第四章-固定床加压气化PPT课件

1、第四章固定床加压气化第一节概述 目前，在工业应用中较为成熟的技术为鲁奇碎煤加压气化工艺，其碎煤加压气化炉是由德国鲁奇公司所开发，称为鲁奇加压气化炉，简称鲁奇炉。发展阶段发展阶段第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代年代年代193619541952196519691978炉型炉型Dg2.6m，侧面除灰侧面除灰Dg2.6m，中间除灰中间除灰Dg3.8m，（MARK-）Dg5.0m，（SASOL-）煤种煤种褐煤褐煤弱粘弱粘/不粘煤不粘煤所有煤种所有煤种所有煤种所有煤种生产能力生产能力m3/h 80001400017000/3200045000360005500075000100000气化强

2、度气化强度m3/m2h150026003200/350042003500450038005000鲁奇加压气化炉各发展阶段主要技术特性鲁奇加压气化炉各发展阶段主要技术特性第二节加压气化原理及气化过程1 气化过程热工特性 鲁奇加压气化炉内生产工况如图4-1所示。图4-1碎煤加压气化炉内生产工况 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣炉内从上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化学过程。排出等物理化学过程。 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的燃烧

3、反加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的燃烧反应，产生大量热量，这些热量提供给：应，产生大量热量，这些热量提供给： 气化层生成煤气的各还原反应所需的热量；气化层生成煤气的各还原反应所需的热量； 煤的干馏与干燥所需热量；煤的干馏与干燥所需热量； 生成煤气与排出灰渣带出的显热；生成煤气与排出灰渣带出的显热； 煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。 这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小。这种自热式过程热的利用效果好，热量损失小。 在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为在加压气化炉内，根据不同的气化特性，可分为六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第

4、二反应六层，依次是干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层、第一反应层和灰渣层。层、第一反应层和灰渣层。 表4-1气化炉内各层的高度及温度图4-2 加压气化炉燃料床高度与温度的关系 碳的氧化反应、二氧化碳还原反应、水蒸气分解反应以及甲烷的生成反应等。 它与常压气化炉的主要差别在于，加压煤气中含有较多的甲烷成分。一方面是由于具有较厚的干馏层，挥发分热解生成甲烷；同时，也由于在甲烷层碳的加氢生成甲烷。2 加压气化的主要反应1.二氧化碳还原反应 图 4-3平衡混合物组成与压力的关系molkJCOCOC/4 .162222.水蒸气分解反应图4-4不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系1-6 分别表示反应

5、压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86和9.8MPamolkJHCOgOHC/5 .131)(223.甲烷生成反应 molkJCHHC/9.74242图4-5甲烷的生成速度与温度、压力的关系1-0.098MPa；2-4.9MPa；3-9.8MPa图4-6石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线1Kcal/m3=4.1863KJ/m3图4-7加压气化炉中各层的主要反应及产物3 气化压力对气化指标的影响(1)压力对煤气组成的影响 提高气化炉操作压力，有利于下列各反应的进行： 提高气化压力，不利于下列诸反应的进行：OHCHHCOCOCHHCOOHCHHCOCHHC242242242422422

6、32222222222COHOHCCOHOHCCOCCO 随着气化压力的提高，有利于体积缩小的反应进行，煤气中CH4和CO2的含量增加，煤气的热值提高。对生产城市煤气有利，对于生产合成气不利，故而需综合考虑。图4-12 粗煤气组成与气化压力关系 随着压力升高，由于生成气中甲烷增多，从而使煤气总体积减少，煤气产率下降。图4-13 煤气产率与气化压力关系1-粗煤气；2-净煤气（2）压力对煤气产率的影响 （3）压力对氧气和水蒸气消耗量的影响图4-14气化压力与氧气耗量、氧气利用率的关系1氧气消耗量；2氧气利用率 随着压力升高，生成甲烷反应速度加快，反应释放出的热量增加，从而减少了碳燃烧反应的耗氧量。

7、图4-15 水蒸气耗量与气体压力的关系1氢量；2水蒸气绝对分解量；3水蒸气分解率 因压力升高，生成甲烷所消耗氢量增加，则气化系统需要水蒸气分解的绝对量增加，因此随着压力升高水蒸气消耗量增多。但是，压力增高却使水蒸气分解反应向左进行的速度增大，即水蒸气分解率下降。（4）压力对生产能力的影响 在常压气化炉和加压气化炉中，假定带出物的数量相等，则出炉煤气的动压头相等，加压气化炉与常压气化炉生产能力之比如下式表示： 对于常压气化炉，P1通常略高于大气压，P10.1078MPa；常压、加压的气化温度之比T1/T2 1.11.25，则可得到： V1、V2分别表示煤气在压力P1、P2下的标准状况体积数，m3

