煤氣發(fā)生爐用煤指標(biāo)

1、根據(jù)建設(shè)單位提供資料要求，結(jié)合二段式煤氣發(fā)生爐對(duì)氣化用煤之要求，本工程選用神木煤、大同煤、內(nèi)蒙包頭煤、作為氣化用原料煤。本設(shè)計(jì)以大同煤為基準(zhǔn)。煤質(zhì)分析如下：水份：4.9灰份：8揮發(fā)份：28固定碳：43.8煤氣爐用煤的主要質(zhì)量指標(biāo) 編號(hào)項(xiàng) 目標(biāo)準(zhǔn)1粒度2040；2550；3060mm2最大粒度與最小粒度之比23塊煤限下率（% ）104含矸率（%）25干基揮發(fā)分Vd（%）206干基灰分Ad（%）187干基全硫分Std（%）28灰熔融性軟化溫度ST（）12509熱穩(wěn)定性TS+6（%）6010抗碎強(qiáng)度（25mm）（%）6011膠質(zhì)層厚度12mm12羅加指數(shù)R.I2013214發(fā)熱量（應(yīng)用基低位）：27

2、MJ/kg煤氣發(fā)生爐用煤指標(biāo)1·水分：煤的水份通常以三種狀態(tài)存在。即游離水，一般由外界條件造成，如雨、雪等；二是結(jié)晶水，是組成煤的分子與水化合而成為結(jié)晶狀態(tài)的水；三是吸附水，是煤本身的空隙形成筆細(xì)血管胡附現(xiàn)象所吸附的水。一般所指煤的水份是指實(shí)驗(yàn)室水份，即在空氣干燥狀態(tài)下的試料，在105溫度下，加熱一小時(shí)所放出的水份，這主要是吸附水。這種水份的含量與煤形成時(shí)間和長(zhǎng)短有關(guān)系，通常泥煤和褐煤含1030%的水份，而煤和無(wú)煙煤的水份在5%以下。煤中的水份不但對(duì)煤運(yùn)輸、破碎、篩分都不利，而且煤的水份直接影響煤的發(fā)熱值，還在氣化中吸收大量的熱量，降低煤氣的溫度，甚至降低還原層的溫度，使煤氣質(zhì)量變壞

3、，CO2含量增加。同時(shí)在干燥層溫度較低時(shí)，氣化煙煤時(shí)干餾層逸出的焦油將會(huì)發(fā)生重新凝聚，而影響發(fā)生爐的透氣性。所以，一般要求煤中的水份不超過(guò)8%。另外，由外界條件造成的游離水，特別是雨天，將嚴(yán)重影響煤的篩分，使大量煤末混入發(fā)爐，使料層透氣變壞，煤氣質(zhì)量下降。故大多數(shù)南方工廠的煤氣站設(shè)置了干煤棚或采取了其它的降低外界水分的措施。2·灰份：煤的灰份是指除去水份、揮發(fā)份外，一切可燃質(zhì)在一定溫度（800上下）完全燃燒后的殘留物。煤礦灰份，主要由二氧化硅（SiO）、三氧化二鋁（AI2O3）、三氧化二鐵（Fe 2O3）、氧化鈣（CaO）和氧化鎂（MgO）等組成。這些礦物質(zhì)由于是由燃燒得來(lái)，故原來(lái)煤

4、中礦物質(zhì)的真實(shí)情況是不同的。在燃燒時(shí)，它們經(jīng)歷了分解、脫水等過(guò)程。煤中的灰份是其原生植物的含有物及及其在形成過(guò)程中從外部滲透沉積而混入的。因此，它的種類(lèi)、數(shù)量以至分布狀態(tài)，由于煤層所在位置、種類(lèi)以及形成過(guò)程的不同而異。往往在同一煤層中，灰份的分布也不均勻。每種煤的灰份含量差別極大，低的僅5%左右，高的可達(dá)30%以上，煤中灰的含量，相對(duì)的降低了煤中有用成分的含量，增加了運(yùn)輸費(fèi)用，降低了使用效果。對(duì)氣化來(lái)講，希望煤的灰分越少越好?；曳指叩拿喊l(fā)熱值低，既妨害氣化劑與碳的接觸，又帶走大量，使?fàn)t子熱效率降低，故一般要求煤的灰分在20%以下為宜。另一個(gè)重要方面是灰份的組成決定了煤的灰熔點(diǎn)，這是發(fā)生爐煤氣能

