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煤气发生炉工作原理与煤气发生炉煤气成分

发布日期:2012-11-20 08:48
 

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。这样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+O2→CO2+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+C→2CO+38790大卡 H2O+C→H2+CO+28380大卡 2H2O+C→CO2+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: 2CO→CO2+C 以及2H2O+CO→CO2+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。 

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。

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3~3.5Nm3/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

CO

H2

CH4

CmHn

O2

CO2

N2

MJ/Nm3

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0.01~0.02kg。
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0.13~0.27kg/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

390~680

600~680

110~330

70~120

40~100

70~100

160~288

260~520

70

80

220

440

4~25

11~17

11~22

10

15

16

15

8~15

7~29

18~51

10

15

37

 

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