8、。122112PPTTVV2212)81. 335. 3(1078. 025. 11 . 1PPVV 当生产能力均以煤气在标准状态下的体积流量表示时，加压气化比常压气化高3.353.81 倍。如气化压力为2.45MPa的鲁奇加压气化炉，其生产能力将比常压下高5.245.96倍。 在同一反应料层厚度h时，两种气化方法的气固接触时间的比较： 加压气化炉内的气固接触时间是常压气化的，如气化压力是2.45MPa时，2/ 1=4.77。P221221121205. 31078. 0/PPPPWWWhWh三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （1 1）煤的粒度对加压气化的影响

9、）煤的粒度对加压气化的影响 与常压气化相比，加压气化过程中气体的流速减慢，相同粒度与常压气化相比，加压气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提高气流线速度，使气化炉的生产情况下煤的带出物减少，故而可提高气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力。增加，限制了气化炉的生产能力。 煤的粒度减小，水蒸气和氧气的消耗量下降。煤的粒度减小，水蒸气和氧气的消耗量下降。 加压气化加压气化炉中采用的原料粒度：褐煤炉中采用的原料粒度：褐煤640mm、烟煤、烟煤5

10、25mm、焦炭和无烟煤焦炭和无烟煤520mm。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （2 2）原料煤中水分对气化过程的影响）原料煤中水分对气化过程的影响 水分较多的煤，挥发分往往较高，则进入气化层的半焦气孔率也水分较多的煤，挥发分往往较高，则进入气化层的半焦气孔率也大，反应气体通过内扩散进入固体内部时容易进行，从而使反应速度大，反应气体通过内扩散进入固体内部时容易进行，从而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。加快，生成的煤气质量较好。 煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。 增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效

11、率。增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率。 干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温度，导致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤度，导致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤气质量降低。气质量降低。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （3）煤中灰分及灰熔点对气化过程的影响 加压气化原则上对灰分无严格要求。 随着灰分的增大，炉渣的排出量增加，随炉渣排出的碳损耗量也必然增加。另外，带出的显热增加，从而使气化过程的热损失增加，热效率降低。 随着煤灰分

12、的增大，加压气化的各项消耗指标，如氧气消耗、蒸汽消耗、原料煤消耗等指标上升，而煤气产率下降。 加压气化的原料，灰分一般在19%以下比较经济。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （4）煤的黏结性对气化过程的影响 黏结性煤在气化炉内进入干馏层时产生胶质体，这种胶质体黏性较高，将较小的煤块黏结成大块，使得干馏层的透气性变差，导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气化过程恶化。因此，黏结性煤对气化过程是一个极为不利的因素。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （5）煤的机械强度和热稳定性的影响 易破碎的煤在筛分后的传送及气化炉加煤过程中必

13、然产生很多煤屑，这样会增加入炉煤的粉煤含量，使煤气带出物增加。故加压气化应选用抗碎能力较高的煤种。 热稳定性差的煤在气化炉内容易粉化，给气化过程带来不利影响。另一方面由于热稳定性差，气化时煤块破碎却增加了反应表面积，从而增加了反应速度，提高了气化强度。 三 煤种及煤的性质对加压气化的影响1 煤的理化性质对加压气化的影响 （6）煤的化学活性的影响 煤种不同，其反应活性是不同。碳的组织及形态，特别是其气孔壁的微细组织的发达程度，对碳的反应性影响最大。一般煤的碳化程度越浅，焦炭的气孔率越大，即其内表面积越大，反应性越高，则发生反应的起始反应温度越低，气体温度也越低。气化温度低，有利于甲烷生成反应的进

14、行，煤气热值相应提高。放热的甲烷反应又促进其他气化反应的进行，为气化层提供了部分热量，降低了氧气的消耗。 气化温度相同时，煤的反应活性越高，则气化反应速度越快，反应接近平衡的时间越短。 煤的反应活性对气化过程的影响在温度较低时较大，当温度升高时，温度对反应速度的影响显著加强，这时相应降低了反应活性的影响。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2 煤种对煤气组分和产率的影响2.1发热值与组成图4-8煤种与净煤气热值的关系1褐煤；2气煤；3无烟煤图4-9粗煤气组成与气化原料的关系三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2煤种对煤气组分和产率的影响2.1发热值与组成图4-10 净煤气组成与气化原料的关系三 煤

15、种及煤的性质对加压气化的影响 表4-2 我国太原市西山老年烟煤在鲁奇炉内所产生的干馏气、纯气化煤气及出炉煤气的体积百分组成：三 煤种及煤的性质对加压气化的影响2.2 煤气产率图4-11煤中挥发份与煤气产率、干馏煤气量之间的关系1粗煤气产率；2净气煤产率；3干馏煤气占粗煤气热能百分比；4干馏煤气占净煤气热能百分比三 煤种及煤的性质对加压气化的影响表4-3 褐煤与无烟煤气化指标对比三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 硫化物：煤中的硫化物在加压气化时，一部分以硫化物和各种有机硫形式进入煤气中。煤气中的硫含量主要取决于原料煤中的硫含量。硫含量高的煤，气化生成的煤气

