煤炭氣化工藝學-第四章-氣化爐-資料下載頁

　　

【正文】 工藝學 》 (2）料層高度 ?料層高度：氣化爐內 ， 灰渣層 、 氧化層 、 還原層 、干餾層和干燥層的總高度即為料層高度 。 料層高度的大小，與煤氣發生爐的結構型式、原料的粒度、原料中的水分含量、氣化強度等因素都有關系。 ?入爐煤的粒度大，水分含量高，要求氣化強度適中時．料層高度可以適當高一些；反之，則低一些。 ?灰層高度過低 ， 氣化劑的預熱效果不好 ， 又因氧化層接近爐箅 ， 可能使爐箅燒壞 ， 控制的方法是用排灰速度來調節 。灰層太高 ， 氣體的阻力又增大 ， 一般控制在 100mm左右 。 ?氧化層高度一般較小 ， 是由于氧化反應極快 。 還原層高度決定于還原反應的速度 ， 而該速度與氧化層上升氣體的溫度 、 組成有關 ， 與還原層的自身溫度 、 燃料的反應性 、 燃料的塊度等因素都有一定的關系 。 為使反應完全 ， 氣化層要保持一定的高度 ， 適當提高氣化溫度 。 如果原料粒度較大 ，且熱穩定性又好 ， 一般也要保持較高的氣化層高度 ， 以利于氣化反應的充分進行 。 ?對于氣化一些揮發分高的煤種 ， 如年輕煙煤或褐煤 ， 于餾層的高度就變得甚為重要 。因為煤中的揮發分大部分是在干餾層中逸出 ，并產生于餾煤氣 。 干餾層太低 ， 煤中部分揮發分來不及選出而被帶到還原層 ， 這會影響還原反應的正常進行 。 ?對于干燥層而言 ， 主要是燃料中水分含量對它的影響 。 煤中的水分在進人干餾層之前必須除去 ，否則會影響于餾的正常進行 。 一般氣化水分含量大的煤 ， 干燥層高度易大一點 ， 水分含量少的年老煙煤炭氣化時 ， 干燥層高度可適當降低 。 料 層 高 度 定義 影響因素 控制 灰層 氧化層 干餾層 干燥層 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (3)氣化劑的消耗量 氣化劑的消耗量 關系 作用 控制 影響因素 ?水蒸氣的消耗量 、 水蒸氣分解率 、 水蒸氣分解量 、 氣體熱值和氣體組成之間的關系如圖427所示 。 通過控制加入的水蒸氣量來實現在氣化爐的生產操作過程中防止爐內結渣。 但過分增加蒸汽用量，煤氣的質量有所下降。由于不同煤種的組成不同，活性差別較大，在氣化時，所需的水蒸氣用量也不同。 一般地，氣化 lkg無煙煤約需水蒸氣 ～ ，氣化 lkg褐煤約需水蒸氣 ～，氣化 lkg煙煤約需水蒸氣 ～ 。 煤氣組成受氣化劑消耗量的影也非常大。隨著蒸汽消耗量的增大，氣化爐內 CO十 H2OC02+H2的反應增強，使得煤氣中的一氧化碳含量減少，氫氣和二氧化碳的含量增加。 水蒸氣的分解率除了和氣化溫度有關外，還與其消耗量有關。從圖 427可以看出，隨著水蒸氣消耗量的增加，水蒸氣的分解量是增加的，如曲線 1所示，然而，水蒸氣的分解率卻是下降的，如曲線 3所示。蒸汽分解率的顯著降低，將會使后續冷卻工段的負荷增加，而且對水蒸氣來講也是一種浪費。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (4)灰中殘炭量 灰中殘炭量 定義 控制 影響因素 在氣化過程中 ， 會有一部分可燃物被煤氣帶出爐外或隨爐渣排出爐外 。 灰中殘炭量的大小和原料的種類與性質 、 氣化強度 、 操作條件及氣化爐的結構有關 。 在各類煤種中 ， 一般熱穩定性差的褐煤和無煙煤 ， 帶出損失較大；燃料顆粒越細或細碎的部分越多 ，氣流的速度越大 ， 則灰渣殘炭量越大 。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (六 )工藝參數的控制 –水煤氣發生爐 間歇式水煤氣的生產和混合煤氣的生產不同。（ 1）以水蒸氣為氣化劑時，在氣化區進行碳和水蒸氣的反應，不在區分氧化層和還原層。燃料底部為灰渣區用來預熱從底部進人的氣化劑，又可以保護爐箅不致過熱而變形，這一點和混合煤氣發生爐相同。 （ 2）但由于氧化和還原反應分開進行，因此燃料層溫度將隨空氣的加入而逐漸升高，而隨水蒸氣的加入又逐漸下降，呈周期性變化，生成煤氣的組成也成周期性變化。這就是間歇式制氣的特點。