【正文】 g／ m3計。 積單位時間、單位爐截面產生煤氣量積單位時間、單位爐截面消耗原料量??21qq 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 四、煤炭氣化過程的主要評價指標 單爐生產能力 氣化爐單臺生產能力是指單位時間內，一臺爐子能生產的煤氣量。氣化強度與煤的性質、氣化劑供給量、氣化爐爐型結構及氣化操作條件有關。 四、煤炭氣化過程的主要評價指標 氣化強度 所謂氣化強度，即單位時間、單位氣化爐截面積上處理的原料煤質量或產生的煤氣量。 而在氣化無煙煤時，因其結構致密，揮發(fā)分少，氣化強度就不能太大。 還原反應，包括碳和二氧化碳的反應，以及水蒸氣和碳之間的反應是制氣的 主要反應，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，產生的熱量基本上都消耗在如下幾個方面：灰渣帶出的熱量、水蒸氣和碳的還原反應需要的熱量、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，有少量的硫生成二氧化硫等氣體。 ?壓力對熱解有重要影響，隨壓力的升高，液體碳氫化合物相對減少，而氣體碳氫化合物相對增加。 ?煤顆粒粒徑小于 50μm時，熱解過程將為揮發(fā)形成的化學反應控制，熱解與顆粒大小基本沒有關系。在煤顆粒中心達到軟化溫度以前，開始分解出揮發(fā)物，同時其本身發(fā)生膨脹。 而對于沸騰床和氣流床氣化工藝，由于不存在移動床的分層問題，因而情況稍微復雜，尤其對于氣流床來講．煤的幾個主要變化過程幾乎是瞬間同時進行。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 三、氣化的幾個重要過程 煤的干餾 就移動床來說，基本接近于低溫干餾（ 500600℃ )。而在其他的一些氣化工藝過程當中，例如，氣流床化時，由于粉煤是直接被噴入高溫區(qū)內，幾乎是在 2023176。煤 干燥過程的主要產物是水蒸氣．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 干燥時間短；反之，煤的干燥時間就長。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 三、氣化的幾個重要過程 煤的干燥 煤的熱解 煤的反應 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 三、氣化的幾個重要過程 煤的干燥 煤的干燥過程，實質上是水分從微孔中蒸發(fā)的過程。例如對如下吸熱反應 C+O2→CO 2 平衡常數 kp如下： Kp=(Pco*PH2)/PH2O 影響因素： T吸熱反應，提高溫度有利于化學反應向生成產物的方向進行；對于放熱反應，則降低溫度有利于向生成產物的方向進行。 控制步驟 ① 氣化劑向燃料顆粒表面的外擴散過程； 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行表面化學反應； ④ 生成的產物分子從顆粒表面脫附下來； ⑤ 產物分子從顆粒的表面通過氣膜擴散到氣流主體。 非均相反應：氣固相的反應。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、氣固相反應 均相反應與非均相反應 均相反應：氣相中的反應。 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，把這個極大值稱臨界流化速度。 在流化床階段，如果流速進一步增大，將會有部分粒度較小的顆粒被帶出流化床，這時的床層相當于一個氣流輸送設備，因而被稱為氣流床。對氣化爐而言，由于氣化過程是連續(xù)進行的，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，故稱為移動床較為合理。工業(yè)上把這種反應稱氣固相反應。 ① 作用 :保證了爐內料層高度的穩(wěn)定，同時也保證了氣化過程連續(xù)穩(wěn)定地進行 . ② 問題：對移動床而言，由于爐箅 (氣化劑的分布裝置 )和排灰系統(tǒng)結合在一起，氣化劑的均勻分布和排灰操作是生產上較為重要的兩個問題。 ②由于煤炭氣化過程是在非常高的溫度下進行的，為了保護爐體而加設內璧襯里或加設水套也是非常必要的。 氣化爐分類 按照燃料在氣化爐內的運動狀況 移動床 (又叫固定床 ) 沸騰床 (又叫流化床 ) 氣流床 熔融床 生產操作壓力 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 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 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間歇進行生產的煤氣 氣體成分經過適當調整 (主要是調整含氮氣的量 )后，生產的符合合成氨原料氣的要求的煤氣 煤氣的種類 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 一、基本概念 氣化爐的組成 加煤系統(tǒng) 氣化反應部分 排灰系統(tǒng) 要考慮煤入爐后的分布和加煤時的密封問題。 ⑤ 將煤炭氣化過程和發(fā)電聯合起來的生產技術越 來越受到各國的重視并巳建成不同規(guī)模的生產廠 以 K— T爐為例， 20世紀 50年代是雙嘴爐， 20世紀 70年代采用了雙嘴和四頭八嘴，以及后來設計的六個頭的氣化爐等，使得單爐產氣能力大幅度提高。 ③ 氣流床和流化床技術日益發(fā)展，擴大了氣化 煤種的范圍。