1、2022年8月17日星期三第三章煤的气化第三章煤的气化煤的成因煤的成因 p包括以下进程：包括以下进程：p泥炭化作用。现在等植物遗体在沼泽中堆积，泥炭化作用。现在等植物遗体在沼泽中堆积，在有水存在和微生物参与下，经过火解、化合等复在有水存在和微生物参与下，经过火解、化合等复杂的生物化学变化，构成泥炭杂的生物化学变化，构成泥炭(泥煤泥煤)。泥炭化阶段。泥炭化阶段主要是植物残骸的菌解进程。当原始物质为高等植主要是植物残骸的菌解进程。当原始物质为高等植物和浮游生物时那么构成腐泥，称为腐泥化作用。物和浮游生物时那么构成腐泥，称为腐泥化作用。p成岩作用。外地壳下沉时，泥炭和腐泥的上部成岩作用。外地壳下沉时
2、，泥炭和腐泥的上部为堆积物所掩盖，在温度、压力的影响下，经过压为堆积物所掩盖，在温度、压力的影响下，经过压密、脱水、胶结和其他化学变化，区分变为褐煤和密、脱水、胶结和其他化学变化，区分变为褐煤和腐泥煤。腐泥煤。p蜕变作用。由于地壳的运动，褐煤层上部顶板逐渐加蜕变作用。由于地壳的运动，褐煤层上部顶板逐渐加厚，受地压、地温增高的影响，经过复杂的物理化学作用，厚，受地压、地温增高的影响，经过复杂的物理化学作用，促使煤质变化，由褐煤变成烟煤、无烟煤。成岩和蜕变是促使煤质变化，由褐煤变成烟煤、无烟煤。成岩和蜕变是煤化作用的两个阶段。按成煤的原始物质不同可将煤分为煤化作用的两个阶段。按成煤的原始物质不同可
3、将煤分为腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤和残植煤。腐植煤由初等植腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤和残植煤。腐植煤由初等植物所构成，包括泥炭泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤，其物所构成，包括泥炭泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤，其探明储量和产量均占各类煤的主要位置。腐植煤中以角质探明储量和产量均占各类煤的主要位置。腐植煤中以角质层、树脂、孢子、花粉等动摇组分为主的称残植煤。腐泥层、树脂、孢子、花粉等动摇组分为主的称残植煤。腐泥煤主要由藻类和浮游生物等构成，如藻煤、胶泥煤。油页煤主要由藻类和浮游生物等构成，如藻煤、胶泥煤。油页岩那么是一种含矿物质高的腐泥煤。腐植腐泥煤的原始物岩那么是一种含矿物质高的腐泥煤。腐植腐泥煤的原始物
4、质，既有初等植物，也有高等植物，如烛煤。质，既有初等植物，也有高等植物，如烛煤。煤的组成煤的组成p煤是由多种结构方式的无机物或称煤素煤是由多种结构方式的无机物或称煤素质，与大批种类不同的无机物或称矿物质，与大批种类不同的无机物或称矿物质组成的混合物。煤的组成通常指煤的岩质组成的混合物。煤的组成通常指煤的岩相组成和化学组成。相组成和化学组成。p岩相组成岩相组成 p煤由各种类型的煤岩组成。每种类型的煤岩又由煤由各种类型的煤岩组成。每种类型的煤岩又由各种煤素质所构成。各种煤素质所构成。p用肉眼或缩小镜观察，可以区分煤中的微观煤岩用肉眼或缩小镜观察，可以区分煤中的微观煤岩成分，普通分为镜煤、亮煤、暗煤
5、和丝炭。成分，普通分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。p大批无机显微组分。大批无机显微组分。p将煤制成薄片或光片，用显微镜在透射光或反射将煤制成薄片或光片，用显微镜在透射光或反射光下观察显微煤岩组分，无机显微煤岩组分煤素光下观察显微煤岩组分，无机显微煤岩组分煤素质可分为质可分为:p镜质组分，或称凝胶化组分，它来源于植物的镜质组分，或称凝胶化组分，它来源于植物的木质局部，同其他组分相比，它是均质的，是构成木质局部，同其他组分相比，它是均质的，是构成煤无机质的主要局部煤无机质的主要局部;p丝炭化组分，又称惰性组分，是植物湮没进程丝炭化组分，又称惰性组分，是植物湮没进程中木质纤维组织遭到氧化和炭化后保管下的
6、局部，中木质纤维组织遭到氧化和炭化后保管下的局部，对化学作用和热具有惰性对化学作用和热具有惰性;p动摇组分，包括植物残存的花粉、孢子、角质动摇组分，包括植物残存的花粉、孢子、角质层、木栓、树皮、树脂质较多的局部，是化学动摇层、木栓、树皮、树脂质较多的局部，是化学动摇性较强的组分。性较强的组分。p化学组成化学组成 p煤的化学组成可经过化学剖析来了解。煤的化学组成可经过化学剖析来了解。p煤中无机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、煤中无机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。它们以结构十分复杂的大分子方式氮和硫等元素。它们以结构十分复杂的大分子方式存在，这些煤的无机质大分子是由许多结构相似