16、中硫含量就高。一般煤气中的硫化物总量占原料煤中硫化物总量的70%80%。 表4-4 加压气化产物中硫的分布三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 氨：煤气中氨的产生与原料煤的性质、操作条件及气化剂中的氮含量有关。在通常操作条件下，煤中的氮约有50%60%转化为氨，气化剂中也约有10%的氮转化为氨，气化温度越高，煤气中氨含量就越高。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响3 煤种对其他副产品的特性和产率的影响 焦油和轻油：原料煤的性质是影响焦油产率的主要因素。一般是变质程度深的气煤和长焰煤比变质程度浅的褐煤焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦油产率更低。 煤种

17、不同，所产生焦油的性质也不同，一般随着煤的变质程度增加，其焦油中的酸性油含量降低，沥青质增加，焦油的比重增加。三 煤种及煤的性质对加压气化的影响4 煤种对各项消耗指标的影响 随着煤的变质程度加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相应增加。 另外，由于年轻煤活性好，挥发份高，有利于 的生成，这样就降低了氧气耗量。4CH第三节加压气化操作条件1 气化压力的选择 根据煤气产品的用途选择煤气压力。作为生产合成气，为降低能根据煤气产品的用途选择煤气压力。作为生产合成气，为降低能耗，降低成本，压力可选择耗，降低成本，压力可选择3.04.0MPa。对于生产代用天然气或者。对于生产代用天然气或者中热值城市煤气，当输

18、送距离近时，把压力提到很高没有必要，因中热值城市煤气，当输送距离近时，把压力提到很高没有必要，因为压力达到为压力达到2.5MPa以后，再提高压力对粗煤气中甲烷含量的提高以后，再提高压力对粗煤气中甲烷含量的提高不明显。不明显。 技术上要可靠。压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大。技术上要可靠。压力高，技术难度大，材质要求高，投资也大。 提高压力可大幅度提高气化强度。提高压力可大幅度提高气化强度。 随着压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉的热效率也有所降随着压力的提高，水蒸气分解率下降，气化炉的热效率也有所降低。因此，要根据生产工艺要求合理选择气化压力。低。因此，要根据生产工艺要求合理选择气化

19、压力。2 气化层温度与气化剂温度 提高气化温度，可以提高气化强度。提高气化温度，可以提高气化强度。 一般情况下在气化原料煤种确定后，根据灰熔点和灰性能确定一般情况下在气化原料煤种确定后，根据灰熔点和灰性能确定气化层温度。气化层温度。 气化剂温度指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少气化剂温度指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少用于预热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂用于预热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温度有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。氧气消耗量温度有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。氧气消耗量及其利用率与气化剂温度的关

20、系如图及其利用率与气化剂温度的关系如图4-164-16所示。所示。2 气化层温度与气化剂温度图4-16 气化剂温度与氧气利用率的关系1氧气利用率；2、3分别为粗煤气和净煤气产率；4净煤气发热值3 汽氧比的选择 汽氧比指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例。在加压气化煤气生产中汽氧比指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例。在加压气化煤气生产中，汽氧比是一个非常重要的操作条件，起着调整与控制气化过程温度的作，汽氧比是一个非常重要的操作条件，起着调整与控制气化过程温度的作用，是影响气化过程最活泼的因素。用，是影响气化过程最活泼的因素。 随着煤的炭化程度加深，反应活性变差，为了提高生产能力，汽氧比随着煤的炭化程度

21、加深，反应活性变差，为了提高生产能力，汽氧比应适当降低。应适当降低。 加压气化中，采用不同汽氧比，对煤气生产的影响有以下几个方面：加压气化中，采用不同汽氧比，对煤气生产的影响有以下几个方面： (1) (1)在一定热负荷条件下，水蒸气的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧在一定热负荷条件下，水蒸气的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧气的消耗量随汽氧比提高而相对减少，如图气的消耗量随汽氧比提高而相对减少，如图4-174-17所示。所示。 (2) (2)汽氧比的提高，使水蒸气的分解率显著下降，将加大煤气废水量。汽氧比的提高，使水蒸气的分解率显著下降，将加大煤气废水量。 (3) (3)汽氧比的改变对煤气组成影响

