【正文】 ?21qq 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 四、煤炭氣化過(guò)程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 單爐生產(chǎn)能力 氣化爐單臺(tái)生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間內(nèi)，一臺(tái)爐子能生產(chǎn)的煤氣量。氣化強(qiáng)度與煤的性質(zhì)、氣化劑供給量、氣化爐爐型結(jié)構(gòu)及氣化操作條件有關(guān)。 四、煤炭氣化過(guò)程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 氣化強(qiáng)度 所謂氣化強(qiáng)度，即單位時(shí)間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質(zhì)量或產(chǎn)生的煤氣量。 而在氣化無(wú)煙煤時(shí)，因其結(jié)構(gòu)致密，揮發(fā)分少，氣化強(qiáng)度就不能太大。 還原反應(yīng)，包括碳和二氧化碳的反應(yīng)，以及水蒸氣和碳之間的反應(yīng)是制氣的 主要反應(yīng)，主要生成一氧化碳和氫氣。 ?不論采用哪一種具體的氣化工藝，產(chǎn)生的熱量基本上都消耗在如下幾個(gè)方面：灰渣帶出的熱量、水蒸氣和碳的還原反應(yīng)需要的熱量、煤氣帶走的熱量以及傳給水夾套和周圍環(huán)境的熱量。 ?煤氣的平均分子量則隨熱解的溫度升高而下降．即隨溫度的升高大分子變小，煤氣數(shù)量增加。 ?就單純熱解作用的氣態(tài)而言．煤氣熱值隨煤中揮發(fā)分的增加而增加； ?隨煤的變質(zhì)程度的加深氫氣含量增加而烴類和二氧化碳含量減少。在大于 200℃ 后，才開始發(fā)生煤的熱分解，放出大量的水蒸氣和二氧化碳，同時(shí)，有少量的硫生成二氧化硫等氣體。 ?壓力對(duì)熱解有重要影響，隨壓力的升高，液體碳?xì)浠衔锵鄬?duì)減少，而氣體碳?xì)浠衔锵鄬?duì)增加。 ?煤顆粒粒徑小于 50μm時(shí)，熱解過(guò)程將為揮發(fā)形成的化學(xué)反應(yīng)控制，熱解與顆粒大小基本沒(méi)有關(guān)系。在煤顆粒中心達(dá)到軟化溫度以前，開始分解出揮發(fā)物，同時(shí)其本身發(fā)生膨脹。 而對(duì)于沸騰床和氣流床氣化工藝，由于不存在移動(dòng)床的分層問(wèn)題，因而情況稍微復(fù)雜，尤其對(duì)于氣流床來(lái)講．煤的幾個(gè)主要變化過(guò)程幾乎是瞬間同時(shí)進(jìn)行。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 三、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤的干餾 就移動(dòng)床來(lái)說(shuō)，基本接近于低溫干餾（ 500600℃ )。而在其他的一些氣化工藝過(guò)程當(dāng)中，例如，氣流床化時(shí)，由于粉煤是直接被噴入高溫區(qū)內(nèi)，幾乎是在 2022176。煤 干燥過(guò)程的主要產(chǎn)物是水蒸氣．以及被煤吸附的少量的 一氧化碳和二氧化碳等。煤中水分含量低、干燥溫度高、氣流速度大，則 干燥時(shí)間短；反之，煤的干燥時(shí)間就長(zhǎng)。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 三、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤的干燥 煤的熱解 煤的反應(yīng) 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 三、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤的干燥 煤的干燥過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是水分從微孔中蒸發(fā)的過(guò)程。