煤气发生炉工作原理与结构.doc

煤气发生炉工作原理与煤气发生炉煤气成分在一般的煤气发生炉中，煤是由上而下、气化剂则是由下而上地进行逆流运动，它们之间发生化学反应和热量交换。一、煤气发生炉内部在煤气发生炉中形成了几个区域，一般我们称为“层”。按照煤气发生炉内气化过程进行的程序，可以将发生炉内部分为六层：1、灰渣层；2、氧化层（又称火层）；3、还原层；4、干馏层；5、干燥层；6、空层。其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。（1）灰渣层：煤燃烧后产生灰渣，形成灰渣层，它在发生炉的最下部，覆盖在炉篦子之上。其主要作用为：A、保护炉篦和风帽，使它们不被氧化层的高温烧坏；B、预热气化剂，气化剂从炉底进入后，首先经过灰渣层进行热交换，使灰渣层温度降低，气化剂温度升高。一般气化剂能预热达300-450左右。C、灰渣层还起了布风作用，使进入的气化剂在炉膛内尽量均匀分布。（2）氧化层：也称为燃烧层（火层）。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳，并放出大量的热量。它是气化过程中的主要区域之一，其主要反应是：C+O2CO2+97650大卡。氧化层的高度一般为所有燃料块度的3-4倍，一般为100-200毫米。气化层的温度一般要小于煤的灰熔点，控制在1200左右。（3）还原层：在氧化层的上面是还原层。赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的本领，所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名，称为还原层。其主要反应为：CO+C2CO+38790大卡，H2O+CH2+CO+28380大卡，2H2O+CCO2+2H2+17970大卡。由于还原层位于氧化层之上，从上升的气体中得到大量热量，因此还原层有较高的温度约800-1100，这就为需要吸收热量的还原反应提供了条件。而严格地讲，还原层还有第一、第二之分，下部温度较高的地方称第一还原层，温度达950-1100，其厚度为300-400毫米左右；第二层为700-950之间，其厚度为第一还原层1.5倍，约在450毫米左右。（4）干馏层：干馏层位于还原层的上部，由还原层上升的气体随着热量的被消耗，其温度逐渐下降，故干馏层温度约在150-700之间，煤在这个温度下，历经低温干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃及焦油等物质，它们受热成为汽态，即生成煤气并通过上面干燥层而逸出，成为煤气的组成部分。干馏层的高度随燃料中挥发份含量及煤气炉操作情况而变化，一般100毫米。（5）干燥层：干燥层位于干馏层上面，也即是燃料的面层，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这层相遇，进行热交换，燃料中的水分受热蒸发。一般认为干燥温度在室温-150之间，这一层的高度也随各种不同的操作情况而异，没有相对稳定之层高。（6）空层：空层即燃料层上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气。也有的同志认为：煤气在空层停留瞬间，在炉内温度较高时还有一些副反应发生，如：CO分解、放出一些炭黑：2COCO2+C 以及2H2O+COCO2+H2。从上面六层简单叙述，我们可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是比较复杂的，既有气化反应，也有干馏和干燥过程。而且在实际生产的发生炉中，分层也不是很严格的，相邻两层往往是相互交错的，各层的温度也是逐步过渡的，很难具体划分，各层中气体成份的变化就更加复杂了，即使在专门的研究中，看法也是分歧的。二、煤气炉的结构对于固定床煤气炉有多种结构型式，按不同部位分述如下： 1、加煤装置：间歇式加煤罩、双料钟、振动给煤机、拨齿加煤机。