氣溫度升得較高 ；存在易結渣；適宜采用液態排渣的氣化爐；煤氣熱值低；出口溫度高；氣化效率低等問題 空氣煤氣成分：一氧化碳是空氣煤氣的主要可燃成分。 影響煤氣成分的因素 ：溫度、反應速度 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （二）制氣原理 –混合煤氣 混合煤氣的制氣原理 氣化劑： 空氣中混合一定量的水蒸氣作為氣化劑 化學反應 ：氣化爐內熱源主要依靠反應式 (43)提供 ；反應式 (4— 6)也是混合煤氣制氣的主要反應，而且是主要的吸熱反應。 實際煤氣與理想煤氣的區別 實際煤氣：在理想情況下．氣化過程達到熱 平衡時 所得到的煤氣 。 特點：其中的氫氣和甲烷的熱值較高，因而和空氣煤氣相比較，熱值大大提高。又因為水蒸氣的分解需要吸收熱量，這就可以降低氣化層的溫度，使灰渣維持在不熔融的狀態，因此可以采用固態排渣氣化爐。 區別：①煤氣中的一氧化碳和氫氣的含量比理想情況的數值要低。 ②實際煤氣組分比理想煤氣得多。 ③實際煤氣的熱值較理想煤氣的熱值高一些 ，主要由于干餾段生成的甲烷等化合物熱值高 。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （二）制氣原理 –水煤氣 水煤氣的制氣原理 氣化劑： 以水蒸氣作為氣化劑 化學反應： C+H20→CO+H 2 + kJ／ mol (46) C+2H2O → C0 2+2H2 +／ mol (4— 7) CO+H20 → H 2+C02 — ／ mol (4— 8) C+2H2 → CH 4 ／ mol (4— 10) 特點：它廣泛用于合成原料氣，這種煤氣生產工藝避免了普通方法制取混合煤氣時易結渣及熱效率低的缺點，并能獲得熱值較高的水煤氣。如合成氨企業 影響煤氣成分的因素： 溫度： (46)及式 (4— 7)均為吸熱反應，提高溫度對反應有利，可增加生成氣體中一氧化碳和氫的含量，當溫度高于 900~C時，平衡產物氣中二者均接近 50％，而對于放熱反應式 (4— 8)和式 (4lO)而言，在 900℃ 的高溫下，生成二氧化碳和甲烷的量卻幾乎為零。 反應速度：碳與水蒸氣的反應速度基本由溫度和燃料的活性決定，一般地，溫度越高，燃料的化學活性好，則越有利于水蒸氣的分解反應，因此，生產上采用高溫操作對碳的氣化十分有利。 ?為了提供熱量以維持爐內一定的溫度，生產上采用的方法有外熱法和內熱法。 外熱法熱量消耗大，不常采用。 內熱法用得較普遍，在氣化之前．先通入空氣燃燒部分煤，產生氣化所需要的足夠的熱量，然后送人水蒸氣進行氣化反應制取煤氣，隨氣化的進行，床層溫度逐漸下降，到一定程度后，停止送人水蒸氣。然后再通入空氣進行燃燒反應。在第二次送人空氣之前，由于爐內殘存部分煤氣，為防止爆炸，一般用水蒸氣對氣化爐進行吹掃后方可通入空氣。這種方法工業上稱間歇制氣。 典型制取方法：煤的燃燒和水蒸氣的分解分開交替進行，可制得 (H2+CO)與 (N2)之比在 ～ 。在合成氨工業上需配入適量的氮氣，使得 (H2+CO)和 (N2)之比約為 ，稱為半水煤氣。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （三）煤氣發生爐 目前，國內普遍使用的有 3M13型 (即 3A13型 )、3M21型 (即 3A21型 )、 wG、 uGI及兩段式氣化爐。 這些氣化爐的共同特點是都有加煤裝置、爐體、除灰裝置和水夾套等。為擴大氣化用煤，有的爐內設置攪拌破黏裝置；為使氣化劑在爐內分布均勻，采用不同的爐算。 總體來看，各種類型的移動床爐型結構區別不大，為滿足不同用戶的需要。一般有爐徑 1000mm、1500mm、 2023mm， 3000mm等規格，承煤氣爐一般有爐徑 1600mm、 1980mm、 2260mm、2740mm、 3000mm等。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 3M21型移動床混合煤氣發生爐 3M2l型氣化爐的主體結構由四部分組成 爐上部有加煤機構 下部有除灰機構 中部為爐身 氣化劑的入爐裝置 加煤機構的作用是將料倉中一定粒度的煤經相應部件傳進，能基本保持煤的粒度不變，安全定量地送入氣化爐內。 加煤機構必須具有好的密封性，適當的傳送距離，不擠壓煤料而引起顆粒的破碎。 