5、否穩(wěn)定生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。由于某些組分的影響。某些灰熔熱低的煤無(wú)法用于氣化。這一點(diǎn)，讓我們留待后面專(zhuān)門(mén)計(jì)論。3·揮發(fā)份：揮發(fā)份是實(shí)驗(yàn)室干燥的煤在隔絕空氣條件下，加熱至850時(shí)揮了出來(lái)的物質(zhì)，其中包括氫氣、甲烷、重碳?xì)浠衔镆约敖褂?、蒸氣等，煤的揮發(fā)份含量視煤種而異，一般年青的煤如褐煤揮發(fā)份多，年老的煤如無(wú)煙煤揮發(fā)份少。其波動(dòng)范圍約5%40%。煤的揮發(fā)份對(duì)煤氣發(fā)熱值影響較大，因揮發(fā)份中甲烷、重碳?xì)浠衔锏陌l(fā)熱值都極高，對(duì)發(fā)生爐煤氣熱值影響較顯著。在氣化時(shí)，揮發(fā)份高的煤進(jìn)入氣化區(qū)時(shí)，氣孔率大、反應(yīng)性能好。在使用熱煤氣時(shí)，揮發(fā)物中的焦油直接隨煤氣去用戶(hù)燃燒使用，也增加了煤氣的熱值。在使用冷

6、氣時(shí)，揮發(fā)份中的焦油則必須很好地清除并利用。另外揮發(fā)份中含有酚類(lèi)等有機(jī)物將嚴(yán)重污染洗滌循環(huán)水，必須進(jìn)行脫酚處理，否則排放時(shí)，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。這些都是必須給予注意。 4· 固定碳：煤中的固定碳，是除去灰份、揮發(fā)份、水份以外的其余可燃物質(zhì)。 固定碳的含量受上述幾種組分影響。一般固定碳含量高的煤，其發(fā)熱值較大。碳是氣化反應(yīng)的主要參加者，它在火層與氧化合生成CO、CO2，并放出大量的熱量的熱量，對(duì)煤氣的產(chǎn)率影響較大。煤的元素的分析是什么意思？煤的元素分析是測(cè)定煤中的有機(jī)物質(zhì)是由哪些元素組成的，一般測(cè)定煤中有機(jī)質(zhì)的碳、氫、氧、氮和硫等元素的含量。（1） 碳C：碳是煤中最主要的組成部分。在

7、煤中，碳以結(jié)合狀態(tài)存在，成為復(fù)雜的有機(jī)化合物。煤的含量與形成年代有關(guān)，生成年代越久所含的碳越多。其波動(dòng)范圍約5090%。煤中的碳在燃燒時(shí)與空氣中的氧化合生成二氧化碳，放出大量的熱量，無(wú)論碳與什么元素化合，燃燒時(shí)都放出同樣的熱量。（2） 氫H：氫也是煤中有機(jī)物質(zhì)的一個(gè)主要組成元素。其含量隨著煤化程度的增加而減少。煤的含量一般不超過(guò)6.5%。氫在燃燒時(shí)與空氣中的氧化合生成水，同時(shí)放出大量的熱。（3） 氧O：煤中氧含量波動(dòng)很大，煤化程度越深，其氧含量越低。如泥炭中氧含量可達(dá)30%以上，而無(wú)煙煤中僅有13%，一般氧含量高的煤，在熱加工過(guò)程中易分解，生成熱解水、酚等含氧化合物。另一方面，我們可以說(shuō)，氧含