7、的存在，这些煤的无机质大分子是由许多结构相似的单元所组成；单元的中心是缩合水平不同的芳环，单元所组成；单元的中心是缩合水平不同的芳环，还有一些脂肪环和杂环，环间由氧桥或次甲基桥衔还有一些脂肪环和杂环，环间由氧桥或次甲基桥衔接而构成大分子；环上侧链有烷基、羟基、羧基或接而构成大分子；环上侧链有烷基、羟基、羧基或甲氧基等。甲氧基等。p煤中无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等，煤中无机质元素主要是硅、铝、铁、钙、镁等，它们以蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物方式存它们以蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物方式存在，还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等。在，还有黄铁矿、方解石、白云石、石英石等。p煤的工业剖
8、析主要包括水分、挥发分、煤的工业剖析主要包括水分、挥发分、灰分和固定碳的测定，它是评价煤的一项重灰分和固定碳的测定，它是评价煤的一项重要目的。要目的。p 煤的性质煤的性质 通常指煤的物理性质、化学性质和通常指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。这些性质都与成煤的原始物质、聚积环工艺性质。这些性质都与成煤的原始物质、聚积环境、地质条件和煤化水平有关。境、地质条件和煤化水平有关。p煤的物理性质煤的物理性质 主要包括煤的密度、外表性质主要包括煤的密度、外表性质湿润性、外表积、孔隙度、光学性质湿润性、外表积、孔隙度、光学性质(折射率、折射率、反射率反射率)、电性质电导率、介电常数、磁性质、电性质电导率、
9、介电常数、磁性质、热性质比热容、热导率、热动摇性和机械性质热性质比热容、热导率、热动摇性和机械性质硬质、脆度、可磨性。硬质、脆度、可磨性。p煤的化学性质煤的化学性质 是指煤与各种化学试剂在一定是指煤与各种化学试剂在一定条件下发作化学反响的性质，以及煤用不同溶剂萃条件下发作化学反响的性质，以及煤用不同溶剂萃取的性质。取的性质。煤的工艺性质煤的工艺性质p包括：包括：p粘结性。指烟煤在受热时本体粘结或与粘结性。指烟煤在受热时本体粘结或与外加惰性物质粘结的才干，它是评价工业用外加惰性物质粘结的才干，它是评价工业用煤特别是炼焦煤的主要目的。实验室测定方煤特别是炼焦煤的主要目的。实验室测定方法有粘结指数、
10、坩埚收缩序数、罗加指数等。法有粘结指数、坩埚收缩序数、罗加指数等。p结焦性。指在模拟工业焦炉条件下，或结焦性。指在模拟工业焦炉条件下，或在半工业性实验焦炉内，煤结成焦炭时的功在半工业性实验焦炉内，煤结成焦炭时的功用，实验室测定方法有奥亚收缩度、胶质层用，实验室测定方法有奥亚收缩度、胶质层指数、葛金焦型等。指数、葛金焦型等。p发热量。指单位质量的煤在完全熄灭时放出的发热量。指单位质量的煤在完全熄灭时放出的热量。它是评价燃料煤的主要目的。依据计算时熄热量。它是评价燃料煤的主要目的。依据计算时熄灭产物中水的形状不同，有高位发热量与低位发热灭产物中水的形状不同，有高位发热量与低位发热量之分，包括熄灭生
11、成的水蒸气冷凝潜热的，称为量之分，包括熄灭生成的水蒸气冷凝潜热的，称为高位发热量，不包括水蒸气冷凝潜热的，称为低位高位发热量，不包括水蒸气冷凝潜热的，称为低位发热量。发热量。p反响性。又称活性，是指在一定温度下，煤与反响性。又称活性，是指在一定温度下，煤与不同气体介质如二氧化碳、水蒸气、氧气、氢气作不同气体介质如二氧化碳、水蒸气、氧气、氢气作用的气化反响才干。用的气化反响才干。p热动摇性。指气化、熄灭用煤在加热时块度变热动摇性。指气化、熄灭用煤在加热时块度变化的性质。化的性质。p焦油产率。是评价煤和油页岩炼油适宜焦油产率。是评价煤和油页岩炼油适宜性的目的，通常采用铝甑高温干馏法测定。性的目的，
12、通常采用铝甑高温干馏法测定。p可选性。是反映煤在洗选进程中，除去可选性。是反映煤在洗选进程中，除去其中矿物质的难易水平。它是将各级粒度的其中矿物质的难易水平。它是将各级粒度的煤在不同密度的液体中经浮沉实验而确定的。煤在不同密度的液体中经浮沉实验而确定的。p灰熔点和熔融灰的粘度。将煤灰制成三灰熔点和熔融灰的粘度。将煤灰制成三角锥体，放在高温炉中，在一定气氛下加热，角锥体，放在高温炉中，在一定气氛下加热，观察灰锥外形的变化，从而测定变形温度观察灰锥外形的变化，从而测定变形温度T1、硬化温度硬化温度T2和活动温度和活动温度T3，其中，其中T2表示煤表示煤灰熔点。熔融灰的粘度用高温粘度计测量。灰熔点。