22、较大。随着汽氧比的增加，气化炉内汽氧比的改变对煤气组成影响较大。随着汽氧比的增加，气化炉内反应温度降低，煤气组成中一氧化碳含量减少，二氧化碳与氢含量升高，反应温度降低，煤气组成中一氧化碳含量减少，二氧化碳与氢含量升高，粗煤气组成与汽氧比关系如图粗煤气组成与汽氧比关系如图4-184-18所示。所示。3 汽氧比的选择图4-17 汽氧比与蒸汽、氧气消耗量的关系1水蒸气消耗量；2氧气消耗量图4-18 粗煤气组成与汽氧比的关系3 汽氧比的选择 (4) (4)汽氧比改变和炉内温度的变汽氧比改变和炉内温度的变化对副产品焦油的性质也有影响。化对副产品焦油的性质也有影响。提高汽氧比后，焦油中碱性组分下提高汽氧比

23、后，焦油中碱性组分下降，芳烃组分显著增加。降，芳烃组分显著增加。 由上述汽氧比对气化过程的影由上述汽氧比对气化过程的影响可知，降低汽氧比，有利于气化响可知，降低汽氧比，有利于气化生产，但汽氧比的降低也是有限度生产，但汽氧比的降低也是有限度的。一般汽氧比的选择条件是：在的。一般汽氧比的选择条件是：在保证燃料层最高温度低于灰熔点的保证燃料层最高温度低于灰熔点的前提下，尽可能维持较低的汽氧比前提下，尽可能维持较低的汽氧比。汽氧比与最高燃烧温度的关系如。汽氧比与最高燃烧温度的关系如图图4-194-19。图4-19 汽氧比与最高燃烧温度的关系第四节碎煤加压气化特点 原料适应范围广。除黏结性强的烟煤外，从

24、褐煤到无烟煤均可气化； 由于气化压力较高，气流速度低，可气化较小粒度的碎煤； 可气化水分、灰分较高的劣质煤。1 原料适用性 单炉生产能力大，最高可达单炉生产能力大，最高可达75000 75000 （标）（标）/h/h（干基）；（干基）； 气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制；气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制； 气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，利用气化后的余压可气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，利用气化后的余压可以进行长距离输送。以进行长距离输送。 气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦油、轻质油及气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等多种副产品。粗酚等多种副

25、产品。 通过改变压力和后续工艺流程，可以制得通过改变压力和后续工艺流程，可以制得 各种不同各种不同比例的化工合成原料气，拓宽了加压气化的应用范围。比例的化工合成原料气，拓宽了加压气化的应用范围。缺点：缺点： 蒸汽分解率低。蒸汽分解率低。 需要配套相应的制氧装置，一次性投资较大。需要配套相应的制氧装置，一次性投资较大。2 生产过程3mCOH /2第四节 液态排渣气化炉一 固态排渣的缺点 在固态排渣加压气化炉内，由于原料的熔点和结渣性能的影响，使气化炉的操作温度受到很大限制，生产能力不高； 由于气化反应进行的不完全，灰渣含碳造成的排出损失，使气化效率也受到一定限制； 为了控制炉温，还需消耗大量的水

26、蒸气，致使水蒸气分解率低下，废水处理量很大； 固态排渣必须借助于机械转动炉篦，使气化炉结构复杂，维修费用很高。二 液态排渣气化原理 液态排渣气化炉的基本工作原理是，只向气化炉中提供最少量的水蒸气，使碳的燃烧反应把氧化层温度提高到灰熔点以上，灰渣呈熔融状态自炉内排出。 由于消除了结渣对炉温的限制，使气化层温度有了较大的提高，从而大大加快了气化反应的速度，提高了设备的生产能力。图4-24大型液态排渣式试验炉1煤箱；2上部传动装置；3洗涤冷却器；4布煤器；5搅拌器；6炉体；7喷嘴；8排渣口；9熔渣急冷箱；10灰箱三 液态排渣加压气化的特点 （1）生产能力大 生产能力的提高，一般受到带出物数量的限制。

27、在液态排渣情况下，绝大部分6mm的煤粉可随气化剂由喷嘴加入，直接进入1500高温区，立即气化。所以炉顶的带出物大为减少，可较大幅度地提高鼓风速度，强化生产。同时，也因为反应温度得到了提高强化了生产。三 液态排渣加压气化的特点 （2）水蒸气消耗量 固态排渣使用大量的水蒸气用来控制炉温，以防结渣；而液态排渣的蒸气几乎全部用于煤的气化。蒸气分解率在95%左右。三 液态排渣加压气化的特点 （3）煤气有效成分提高，煤耗下降。 在液态排渣气化炉内，由于炉温提高，水蒸气分解反应和二氧化碳还原反应加强；放热反应削弱，甲烷生成减少。同时，一氧化碳变换反应减弱。三 液态排渣加压气化的特点 （4）氧耗 气化高活性煤