8、量隨著揮發(fā)份的減少而減少。在燃燒過(guò)程中，氧本身不能發(fā)生熱量，還要與能產(chǎn)生熱量的元素氫結(jié)合成水，使煤的發(fā)熱值降低。故煤的氧含呈影響著煤的使用價(jià)值，氧含量高的煤易自燃，給貯存和運(yùn)輸帶來(lái)困難。（4） 氮N：煤中氮含量一般都不高，小于2%。煤的發(fā)熱值與氮無(wú)關(guān)，但它在加工過(guò)程中能生成氨及某些含氮的有機(jī)化合物。（5） 硫S：硫是煤中最有害的雜質(zhì)，在不同的煤中，硫含量差別很大，一般在0.53%之間.煤中硫存在的形式不三種：即硫化物、硫酸鹽以及含有復(fù)雜高分子的有機(jī)硫。其中大多數(shù)情況下，煤中硫以硫鐵礦的硫?yàn)樽疃?，它在燃燒時(shí)生成二氧化硫和三氧化硫氣體逸出，它既蝕設(shè)備，又污染大氣。在氣化中，煤中硫的7080%以H2

9、S的形式進(jìn)入煤氣中，其余殘留在灰渣中。H2S能使煤氣設(shè)備及管道嚴(yán)重腐蝕，在洗滌過(guò)程中還以氫硫酸的形式進(jìn)入水體，腐蝕循環(huán)水系統(tǒng)。含H2S的煤氣對(duì)熱加工的生產(chǎn)不利，它易助長(zhǎng)氧化皮的產(chǎn)生，損壞金屬的品質(zhì)。所以，氣化用煤，根據(jù)不同的用戶(hù)要求，對(duì)含硫量有一定的限制。一般不希望超過(guò)1.5%，而對(duì)某些高硫的煤，用于氣化時(shí)，往往必須采取適當(dāng)?shù)拿摿蜓b置來(lái)除去H2S。以上，我們簡(jiǎn)要的介紹了煤的元素組成。那么，這些元素又是如何組合成煤的呢？這兒涉及到了煤的基本結(jié)構(gòu)問(wèn)題，是一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)人們廣為研究的課題。而至今，對(duì)它的認(rèn)識(shí)仍很不完善。簡(jiǎn)單的說(shuō)，煤是一種以縮合香族結(jié)構(gòu)為主體的，不均一聚合高分子有機(jī)化合物。根據(jù)研究，煤的

10、基本結(jié)構(gòu)單元之間是排列成立體結(jié)構(gòu)的，因此使質(zhì)地堅(jiān)硬、具有較大的機(jī)械強(qiáng)度。 從上面介紹中，我們可以看出，對(duì)氣化影響較大元素是硫，它的含量受到我們格外重視。另外，煤的元素分析數(shù)值，在我們進(jìn)行氣化過(guò)程計(jì)算的物料平衡時(shí)需使用，這一點(diǎn)我們將在后面再介紹。煤中的灰分對(duì)氣化有何影響？及成份為了研究煤的灰對(duì)氣化的影響，我們必須對(duì)灰份的來(lái)源作一簡(jiǎn)單的介紹。煤的灰份是煤中可燃成分完全燃燒后殘留下來(lái)的固體礦物質(zhì)混合物的總稱(chēng)。其來(lái)源可分二類(lèi)：一類(lèi)是在煤形成過(guò)程中夾入的不純物質(zhì)，可稱(chēng)為固定碳；另一類(lèi)是獨(dú)立于煤外混雜或開(kāi)采過(guò)程中混入的泥石，稱(chēng)為自由灰。自由灰可以在洗煤時(shí)洗去。煤灰的主要成分為：SiO2、Al2O3、FeO

11、或Fe2O3，CaO及少量MgO，TiO2和堿金屬的化合物。煤的灰熔點(diǎn)主要取決于組成灰分各組分的比例，各組分熔點(diǎn)如下： 成分SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3FeOK2O+Na2O熔點(diǎn)1625205025702800158010308001000從上表可經(jīng)看出含鐵、鈉、鈣、鎂、鉀等元素多的煤，灰易熔；含硅、鋁我地則灰難熔。一般可用下式來(lái)判斷灰之熔融難易。 SiO2+Al2O3 Fe2O3+CaO+MgO當(dāng)此式比值在1以下時(shí)為易熔，在5以上時(shí)為難熔。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們根據(jù)灰渣的顏色亦可粗略的判別灰熔點(diǎn)高低。氧化鐵呈紅色，若灰渣顏色近于紅色，則其灰熔點(diǎn)低。而顏色淺時(shí)，其灰熔點(diǎn)較高?；胰埸c(diǎn)的測(cè)

