【正文】 工藝學(xué) 》 (2）料層高度 ?料層高度：氣化爐內(nèi) ， 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(fā)生爐的結(jié)構(gòu)型式、原料的粒度、原料中的水分含量、氣化強(qiáng)度等因素都有關(guān)系。 ?入爐煤的粒度大，水分含量高，要求氣化強(qiáng)度適中時(shí)．料層高度可以適當(dāng)高一些；反之，則低一些。 ?灰層高度過低 ， 氣化劑的預(yù)熱效果不好 ， 又因氧化層接近爐箅 ， 可能使?fàn)t箅燒壞 ， 控制的方法是用排灰速度來調(diào)節(jié) ?；覍犹?， 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(yīng)極快 。 還原層高度決定于還原反應(yīng)的速度 ， 而該速度與氧化層上升氣體的溫度 、 組成有關(guān) ， 與還原層的自身溫度 、 燃料的反應(yīng)性 、 燃料的塊度等因素都有一定的關(guān)系 。 為使反應(yīng)完全 ， 氣化層要保持一定的高度 ， 適當(dāng)提高氣化溫度 。 如果原料粒度較大 ，且熱穩(wěn)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(yīng)的充分進(jìn)行 。 ?對于氣化一些揮發(fā)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?yàn)槊褐械膿]發(fā)分大部分是在干餾層中逸出 ，并產(chǎn)生于餾煤氣 。 干餾層太低 ， 煤中部分揮發(fā)分來不及選出而被帶到還原層 ， 這會影響還原反應(yīng)的正常進(jìn)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(jìn)人干餾層之前必須除去 ，否則會影響于餾的正常進(jìn)行 。 一般氣化水分含量大的煤 ， 干燥層高度易大一點(diǎn) ， 水分含量少的年老煙煤炭氣化時(shí) ， 干燥層高度可適當(dāng)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(xué) 》 (3)氣化劑的消耗量 氣化劑的消耗量 關(guān)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(guān)系如圖427所示 。 通過控制加入的水蒸氣量來實(shí)現(xiàn)在氣化爐的生產(chǎn)操作過程中防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣。 但過分增加蒸汽用量，煤氣的質(zhì)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(shí)，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(nèi) CO十 H2OC02+H2的反應(yīng)增強(qiáng)，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(guān)外，還與其消耗量有關(guān)。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(xù)冷卻工段的負(fù)荷增加，而且對水蒸氣來講也是一種浪費(fèi)。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 (4)灰中殘?zhí)苛? 灰中殘?zhí)苛? 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?zhí)苛康拇笮『驮系姆N類與性質(zhì) 、 氣化強(qiáng)度 、 操作條件及氣化爐的結(jié)構(gòu)有關(guān) 。 在各類煤種中 ， 一般熱穩(wěn)定性差的褐煤和無煙煤 ， 帶出損失較大；燃料顆粒越細(xì)或細(xì)碎的部分越多 ，氣流的速度越大 ， 則灰渣殘?zhí)苛吭酱?。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 (六 )工藝參數(shù)的控制 –水煤氣發(fā)生爐 間歇式水煤氣的生產(chǎn)和混合煤氣的生產(chǎn)不同。（ 1）以水蒸氣為氣化劑時(shí)，在氣化區(qū)進(jìn)行碳和水蒸氣的反應(yīng)，不在區(qū)分氧化層和還原層。燃料底部為灰渣區(qū)用來預(yù)熱從底部進(jìn)人的氣化劑，又可以保護(hù)爐箅不致過熱而變形，這一點(diǎn)和混合煤氣發(fā)生爐相同。 （ 2）但由于氧化和還原反應(yīng)分開進(jìn)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(diǎn)。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 (六 )工藝參數(shù)的控制 –水煤氣發(fā)生爐 吹空氣過程 制氣效率 氣流速度 循環(huán)時(shí)間 水蒸氣用量 料層高度 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 吹風(fēng)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(fēng)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(fēng)熱效率 控制 隨著吹風(fēng)氣中 CO2含量的下降 、 燃料層溫度的上升 ，吹風(fēng)效率下降 。 