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (六 )工藝參數的控制 –水煤氣發生爐 吹空氣過程 制氣效率 氣流速度 循環時間 水蒸氣用量 料層高度 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 吹風過程的熱效率用料層蓄積的熱量與該過程所消耗的熱量之比來表示，即： Hc—— 原料的熱值， k1／ kg； GA—— 吹風氣過程中的原料消耗量， kg。 。 （ 1）吹空氣過程的操作條件 吹空氣過程 原因 吹風熱效率 控制 隨著吹風氣中 CO2含量的下降 、 燃料層溫度的上升 ，吹風效率下降 。 如吹風氣中 C02含量為 ％ 、 溫度在 800176。 C時效率為 53％ ；吹風氣中 CO2含量為 5％ 、溫度在 1200℃ 時效率為 18%；當沒有 CO2溫度上升到 1700℃ 時 ， 效率降到零 ， 這時吹出氣中 CO的含量達到最大 ， 反應放出的熱量全部用于吹風氣的加熱 ， 不能再為制氣過程提供熱量了 。 煤氣爐生產的吹風階段，當空氣開始通入時，燃燒徹底， CO2的含最高， CO的含量低；隨著爐層溫度的提高， C02的含量逐漸減少，而 CO的含量在增加。 生產中，可以選擇較高的空氣鼓風速度，縮短吹風時間，或者在吹風階段加入二次空氣的量由小到大的變化，都可以降低 CO的生成量，提高 C02生成量，從而提高吹風過程的熱效應。 由于碳完全燃燒生成 CO2時的熱效應最大，因而在吹風階段，應該按完全燃燒來進行。 然而，燃料層溫度的升高將使CO2還原成 CO的生成量加大。 吹風過程的目的是燃燒部分燃料給制氣過程提供足夠的熱量 . 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （ 2）制氣階段的效率 制氣階段的效率 公式 與料層溫度關系 總效率 制氣效率用下式表示，即： ?當燃料層的溫度從 850℃ 開始下降時制氣效率急劇下降，燃料層溫度太低制氣過程將不能進行；溫度在850～ 1200℃ 之間，效率比較高；溫度升至 1200℃ 以上時，效率不僅沒有上升反而有所下降。 ?燃料層溫度對吹風和制氣兩個過程的影響是不同的，因此，燃料層的溫度一般控制在 1000～ 1200℃ 之間。太高或太低都不臺適。 ?兩個過程的總效率為所得水煤氣的熱值與兩個過程所消耗燃料的總熱量之比 ， 即： ? 制氣總效率在 800～ 850℃ 時最高 ， 但氣化強度太低 ， 綜合考慮各種因素 ， 一般在 1000～1200℃ 之間比較適宜 。 實際生產中 ， 以提高制氣效率為主 ， 兼顧總效率 。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （ 3）氣流速度 吹空氣過程的氣流速度應盡量大，這樣，有利于碳的燃燒反應，可以縮短吹風時問。其好處一方面可以相應增加制氣階段的時間，另一方面也減少了生成的二氧化碳與灼熱炭層的接觸時間，從而減少了一氧化碳的生成量。 發生爐的氣化強度一般在 500～ 600kg／（ m2h)，所用的吹空氣速度為 ～ ／ s，水蒸氣的速度為 ～／ s之間。但風速過大，將導致吹出物的增加，燃料損失加大，嚴重時，甚至出現風洞或吹翻，造成氣化條件惡化。 為了提高水煤氣過程的生產能力，在生產條件不致惡化的前提下，常采用高的吹空氣速度 ～ ／ s，這樣，燃燒層溫度迅速升高，二氧化碳來不及還原，吹風氣中一氧化碳體積分數僅為 3％～ 6％，與此相應可采用高的水蒸氣流速 0． 25m／ s左右。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （ 4）水蒸氣用量 水蒸氣用量是提高煤氣產量，調節氣體成分的重要指標。 該量取決于水蒸氣流速和延續時間。 蒸汽一次上吹時，爐溫高，所產的煤氣質量好，產量大。由于強烈氣化使爐溫迅速下降，氣化區上移，出口煤氣溫度上升，熱損失加大。上吹時間不宜太長，相應水蒸氣用量不宜太大。 蒸汽改下吹時，氣化區下移到正常位置，由于床層溫度總體下降，在蒸汽溫度較高的情況下，下吹時間較上吹時間延長，相應蒸汽用量加大。