12、定，是將煤灰按規(guī)定的尺寸制成三角錐體，在半還原氣氛中加熱升溫，灰錐逐漸發(fā)生變化，取以下三點(diǎn)； 1。變形溫度T1：錐體頂點(diǎn)開(kāi)始變圓或彎曲，傾斜： 2。軟化溫度T2：錐體尖端彎到錐托上或呈半圓形； 3。熔化溫度T3；錐體完全熔化成液體并流動(dòng)。煤的灰熔點(diǎn)對(duì)氣化有直接影響，直接關(guān)系到煤的結(jié)渣性煤在氣化時(shí)，我們希望氧化層和還原層溫度高些，使氣化反應(yīng)徹底，水蒸汽分解率也高些。但是，煤的灰熔點(diǎn)限制了氧化層的溫度，當(dāng)爐內(nèi)溫度高于灰熔點(diǎn)時(shí)，灰成熔融狀態(tài)并與燃料結(jié)成大硬塊，嚴(yán)重破壞了氣化過(guò)程的正常進(jìn)行，甚至造成停爐。為了防止與減輕結(jié)渣情況，我們只好調(diào)高飽和溫度，多通入一些水蒸汽以降低氧化層溫度，來(lái)維持連續(xù)生產(chǎn)。但

13、對(duì)灰熔點(diǎn)太低的煤，由于氣化層溫度只能控制較低，致使煤氣質(zhì)量差，生產(chǎn)能力低，燃料利用率差，甚至無(wú)法維持正常生產(chǎn)。所以，對(duì)發(fā)生爐煤氣氣化用煤一般要求灰熔點(diǎn)T21200煤中的灰分對(duì)氣化來(lái)講是多余的東西，還往往給氣化過(guò)程帶來(lái)許多不利因素。一般地說(shuō)灰分愈多渣中損失之厭煩碳愈多，煤的氣化效率就低。故一般希望灰低一些，通常以10為佳，20也可以使用。 煤中的水分對(duì)氣化有什么影響在氣化過(guò)程上中，煤中的水分被上升的煤氣加熱干燥，故少量的水分對(duì)氣化影響不大。但水分太高時(shí)，大量的水分蒸發(fā)要降低煤氣溫度，當(dāng)上部料層不夠厚時(shí)，勢(shì)必影響干餾層以至還原層溫度，使煤氣質(zhì)量變壞，所以氣化水分大的煤時(shí)宜采用高料層生產(chǎn)。

14、另外爐出煤氣溫度也不允許太低，溫度太低時(shí)，可能使流經(jīng)上層煤中之焦油及水分重新凝結(jié)，堵塞氣流通道，破壞料層透氣性，故一般希望煤氣水分愈少愈好。了解了煤之水分對(duì)氣化是有害的成份后，我們就可理解為什么南方地區(qū)許多生產(chǎn)廠先后增設(shè)了干煤棚，以保證雨季入爐煤的外水分盡量少，另外，干煤是正常運(yùn)輸篩分的主要保證，雨季往往造成煤屑篩不盡，使?fàn)t內(nèi)帶出物增加，氣化不均勻。個(gè)別廠則采用了烘干設(shè)備除去煤之外水分。煤中揮發(fā)份含量與煤氣成份有何關(guān)系我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)指出，煤的揮發(fā)份在煤氣爐的干餾時(shí)將逸出，成為甲烷等碳?xì)浠衔锛敖褂?，而甲烷的發(fā)熱值較高，為8600千卡/標(biāo)米3，故它的含量多少，對(duì)煤氣熱值有顯著影響。在我們常用的氣