例如對(duì)如下吸熱反應(yīng) C+O2→CO 2 平衡常數(shù) kp如下： Kp=(Pco*PH2)/PH2O 影響因素： T吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于化學(xué)反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行；對(duì)于放熱反應(yīng)，則降低溫度有利于向生成產(chǎn)物的方向進(jìn)行。 控制步驟 ① 氣化劑向燃料顆粒表面的外擴(kuò)散過(guò)程； ② 氣化劑被燃料顆粒的表面吸附； ③ 吸附的氣化劑和燃料顆粒表面上的碳進(jìn)行表面化學(xué)反應(yīng)； ④ 生成的產(chǎn)物分子從顆粒表面脫附下來(lái)； ⑤ 產(chǎn)物分子從顆粒的表面通過(guò)氣膜擴(kuò)散到氣流主體。 非均相反應(yīng)：氣固相的反應(yīng)。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、氣固相反應(yīng) 均相反應(yīng)與非均相反應(yīng) 均相反應(yīng)：氣相中的反應(yīng)。 流化床： 在流態(tài)化階段，床層的壓降保持不變，基本等于床層的重量，把這個(gè)極大值稱臨界流化速度。 在流化床階段，如果流速進(jìn)一步增大，將會(huì)有部分粒度較小的顆粒被帶出流化床，這時(shí)的床層相當(dāng)于一個(gè)氣流輸送設(shè)備，因而被稱為氣流床。對(duì)氣化爐而言，由于氣化過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，燃料連續(xù)從氣化爐的上部加人、形成的灰擅從底部連續(xù)的排出，所以燃料是以緩慢的速度向下移動(dòng)，故稱為移動(dòng)床較為合理。工業(yè)上把這種反應(yīng)稱氣固相反應(yīng)。 ① 作用 :保證了爐內(nèi)料層高度的穩(wěn)定，同時(shí)也保證了氣化過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行 . ② 問(wèn)題：對(duì)移動(dòng)床而言，由于爐箅 (氣化劑的分布裝置 )和排灰系統(tǒng)結(jié)合在一起，氣化劑的均勻分布和排灰操作是生產(chǎn)上較為重要的兩個(gè)問(wèn)題。 ②由于煤炭氣化過(guò)程是在非常高的溫度下進(jìn)行的，為了保護(hù)爐體而加設(shè)內(nèi)璧襯里或加設(shè)水套也是非常必要的。 氣化爐分類 按照燃料在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況 移動(dòng)床 (又叫固定床 ) 沸騰床 (又叫流化床 ) 氣流床 熔融床 生產(chǎn)操作壓力 常壓氣化爐 加壓氣化爐 排渣方式 固態(tài)排渣氣化爐 液態(tài)排渣氣化爐 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 一、 基本概念 空氣煤氣 混合煤氣 水煤氣 半水煤氣 以空氣作為氣化劑生產(chǎn)的煤氣 以空氣 (富氧空氣或純氧 )和水蒸氣的混合物作為氣化劑，生產(chǎn)的煤氣 將空氣 (富氧空氣或純氧 )和水蒸氣分別交替送入氣化爐內(nèi)間歇進(jìn)行生產(chǎn)的煤氣 氣體成分經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)整 (主要是調(diào)整含氮?dú)獾牧?)后，生產(chǎn)的符合合成氨原料氣的要求的煤氣 煤氣的種類 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 一、 基本概念 氣化爐的組成 加煤系統(tǒng) 氣化反應(yīng)部分 排灰系統(tǒng) 要考慮煤入爐后的分布和加煤時(shí)的密封問(wèn)題。 ⑤ 將煤炭氣化過(guò)程和發(fā)電聯(lián)合起來(lái)的生產(chǎn)技術(shù)越 來(lái)越受到各國(guó)的重視并巳建成不同規(guī)模的生產(chǎn)廠 以 K— T爐為例， 20世紀(jì) 50年代是雙嘴爐， 20世紀(jì) 70年代采用了雙嘴和四頭八嘴，以及后來(lái)設(shè)計(jì)的六個(gè)頭的氣化爐等，使得單爐產(chǎn)氣能力大幅度提高。 ③ 氣流床和流化床技術(shù)日益發(fā)展，擴(kuò)大了氣化 煤種的范圍。