固定(移动)床气化法讲解课件.ppt

1、1.1.气化强度气化强度2.2.煤气组成和热值煤气组成和热值3.3.煤气产率煤气产率4.4.灰渣含碳量灰渣含碳量5.5.碳转化率碳转化率6.6.气化效率气化效率7.7.热效率热效率（七）气化过程的主要评价指标（七）气化过程的主要评价指标 1.1.气化强度气化强度 气化强度是指气化炉内单位横截面积上的气化气化强度是指气化炉内单位横截面积上的气化速率，表达方式有三种：速率，表达方式有三种：(1)(1)以消耗的原料煤量表示：以消耗的原料煤量表示：kg/(mkg/(m2 2.h).h)(2)(2)以生产的煤气量表示：以生产的煤气量表示：NmNm3 3/(m/(m2 2.h).h)(3)(3)以生产煤气

2、的热值表示：以生产煤气的热值表示：MJ/(mMJ/(m2 2.h).h)(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标 2.2.煤气组成和热值煤气组成和热值 （1 1）煤气组成）煤气组成 （2 2）煤气热值）煤气热值（七）气化过程的主要评价指标（七）气化过程的主要评价指标 a.a.可燃成分：可燃成分：(a)H(a)H2 2；(b)CO(b)CO；(c)CH(c)CH4 4等等b.b.非可燃成分：非可燃成分：(a)CO(a)CO2 2；(b)N(b)N2 2等等c.c.有害成分：有害成分：(a)H(a)H2 2S S；(b)COS(b)COS；(c)NH(c)NH3 3等等2.2.煤气组成

3、和热值煤气组成和热值 （1 1）煤气组成）煤气组成 煤气热值是指标准状态下的单位体积煤气完煤气热值是指标准状态下的单位体积煤气完全燃烧后所释放出的热量，分为：全燃烧后所释放出的热量，分为：a.a.低位热值低位热值 b.b.高位热值高位热值2.2.煤气组成和热值煤气组成和热值 （2 2）煤气热值）煤气热值 (2)(2)煤气热值煤气热值 a.a.低位热值：指燃烧产物中的水以低位热值：指燃烧产物中的水以气态形式气态形式存在存在可燃气体可燃气体低低 位位 热热 值值MJ/Nm3kcal/Nm3H210.79 2578CO12.64 3020CH435.91 8576C2H663.5015166C2H4

4、59.4814207C2H256.4913492C3H893.2422271C3H687.6720939(2)(2)煤气热值煤气热值 b.b.高位热值：是指燃烧产物中的水以高位热值：是指燃烧产物中的水以液态形式液态形式存在存在可燃气体可燃气体高高 位位 热热 值值MJ/Nm3kcal/Nm3H2 12.75 3046CO 12.64 3020CH4 39.84 9516C2H6 70.3516794C2H4 63.4415152C2H2 58.5013973C3H8101.2724188C3H6 93.6722373(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标3.3.煤气产率煤气产率

5、煤气产率是指单位质量的原料煤气化后所产煤煤气产率是指单位质量的原料煤气化后所产煤气的体积（通常用标准状态下的煤气体积表示）气的体积（通常用标准状态下的煤气体积表示）(1)(1)单位一般为：单位一般为：NmNm3 3/kg(/kg(原料煤原料煤)(2)(2)煤气产率的倒数称为单耗，单位煤气产率的倒数称为单耗，单位 一般为：一般为：kg(kg(原料煤原料煤)/1000Nm)/1000Nm3 3(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标 4.4.灰渣含碳量灰渣含碳量 灰渣含碳量是指灰渣中未气化碳在灰灰渣含碳量是指灰渣中未气化碳在灰渣中的含量渣中的含量 (1)(1)底灰中碳含量底灰中碳含量

6、(2)(2)飞灰中碳含量飞灰中碳含量(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标 5.5.碳转化率碳转化率 碳转化率是指在碳转化率是指在气化过程气化过程中消耗的总碳量中消耗的总碳量占原料煤中碳量的百分数占原料煤中碳量的百分数 *注：碳转化率表示的是气化过程中煤炭的转注：碳转化率表示的是气化过程中煤炭的转化效率，而并非表示煤的利用效率化效率，而并非表示煤的利用效率(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标 6.6.气化效率气化效率 气化效率是指产品煤气与原料煤所含的化学能之比，故又称为气化效率是指产品煤气与原料煤所含的化学能之比，故又称为“冷煤冷煤气效率气效率”(1)(1)计算