13、熔融灰的粘度用高温粘度计测量。煤的分类方法煤的分类方法p1983年结合国欧洲经济委员会煤炭委员会制定的国际煤分类，将煤分为低煤化度、中等煤化度和高煤化度三类大体上区分相当于褐煤、烟煤、无烟煤，不包括泥炭、油页岩等，提出以镜质组平均随机反射率用偏反光显微镜测定烟煤和无烟煤的镜煤质对光的平均随机反射水平，以区分煤的煤化度、坩埚收缩序数在特制的坩埚中把煤样按规则方法加热，将所得焦块同一组有序号的规范焦块比拟得出相应的序数、枯燥无灰基挥发分产率、惰性组分含量、恒湿无灰基高位发热量及反射率散布特征等六项目的停止编码分类，并确定以恒湿无灰基高位发热量小于24MJ/kg和镜质组平均随机反射率小于0.6的煤为
14、低煤化度煤。p中国1986年国度规范局同意了新的分类方案并以 GB5751-86中国煤炭分类，该规范以反映煤蜕变水平的挥发分产率和表征煤粘结性的粘结指数G值为主要分类目的，以胶质层最大厚度y值和奥亚收缩度b值为区分强粘结煤的辅佐目的，以透光率PM和煤的高位发热量为区分长焰煤和褐煤的辅佐目的。将煤分为十四大类，褐煤、无烟煤各为一类。烟煤分为十二类，包括:长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、13焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤等。此外，褐煤还分为二小类，无烟煤分为三小类。在分类表中还采用数码编号来表示煤的性质，便于应用计算机对煤质实行现代化管理和指点煤的应用。煤的反响p煤临时堆
15、放在空气中容易氧化，甚至招致自燃，煤临时堆放在空气中容易氧化，甚至招致自燃，使发热量、粘结性降低，这种现象称为煤的风化。使发热量、粘结性降低，这种现象称为煤的风化。p煤在氧化剂存在下，经轻度氧化生成腐植酸，深煤在氧化剂存在下，经轻度氧化生成腐植酸，深度氧化生成低分子无机酸，猛烈氧化即熄灭生度氧化生成低分子无机酸，猛烈氧化即熄灭生成二氧化碳、一氧化碳和水；成二氧化碳、一氧化碳和水；p煤在一定氢气压力下加热，会发作氢化反响，使煤在一定氢气压力下加热，会发作氢化反响，使煤添加粘结性和结焦性；煤添加粘结性和结焦性；p在无机溶剂和催化剂存在下加氢，可以失掉液化在无机溶剂和催化剂存在下加氢，可以失掉液化油
16、；油；p和氯、溴等卤素可以起取代反响和加成反响；和氯、溴等卤素可以起取代反响和加成反响；p在碱性介质中水解，可得酚类、碱性含氮化合物；在碱性介质中水解，可得酚类、碱性含氮化合物；p与浓硫酸作用可得磺化煤。与浓硫酸作用可得磺化煤。p煤的转化如干馏、气化、液化，均包括有许多反煤的转化如干馏、气化、液化，均包括有许多反响，如解聚、缩合、氧化、氢化、氢解、氧解等反响，如解聚、缩合、氧化、氢化、氢解、氧解等反响。经过这些进程，可以取得所需求的固态、液态响。经过这些进程，可以取得所需求的固态、液态和气态产物或热能。和气态产物或热能。第第5章章 煤的气化煤的气化p 煤气化是煤与气化剂作用生成气体混煤气化是煤
17、与气化剂作用生成气体混合物的反响进程。目的是将煤转化成可燃气合物的反响进程。目的是将煤转化成可燃气体。煤气化进程包括煤的热解、半焦的气化体。煤气化进程包括煤的热解、半焦的气化等 进 程。煤 气 的 主 要 组 成 为等 进 程。煤 气 的 主 要 组 成 为CO,CO2,H2,CH4,H2O.p从工艺上讲，煤气化往往还包括煤气污染从工艺上讲，煤气化往往还包括煤气污染等工艺。等工艺。一一 概述概述煤气化的基本原理煤气化的基本原理p1.煤气化的化学平衡煤气化的化学平衡p主要化学反响有：主要化学反响有：pO2+C CO2 (1)pCO2+C 2CO (2)pH2O+C CO+H2 (3)p2H2+C
18、 CH4 (4)pCO+3H2 CH4+H2O (5)pCO+H2O CO2+H2 (6)吸热吸热煤气化进程：热解煤气化进程：热解半焦半焦液态、气态产品。液态、气态产品。p虽然以上几反响中主要为放热反响，实际上温虽然以上几反响中主要为放热反响，实际上温度低对平衡有利。但要统筹反响速度，所以必度低对平衡有利。但要统筹反响速度，所以必需有较高温度。需有较高温度。p由热力学平衡关系可以从实际上计算气化气体由热力学平衡关系可以从实际上计算气化气体组成与平衡温度关系。反响组成与平衡温度关系。反响(2)、(3)是吸热反响，是吸热反响，温度高有利生成温度高有利生成CO和和H2。压力高对反响。压力高对反响(4
19、)、(5)有利，所以高压气化可失掉甲烷含量高的高有利，所以高压气化可失掉甲烷含量高的高热值气体。热值气体。表表 熄灭及气化反响热、平衡常数熄灭及气化反响热、平衡常数 放热放热吸热吸热2.2.煤气化动力学煤气化动力学p煤气化进程：热解煤气化进程：热解半焦半焦液态、气态产液态、气态产品。热解是化学反响控制步骤，高温下速度品。热解是化学反响控制步骤，高温下速度较慢。假定在高温下，热解不成效果，但传较慢。假定在高温下，热解不成效果，但传质速度能否跟上又成了关键。质速度能否跟上又成了关键。p反响速率公式：反响速率公式：p碳氧化反响碳氧化反响 2OccCkmdtdn RTEAkaexpp恢复反响恢复反响p