28、时，固渣炉允许炉温较低，而液渣炉炉温高，因此液渣炉的氧耗比固渣炉高1012%。 气化活性低煤时，固渣炉需要提高温度，氧耗增加；液渣炉对煤的活性并不敏感，此时，液渣炉的氧耗略低于固渣炉 。 所以，当原料灰熔点低，活性亦低时，宜采用液渣炉；反之，则宜采用固渣炉。三 液态排渣加压气化的特点 （5）气化效率提高，热效率提高 液态排渣炉的气化效率和热效率均高于固渣炉。因为液态排渣炉的6mm的煤粉由气化剂由喷嘴吹入，在高温区立即气化，使带出损失减少。气化生成的灰焦油也可经风口再循环回气化炉直至燃尽。灰渣含碳量极少。 同时，出炉煤气温度低，因为煤气中未分解的水蒸气量很少，在气固逆流运动情况下，上部料层的干馏

29、干燥，充分利用了煤气显热，使煤气炉出温度在400500 之间，甚至低于某些固渣炉的炉出温度，这样由煤气带出的显热损失和水蒸气的热损失大为减少。三 液态排渣加压气化的特点 （6）煤种适应性强。 （7）环境污染小 由于水蒸气耗量小，煤气中水汽含量低。污水处理量仅为固态排渣气化的1/31/4，生成的焦油可再回炉造气；液渣经淬冷后成为洁净、黑色玻璃状的熔渣烧结物颗粒，它可与水彻底分离。由于它的玻璃特性，化学活性极小，不存在环境问题。第五节鲁奇加压气化炉炉型构造及工艺一 几种炉型及附属设备构造 鲁奇碎煤加压气化炉经过几十年的发展，已从最初的第一代2.6m直径气化炉发展到目前的第四代5.0m直径气化炉。气

30、化炉的内径扩大，单炉产气能力提高，其他的附属设备也在不断改进。下面介绍鲁奇加压气化炉发展过程中的几种主要炉型及附属设备构造。1 第一代加压气化炉第一代加压气化炉 第一代鲁奇加压气化炉是直径第一代鲁奇加压气化炉是直径2.6m的侧面排灰炉型，主要由的侧面排灰炉型，主要由煤箱、炉体、灰箱几部分组成。煤箱、炉体、灰箱几部分组成。 气化炉体是内径气化炉体是内径2.52m、外径、外径3.0m、高度、高度6m的圆筒体，内有的圆筒体，内有耐火砖。耐火砖。 气化炉筒体由双层钢板制成，在内外壳体之间形成夹套。气化炉筒体由双层钢板制成，在内外壳体之间形成夹套。 在炉膛上部设有一圆筒形裙板，中间吊有正椎体布煤器，以在

31、炉膛上部设有一圆筒形裙板，中间吊有正椎体布煤器，以便使煤下流时能在炉内均匀分布。炉顶设置点火孔。便使煤下流时能在炉内均匀分布。炉顶设置点火孔。 气化剂是从主轴的中心进入炉内，限制了气化剂入炉量，从气化剂是从主轴的中心进入炉内，限制了气化剂入炉量，从而限制了气化炉的生产负荷。另外炉内壁衬不但减少了炉内径，而限制了气化炉的生产负荷。另外炉内壁衬不但减少了炉内径，降低了生产能力，而且在较高温度下内衬易形成挂壁，造成气化降低了生产能力，而且在较高温度下内衬易形成挂壁，造成气化炉床层下移困难。炉床层下移困难。1 第一代加压气化炉图4-20 直径2.6m侧面除灰炉型1煤箱；2上部刮刀 传动机构；3煤气出口

32、管刮刀；4喷冷器；5炉体；6炉箅；7炉箅传动装置；8刮灰刀；9下灰颈管；10灰箱2 第二代加压气化炉第二代加压气化炉 第二代鲁奇加压气化炉是直径第二代鲁奇加压气化炉是直径2.6m的中间除灰炉型。的中间除灰炉型。 炉内部设置了转动的搅拌装置和布煤器。炉内部设置了转动的搅拌装置和布煤器。 炉箅由单层平型改为多层塔节型结构，气化剂通过三层炉箅炉箅由单层平型改为多层塔节型结构，气化剂通过三层炉箅的环形缝隙进入炉内。的环形缝隙进入炉内。 入炉气化剂管与传动轴分开，单独固定在炉底侧壁上。入炉气化剂管与传动轴分开，单独固定在炉底侧壁上。 取消了炉内耐火衬里，使气化炉内截面积增大，提高了气化取消了炉内耐火衬里

33、，使气化炉内截面积增大，提高了气化炉的生产能力。炉的生产能力。 灰锁设置在炉底正中位置，气化后产生的灰渣从炉箅的周边灰锁设置在炉底正中位置，气化后产生的灰渣从炉箅的周边环隙落在炉下部的下灰室，然后进入灰锁。环隙落在炉下部的下灰室，然后进入灰锁。2 第二代加压气化炉图4-21 直径2.6m中间除灰炉型1煤箱；2上部传动装置；3布煤器；4搅拌装置；5炉体；6炉箅；7炉箅传动轴；8气化剂进口管；9灰箱3 “萨索尔萨索尔”炉型炉型 最大特点是底部的炉箅与上部的布煤器用一根轴连接起来，该最大特点是底部的炉箅与上部的布煤器用一根轴连接起来，该轴上下贯穿整个气化燃料层。轴上下贯穿整个气化燃料层。 为避免传动