如吹風(fēng)氣中 C02含量為 ％ 、 溫度在 800176。 C時(shí)效率為 53％ ；吹風(fēng)氣中 CO2含量為 5％ 、溫度在 1200℃ 時(shí)效率為 18%；當(dāng)沒有 CO2溫度上升到 1700℃ 時(shí) ， 效率降到零 ， 這時(shí)吹出氣中 CO的含量達(dá)到最大 ， 反應(yīng)放出的熱量全部用于吹風(fēng)氣的加熱 ， 不能再為制氣過程提供熱量了 。 煤氣爐生產(chǎn)的吹風(fēng)階段，當(dāng)空氣開始通入時(shí)，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(chǎn)中，可以選擇較高的空氣鼓風(fēng)速度，縮短吹風(fēng)時(shí)間，或者在吹風(fēng)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(fēng)過程的熱效應(yīng)。 由于碳完全燃燒生成 CO2時(shí)的熱效應(yīng)最大，因而在吹風(fēng)階段，應(yīng)該按完全燃燒來進(jìn)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(fēng)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(xué) 》 （ 2）制氣階段的效率 制氣階段的效率 公式 與料層溫度關(guān)系 總效率 制氣效率用下式表示，即： ?當(dāng)燃料層的溫度從 850℃ 開始下降時(shí)制氣效率急劇下降，燃料層溫度太低制氣過程將不能進(jìn)行；溫度在850～ 1200℃ 之間，效率比較高；溫度升至 1200℃ 以上時(shí)，效率不僅沒有上升反而有所下降。 ?燃料層溫度對吹風(fēng)和制氣兩個(gè)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(gè)過程的總效率為所得水煤氣的熱值與兩個(gè)過程所消耗燃料的總熱量之比 ， 即： ? 制氣總效率在 800～ 850℃ 時(shí)最高 ， 但氣化強(qiáng)度太低 ， 綜合考慮各種因素 ， 一般在 1000～1200℃ 之間比較適宜 。 實(shí)際生產(chǎn)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(xué) 》 （ 3）氣流速度 吹空氣過程的氣流速度應(yīng)盡量大，這樣，有利于碳的燃燒反應(yīng)，可以縮短吹風(fēng)時(shí)問。其好處一方面可以相應(yīng)增加制氣階段的時(shí)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(shí)間，從而減少了一氧化碳的生成量。 發(fā)生爐的氣化強(qiáng)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(fēng)速過大，將導(dǎo)致吹出物的增加，燃料損失加大，嚴(yán)重時(shí)，甚至出現(xiàn)風(fēng)洞或吹翻，造成氣化條件惡化。 為了提高水煤氣過程的生產(chǎn)能力，在生產(chǎn)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(fēng)氣中一氧化碳體積分?jǐn)?shù)僅為 3％～ 6％，與此相應(yīng)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(xué) 》 （ 4）水蒸氣用量 水蒸氣用量是提高煤氣產(chǎn)量，調(diào)節(jié)氣體成分的重要指標(biāo)。 該量取決于水蒸氣流速和延續(xù)時(shí)間。 蒸汽一次上吹時(shí)，爐溫高，所產(chǎn)的煤氣質(zhì)量好，產(chǎn)量大。由于強(qiáng)烈氣化使?fàn)t溫迅速下降，氣化區(qū)上移，出口煤氣溫度上升，熱損失加大。上吹時(shí)間不宜太長，相應(yīng)水蒸氣用量不宜太大。 蒸汽改下吹時(shí)，氣化區(qū)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(shí)間較上吹時(shí)間延長，相應(yīng)蒸汽用量加大。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 （ 5）料層高度 料層高度對制氣和吹風(fēng)過程的影響相反。 制氣階段，料層高，蒸汽在爐內(nèi)的停留時(shí)間長，爐溫穩(wěn)定，有利于氣化反應(yīng)，蒸汽分解率提高； 對吹風(fēng)過程，料層高時(shí)，延長了二氧化碳和煤層的接觸時(shí)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(dòng)力消耗相應(yīng)增大。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 （ 6）循環(huán)時(shí)間 循環(huán)時(shí)問是指每工作循環(huán)所需的時(shí)間。 