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （ 5）料層高度 料層高度對制氣和吹風過程的影響相反。 制氣階段，料層高，蒸汽在爐內的停留時間長，爐溫穩定，有利于氣化反應，蒸汽分解率提高； 對吹風過程，料層高時，延長了二氧化碳和煤層的接觸時間，易還原成一氧化碳，熱損失增大。另一方面，高料層的阻力大，氣體輸送的動力消耗相應增大。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 （ 6）循環時間 循環時問是指每工作循環所需的時間。 問歇制氣的一個工作循環時間一般為 ～ 3min。通常，循環時間一般不作隨意調整，在操作中可以通過改變各階段的時間分配來調整爐內的上況。 一般地，吹風階段的時間以能提供制氣所必需的熱量為限，其長短主要由燃料的灰熔點和空氣流速而定，上下吹時間的分配主要考慮氣化區要維持穩定、煤氣質量好和熱能的合理利用為原則；二次上吹和空氣吹凈時間的長短，應保證煤氣發生爐上下部空間的煤氣被排凈，在下一個工作循環時，不致引起爆炸。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (七 )物料、熱量衡算 衡算原理 衡算目的 物料衡算 熱量衡算 煤氣發生爐以煤為原料，以空氣 (富氧空氣或純氧 )和水蒸氣為氣化劑，使二者相互作用，根據質量守恒和能量守恒定律，進入發生爐的總質量或總能量，與排出氣化爐的總質量或總能量是相等的。這是對發生爐進行物料、熱量衡算的基本依據。 是根據一些已知的數據，計算出一些發生爐生產操作的重要指標，如煤氣組成、熱值、氣化效率、氣化強度等，用以考核和改善氣化過程的操作水平及經濟效益，是判斷和改善生產操作的依據． 物料衡算是對化工過程進出某一體系的所有物料進行的平衡計算，衡算的結果是進行能量衡算、對化工過程進行評價和優化設計的基礎。進行物料衡算的方法是找出各種物料的平衡關聯，列出物料平衡方程．然后進行計算。常見的關聯方式有下面幾種 ：總質量平衡關聯 、元素平衡關聯 物料衡算是熱量衡算的基礎，二者關系密切。熱量衡算的依據是能量轉化和守恒定律，常用的平衡關聯式有下面兩種。 ①熱量平衡關聯式。進人體系的各焓流量之和等于排出體系的各熱流之和再加上體系內累積的熱流。 ②焓方程式。某物流的焓流量等于該物流的流量與該物流各組分的摩爾焓及摩爾分數之積。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、加壓氣化生產工藝 加壓氣化的由來： 常溫固定床氣化爐生產的煤氣熱值較低，煤氣中一氧化碳的含量較高，氣化強度和生產能力有限。 后來人們進行了加壓氣化技術的研究，并在 1939年由德國的魯奇公司設計的第一代工業生產裝置建成投產，后來又不斷地對氣化爐的結構、氣化壓力、氣化的煤種進行研究，相繼推出了第二代、第三代、第四代爐型。 由開始僅以褐煤為原料，爐徑 D=2600mm，采用灰斗放置于爐底側面和平型爐算．發展到能使用氣化弱黏結性煙煤，加設了攪拌裝置和轉動布煤器，爐箅改成塔節型，灰箱設在爐底正中的位置，爐子的直徑也在不斷加大，單爐的生產能力可以高達 75000～100000m3/h， 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、加壓氣化生產工藝 中國加壓氣化的歷史： 中國 20世紀 60年代就引進了捷克制造的早期魯奇爐．在云南建成投產，用褐煤加壓氣化制造合成氨。 1987年建成投產的天脊煤化工集團公司 (原山西化肥廠 )從德國引進的 4臺直徑 3800mm的 Ⅳ 型魯奇爐．用貧瘦煤代替褐煤來生產合成氨 (魯奇爐主要用于以褐煤為原料生產城市煤氣 )，先后用陽泉煤、晉城煤、西山官地煤等煤種的試驗，經過十幾年的探索，基本掌握了魯奇爐氣化貧瘦煤生產合成氨的技術。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 (一 )加壓氣化生產特點 魯奇加壓的定義 魯奇加壓的 排渣 魯奇加壓的優點 魯奇加壓的缺點 可以采用氧氣一水蒸氣或空氣一水蒸氣作氣化劑 ,在 ～ 和 900～ 1100℃ 的條件下進行煤的氣化。制得