34、轴等内部超温损坏，在中心轴内通入锅炉水冷却。为避免传动轴等内部超温损坏，在中心轴内通入锅炉水冷却。 缺点：由于中心传动轴长达缺点：由于中心传动轴长达4m以上，材质和加工精度要求高以上，材质和加工精度要求高，在运行中受高温影响故障较多；另一方面，炉箅和布煤器、搅拌，在运行中受高温影响故障较多；另一方面，炉箅和布煤器、搅拌器为同一转速，不能按生产需要分别进行调整，故而该炉型已不再器为同一转速，不能按生产需要分别进行调整，故而该炉型已不再使用。使用。3 “萨索尔”炉型图4-22直径3.7m的“萨索尔”炉型1煤箱；2炉箅和耙的传动装置；3布煤器；4梯形炉箅；5灰箱4 第三代加压气化炉第三代加压气化炉

35、第三代加压气化炉是在第二代炉型上的改进，型号为第三代加压气化炉是在第二代炉型上的改进，型号为Mark-，是，是目前世界上使用最广泛的一种炉型。目前世界上使用最广泛的一种炉型。 外径为外径为8.8m，内径，内径4.128m，炉体高，炉体高12.5m，气化炉操作压力为，气化炉操作压力为3.05MPa。该炉生产能力高，炉内设有搅拌装置，可气化除强黏结性烟。该炉生产能力高，炉内设有搅拌装置，可气化除强黏结性烟煤外的大部分煤种。煤外的大部分煤种。 为了气化有一定黏结性的煤种，第三代气化炉在炉内上部设置了布为了气化有一定黏结性的煤种，第三代气化炉在炉内上部设置了布煤器与搅拌器，他们按装在同一空心转轴上。煤

36、器与搅拌器，他们按装在同一空心转轴上。 炉内搅拌器安装在布煤器下面，其搅拌桨叶一般设上下两片浆叶。炉内搅拌器安装在布煤器下面，其搅拌桨叶一般设上下两片浆叶。 也可气化不黏结煤种。不安装搅拌器，结构简单。也可气化不黏结煤种。不安装搅拌器，结构简单。 炉箅分为五层，从下到上层叠合固定在底座上，顶盖成锥形，炉箅炉箅分为五层，从下到上层叠合固定在底座上，顶盖成锥形，炉箅材质选用耐热、耐磨的铬锰合金钢铸造。材质选用耐热、耐磨的铬锰合金钢铸造。 煤锁与灰锁的上下锥形阀有较大改进，采用硬质合金密封面，使煤煤锁与灰锁的上下锥形阀有较大改进，采用硬质合金密封面，使煤、灰锁的运行时间延长，故障率减少。、灰锁的运行

37、时间延长，故障率减少。4 第三代加压气化炉图4-23第三代加压气化炉1煤箱；2上部传动装置；3喷冷器；4裙板；5布煤器；6搅拌器；7炉体；8炉箅；9炉箅传动装置；10灰箱；11刮刀5 第四代加压气化炉 第四代加压气化炉是在第三代炉的基础上加大了气化炉的直径（5m），使单炉生产能力大为提高，其单炉产粗煤气量达75000 (标)/h（干气）以上。3m（1）煤锁 煤锁是用于向气化炉内部间歇加煤的压力容器。 加煤过程如下： a.常压下，煤锁上阀打开，煤从煤斗经煤溜槽流入煤锁； b.关闭上阀，充压； c.下阀打开，煤落入炉内，下阀关闭； d.煤锁泄压，煤气送入煤锁气柜，残余的煤气由煤锁喷射器抽出。煤锁结

38、构示意图煤锁结构示意图6 附属设备（2）灰锁 煤锁是用来将炉篦刮下的灰间歇排出炉外的压力容器。 排灰过程如下： a.灰通过顶部锥形阀进入灰锁。此时灰锁与炉内压力相等； b.当需要卸灰时，顶部锥形阀关闭； c.灰锁降压到大气压，打开底部锥形阀，灰从灰锁进入灰斗； d.关闭底部锥形阀，用过热水蒸气对灰锁充压。（3）灰锁膨胀冷凝器 灰蒸汽膨胀洗涤器与灰锁侧壁通过接管相连，其作用是在灰锁泄压时将含有灰尘的灰锁蒸汽大部分冷凝、洗涤下来； 灰锁卸压期间，灰蒸汽经连通管进入膨胀冷凝器的水中，大部分灰尘被水洗涤、沉降、蒸汽被冷凝，剩余的不凝气体通过上部的泄压管线排至大气。灰蒸汽膨胀洗涤器结构示意图灰蒸汽膨胀洗