問歇制氣的一個(gè)工作循環(huán)時(shí)間一般為 ～ 3min。通常，循環(huán)時(shí)間一般不作隨意調(diào)整，在操作中可以通過改變各階段的時(shí)間分配來調(diào)整爐內(nèi)的上況。 一般地，吹風(fēng)階段的時(shí)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(diǎn)和空氣流速而定，上下吹時(shí)間的分配主要考慮氣化區(qū)要維持穩(wěn)定、煤氣質(zhì)量好和熱能的合理利用為原則；二次上吹和空氣吹凈時(shí)間的長短，應(yīng)保證煤氣發(fā)生爐上下部空間的煤氣被排凈，在下一個(gè)工作循環(huán)時(shí)，不致引起爆炸。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 (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(fā)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(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒定律，進(jìn)入發(fā)生爐的總質(zhì)量或總能量，與排出氣化爐的總質(zhì)量或總能量是相等的。這是對發(fā)生爐進(jìn)行物料、熱量衡算的基本依據(jù)。 是根據(jù)一些已知的數(shù)據(jù)，計(jì)算出一些發(fā)生爐生產(chǎn)操作的重要指標(biāo)，如煤氣組成、熱值、氣化效率、氣化強(qiáng)度等，用以考核和改善氣化過程的操作水平及經(jīng)濟(jì)效益，是判斷和改善生產(chǎn)操作的依據(jù)． 物料衡算是對化工過程進(jìn)出某一體系的所有物料進(jìn)行的平衡計(jì)算，衡算的結(jié)果是進(jìn)行能量衡算、對化工過程進(jìn)行評價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。進(jìn)行物料衡算的方法是找出各種物料的平衡關(guān)聯(lián)，列出物料平衡方程．然后進(jìn)行計(jì)算。常見的關(guān)聯(lián)方式有下面幾種 ：總質(zhì)量平衡關(guān)聯(lián) 、元素平衡關(guān)聯(lián) 物料衡算是熱量衡算的基礎(chǔ)，二者關(guān)系密切。熱量衡算的依據(jù)是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律，常用的平衡關(guān)聯(lián)式有下面兩種。 ①熱量平衡關(guān)聯(lián)式。進(jìn)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(nèi)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?jǐn)?shù)之積。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、加壓氣化生產(chǎn)工藝 加壓氣化的由來： 常溫固定床氣化爐生產(chǎn)的煤氣熱值較低，煤氣中一氧化碳的含量較高，氣化強(qiáng)度和生產(chǎn)能力有限。 后來人們進(jìn)行了加壓氣化技術(shù)的研究，并在 1939年由德國的魯奇公司設(shè)計(jì)的第一代工業(yè)生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，后來又不斷地對氣化爐的結(jié)構(gòu)、氣化壓力、氣化的煤種進(jìn)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(cè)面和平型爐算．發(fā)展到能使用氣化弱黏結(jié)性煙煤，加設(shè)了攪拌裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)布煤器，爐箅改成塔節(jié)型，灰箱設(shè)在爐底正中的位置，爐子的直徑也在不斷加大，單爐的生產(chǎn)能力可以高達(dá) 75000～100000m3/h， 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、加壓氣化生產(chǎn)工藝 中國加壓氣化的歷史： 中國 20世紀(jì) 60年代就引進(jìn)了捷克制造的早期魯奇爐．在云南建成投產(chǎn)，用褐煤加壓氣化制造合成氨。 1987年建成投產(chǎn)的天脊煤化工集團(tuán)公司 (原山西化肥廠 )從德國引進(jìn)的 4臺直徑 3800mm的 Ⅳ 型魯奇爐．用貧瘦煤代替褐煤來生產(chǎn)合成氨 (魯奇爐主要用于以褐煤為原料生產(chǎn)城市煤氣 )，先后用陽泉煤、晉城煤、西山官地煤等煤種的試驗(yàn)，經(jīng)過十幾年的探索，基本掌握了魯奇爐氣化貧瘦煤生產(chǎn)合成氨的技術(shù)。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 (一 )加壓氣化生產(chǎn)特點(diǎn) 魯奇加壓的定義 魯奇加壓的 排渣 魯奇加壓的優(yōu)點(diǎn) 魯奇加壓的缺點(diǎn) 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(jìn)行煤的氣化。制得