7、公式：计算公式：(2)(2)原料煤的发热量为收到基原料煤的发热量为收到基 (3)(3)原料煤的发热量和煤气热值一般均为低位，但有时也可同时用高位原料煤的发热量和煤气热值一般均为低位，但有时也可同时用高位%100 原原料料煤煤发发热热量量煤煤气气产产率率煤煤气气热热值值(七七)气化过程的主要评价指标气化过程的主要评价指标7.7.热效率热效率 气化过程的热效率分为以下两种情况：气化过程的热效率分为以下两种情况：(1)(1)气化热效率气化热效率 (2)(2)系统热效率系统热效率7.7.热效率热效率(1)(1)气化热效率气化热效率 a.a.气化热效率只考虑气化炉内部系统气化热效率只考虑气化炉内部系统

8、b.b.计算公式：计算公式：c.c.气化热效率只反映了气化过程中的气化热效率只反映了气化过程中的 能量利用效率能量利用效率%100供给气化炉总热量回收利用热量所有产品所含热量7.7.热效率热效率(2)(2)系统热效率系统热效率 a.a.系统热效率考虑了整个气化系统系统热效率考虑了整个气化系统 b.b.计算公式：计算公式：c.c.系统热效率反映了整个气化生产系统热效率反映了整个气化生产 过程中的能量转换效率过程中的能量转换效率%100 其其它它动动力力消消耗耗供供给给气气化化炉炉总总热热量量回回收收利利用用热热量量所所有有产产品品所所含含热热量量 粗煤气粗煤气 空气空气水蒸气水蒸气氧气氧气锅锅

9、炉炉备备 煤煤空空 分分气气 化化 炉炉冷却冷却 净化净化副产品副产品余热利用余热利用 底灰底灰原料煤原料煤煤煤水水产品煤气产品煤气（一）煤气化工艺过程（一）煤气化工艺过程 5 5、煤的气化、煤的气化 5.3 固定(移动)床气化法 （1 1）固定）固定床气化气化 a.a.气化炉规格从小到大气化炉规格从小到大 b.b.气化压力从常压到加压气化压力从常压到加压 c.c.排渣从固态到液态排渣从固态到液态 固定床气化工艺的发展1.1.移动床气化移动床气化 （1 1）混合煤气发生炉）混合煤气发生炉 （2 2）水煤气发生炉）水煤气发生炉 （3 3）两段混合煤气发生炉）两段混合煤气发生炉 （4 4）两段水煤

10、气发生炉）两段水煤气发生炉 （5 5）LurgiLurgi气化炉气化炉 （6 6）BGLBGL气化炉气化炉 气体通过均匀颗粒床层示意图气体通过均匀颗粒床层示意图uoPP流体力学基础2.2.流体力学基础流体力学基础(1)(1)固定床气化固定床气化a.a.气、固气、固(块煤块煤)两相逆流接触两相逆流接触b.b.床层压力降随气速提高而增大床层压力降随气速提高而增大c.c.要求床层透气性好、布风均匀要求床层透气性好、布风均匀d.d.冷、热物料热交换，热利用合理冷、热物料热交换，热利用合理5.3 固定(移动)床气化法一、发生炉煤气（空气煤气）以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发生炉内制得的煤

11、气为发生炉煤气。（H2 N2）1.制气原理：理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件。理想情况：气化纯碳，且碳全部转化为CO；按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩；气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡放热反应：0.51.88N2 1.88N2+110.4KJ/mol吸热反应：H2H2-135.0KJ/mol热平衡：.H2.N2.H2.N2 理想发生炉煤气组成:CO:40%;H2:18.2%;N2:41.8%;实际上制取混合发生炉煤气（CO:;H2:;N2:;）实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失，水蒸气分解和CO

12、2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计算值有显著差异。煤煤气气煤煤 水蒸气水蒸气和氧气和氧气204593982灰灰 燃料层高度燃料层高度温度（温度（oC）恒量氮气下的气体组成（）恒量氮气下的气体组成（）CO和和H2的产生不是同步？的产生不是同步？(C+H2O=CO+H2)O2迅速消耗完（残余很多迅速消耗完（残余很多C）CO2先于先于CO出现出现,CO2与与O2的关系的关系 CO2先增加，后下降，后又增加？先增加，后下降，后又增加？分析范围分析范围沿料层高度煤气组成的变化固定床气化炉 Lurgi炉中的反应行为灰渣层：气化剂（，H2）被预热，气体组成不变；氧化层：C+O2CO2+Q，