2、炉体结构：带压力全水套、半水套、无水套（耐火材料炉衬）、常压全水套。3、炉篦：宝塔型、型钢焊接型。4、灰盘传动结构：拨齿型、蜗轮蜗杆型。三、煤气发生炉煤气成分所谓煤气发生炉炉出煤气，是指煤在煤气发生炉内气化反应所产生的，自煤气发生炉出口导出未经净化的煤气。该煤气由单一可燃气体成分（CO、H2、CH4）、气态烷烃类化合物（CmHn）、H2S、不可燃气体成分（CO2、N2、O2）以及焦油蒸汽、粉尘固体微粒和水蒸汽所组成。1、煤气气体组成及煤气热值气化烟煤时，煤中的CO含量较高，而且还会有少量的CmHn，煤气热值也较高；气化无烟煤时，CO和CH4含量都较气化烟煤时要低，煤气热值也即较低；气化褐煤时，CO含量较低，但H2和CH4相对也要高一些，煤气热值也较高，但是，褐煤的气化产率较低，仅为2Nm3/kg(煤)左右，而气化烟煤或无烟煤时，气化产率可达33.5Nm3/kg(煤)。表1 几种煤气化时煤气组成及煤气热值煤种煤气气体组成煤气热值COH2CH4CmHnO2CO2N2MJ/Nm3无烟煤25-3015-180.5-1.50.1-0.34-849-515.23-5.86烟煤28-3112-161.5-30.1-0.30.1-0.34-648-505.86-6.70褐煤24-2617-193-3.50.1-0.56-846-486.07-6.282、煤气中的H2S煤气中的H2S含量多少与气化用煤中的含硫多少有关，一般煤中硫分的80%以H2S状态转入煤气中，20%的硫分残留在灰渣中。3、煤气中的焦油煤气中的焦油含量多少与煤中的挥发分多少有关，气化无烟煤时煤气中的焦油含量很少，气化烟煤时煤气中的焦油产率为入炉煤重量的2%6%，标准状态下每m3干煤气中含焦油量为0.010.02kg。4、煤气中的水分煤气中的水分来源于蒸汽的未分解部分、煤的低温干馏热解水以及煤中的水分，一般来说，气化烟煤、无烟煤时煤气中的水分约为0.06kg/Nm3，而气化褐煤时，煤气中的水分较高，可达0.130.27kg/Nm3。5、煤气中的粉尘固体颗粒煤气中的粉尘固体颗粒（即带出物），它与煤的热稳定性、入炉块煤中的含粉末率、以及炉内的气化强度、入炉煤的粒度分布、煤层厚薄等因素有关，一般情况下，煤气中的粉尘固体颗粒量为入炉煤重量的4%6%。表2 气化不同煤种煤气中的水分、焦油、粉尘固体颗粒含量燃料煤气温度()煤气中含量g/m3(标准)水分粉尘固体颗粒焦油波动范围平均波动范围平均波动范围平均无烟煤烟煤褐煤泥煤390680600680110330701204010070100160288260520708022044042511171122101516158157291851101537四、煤焦油（又称煤膏、煤馏油、煤焦油溶液）煤干馏过程中所得到的一种液体产物，黑色粘稠液体，具有特殊臭味，易燃，有腐蚀性，为致癌物。 相对密度(水=1)：1.18-1.23 闪点()：23 沸点：380溶解性：微溶于水，溶于苯、乙醇、乙醚、氯仿、丙酮等多数有机溶剂。 主要用途：可分馏出各种芳香烃、烷烃、酚类等，也可制取油毡、燃料和炭黑。 健康危害：作用于皮肤，引起皮炎、痤疮、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣赘及癌肿。可引起鼻中隔损伤。环境危害：对环境有危害，对大气可造成污染。 危险特性：其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。制备:由煤在隔绝空气加强热时干馏制得。高温干馏煤焦油（简称高温煤焦油）高温干馏(即焦化)得到的焦油。黑色粘稠液体，相对密度大于1.0,含大量沥青,其他成分是芳烃及杂环有机化合物。包含的化合物已被鉴定的达 400余种。工业上将煤焦油集中加工，有利于分离提取含量很少的化合物。加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分，然后再进一步加工。各馏分的加工采用结晶方法可得到萘、蒽等产品；用酸或碱萃取方法可得到含氮碱性杂环化合物（称焦油碱），或酸性酚类化合物（称焦油酸）。