39、涤器结构示意图二 加压工艺流程 加压气化在国民经济中占有非常重要的地位。加压气化生产的城市煤气，热效率高，温度稳定，便于输送、易于调节和自动化。 生产化工原料气，几乎可以满足各种化工合成生产的要求，例如：合成甲烷，生产代用天然气；生产合成氨用的原料气；合成甲醇，进一步合成乙醇，乙醇脱水生成乙烯，甲醇和乙烯又是合成纤维、合成塑料、合成橡胶的基本有机化工原料；通过费托反应，一氧化碳和氢可转化为各种液体燃料、润滑剂、蜡、皂类、洗涤剂、醇类、醛类和酚类。 煤气的用途不同，其工艺流程差别很大。但基本上包括三个主要的部分；煤的气化，粗煤气的净化，煤气组成的调整处理。 气化炉出来的煤气称粗煤气，净化后的煤气

40、称为净煤气。 煤气净化的目的是清除有害杂质，回收其中一些有价值的副产品，回收粗煤气中的显热。 粗煤气中的杂质主要有固体粉尘及水蒸气、重质油组分、轻质油组分、各种含氧有机化合物(主要是酚类)、含氮化合物如氨和微量的一氧化氮、各种含硫化合物(主要是硫化氢)、二氧化碳等。二 加压工艺流程六 气化过程的物料衡算物料平衡计算的一般步骤 收集数据：如煤的工业分析和元素分析，煤气组成，收集数据：如煤的工业分析和元素分析，煤气组成，灰灰渣和焦油的含量及组成等渣和焦油的含量及组成等。 计算求取各项气化指标：通过碳平衡计算，求得粗煤气计算求取各项气化指标：通过碳平衡计算，求得粗煤气的产率；通过氢平衡计算，求得蒸汽

41、分解率；通过氧平衡计的产率；通过氢平衡计算，求得蒸汽分解率；通过氧平衡计算，求出氧耗量；通过氮平衡，求出工业氧的纯度。算，求出氧耗量；通过氮平衡，求出工业氧的纯度。六 气化过程的物料衡算 实际生产上，常常只对其中比较重要的碳、氢、氧三种元素进行衡算，然后根据衡算结果再进行热量衡算。 进入气化炉内的碳，主要是指原料带入的碳；带出气化炉的碳，则包括煤气、焦油、轻质油、酚、煤气吹出物和灰渣等几项。六 气化过程的物料衡算1 碳的平衡 若以若以 表示各含碳组分在粗煤气中的体积百分数表示各含碳组分在粗煤气中的体积百分数，则在煤气中的碳的总含量，则在煤气中的碳的总含量 kg/ ( kg/ (标）（粗煤气）标

42、）（粗煤气） 可用下列式求得：可用下列式求得： 转入到固体或液体中的碳可用下式计算转入到固体或液体中的碳可用下式计算式中式中 CC固体或液体物质中的碳量；固体或液体物质中的碳量； x x含碳物质的质量；含碳物质的质量； K K含碳物质中的碳含量，含碳物质中的碳含量，% )()()()(42nmHCCHCOCO、3m100 xKC (4-1)(4-2)()()()(1004 .221242nmHCmCHCOCOC气六 气化过程的物料衡算2 氢的平衡 气化过程中氢的来源有二：其一是来自于原料煤中的氢（包括气化过程中氢的来源有二：其一是来自于原料煤中的氢（包括原料煤所含水分中的氢），其二是气化剂水蒸

43、气中的氢；生产物的原料煤所含水分中的氢），其二是气化剂水蒸气中的氢；生产物的氢则包括煤气成分（氢则包括煤气成分（ 等）中的氢，焦油中的氢、轻等）中的氢，焦油中的氢、轻质油中的氢、酚和氨中的氢及煤气中所含水蒸气中的氢。其中煤气质油中的氢、酚和氨中的氢及煤气中所含水蒸气中的氢。其中煤气中的氢是主要的，也是气化生产的目的，一般占总氢的中的氢是主要的，也是气化生产的目的，一般占总氢的40%40%左右。左右。通过氢平衡计算，可求得水蒸气的分解率。通过氢平衡计算，可求得水蒸气的分解率。 在气化过程中，挥发份高的原料，氢转入到焦油和氨中去的量在气化过程中，挥发份高的原料，氢转入到焦油和氨中去的量较多，而转入