15、化用爐中，揮發(fā)分的含量因煤種而異。但簡(jiǎn)單的講，VR<10%是無(wú)煙煤，VR10%為煙煤，而褐煤的揮發(fā)份可高達(dá)45%左右。揮發(fā)份除能使煤氣熱值增高外，其副產(chǎn)的焦油也于揮發(fā)份含量有直接關(guān)系。一般揮發(fā)份高的煤，焦油產(chǎn)量大，而在使用熱煤氣時(shí)，焦油蒸汽也直接可燃，又增加了煤氣之熱值，并能使火焰發(fā)亮。所以，過(guò)去煉鋼之平爐，經(jīng)常采用煙煤熱煤氣作熱源。煤中的揮發(fā)份在氣化中產(chǎn)生的焦油，在煤氣凈化過(guò)程中，與洗滌水接觸，能產(chǎn)生酚類(lèi)有害物質(zhì)危害水系，故應(yīng)考慮酚水處理。而揮發(fā)份低的無(wú)煤洗滌水中，酚含量較低，對(duì)環(huán)境危害較少；而且煤氣中焦油含量基微，一般無(wú)需專(zhuān)門(mén)的除焦油設(shè)備，使凈化系統(tǒng)簡(jiǎn)單，管理方便，所以一般冷煤氣站樂(lè)

16、于采用無(wú)煙煤作氣化燃料。煤的塊度大小與氣化有什么關(guān)系造氣要用煤，這是大家都明白的道理，但為什么要用塊煤呢？能不能將混煤，不分大小塊與煤屑一起入爐呢？這是一個(gè)經(jīng)常碰到的問(wèn)題。在固定層煤氣發(fā)生爐中，為使煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量較高，操作方便，一般都要求使用塊煤均勻、大小適當(dāng)、無(wú)煤末的塊煤。我們知道氣化強(qiáng)度的提高有賴(lài)于燃料的反應(yīng)表面積。為使反應(yīng)表面積提高，有兩個(gè)途徑：一是將料層增高，使用大煤塊；二是不增加料層高度而使用小塊煤。而在實(shí)際生產(chǎn)中，煤的粒度要根據(jù)爐型、煤種及經(jīng)濟(jì)性來(lái)決定，一般煤氣站為了充分利用碎煤減少粉煤量，不得不使用一些粒度較小的煤。一般常用塊度：  褐煤 25-50mm50-100mm

17、  煙煤 13-25mm25-50mm50-100mm無(wú)煙煤、焦炭 6-13mm13-25mm25-50mm  大塊煤在氣化時(shí)阻力小，但反應(yīng)表面積小，而小塊煤在氣化時(shí)表面積大，料層可低些，同時(shí)水份和揮發(fā)份在干燥層和干餾層內(nèi)除去，對(duì)氣化有利。但塊度不能太小，太小則料層阻力太大，并且隨煤氣帶出的煤灰增多，造成燃料的損失并易堵塞管道。在實(shí)際使用中，還應(yīng)注意不能將大小塊混雜入爐。因?yàn)榛祀s的大小塊將沿著發(fā)生爐截面不均勻分布，在氣化時(shí)造成偏爐、燒穿或結(jié)渣等不正?，F(xiàn)象。所以，入爐燃料的塊度組成，要求大小塊度之比不超過(guò)2。如25-50mm或13-25mm。另一個(gè)問(wèn)題是煤屑，一般發(fā)生爐都要求

18、塊煤中煤屑量盡可能少。煤屑加入爐內(nèi)，便使?fàn)t內(nèi)阻力大大增加，因而不得不提高鼓風(fēng)壓力并使帶出物增多。綜上所述，我們可以看出，要維持發(fā)生爐的正常生產(chǎn)，供給合格的煤塊是一個(gè)十分必要的條件。煤的粘結(jié)性對(duì)發(fā)生爐結(jié)構(gòu)的影響如何？先簡(jiǎn)單的介紹一下，什么是煤的粘結(jié)性。有些煤在干餾過(guò)程中，到某一溫度(400-450°C)時(shí)，會(huì)發(fā)生熔融的現(xiàn)象，揮發(fā)分逸出后，形成多孔性的硬塊即焦炭，這種煤稱(chēng)為粘結(jié)性煤。而另一些煤在這種情況下，不發(fā)生或稍微發(fā)生熔融現(xiàn)象，而在放出揮發(fā)份后本身成為粉末狀的死渣，這種煤稱(chēng)為不粘結(jié)煤，煤的這種性質(zhì)稱(chēng)為粘結(jié)性。褐煤和無(wú)煙煤屬于不粘結(jié)性煤，煙煤屬于粘結(jié)性煤，但其粘結(jié)情況(強(qiáng)弱)差異很大。