焦油酸、焦油碱再进行蒸馏分离可分别得到酚、甲酚、二甲酚和吡啶、甲基吡啶、喹啉。这些化合物是染料、医药、香料、农药的重要原料。煤焦油蒸馏所得的馏分油也可不经分离而直接利用，如沥青质可制电极焦、碳素纤维等各种重要产品，酚油可用于木材防腐，洗油用作从煤气中回收粗苯的吸收剂，轻油则并入粗苯一并处理。 低温干馏煤焦油（简称低温煤焦油）低温干馏（见煤低温干馏）得到的焦油。黑色粘稠液体，其不同于高温煤焦油是相对密度通常小于1.0，芳烃含量少,烷烃含量大，其组成与原料煤质有关。低温干馏焦油是人造石油的重要来源之一，经高压加氢制得汽油、柴油等产品。高温煤焦油和低温煤焦油两者的组成和性质不同，其加工利用方法各异。五、分类1、按气体剂分类A、空气煤气：以空气为气化剂。B、水煤气：以水蒸气为气化剂。C、混合煤气：以空气和水蒸气为气化剂。上述三种煤气的成份如下：（以体积百分数表示）煤气名称H2COCO2N2CH4O2空气煤气2.675.314.27.20.50.2水煤气48.438.566.40.50.2混合煤气13.527.5552.80.50.22、按制气工艺分类煤气发生炉按不同的制气工艺和所产煤气的质量分为单段煤气发生炉、双段煤气发生炉、双段热脱焦油煤气发生炉、双段冷净煤气发生炉。A、单段单段煤气发生炉设备简单，只有水夹套和炉顶装置，出渣系统组成，所产煤气为热粗煤气，适应于输送距离不远，对煤气的洁净度要求不高的炉窑。B、双段双段煤气发生炉是在单段煤气发生炉的基础上增加一个干馏段，使煤在气化之前通过充分干馏，将煤中挥发分在进入氧化还原之前大部分析出，并且随上段煤气引出炉体。而进入下段参与反应的煤基本为焦煤或者半焦基本不含焦油，通过水冷箱体经下段炉出口排出炉外，经煤气净化除尘装置与上段炉所产经电捕焦油器除焦油后的上段煤气汇合经管道输送至窑炉。双段煤气发生炉所产煤气比较干净，并且输送距离长，对煤质的要求没有单段炉高。有经过净化冷却装置的双段冷煤气站所产煤气可以按用户要求，进行加压后远距离输送，不受场地限制，冷净煤气质量比较洁净，主要使用与对煤气质量要求较高的化工、陶瓷等行业。3、按出渣方式分类煤气发生炉按出渣方式的不同，比较常用的分为内出渣煤气发生炉、外出渣煤气发生炉。其他刮板内出渣煤气发生炉、顶齿外出渣煤气发生炉基本被淘汰。其中外出渣煤气发生炉由于传动方式不同分为蜗轮蜗杆出渣和液压棘轮出渣两种。六、造气过程1、固态物质行程利用提升机构将煤加入储煤仓，通过加煤机将储煤仓中的煤分批次注入煤气发生炉。加入煤气发生炉中的煤首先进入干馏段，煤在干馏段中缓慢下移，在此经历干燥、干馏过程。首先煤炭中的水份被干燥出来，随着煤炭的不断下移，温度进一步升高，焦油及大部分硫化物也被干馏出来，形成碳氢化合物和轻质焦油被上段煤气携出炉外。经过干燥干馏后呈半焦性质的煤继续下移，进入气化段，在气化段经过氧化还原反应，形成以一氧化碳和氢气为主要成分的煤气。煤炭中的灰分及极少部分未参与反应的煤炭以灰渣形式继续下移，由灰刀将其清出炉外。2、气态物质行程作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内，在11001200条件下，与进入气化段的呈半焦性质的煤发生氧化还原反应，形成以一氧化碳和氢气为主要成分的煤气。煤气分两部分向上运行，其中一部分通过下段煤气夹层通道上移约4米，将其热量通过耐火材料间接传给煤层，辅助干馏和干燥过程的完成，确保煤在下落过程中能够充分的被干燥和干馏，最后这部分煤气从下段煤气出口导出被称为下段煤气；而另一部分煤气则在煤气发生炉料层内上行进入干馏段，通过与缓慢下移的气化用煤直接接触，将其热量直接传给气化用煤，进行上面叙述的干馏、干燥的过程，同时产生一部分以烷烃类高热值气体为主的干馏煤气。这部分上行煤气及干馏过程中产生的干馏煤气一起由上段煤气出口导出，形成上段煤气。七、环保达标（1） 设置水封水池（循环利用），保证水封污水不外排。（2） 冷凝含酚废水集中收集并汽化后再利用。（3） 对噪声较高的设备，采取建筑隔音的方式，治理噪声污染。（4） 固体废弃物集中回收，综合利用。合理设计烘炉送气工艺，设置煤