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 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) 移動床氣化爐 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 掌握氣化用煤的種類、氣化爐的種類及結構、工藝流程、工藝參數等 熟悉熔融床氣化爐結構、氣化工藝流程及工藝參數 了解我國工業(yè)上常用的氣化爐及各種氣化爐的比較 知識目標 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 能掌握我國氣化用煤的特性、常用的氣化爐形式、用途等 會判斷實際用煤作為氣化原料的優(yōu)劣、會流利的講述常用氣化爐的工藝流程 會解釋一些實際操作過程常出現的問題及會分析影響操作的因素 能力目標 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 世界煤炭氣化技術的發(fā)展趨勢 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，降低壓縮動力消耗， 減少設備尺寸，降低氧耗，提高碳的轉化率。 ④ 提高氣化過程的環(huán)保技術，盡量減少環(huán)境 污染。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 41 氣化爐概述 氣化的幾個重要過程 煤炭氣化過程的主要評價指標 氣化爐分類 基本概念 氣固相反應 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 一、基本概念 氣化爐：進行煤炭氣化的設備叫氣化爐。 ① 是煤炭氣化的主要反應場所，首要考慮的問題是如何在低消耗的情況下，使煤最大限度地轉化為符合用戶要求的優(yōu)質煤氣。水套一方面可以起到保護爐體 (也包括爐內的布煤器或攪拌裝置 )的作用，同時可以吸收氣化區(qū)的熱量而生產蒸汽，該部分蒸汽可以作為氣化時需用的蒸汽而進入氣化爐內。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、氣固相反應 氣固相反應 在氣化爐內，物質基本上以兩種相態(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床層時．氣體經過固體顆粒堆積時所形成的空隙，床內固體顆粒靜止不動，這時的床層一般稱固定床。 當氣流速度繼續(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，顆粒被全部托起，顆粒運動劇烈，但仍然逗留在床層內而不被流體帶出，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，這時的床層稱流化床。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、氣固相反應 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，以及流體流過床層時，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，經過一個極大值后．床層進入流態(tài)化階段。 氣流床： 進入氣流床時，由于大量顆粒被帶出床外，床層壓降急劇下降。如 CO與 H2O的反應等。如碳的燃燒反應、水蒸氣與熾熱的碳之間的反應等。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 二、氣固相反應 化學平衡 定義：正逆反應速度相等時，化學反應就達到動態(tài)平衡。 影響因素： P對反應后體積增加 (即分子數增加 )的反應，隨著壓力的增加，產物的平衡含量是減少的；反之，對于體積減少的反應加壓有利于產物的生成。 煤的干燥過程：理論上應在接近水的沸點下進行，但實際生 產中，和具體的氣化工藝過程及其操作條件又有很大的關系 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看，以機械形式和煤結合的外在水分， 在蒸發(fā)時需要消耗的能量相對較少；而以吸附方式存在于 煤微孔內的內在水分，蒸發(fā)時消耗的能量相對較多。 例如，對于移動床氣化而言，由于煤不斷向高溫區(qū)緩慢移動，且水分蒸發(fā)需要一定的時間，因此水分全部蒸發(fā)的溫度稍大于 l00℃ ，當氣化煤中水分含量較大時，干燥期間，煤料溫度在一定時間內處于不變的 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；煙煤加熱時經歷軟化為類原生質的過程。 煤的加熱分解除了和煤的品位有關系，還與煤的顆粒粒徑、加熱速度、分解溫度、壓 力和周圍氣體介質有關系。當顆粒粒徑大于 100 μ m后，熱解速度取決于揮發(fā)分從固定碳中的擴散逸出速度。 ?一般來說，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。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 三、氣化的幾個重要過程 煤的干餾 煤的熱解結果生成三類分子：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，煤氣中二氧化碳和水含量增加。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 三、氣化的幾個重要過程 煤的反應 煤炭氣化過程的兩類主要反應：燃燒反應和還原反應 ?煤的燃燒反應，通過燃燒一部分燃料來維持氣化工藝過程中的熱量平衡。 ?煤的燃燒是指在空氣、富氧空氣或氧氣中，當煤的溫度達到者火點時劇烈氧化，放出大量熱量的過程，完全燃燒時生成二氧化碳，而不完全燃燒時則生成一氧化碳。 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 四、煤炭氣化過程的主要評價指標 主要評價指標 氣化強度 蒸汽消耗量、蒸汽分解率 氣化效率 熱效率 單爐生產能力 2023/3/20 《 煤炭氣化工藝學 》 ?對于煙煤炭氣化時，可以適當采用較高的氣化強度，因其在干餾段揮發(fā)物較多，所以形成的半焦化學反應性較好，同時進人氣化段的固體物料也較少。 ?對于較高灰熔點的煤炭氣化時，可以適當提高氣化溫度，相應也