煤气发生炉工作原理与结构pdf

  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。其最大的作用为： 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，气化剂温度上升。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+O →CO+97650 大卡。 2 2 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。赤热的碳有着非常强的夺取氧化物 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+C→2CO+38790 大卡，H O+C→H+CO+28380 大卡， 2 2 2H O+C→CO+2H +17970 大卡。 2 2 2 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， 2 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 有相对来说比较稳定之层高。 （6 ）空层：空层即燃料层上部，炉体内的自由区，其最大的作用是汇集煤气。 也有的同志认为：煤气在空层停留瞬间，在炉内温度比较高时还有一些副反应发 生，如：CO 分解、放出一些炭黑： 2CO→CO+C 以及 2H O+CO→CO+H 。 2 2 2 2 从上面六层简单叙述，我们大家可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是很复杂 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为复杂了，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，按不一样的部位分述如下： 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。 3 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、H 、 2 CH ）、气态烷烃类化合物（C H ）、H S、不可燃气体成分（CO 、N 、O ）以 4 m n 2 2 2 2 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 C H ，煤气热值也较 m n 高；气化无烟煤时，CO 和 CH 含量都较气化烟煤时要低，煤气热值也即较低； 4 气化褐煤时，CO 含量较低，但 H 和 CH 相对也要高一些，煤气热值也较高， 2 4 3 但是，褐煤的气化产率较低，仅为 2Nm /kg(煤)左右，而气化烟煤或无烟煤时， 3 气化产率可达 3～3.5Nm /kg(煤) 。 表 1 几种煤气化时煤气组成及煤气热值 煤气气体组成 煤气热值 煤种 CO H CH C H O CO N MJ/Nm3 2 4 m n 2 2 2 无烟煤 25-30 15-18 0.5-1.5 — 0.1-0.3 4-8 49-51 5.23-5.86 烟煤 28-31 12-16 1.5-3 0.1-0.3 0.1-0.3 4-6 48-50 5.86-6.70 褐煤 24-26 17-19 3-3.5 — 0.1-0.5 6-8 46-48 6.07-6.28 2、煤气中的H S 2 煤气中的 H S 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% 2 以H S 状态转入煤气中，20% 的硫分残留在灰渣中。 2 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 4 3 态下每 m 干煤气中含焦油量为 0.01～0.02kg 。 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 3 水分，一般来说，气化烟煤、无烟煤时煤气中的水分约为 0.06kg/Nm ，而气化 3 褐煤时，煤气中的水分较高，可达 0.13～0.27kg/Nm 。 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），它与煤的耐热性、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、煤层厚薄等因素相关，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 3 煤气中含量[g/m (标准)] 燃料 煤气温度(℃) 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 390～680 40～100 70 4～25 10 — — 烟煤 600～680 70～100 80 11～17 15 8～15 10 褐煤 110～330 160～288 220 11～22 16 7～29 15 泥煤 70～120 260～520 440 — 15 18～51 37 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、、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。 5 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。工艺流程 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

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