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 第四章 氣化爐 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 第四章 氣化爐 第三節(jié) 流化床氣化爐 第四節(jié) 氣流床氣化爐 第五節(jié) 熔融床氣化爐 第六節(jié) 工業(yè)上常用爐型的比較 第一節(jié) 氣化爐概述 第二節(jié) 移動(dòng)床氣化爐 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 掌握氣化用煤的種類、氣化爐的種類及結(jié)構(gòu)、工藝流程、工藝參數(shù)等 熟悉熔融床氣化爐結(jié)構(gòu)、氣化工藝流程及工藝參數(shù) 了解我國(guó)工業(yè)上常用的氣化爐及各種氣化爐的比較 知識(shí)目標(biāo) 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 能掌握我國(guó)氣化用煤的特性、常用的氣化爐形式、用途等 會(huì)判斷實(shí)際用煤作為氣化原料的優(yōu)劣、會(huì)流利的講述常用氣化爐的工藝流程 會(huì)解釋一些實(shí)際操作過(guò)程常出現(xiàn)的問(wèn)題及會(huì)分析影響操作的因素 能力目標(biāo) 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 世界煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) ① 增大氣化爐規(guī)模，提高單爐制氣能力。 ② 提高氣化爐的操作壓力，降低壓縮動(dòng)力消耗， 減少設(shè)備尺寸，降低氧耗，提高碳的轉(zhuǎn)化率。 ④ 提高氣化過(guò)程的環(huán)保技術(shù)，盡量減少環(huán)境 污染。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 41 氣化爐概述 氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤炭氣化過(guò)程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 氣化爐分類 基本概念 氣固相反應(yīng) 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 一、 基本概念 氣化爐：進(jìn)行煤炭氣化的設(shè)備叫氣化爐。 ① 是煤炭氣化的主要反應(yīng)場(chǎng)所，首要考慮的問(wèn)題是如何在低消耗的情況下，使煤最大限度地轉(zhuǎn)化為符合用戶要求的優(yōu)質(zhì)煤氣。水套一方面可以起到保護(hù)爐體 (也包括爐內(nèi)的布煤器或攪拌裝置 )的作用，同時(shí)可以吸收氣化區(qū)的熱量而生產(chǎn)蒸汽，該部分蒸汽可以作為氣化時(shí)需用的蒸汽而進(jìn)入氣化爐內(nèi)。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、氣固相反應(yīng) 氣固相反應(yīng) 在氣化爐內(nèi)，物質(zhì)基本上以兩種相態(tài)存在，一是氣相即空氣、氧氣、水蒸氣 (稱為氣化劑 )和氣化時(shí)形成的煤氣，另外是固相即燃料和燃料氣化后形成的固體如灰渣等。 氣化爐類型 氣化劑以較小的速度通過(guò)床層時(shí)．氣體經(jīng)過(guò)固體顆粒堆積時(shí)所形成的空隙，床內(nèi)固體顆粒靜止不動(dòng)，這時(shí)的床層一般稱固定床。 當(dāng)氣流速度繼續(xù)增大，顆粒之間的空隙開始增大，床層膨脹，高度增加，床層上部的顆粒被氣流托起，流體流速增加到一定限度時(shí)，顆粒被全部托起，顆粒運(yùn)動(dòng)劇烈，但仍然逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出，床層的這種狀態(tài)叫固體流態(tài)化，即固體顆粒具有了流體的特性，這時(shí)的床層稱流化床。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、氣固相反應(yīng) 三種床層中的壓降和傳熱 固定床 的壓力降主要是由于流體和固體顆粒之間的摩擦，以及流體流過(guò)床層時(shí)，流道的突然增大和收縮而引起的，隨流速的增大而成比例地增大，經(jīng)過(guò)一個(gè)極大值后．床層進(jìn)入流態(tài)化階段。 