13、（，CO2）C+CO22CO -Q（耗尽，出现CO，CO2 ）还原层：C+CO22CO -Q C+H2OCO+H2 -Q（CO，CO2 H2）还原层以上：CO+H2OCO2+H2+Q（CO 稍 ，CO2和H2稍 ）2.气化过程的控制目的：高的气化效率气化炉的选择：弱黏结性需破黏选择带搅拌装置的气化炉；机械强度和热稳定性差不宜搅拌；原料筛分粒度小的，要求煤气热输送的选择干法出灰。合理气化强度：（温度、原料、气化炉有关）气化强度超过合理的范围，就可能使灰渣中含碳量增加和出口煤气中带出物增多，从而增加了原料的损失，因而降低了煤气产率，并且影响到煤气的质量，其综合效果是气化效率降低，炉温：（保持均匀和

14、不结渣）水蒸气耗量与原料性质关系：水蒸气的单位消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同，但为防止结渣要提高水蒸气的量。水蒸汽的单位消耗量对水蒸气分解率和气化指标的影响提高水蒸气量，但水蒸气分解率却下降，煤气热值降低3.煤气发生炉具有凸型炉箅的煤气发生炉3M13型煤气发生炉：其特点：炉顶装有用软化水冷却的搅拌装置，适合气化炉顶装有用软化水冷却的搅拌装置，适合气化Y Y值在值在 8-16mm8-16mm间的粘结性煤间的粘结性煤炉体周围的水夹套可产生炉体周围的水夹套可产生0.07MPa(7000mmH0.07MPa(7000mmH2 2O)O)的蒸汽的蒸汽炉底为可转动的湿式灰盘和炉蓖炉底为可转动的湿

15、式灰盘和炉蓖炉蓖为凸（宝塔）型，由多层组成，有布风作用炉蓖为凸（宝塔）型，由多层组成，有布风作用炉顶周围有带蒸汽幕的数个探火孔炉顶周围有带蒸汽幕的数个探火孔炉顶还装有滚筒式自动加煤机炉顶还装有滚筒式自动加煤机在一定饱和温度下，空气将水蒸气从底部带入气化炉在一定饱和温度下，空气将水蒸气从底部带入气化炉炉内带有搅拌棒破粘炉内带有搅拌棒破粘主要适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的主要适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的旋转灰盘排出）旋转灰盘排出）不带搅拌装置主要用于气化贫煤、无烟煤和焦炭等不黏结性燃料将将3M133M13型气化炉的滚筒式自动型气化炉的滚筒式

16、自动加煤机和搅拌装置取下，再换加煤机和搅拌装置取下，再换上双钟罩自动加煤机，即成为上双钟罩自动加煤机，即成为3M213M21型气化炉型气化炉3M213M21型适合气化无粘结性的煤型适合气化无粘结性的煤(Y(Y8mm)8mm)3M21型煤气发生炉(1)(1)混合煤气发生炉混合煤气发生炉 b.3MTb.3MT型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉(a)(a)炉上段为圆柱形，下段为圆锥形炉上段为圆柱形，下段为圆锥形(b)(b)炉体内衬耐火砖，周围无水夹套炉体内衬耐火砖，周围无水夹套(c)(c)炉体可转动炉体可转动(d)(d)炉顶中间有双钟罩自动加煤机炉顶中间有双钟罩自动加煤机(e)(e)炉顶侧部有搅拌装置

17、炉顶侧部有搅拌装置(f)(f)炉底灰盘和炉底灰盘和T T型炉篦固定不动型炉篦固定不动(g)(g)炉顶盖及加煤、搅拌机构固定不动炉顶盖及加煤、搅拌机构固定不动3MT3MT型混合煤气发生炉结构图型混合煤气发生炉结构图(1)(1)混合煤气发生炉混合煤气发生炉 C.W-GC.W-G型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 (a)(a)用四个料管（上、下两段软用四个料管（上、下两段软连接）向气化炉内加煤连接）向气化炉内加煤 (b)(b)上炉体外为全水套结构上炉体外为全水套结构 (c)(c)鼓风空气经水套水面，带蒸鼓风空气经水套水面，带蒸气经饱和空气管从底部进入气化气经饱和空气管从底部进入气化炉炉 (d)(d)炉

18、篦可转动，将灰渣排入底炉篦可转动，将灰渣排入底部灰斗，故为干渣排灰部灰斗，故为干渣排灰 (e)(e)炉底灰斗设上、下两道阀门炉底灰斗设上、下两道阀门，可在气化，可在气化 炉运行过程中排灰炉运行过程中排灰 (f)(f)特殊的加煤机构使气化炉接特殊的加煤机构使气化炉接近满料操作近满料操作 W-GW-G型混合煤气发生炉结构图型混合煤气发生炉结构图(1)(1)混合煤气发生炉混合煤气发生炉 d.TGd.TG型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 (a)TG-3mI(a)TG-3mI型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 (b)TG-3mII(b)TG-3mII型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 d.TGd.TG型混合

