发生炉内的气化原理

果橙周日十月 16, 2011 10:55 pm

发生炉内的气化原理
一、两段炉结构
两段式发生炉的炉体呈圆筒型，外壳为钢板，壳内上段用耐火砖砌成炉膛，下段由钢板焊接成水夹套产生煤气炉自身与站内伴热用水蒸汽。在发生炉的上方设有加煤口，煤块由此投入炉内，下部有炉栅支撑整个燃料层，当蒸汽与空气混合形成气化剂后从炉栅下面送入后，在燃料层进行气化反应后生成煤气，一部分煤气不断向上运动，最后通过煤层上方的顶部煤气出口逸出，另一部分煤气通过炉膛外壁耐火砖砌成环行通道和不锈钢耐热中心管后，从底部煤气出口逸出，这两股煤气在炉膛内流动时依靠自身热量对新加入炉膛内煤块加热，将煤块内水分与挥发分物质进行气化，最后气化状蒸汽从顶部煤气出口逸出。煤块在发生炉内不断消耗而下移，成为灰渣落在炉栅上面，最后通过水封灰盆等断续清除除去。
根据煤在发生炉内的变化，发生炉一般分为空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层和灰层，为便于分析，可将还原层分为第一还原层和第二还原层，但对于实际情况是很难区分的。
气化剂由发生炉下部送风口入炉后，首先通过炉栅上的灰渣层。由于灰渣温度较高，气化剂在此受到预热。然后气化剂继续向上运动进入正在燃烧的氧化层，此时，煤中的碳与气化剂中的氧进行反应生成CO2和少量的CO。气化剂中的蒸汽在与氧化层生成的CO2等气体一起上升，在还原层中遇到炙热的碳，CO2被还原成CO，蒸汽被还原成H2。由于氧化层和还原层是燃料气化的主要区域，所以习惯上统称为气化层，一部分热气继续上升，加热上层的燃料，使燃料进行干馏，该层即为干馏层，该层下部的燃料为干馏产物半焦或焦炭。干馏气与上升的热气体相互混合，即为发生炉煤气，煤气经过最上面的干燥层，将燃料预热并干燥，最后进入空层，从顶部煤气出口逸出。另一部分气化层产生气体，通过炉体上段耐火砖砌成环行通道与不锈钢中心管向上流动，借助物体传热对炉内燃料进行干馏、干燥，在流经炉体侧管调节阀后从底部出口逸出。
上述气化过程中，煤气和燃料相对而行。这种方式充分利用煤气的显热对燃料进行干燥和预热，利用灰渣的显热预热气化剂，从而提高了发生炉的热效率，燃料这的挥发分不经过高温区进行分解，这对提高煤气的发热量很有好处。实际生产中燃料层的分层情况并不十分明显，层与层之间相互参差不齐，气化反应也不是在各层中截然分开的进行。划分各层的目的是为了研究方便。

二、煤气质量
煤气质量指标指煤气的组成和发热量，组成CO、H2、CH4、C2H4为可燃组分，N2为惰性组分，CO2、H２S等为杂质。煤气的组成取决于煤的种类和气化情况，通常用可燃气体的含量来衡量煤气质量的好坏。可燃气体含量高，则发热量高；煤的挥发分含量高，则由此制得的煤气发热量也高。但煤气发热量并不与挥发分含量成比例的增加，这是因为挥发分的成分不同所致。所以用不同的煤进行气化，所得煤气的组成是有差别的。

三、气化强度
在单位时间内，发生炉内横截面上所气化的煤量，称为气化强度，常用ｋｇ／m2 ×h。生产能力指的是整个发生炉在单位时间内所气化的总的煤量，即气化强度乘上发生炉横截面，在工厂里常称为化煤量。
气化强度高，则生产能力强，其设备效能就愈好。影响气化强度的因素较多，不同品种的煤有不同的气化强度，而同样的煤在不同结构的发生炉中气化，也得到不同的气化强度。所以发生炉结构和煤种与气化强度有关。在实际生产中，要充分挖掘发生炉的生产潜力，找出适宜的气化强度，建立正常的气化过程。

四、灰分和结渣性
煤的灰分含量愈低愈好。灰分高则可燃组成分含量低，机械排渣强度大，同时也增加了由灰分带走的热损失。灰分过高的煤在气化过程中，会出现煤料部分表面被灰分覆盖的现象，使得气化反应的有效面积减小，降低了煤的反应能力。
灰分软化温度影响着气化反应的温度。如果灰分软化温度低，就不能在氧化层维持高温，从而煤就不能获得较高的反应速度。一旦氧化层的温度超过灰分软化温度，就会产生熔渣结块，造成气化剂在燃料层截面分布不均匀，以减少气化反应的面积，降低了气化效率。灰分软化温度很低的煤，必须在液态排渣式发生炉中气化。在气化过程中防止灰分结渣，氧化层温度通常保持在1100―1300℃。

五、水分、挥发分和硫分
煤中的水分通常在干燥层中被蒸发。少量的水分对生产影响不大，但水分过高时，会使上层燃料加热不匀，从而引起床层局部地区阻力不均。含水分较高的煤料，其干燥时间会延长，为此要增加干燥层还干馏层的高度，使的还原层的厚度降低，影响CO2和蒸汽的充分还原。总之，煤中的水分愈低愈好，一般不超过8％。为稳定气化过程和保证煤气质量，必要时可将煤预先干燥，然后再加入发生炉中进行气化。
挥发分中的主要成分是CH4和CｎHｍ。挥发分高的煤，其发热量也高，但热稳定性和机械强度较差。各种煤的挥发分含量差别极大，以下列次序递减：

泥煤＞褐煤＞烟煤＞无烟煤＞焦炭

挥发分中H2S的发热量较高，为23380ｋJ/Nｍ３。煤中所含硫的70―８０％将形成H2S，H2S燃烧后生成SO2。硫化物不仅腐蚀管道和设备，对操作条件和环境也不利。其余的硫转入灰渣，使得灰渣软化温度降低。通常要求煤的含硫量＜2％。

六、煤的反应性：
煤的反应性也称煤的活性，指在一定的高温条件下，煤与O2、CO2或蒸汽相互作用的反应能力。表示煤的反应性的方法很多，我国目前采用的是用CO2与煤焦进行反应，以CO2还原率来表示煤的反应性。对CO2还原率越高的煤，反应性越强，即反应能力越强。
反应性强的煤可使发生炉有较好的煤气质量，还可以在较低温度下进行气化，从而防止灰分结渣，如果煤的反应性较低，就必须在较高温度下气化才能保证煤气质量。
煤的反应性主要与煤的变质程度有关，生成年代短的煤，其反应性比生成年代久的煤强。褐煤比烟煤反应性强，而烟煤又比无烟煤反应性强。生成的焦炭越疏松多孔，其反应性越好。

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