20、由此可以看出，当由此可以看出，当CO2浓度很高时，反响近浓度很高时，反响近似为零级反响；当似为零级反响；当CO2浓度很低时，生成的浓度很低时，生成的CO浓度也很低，反响近似为一级反响。浓度也很低，反响近似为一级反响。p气化进程的水煤气反响的反响速率方程为气化进程的水煤气反响的反响速率方程为p p当当k2CH21时，令时，令k=k1/k2可得可得COCOCOccCKCKCKmdtdn321221 22211HOHCCCkCkmdtdn 22HOHCCCCkmdtdn 3 3 气化进程热平衡气化进程热平衡p由 进 出由 进 出物 料 的 相物 料 的 相互 转 化 可互 转 化 可树 立 物 料树
21、 立 物 料平 衡，经平 衡，经过 物 料 平过 物 料 平衡 以 及 进衡 以 及 进出 物 料 温出 物 料 温度 即 可 停度 即 可 停止 热 平 衡止 热 平 衡计算。计算。图图 9.10一、基本概念 1、气化炉：停止煤炭气化的设备叫气化炉。2、气化炉分类依照燃料在气化炉内的运动状况 移动床(又叫固定床)沸腾床(又叫流化床)气流床熔融床 消费操作压力常压气化炉 加压气化炉 排渣方式 固态排渣气化炉 液态排渣气化炉 一、基本概念空气煤气 混合煤气 水煤气 半水煤气 以空气作为气化剂消费的煤气 以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，消费的煤气 将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸
22、气区分交替送入气化炉内间歇停止消费的煤气气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后，消费的契合分解氨原料气的要求的煤气 4、煤气的种类p煤炭地下气化，就是将埋藏在地下的煤炭停止有煤炭地下气化，就是将埋藏在地下的煤炭停止有控制的熄灭，经过对煤的热作用及化学反响而发生控制的熄灭，经过对煤的热作用及化学反响而发生可燃气体的进程。可燃气体的进程。p其进程集建井、采煤、气化工艺合二为一，将传其进程集建井、采煤、气化工艺合二为一，将传统的物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方统的物理采煤方法转变为无人无设备的化学采煤方法，省去了传统的采煤机械设备和空中气化炉轻巧法，省去了传统的采煤机械设备和空中气化
23、炉轻巧复杂设备。复杂设备。p其消费煤气具有平安性好、投资少、奏效快、污其消费煤气具有平安性好、投资少、奏效快、污染少、效益初等清楚优点，深受世界各国的注重，染少、效益初等清楚优点，深受世界各国的注重，被誉为第二代采煤方法。被誉为第二代采煤方法。在正开采或废弃的煤矿井中可启在正开采或废弃的煤矿井中可启建地下气化炉，由人工掘进的方式建地下气化炉，由人工掘进的方式在煤层中树立起气化巷道，并在进在煤层中树立起气化巷道，并在进气孔底部巷道壁筑起一道密闭墙气孔底部巷道壁筑起一道密闭墙促使定向熄灭煤层，便可将密促使定向熄灭煤层，便可将密闭墙前面的煤炭扑灭。单套炉由气闭墙前面的煤炭扑灭。单套炉由气化通道进气孔
24、、辅佐孔和出气孔组化通道进气孔、辅佐孔和出气孔组成，气化通道于同一煤层内连通各成，气化通道于同一煤层内连通各孔。孔。即采用惯例的油气井钻井技术，钻一口普通的水即采用惯例的油气井钻井技术，钻一口普通的水平井段，与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式平井段，与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、相连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅佐孔和出气孔等组成。将进气孔底部的气化穴煤辅佐孔和出气孔等组成。将进气孔底部的气化穴煤炭扑灭，鼓入汽化剂促使延续气化煤炭，由辅佐孔炭扑灭，鼓入汽化剂促使延续气化煤炭，由辅佐孔鼓入氢气，气化通道内仍有氧化带、恢复带和干馏鼓入
25、氢气，气化通道内仍有氧化带、恢复带和干馏枯燥带出现。此种建地下气化炉技术于国外多采用，枯燥带出现。此种建地下气化炉技术于国外多采用，但国际的辽河油田于但国际的辽河油田于20052005年内成功建起了首座钻年内成功建起了首座钻井式地下气化炉，开创了国际建地下气化炉新阶段。井式地下气化炉，开创了国际建地下气化炉新阶段。但因钻井井径受限，制约着单套炉规模化开采但因钻井井径受限，制约着单套炉规模化开采煤炭地下气化开采能有效地应用矿物动力资源，毕煤炭地下气化开采能有效地应用矿物动力资源，毕竟国际井工可采煤炭含量仅占煤炭资源储量的竟国际井工可采煤炭含量仅占煤炭资源储量的11.43%11.43%，地下气化开