3M一 21型的加煤機構主要是由一個滾筒、兩個鐘罩和傳動裝置組成。 ?滾筒用來實現煤的定量加入，上鐘罩接受滾筒落入的煤。 ?上下鐘罩是交替開閉，當上鐘罩打開時，下鐘罩與爐體斷開從而使煤料入爐。 ?分布錐保證煤料在整個爐膛截面上均勻分布，不能出現離析現象，即大顆粒煤在四周，而小顆粒煤在中間，可能出現中間高而四周低的不良狀況。 ?上設探火孔 、 水夾套 、 耐火襯里等主要部分 。 ?探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣時通過它來進行，也通過探火孔用釬子測爐內氣化層的溫度、厚度等。 ?探火孔由孔塞、孔座及噴氣環等主要部分構成。對探火孔的要求是密封性要好，不能使煤氣外泄。 ?噴氣環的作用是在打開探火孔時，為避免煤氣外泄著火，從噴氣環噴出的低壓水蒸氣斜向進入爐內空間上部，在探火孔處形成一層隔離水蒸氣氣幕，防止煤氣外泄和空氣進入爐內。通入的蒸汽表壓大于等于，蒸汽量不能太大以防將空氣帶人氣化爐內引起爆炸 。 水夾套是爐體的重要組成部分，由于強放熱反應使得氧化段溫度很高，一般在 1000℃ 以上。 加設水夾套的作用一是回收熱量，產生一定壓力的水蒸氣供氣化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止氣化爐局部過熱而損壞。 夾套水必須用軟化水，特殊情況可暫時用自來水代替．但時間不宜太長以防在夾套壁上形成水垢．影響傳熱。 碎渣圈位于爐體底部，上面與水套固定，下部有 6把灰刀，內壁呈渡紋型。當爐箅和灰盤轉動時，碎渣圈不動，可使大塊灰渣受到擠壓和剪切而碎裂，并下移。當灰渣移到小灰刀處，即被灰刀刮到灰盤。 碎渣圈的另一作用是和灰盤外套構成水封裝置，做爐底密封用。 爐頂耐火襯里和水夾套上部耐火襯里的主要作用是保護爐身鋼制外殼，防止因高溫變形燒壞。耐火襯里也可以防止熱量散失太大，爐體外部溫度太高，操作條件惡化。 耐火襯里的缺點是容易掛渣，為防止掛渣，可以采用全水套爐身結構 ?除灰結構的主要部件有爐算 、 灰盤 、 排灰刀和風箱等 。 爐箅的主要作用作用是支撐爐內總料層的重量，使氣化劑在爐內均勻分布，與碎渣圈一起對灰渣進行破碎、移動和下落。 它由四或五層爐箅和爐箅座重疊后用一長桿螺栓固定成一整體，然后固定在灰盤上。每兩層爐算之間及最后一層爐箅和爐箅座之間開有布氣孔，每層的布氣量通過實驗來確定。 安裝時爐箅整體的中心線和爐體的中心線偏移 150mm左右的距離，可以避免灰渣卡死。具體結構如圖 4— 12所示。 灰盤是一敞口的盤狀物，起儲灰、出灰和水封的作用。 灰盤內壁一般焊有斜鋼筋，便于灰渣上移至灰槽。 灰盤固定在大齒輪上，大齒輪裝在鋼球上，由電動機通過蝸輪、蝸桿帶動大齒輪轉動。以灰盤轉速來調節出灰量和料層高度，灰盤轉速在 ； 。 具體轉速應根據煤的灰分產率、氣化強度、操作條件等實際情況來確定。 3M21型氣化爐不帶攪拌破黏裝置，可以用來氣化無煙煤、焦炭等無黏結性煤種。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 3M13型移動床混合煤氣發生爐 3M13(3A13)型煤氣發生爐裝有破黏裝置，既能氣化弱黏結性的煤如長焰煤、氣煤等，又能氣化無煙煤、焦炭等不黏結性燃料，生產的煤氣可以用來作為燃料氣。 3M13型煤氣發生爐的結構如圖 413所示．爐頂蓋上設有 8個探火孔，用于探測爐內溫度和檢查氣化層的分布情況，也可以實施搗爐操作。水夾套可以產生約 。 3M13型和 3M21型的結構及操作指標基本相同，不同的是加煤機構和破黏裝置。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 .UGI型水煤氣發生爐 1支柱； 2爐底三通圓門； 3爐底三通； 4長灰瓶； 5短灰瓶； 6灰斗圓門； 7灰槽； 8灰犁； 9圓門； 10夾層鍋爐放水管； 11破碎板； 12小推灰器； 13大推灰器； 14寶塔型爐條； 15夾層鍋爐入口； 16保溫層； 17夾層鍋爐； 18R型連接板； 19夾層鍋爐安全閥； 20耐火磚； 21爐口保護圈； 22探火裝置； 23爐口座； 24爐蓋； 25爐蓋安全連鎖裝置； 26爐蓋軌道； 27氣出口；28夾層鍋爐出氣管； 29一夾 層鍋爐野液位警報器； 30夾層鍋爐進水管；31試火管及試火考克； 32