19、煤气发生炉型混合煤气发生炉 (a)TG-3m I(a)TG-3m I型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 TG-3m ITG-3m I型气化炉以型气化炉以W-GW-G型气化炉为基型型气化炉为基型 吸收了吸收了LurgiLurgi气化炉的某些结构特点气化炉的某些结构特点 无搅拌装置，可气化非粘结性煤无搅拌装置，可气化非粘结性煤(Y(Y8mm)8mm)采用滚筒式自动加煤机采用滚筒式自动加煤机 加煤和排灰均采用可编程序控制器自控加煤和排灰均采用可编程序控制器自控 d.TGd.TG型混合煤气发生炉型混合煤气发生炉 (b)TG-3m II(b)TG-3m II型混合煤气发生型混合煤气发生炉炉 TG-3m I

20、ITG-3m II气化炉与气化炉与TG-3m TG-3m I I气化炉的区别只是增加了气化炉的区别只是增加了搅拌装置，因而可气化搅拌装置，因而可气化Y Y值值在在8 816mm16mm间的粘结性煤间的粘结性煤 TG-3m IITG-3m II型混合煤气发生炉结构图型混合煤气发生炉结构图威尔曼-格鲁夏(W-G)煤气发生炉两种形式：一种是无搅拌装置的用于气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料；另一种是有搅拌装置的用于气化弱黏结性烟煤。国内常用不带搅拌装置的。其特点是：液压加料，煤连续进入炉内，液压干法除灰，全水夹套。1、山渣机 2、灰斗 3、炉栅 4、炉体 5、汽包 6、炉顶 7、双钟罩加烧煤箱 8、斜桥

21、上煤装置4.煤气发生站工艺流程有焦油回收的冷煤气工艺流程：这种焦油不能作为重要产品，但必须从煤气中除去，防冷凝下来堵塞煤气管路和设备。煤气由发生炉出来，进入竖管直接水冷却器，初步除去重质焦油和粉尘，煤气被冷到8595，经半净煤气管道进入电捕焦油器，除去焦油雾滴后进入洗涤塔，煤气被冷却到35以下，含尘量下降到100mg/m3以下，进入净煤气管，再经排送机送到用户。二、水煤气 水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气。燃烧时呈蓝色，所以又称为蓝水煤气。需提供水蒸气分解所需的热量，一般采用二种方法：a.交替用空气和水蒸气为气化剂的间歇气化法；b.用氧和水蒸气为气化剂的连续气化法。1.制气原理.N2

22、 .N2+394.1kJ/molH2 2-394.1kJ/mol间歇法制造水煤气间歇法制造水煤气两段：吹空阶段（吹风阶段）；吹蒸阶段（制气阶段）。理想水煤气生成理想水煤气的方程式：.N2 H2 .N2 2 理想水煤气组成：50%与50%2 气化效率：100%实际水煤气2含量高于（OH2 22）常含有2、N2、H2S和4 等气化效率：60%65%2.间歇法制造水煤气工作循环的构成 间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，但为了节约原料，保证水煤气质量，正常安全生产，还需要一些辅助阶段，实际共有六个阶段：吹风阶段、水蒸气吹净阶段、一次上吹阶段、下吹制气阶段、二次上吹阶段

23、、空气吹净阶段。间歇式生产水煤气的气流路线图间歇式生产水煤气的气流路线图六阶段工作循环：a吹风阶段 吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积蓄在料层中，废气经回收热量后排入大气；b.蒸气吹净阶段 由炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存的吹风废气排出，避免影响水煤气的质量；c.一次上吹制气阶段 由炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量制取水煤气，煤气送气柜；d.下吹制气阶段 上吹制气后，床层下部温度降低，气化层上移，为了充分利用料层上部的蓄热，用蒸气由炉上方往下吹（使气化过程在一个稳定，温度均匀的区域进行），制取水煤气，煤气送气柜；e.二次上吹制气阶段 下吹制气后炉底部残留下水煤气，为安全起见，先吹入水蒸气，

24、所得煤气仍送贮气柜；f.空气吹净阶段 由炉底吹入空气，把残留在炉上部及管道中的水煤气送往贮气柜而得以回收，以免随吹风气逸出而损失。以上各阶段的时间分配列于下表：34分钟循环各阶段时间分配表分钟循环各阶段时间分配表：序号 阶段名称 3min循环,（S）4min循环,（S）1 2 3 4 5 6 吹风阶段 蒸气吹净阶段 上吹制气阶段 下吹制气阶段 二次上吹阶段 空气吹净阶段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低3.富氧连续气化制造水煤气和半水煤气特点：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气特点