26、采就是有效应用资源的途径。，地下气化开采就是有效应用资源的途径。目前山东、山西、内蒙古、贵州、河南、四川、辽目前山东、山西、内蒙古、贵州、河南、四川、辽宁等地域都在引入煤炭地下气化技术，使报废的宁等地域都在引入煤炭地下气化技术，使报废的煤炭资源失掉充沛应用。煤炭资源失掉充沛应用。煤气组成为：煤气组成为：C02C02：9 91111；COCO：15%15%1919；H2H2：14%14%1717；CH4CH4；1 41 41 5%1 5%；O2O2：0.20.20 03 3；N2N2：53535555。地下气化的概略地下气化的概略煤气化炉原理和分类煤气化炉原理和分类p煤气化方法煤气化方法有多种，
27、气化有多种，气化炉也有多种。炉也有多种。可分为固定床、可分为固定床、沸腾床、气流沸腾床、气流床三种方式。床三种方式。几种气化法和几种气化法和气化炉简图如气化炉简图如图图9.3.9.31.固定床气化炉固定床气化炉p块状原料煤普通用固定床气化炉。在上块状原料煤普通用固定床气化炉。在上部加料，随气化进程停止料层渐渐下降，部加料，随气化进程停止料层渐渐下降，同时气化剂由下向上逆流经过。同时气化剂由下向上逆流经过。p优点：操作费用低、炉总效率高。优点：操作费用低、炉总效率高。p缺陷：热煤气流经煤层时容易将煤加热缺陷：热煤气流经煤层时容易将煤加热使其枯燥，发生焦油和酚混在煤气中，使使其枯燥，发生焦油和酚混
28、在煤气中，使污染困难；关于有粘性的煤，还需设置破污染困难；关于有粘性的煤，还需设置破粘装置；需设置转动炉箅；操作周期短、粘装置；需设置转动炉箅；操作周期短、维修费用大。维修费用大。2.沸腾床气化炉沸腾床气化炉p细煤粉宜用沸腾床气化。细煤粉宜用沸腾床气化。p优点：延续消费、温度优点：延续消费、温度散布平均、温度调理快、散布平均、温度调理快、炉子结构复杂、投资少。炉子结构复杂、投资少。p缺陷：有返混现象、反缺陷：有返混现象、反响温度受原料灰熔点限制、响温度受原料灰熔点限制、不适宜于粘结性煤和好煤。不适宜于粘结性煤和好煤。(3)气流床气化炉气流床气化炉p很细的粉尘煤用气流床气化。很细的粉尘煤用气流床
29、气化。通常煤与气化剂并流进入气化通常煤与气化剂并流进入气化炉。炉。p优点：用粉煤比用块煤价钱优点：用粉煤比用块煤价钱低、不受煤种限制、无焦油酚低、不受煤种限制、无焦油酚等副产物、废水少、可以用加等副产物、废水少、可以用加压气化法提高消费才干。压气化法提高消费才干。p高压气化缺陷：对灰熔点高高压气化缺陷：对灰熔点高的原料煤排渣困难、气化效率的原料煤排渣困难、气化效率较低。由于必需采用很高温度较低。由于必需采用很高温度才干气化。才干气化。原料煤的组成和性质对气化的影响原料煤的组成和性质对气化的影响p水分：水分较高时只适宜用固定床气化法，由于这种方法床内温度水分：水分较高时只适宜用固定床气化法，由于
30、这种方法床内温度高。关于常压气化，水分含量过高会影响煤气的产率和气化效率。高。关于常压气化，水分含量过高会影响煤气的产率和气化效率。p 气化效率：制得的煤气热值与所运用的燃料热值之比，气化效气化效率：制得的煤气热值与所运用的燃料热值之比，气化效率可以反映总能量的有效应用水平。率可以反映总能量的有效应用水平。p 关于加压气化，过量的水分是有益处的，气化速度较快，煤关于加压气化，过量的水分是有益处的，气化速度较快，煤气质量也较好。气质量也较好。p灰分：将一定量的煤样在灰分：将一定量的煤样在800的条件下完全熄灭，剩余物即。灰的条件下完全熄灭，剩余物即。灰分分p 灰分越低越好，灰分高添加交通费用，对
31、气化进程有许多不利灰分越低越好，灰分高添加交通费用，对气化进程有许多不利的影响。如：降低气化效率，碳损耗量增大，各项消耗目的均增大，的影响。如：降低气化效率，碳损耗量增大，各项消耗目的均增大，净煤气产率下降等。净煤气产率下降等。p 关于加压气化，可允许较高的灰分含量，灰分含量达关于加压气化，可允许较高的灰分含量，灰分含量达55%不至不至于影响消费的正常运转。于影响消费的正常运转。p挥发组分：容易挥发组分首先反响或许混入发生的煤气中，影响煤挥发组分：容易挥发组分首先反响或许混入发生的煤气中，影响煤气化进程和气化结果。总的来说，挥发组分多，固定气化进程和气化结果。总的来说，挥发组分多，固定C就低，
32、煤的热就低，煤的热值低。值低。p硫分：煤在气化时硫分：煤在气化时80%85%的硫以的硫以H2S和和CS2的方的方式进入煤气，煤气中硫含量越高，前面工段脱硫的担负式进入煤气，煤气中硫含量越高，前面工段脱硫的担负就越重。就越重。p粒度粒度:煤的粒度可分为小于煤的粒度可分为小于6mm的粉煤、小块和中块，的粉煤、小块和中块，机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎机械化采煤粉煤含量高。褐煤易风化裂碎,粉煤量较大。粉煤量较大。p流化床气化可用粒度小于流化床气化可用粒度小于6mm的煤；气流床用细粉煤；的煤；气流床用细粉煤；固定床用块煤。固定床用块煤。p粘结性：粘结性煤在加热到粘结性：粘结性煤在加热到35045