氣流床： 進(jìn)入氣流床時(shí)，由于大量顆粒被帶出床外，床層壓降急劇下降。如 CO與 H2O的反應(yīng)等。如碳的燃燒反應(yīng)、水蒸氣與熾熱的碳之間的反應(yīng)等。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 二、氣固相反應(yīng) 化學(xué)平衡 定義：正逆反應(yīng)速度相等時(shí)，化學(xué)反應(yīng)就達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 影響因素： P對(duì)反應(yīng)后體積增加 (即分子數(shù)增加 )的反應(yīng)，隨著壓力的增加，產(chǎn)物的平衡含量是減少的；反之，對(duì)于體積減少的反應(yīng)加壓有利于產(chǎn)物的生成。 煤的干燥過(guò)程：理論上應(yīng)在接近水的沸點(diǎn)下進(jìn)行，但實(shí)際生 產(chǎn)中，和具體的氣化工藝過(guò)程及其操作條件又有很大的關(guān)系 一般地，增加氣體流速，提高氣體溫度都可以增加干燥 速度。 從能量消耗的角度來(lái)看，以機(jī)械形式和煤結(jié)合的外在水分， 在蒸發(fā)時(shí)需要消耗的能量相對(duì)較少；而以吸附方式存在于 煤微孔內(nèi)的內(nèi)在水分，蒸發(fā)時(shí)消耗的能量相對(duì)較多。 例如，對(duì)于移動(dòng)床氣化而言，由于煤不斷向高溫區(qū)緩慢移動(dòng)，且水分蒸發(fā)需要一定的時(shí)間，因此水分全部蒸發(fā)的溫度稍大于 l00℃ ，當(dāng)氣化煤中水分含量較大時(shí)，干燥期間，煤料溫度在一定時(shí)間內(nèi)處于不變的 100℃ 左右。 C左右的高溫條件下被瞬間干燥。從還原層上來(lái)的氣體基本不含氧氣，而且溫度較高，可以視為隔絕空氣加熱即干餾。 ?無(wú)煙煤中的氫和氧元素含量較低，加熱分解僅放出少量的揮發(fā)分；煙煤加熱時(shí)經(jīng)歷軟化為類原生質(zhì)的過(guò)程。 煤的加熱分解除了和煤的品位有關(guān)系，還與煤的顆粒粒徑、加熱速度、分解溫度、壓 力和周圍氣體介質(zhì)有關(guān)系。當(dāng)顆粒粒徑大于 100 μ m后，熱解速度取決于揮發(fā)分從固定碳中的擴(kuò)散逸出速度。 ?一般來(lái)說(shuō)，在 200℃ 以前，并不發(fā)生熱解作用，只是放出吸附的氣體．如水等。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 三、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤的干餾 煤的熱解結(jié)果生成三類分子：小分子 (氣體 )、中等分子 (焦油 )、大分子 (半焦 )。 ?煤中的氧含量增加時(shí)，煤氣中二氧化碳和水含量增加。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 三、氣化的幾個(gè)重要過(guò)程 煤的反應(yīng) 煤炭氣化過(guò)程的兩類主要反應(yīng)：燃燒反應(yīng)和還原反應(yīng) ?煤的燃燒反應(yīng)，通過(guò)燃燒一部分燃料來(lái)維持氣化工藝過(guò)程中的熱量平衡。 ?煤的燃燒是指在空氣、富氧空氣或氧氣中，當(dāng)煤的溫度達(dá)到者火點(diǎn)時(shí)劇烈氧化，放出大量熱量的過(guò)程，完全燃燒時(shí)生成二氧化碳，而不完全燃燒時(shí)則生成一氧化碳。 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 四、煤炭氣化過(guò)程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 主要評(píng)價(jià)指標(biāo) 氣化強(qiáng)度 蒸汽消耗量、蒸汽分解率 氣化效率 熱效率 單爐生產(chǎn)能力 2022/2/13 《 煤炭氣化工藝學(xué) 》 ?對(duì)于煙煤炭氣化時(shí)，可以適當(dāng)采用較高的氣化強(qiáng)度，因其在干餾段揮發(fā)物較多，所以形成的半焦化學(xué)反應(yīng)性較好，同時(shí)進(jìn)人氣化段的固體物料也較少。 ?對(duì)于較高灰熔點(diǎn)的煤炭氣化時(shí)，可以適當(dāng)提高氣化溫度，