25、：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气为气化剂，延长有效制气时间，使生产能力提高。为气化剂，延长有效制气时间，使生产能力提高。气化原料要求：高挥发份不黏煤、弱黏煤、低挥发份无烟煤、焦炭等4.水煤气发生炉及水煤气站流程水煤气发生炉 UGI煤气化炉 是一种常压固定床煤气化设备。原料：通常采用无烟煤或焦炭，发生炉由上锥体、水夹套、炉篦传动装置，出灰机械及炉底壳等五个主要部分组成。其特点：是连续式操作生产发生炉煤气（即空气煤气）外，或间歇式操作生产半水煤气或水煤气。炉子为直立圆筒形结构。炉体用钢板制成，下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽，上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。优点是 设备结构简单，

26、易于操作，一般不需用氧气作气化剂，热效率较高。缺点是 生产强度低，对煤种要求比较严格，采用间歇操作时工艺管道比较复杂。上行煤气阀烟囱阀下行煤气阀吹风空气阀下吹蒸汽阀上吹蒸汽阀蒸汽总阀气柜气柜水封气柜水封洗涤塔洗气箱烟囱废热锅炉燃烧室水煤气发生炉集汽包集汽包蒸汽缓冲罐空气鼓风机上水蒸汽软水煤气去净化图5-27 水煤气站流程水煤气站流程3.两段式完全气化炉特点：使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤；干镏气化分段进行；两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏温度低，获得的焦油质量比较轻。两段式煤气发生炉（P173图-28）上段：干馏段下段：气化段下段煤气温度500600，上段煤气温度10

27、0150，只含轻质焦油。两段式水煤气发生炉 现有水煤气炉上部增设干馏段，原料煤在干馏段进行低温干馏，产生半焦落入气化段，再用空气、水蒸气间歇制水煤气。气化炉构造 与两段煤气发生炉相似，包括加料装置、干馏段、气化段、回转炉箅及排灰装置。原料 不黏结或弱黏结性的烟煤或热稳定性好的褐煤。4.加压气化原理与工艺加压固定床气化炉生产工况 与常压气化炉类似，原料自上而下，气化剂自下而上，逆流接触，煤碳由固态向气态转化。炉内料层：干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层（还原）、第一反应层（氧化）和灰渣层。过程原理及其影响因素过程原理以及影响因素压力对煤气组成影响甲烷和二氧化碳含量增加；氢气和一氧化碳含量减少（在

28、加压下为甲烷生成反应制造了条件）压力对氧气耗量的影响减少氧气的消耗（为常压的1323）压力对蒸汽耗量的影响蒸汽耗量增加（为防止结渣和利于甲烷化的反应，为常压的2.53倍）压力对气化炉生产能力的影响提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）对煤气产率的影响降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）加压气化对煤气输送动力的影响节省煤气动力消耗固定床加压气化炉及工艺流程加压气化炉 最成熟炉型是鲁奇炉（Lurgi）。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应器，所不同的是采用氧气-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.03.0MPa的压力和9001100温度条件下进行的连续气化法。双层壳体（

29、内外两层厚刚筒间形成水夹套，可引出供气化炉使用）；设有煤分布器和搅拌器（破黏）；塔节型炉箅且设有破渣装置（气化剂均匀分布）；工艺流程煤气带出有废热回收的制气工艺流程：P179图5-365.加压液态排渣气化炉基本原理 仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内排出（消除了结渣对炉温的影响）气化炉概况及其结构液态排渣气化炉主要特点：灰渣呈熔融液态排出；特殊的排灰机构（英国煤气公司把工业鲁奇炉炉篦部分去掉，装上氧蒸气下倾斜嘴，气化剂喷入使温度为1500，使灰渣形成流动的熔渣。熔渣通过位于中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）；炉体为钢制外壳（内砌耐火砖，再衬碳化硅）；喷嘴外部设水夹套；排渣口材质为硝基硅酸盐或碳化硅（抗熔渣侵蚀）；加压液态排渣气化炉的优缺点优点：a.气化炉生产能力提高34倍；b.水蒸气分解率大为提高，后系统的冷凝液量大为减少；c.煤气带出物减少；煤气出口温度低；d.煤气中CO和H2组分提高25%左右，煤气热值提高；e:降低了煤耗；f:改善了环境污染；缺点：a炉衬材质要求高；b:熔渣池结构和材质技术性强；c:氧耗高。鲁尔-100加压气化炉概况