33、0C时就构成胶质时就构成胶质体，发作硬化、熔融，有液相产物与煤粘在一同，析出体，发作硬化、熔融，有液相产物与煤粘在一同，析出挥发物固化后构成块状焦炭。这种煤气化时需求破粘措挥发物固化后构成块状焦炭。这种煤气化时需求破粘措施。由于有粘结性，所以用它作焦化原料特别好，普通施。由于有粘结性，所以用它作焦化原料特别好，普通不用于气化。不用于气化。5.2移动床气化法及其典型的气化炉移动床气化法及其典型的气化炉p1.常压气化常压气化p用空气和水蒸气作气化剂，消费低热值用空气和水蒸气作气化剂，消费低热值的发作炉煤气作工业用煤气。用块状煤，的发作炉煤气作工业用煤气。用块状煤，固态排渣。气化炉常为圆形，下有转动
34、炉固态排渣。气化炉常为圆形，下有转动炉箅，燃料从上部参与，气化剂由下向上逆箅，燃料从上部参与，气化剂由下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤枯燥、干馏、流导出。炉内从上到下分为煤枯燥、干馏、气化、熄灭层。气化、熄灭层。p2.鲁奇加压气化鲁奇加压气化p加压气化与常压气化的不同只是操作压加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同，煤的顺应范围不同，操作进程和力不同，煤的顺应范围不同，操作进程和炉结构都迥然不同。炉结构都迥然不同。5.2.1 移动床气化法概述移动床气化法概述p加压气化优点：能耗低、煤气热值高。加压气化优点：能耗低、煤气热值高。p进程：粒度进程：粒度530mm的煤间歇参与炉内，但炉的煤间歇参
35、与炉内，但炉内布料器上存煤多，煤进入炉膛熄灭区是延续的。内布料器上存煤多，煤进入炉膛熄灭区是延续的。炉内设有破粘装置。炉内设有破粘装置。p煤气化压力约煤气化压力约3MPa,水蒸气和氧气由转动炉箅水蒸气和氧气由转动炉箅进入气化炉，生成的煤气由上部引出，灰渣经下进入气化炉，生成的煤气由上部引出，灰渣经下部灰箱排出。煤粒在炉内从上到下移动经过枯燥部灰箱排出。煤粒在炉内从上到下移动经过枯燥层、热解层、气化层、熄灭层。层、热解层、气化层、熄灭层。p鲁奇加压气化炉及鲁奇加压气化流程如以下图：鲁奇加压气化炉及鲁奇加压气化流程如以下图：图图 9.4图图 9.5加压气化主要操作进程加压气化主要操作进程p气化气化
36、除尘除焦油除尘除焦油变换变换洗濯洗濯p变换目的：发作变换反响调理变换目的：发作变换反响调理CO/H2、提高、提高H2的比例、提高煤气热值。的比例、提高煤气热值。p洗濯目的：除去洗濯目的：除去H2S等有害气体或惰性组分。等有害气体或惰性组分。p脱酚：回收酚。脱酚：回收酚。p不同煤种的煤气化产率不同煤种的煤气化产率p烟煤：加压对煤气产率不利。缘由：高压时发生烟煤：加压对煤气产率不利。缘由：高压时发生CH4多，多，CO、H2少。少。p泥炭和褐煤：高温时加压产率低，高温时加压产泥炭和褐煤：高温时加压产率低，高温时加压产率高。缘由：低级煤含率高。缘由：低级煤含C量少，加压可使气化更完量少，加压可使气化更
37、完全。全。图图 9.6图图 9.7 煤反响才干煤反响才干p一个典型煤反响速率常数与温度关系如一个典型煤反响速率常数与温度关系如9.8.p通常状况下随温度降低反响速率是上升的。但是在通常状况下随温度降低反响速率是上升的。但是在600700C 之间有异常。其加热反响速率大约为恒温之间有异常。其加热反响速率大约为恒温600C的的3倍，为倍，为700C的的2倍。缘由是反响温度较高时倍。缘由是反响温度较高时热解反响猛烈有中间产物和其它副反响发作，关系复热解反响猛烈有中间产物和其它副反响发作，关系复杂。杂。图图 8鲁奇加压气化法特点鲁奇加压气化法特点p优点：物料逆流操作、氢耗低、优点：物料逆流操作、氢耗低
38、、C含量恒定，动力含量恒定，动力学条件好，气体作分解气时紧缩费用低。学条件好，气体作分解气时紧缩费用低。p缺陷：煤的粒度要求严厉，粒度小的煤可使消费才缺陷：煤的粒度要求严厉，粒度小的煤可使消费才干下降；需求处置发生的高温干馏气体；水蒸气转化干下降；需求处置发生的高温干馏气体；水蒸气转化率低，只要率低，只要3040%.p水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。p用出炉粗煤气用出炉粗煤气(含有水蒸气含有水蒸气)与热粗煤气发作变换反与热粗煤气发作变换反响，可以增加水蒸气的消耗。响，可以增加水蒸气的消耗。p鲁奇加压气化法的消耗目的见表鲁奇加压气化法的消耗目的见表9.