44、到煤气中的量较少。同样，气化压力越高，气化温度较多，而转入到煤气中的量较少。同样，气化压力越高，气化温度越低，则转入焦油、轻质油、酚和氨中去的氢量越多。越低，则转入焦油、轻质油、酚和氨中去的氢量越多。nmHCCHH、42六 气化过程的物料衡算2 氢的平衡 转入到煤气中的氢量可用下列式求得：转入到煤气中的氢量可用下列式求得： 在固体或液体物质中的氢为：在固体或液体物质中的氢为：式中式中 YY含氢物质的质量；含氢物质的质量； h h含氢物质中的氢含量，含氢物质中的氢含量，% 水中或水蒸气中的氢量可用下式计算：水中或水蒸气中的氢量可用下式计算：式中式中 WW水或水蒸气的质量，水或水蒸气的质量，kgk

45、g。WWH91182100YhH (4-3)(4-4)(4-5)(2/)(2)(1004 .22242nmHCnCHHH气六 气化过程的物料衡算3 氧的平衡 气化过程氧来源于原料中所含的化合氧（包括所含的水分中的氧）和气化过程氧来源于原料中所含的化合氧（包括所含的水分中的氧）和气化剂中所含的氧（包括水蒸气中的氧）；而作为生产物的氧，则转入到气化剂中所含的氧（包括水蒸气中的氧）；而作为生产物的氧，则转入到煤气中及焦油、轻质油中。煤气中的氧约占总氧量的煤气中及焦油、轻质油中。煤气中的氧约占总氧量的45%，其计算如下式，其计算如下式： 在固体或液体物质中的氧为：在固体或液体物质中的氧为：式中式中 Z

46、 Z 含氧物质的质量；含氧物质的质量； v v含氧物质中的氧含量，含氧物质中的氧含量，% 水中或水蒸气中的氧量可用下式计算：水中或水蒸气中的氧量可用下式计算：式中式中 WW水或水蒸气的质量，水或水蒸气的质量，kgkg。WWO981816100ZvO (4-6)(4-7)(4-8)(2/1)()(1004 .223222COCOOO气七 气化过程的热量衡算 热量衡算的依据是能量转化和守恒定律，常用的平衡关联式有下面两种。 热量平衡关联式。进入体系的各焓流量之和等于排出体系的各热流之和再加上体系内累积的热流。 流入能量总和流入能量总和=流出能量总和流出能量总和 焓方程式。某物流的焓流量等于该物流的

47、流量与该物流各组分的摩尔焓及摩尔分数之积。七 气化过程的热量衡算在加压气化炉中，热量收入项有： 原料发热量Q1； 原料显热（物理热）Q2 ； 气化剂中氧的显热Q3； 气化剂中水蒸气热焓Q4； 夹套炉水带入的显热Q5；七 气化过程的热量衡算在加压气化炉中，热量支出项有： 干煤气发热量Q6； 干煤气显热（物理热）Q7 ； 煤气中水蒸气的热焓Q8； 焦油的发热量Q9； 焦油的潜热和显热Q10； 轻质油的发热量Q11； 轻质油的潜热和显热Q12； 生成氨的发热量Q13； 生成氨的潜热和显热Q14； 生成酚的发热量Q15； 夹带煤粉的发热量Q16； 夹带煤粉的显热Q17 ； 灰渣带出的残碳发热量Q18；

48、 灰渣带出残碳的显热Q19； 夹套自产蒸汽热焓Q20； 其它热损失Q21；七 气化过程的热量衡算1 供热方 引入气化炉的总热量称供热方，以 表示，其由下列几项组成。 (1)参加气化的原料的发热量， （kcal）式中 G气化的原料量，kg； 气化原料的发热量，kcal/kg (2)气化原料所带的显热， （kcal）式中 原料的比热容，kcal/(kg )； 入炉原料的温度，。 供Q1Q燃料GQQ 1燃料Q2Q222GtCQ 2C2t（4-9）（4-10）七 气化过程的热量衡算1 供热方 (3)气化剂中工业氧带入的显热， （kcal）式中 工业氧的恒压比热容，kcal/ (标) ； 工业氧的入炉量

49、， （标）； 工业氧的入炉温度，。 (4)气化剂中水蒸气的热焓， （kcal）式中 水蒸气的入炉量，kg； 水蒸气的热焓，kcal/kg。 3Q3333tVCQ 3C4Q444iCQ 4C4i（4-11）（4-12）3V3t3m3m七 气化过程的热量衡算1 供热方 (5)夹套炉水带入的显热， （kcal）式中 炉水的比热容，kcal/(kg)； 供给的炉水量， kg ； 加入到炉夹套的炉水温度，。 综合上述供热项，则供热方总热量为：5Q5555tGCQ 5C54321QQQQQQ供（4-13）（4-14）5G5t七 气化过程的热量衡算2 付热方 气化反应后生成的各项有效热量与生产过程的所有热损失之和，以 表示，其由下列几项组成： (1)生成煤