19、粘結(jié)性的表示方法有兩種：一是用數(shù)字表示，以測(cè)定揮發(fā)份后所得焦渣外形來(lái)確定，用1-7數(shù)字來(lái)表示： (1)粉狀 (2)粘著-以手指輕壓即成粉狀； (3)弱粘結(jié)-以手指用力壓即成小塊； (4)不熔化粘結(jié)-用手指用力壓即分裂成小塊； (5)不膨脹化粘結(jié)-有銀白金屬光澤； (6)弱膨脹熔化粘結(jié)-不揮發(fā)殘留物之表面，有銀白色金屬光澤，其高度大于15MM； (7)強(qiáng)膨脹熔化粘結(jié)-不揮發(fā)殘留物之表面，有銀白色金屬光澤，且高度大于15MM；一般情況下，粘結(jié)指數(shù)在1-4之間能在發(fā)生爐內(nèi)氣化。二是用膠質(zhì)層厚度(Y值)表示：洨質(zhì)層厚度的測(cè)定是將一定數(shù)量(100克)粉碎到1.5MM的試樣，入在一圓筒中從下面加熱，并在煤

20、上加以一定的不變負(fù)荷，到350-430°C時(shí)，煤發(fā)生軟化、熔融并生成膠質(zhì)層，隨著溫度的提高其厚度先增大后減少，而膠質(zhì)層的最大厚度Y就是煤的粘結(jié)性指標(biāo)。在一般情況下，煤的Y值在12MM以下是較易氣化的，Y值在12-16之間氣化比較困難。而Y 值在20以上時(shí)就不宜氣化了。粘結(jié)性的煤在氣化時(shí)，會(huì)在干餾 層形成大的硬塊，而使氣流分布不均勻，嚴(yán)重影響氣化過(guò)程的正常進(jìn)行。針對(duì)這一情況，發(fā)生爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必然要考慮有破粘設(shè)備，對(duì)煤層進(jìn)行攪拌，以保持料層的透氣性。在氣化粘結(jié)性煤的各種發(fā)生爐中都配有形狀不同的攪拌設(shè)備。如：3A13型煤氣爐，1.5D型煤氣爐都采用水冷卻的攪拌耙，而W型煤氣爐則用攪拌棒。所

21、以，在選用煤種時(shí)，要對(duì)其粘結(jié)情況給予重視，否則粘結(jié)性較大的煤在一般發(fā)生爐中將無(wú)法使用。煤的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性對(duì)氣化有什么關(guān)系？煤的機(jī)械 強(qiáng)度 是指它的抗破碎力，即其破碎難易的程度。用于煤氣發(fā)生爐的燃料，要求機(jī)械 強(qiáng)度大，以減少輸送過(guò)程中的破碎量。機(jī)械 強(qiáng)度 差的煤，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中易于破碎，使煤含粉量過(guò)高，塊煤量降低。另一方面，在氣化過(guò)程中，煤還要承受上層燃料的擠壓，易被壓碎，影響料層的正常通風(fēng)，不利于氣化。機(jī)械強(qiáng)度一般用轉(zhuǎn)鼓方法和落下方法來(lái)確定。轉(zhuǎn)鼓方法是把經(jīng)過(guò)篩分的一定粒度的煤(13-100MM)塊，放在直徑100的鋼制卷筒中，轉(zhuǎn)筒以25轉(zhuǎn)/分的速度回轉(zhuǎn)4分鐘，在100轉(zhuǎn)之后停止轉(zhuǎn)運(yùn)，將試料倒出用13×13MM的篩孔過(guò)篩，用篩上殘留燃料與原加入燃料的百分比表示煤的機(jī)械強(qiáng)度。落下試驗(yàn)是將粒度為60-100MM的煤樣25公斤(或10塊)，從2米高自由落下三次(落在鐵板上)，以大于25MM的煤與原樣的重量百分比來(lái)表示煤的機(jī)械強(qiáng)度。煤的熱穩(wěn)定性又叫熱強(qiáng)度，是指煤在高溫下是否易于