39、4.液态排渣加压气化法液态排渣加压气化法p炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如图炉的上部与鲁奇法一样，下部不同。结构图如图9.9.p特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣延续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰箱排出。延续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰箱排出。因此发生的废水少、因此发生的废水少、COH2可在较宽范围内调理，可在较宽范围内调理，煤气适宜作分解气。煤气适宜作分解气。p物料平衡、热量平衡数据如图物料平衡、热量平衡数据如图10.9p每平方英寸面积上有256个眼,每一个眼就叫一目。所以目数越大,眼就越小。鲁尔鲁尔100加压气化炉
40、加压气化炉p特点：操作压力更高特点：操作压力更高10MPa.甲烷含量清楚添加，甲烷含量清楚添加，氢含量增加。氢含量增加。p耗氧量、气化效率与压力的关系如图耗氧量、气化效率与压力的关系如图9.11.9.11煤气发作炉目前，国际普遍运用的有3M-13型(即3A-13型)、3M-21型(即3A-21型)、w-G、uGI及两段式气化炉。这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、除灰装置和水夹套等。为扩展气化用煤种类，有的炉内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内散布平均，采用不同的炉算。总体来看，各种类型的移动床炉型结构区别不大，为满足不同用户的需求。普通有炉径1000mm、1500mm、2000mm，3
41、000mm等规格，承煤气炉普通有炉径 1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、3000mm等。3M-21型移动床混合煤气发作炉3M-2l型气化炉的主体结构由四局部组成炉上部有加煤机构下部有除灰机构中部为炉身气化剂的入炉装置加煤机构的作用是将料仓中一定粒度的煤经相应部件传进，能基本坚持煤的粒度不变，平安宁量地送入气化炉内。加煤机构必需具有好的密封性，适当的传送距离，不挤压煤料而惹起颗粒的破碎。3M一21型的加煤机构主要是由一个滚筒、两个钟罩和传动装置组成。l滚筒用来完成煤的定量参与，上钟罩接受滚筒落入的煤。l上下钟罩是交替开闭，当上钟罩翻开时，下钟罩与炉体断开从而使煤料入炉。l散
42、布锥保证煤料在整个炉膛截面上平均散布，不能出现离析现象，即大颗粒煤在周围，而小颗粒煤在中间，能够出现中间高而周围低的不良状况。上设探火孔、水夹套、耐火衬里等主要局部。l探火孔的主要作用是在煤料的扒平、捅渣时经过它来停止，也经过探火孔用钎子测炉内气化层的温度、厚度等。l探火孔由孔塞、孔座及喷气环等主要局部构成。对探火孔的要求是密封性要好，不能使煤气外泄。l喷气环的作用是在翻开探火孔时，为防止煤气外泄着火，从喷气环喷出的高压水蒸气斜向进入炉内空间上部，在探火孔处构成一层隔离水蒸气气幕，防止煤气外泄和空气进入炉内。通入的蒸汽表压大于等于0.4MPa，蒸汽量不能太大以防将空气带人气化炉内惹起爆炸。水夹
43、套是炉体的重要组成局部，由于强放热反响使得氧化段温度很高，普通在1000以上。加设水夹套的作用一是回收热量，发生一定压力的水蒸气供气化或探火孔汽封运用；另一方面可以防止气化炉局部过热而损坏。夹套水必需用硬化水，特殊状况可暂时用自来水替代但时间不宜太长以防在夹套壁上构成水垢影响传热。碎渣圈位于炉体底部，下面与水套固定，下部有6把灰刀，内壁呈渡纹型。当炉箅和灰盘转动时，碎渣圈不动，可使大块灰渣遭到挤压和剪切而碎裂，并下移。当灰渣移到小灰刀处，即被灰刀刮到灰盘。碎渣圈的另一作用是和灰盘外套构成水封装置，做炉底密封用。炉顶耐火衬里和水夹套上部耐火衬里的主要作用是维护炉身钢制外壳，防止因高温变形烧坏。耐
44、火衬里也可以防止热量流失太大，炉体外部温度太高，操作条件好转。耐火衬里的缺陷是容易挂渣，为防止挂渣，可以采用全水套炉身结构 除灰结构的主要部件有炉算、灰盘、排灰刀和风箱等。炉箅的主要作用作用是支撑炉内总料层的重量，使气化剂在炉内平均散布，与碎渣圈一同对灰渣停止破碎、移动和下落。它由四或五层炉箅和炉箅座堆叠后用一长杆螺栓固定成一全体，然后固定在灰盘上。每两层炉算之间及最后一层炉箅和炉箅座之间开有布气孔，每层的布气量经过实验来确定。装置时炉箅全体的中心线和炉体的中心线偏移150mm左右的距离，可以防止灰渣卡死。详细结构如图412所示。灰盘是一敞口的盘状物，起储灰、出灰和水封的作用。灰盘内壁普通焊有
45、斜钢筋，便于灰渣上移至灰槽。灰盘固定在大齿轮上，大齿轮装在钢球上，由电动机经过蜗轮、蜗杆带动大齿轮转动。以灰盘转速来调理出灰量和料层高度，灰盘转速在0.177；1.77r/h。详细转速应依据煤的灰分产率、气化强度、操作条件等实践状况来确定。3M-21型气化炉不带搅拌破黏装置，可以用来气化无烟煤、焦炭等无黏结性煤种。3M-13型移动床混合煤气发作炉3M-13(3A-13)型煤气发作炉装有破黏装置，既能气化弱黏结性的煤如长焰煤、气煤等，又能气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料，消费的煤气可以用来作为燃料气。3M-13型煤气发作炉的结构如图4-13所示炉顶盖上设有8个探火孔，用于探测炉内温度和反省气化层的
46、散布状况，也可以实施捣炉操作。水夹套可以发生约0.07MPa的压力。3M-13型和3M-21型的结构及操作目的基本相反，不同的是加煤机构和破黏装置。.UGI型水煤气发作炉 水煤气发作炉和混合煤气发作炉的结构基本相反，普通用于制造水煤气或作为分解氨原料气的加氮半水煤气，代表性的炉型当推UGI型水煤气发作炉。水煤气消费原料用焦炭或无烟煤，燃料从炉顶参与，气化剂从炉底参与，灰渣主要从炉子的两侧进入灰瓶，大批细灰由炉箅缝隙漏下进入炉底中心的灰瓶内。.UGI型水煤气发作炉1-支柱；2-炉底三通圆门；3-炉底三通；4-长灰瓶；5-短灰瓶；6-灰斗圆门；7-灰槽；8-灰犁；9-圆门；10-夹层锅炉放水管；1
47、1-破碎板；12-小推灰器；13-大推灰器；14-宝塔型炉条；15-夹层锅炉入口；16-保温层；17-夹层锅炉；18-R型衔接板；19-夹层锅炉平安阀；20-耐火砖；21-炉口维护圈；22-探火装置；23-炉口座；24-炉盖；25-炉盖平安连锁装置；26-炉盖轨道；27-气出口；28-夹层锅炉出气管；29一夹 层锅炉野液位警报器；30-夹层锅炉进水管；31-试火管及试火考克；32一内灰盘33-外灰盘；34-角钢 挡灰圈；35-我蜗杆箱小气门；36-蜗杆箱小方门；37一蜗杆；38-蜗轮；39-蜗杆箱灰瓶；40-炉底壳；41-热电偶接收；42-内刮灰板；43-外刮灰板.UGI型水煤气发作炉制造水煤
48、气的关键是水蒸气的分解，由于水蒸气的分解是吸热反响，普通采用的方法是熄灭局部燃料来提供。间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个进程组成的。在实践消费进程中，还包括一些辅佐进程，共同构成一个任务循环，如图4-17所示。第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高燃料层的温度，空气由阀门燃料层的温度，空气由阀门1进人发作进人发作炉，熄灭后的吹习尚由阀门炉，熄灭后的吹习尚由阀门4、5后经过后经过烟囱排出，或去余热回收系统。烟囱排出，或去余热回收系统。第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1封封锁，阀门锁，阀门2翻开，水蒸气由发作炉
49、下部翻开，水蒸气由发作炉下部进入，将剩余吹习尚经阀门进入，将剩余吹习尚经阀门4、5排至烟排至烟囱，以免吹习尚混入水煤气系统，此阶囱，以免吹习尚混入水煤气系统，此阶段时间很短。如不需求失掉纯水煤气时，段时间很短。如不需求失掉纯水煤气时，例如制取分解氨原料气该阶段也可取例如制取分解氨原料气该阶段也可取消。消。第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门门2进入发作炉底部，在炉内停止气化反响，进入发作炉底部，在炉内停止气化反响，此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制得的水煤气经阀门得的水煤气经阀门4、6(阀门阀门5封锁封
50、锁)后，进入水后，进入水煤气的污染和冷却系统，然后进入气体储罐。煤气的污染和冷却系统，然后进入气体储罐。第四阶段为下吹制气阶段：封锁阀门第四阶段为下吹制气阶段：封锁阀门2、4，翻，翻开阀门开阀门3、7，水蒸气由阀门，水蒸气由阀门3进入气化炉后，进入气化炉后，由上而下经过煤层停止制气，制得的水煤气经由上而下经过煤层停止制气，制得的水煤气经过阀门过阀门7后由阀门后由阀门6去污染冷却系统。该阶段使去污染冷却系统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。燃料层温度趋于平衡。第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路途同第三阶段。主要作用是置与气流路途同第三阶段。主要作用是将炉底
