煤氣發(fā)生爐工作原理與結(jié)構(gòu)

1、煤氣發(fā)生爐工作原理與煤氣發(fā)生爐煤氣成分在一般的煤氣發(fā)生爐中，煤是由上而下、氣化劑則是由下而上地進(jìn)行逆流運(yùn)動(dòng)，它們之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和熱量交換。一、煤氣發(fā)生爐內(nèi)部在煤氣發(fā)生爐中形成了幾個(gè)區(qū)域，一般我們稱為層按照煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣化過程進(jìn)行的程序，可以將發(fā)生爐內(nèi)部分為六層：1、灰渣層;2、氧化層(又稱火層)；3、還原層；4、干儲(chǔ)層；5、干燥層；6、空層。其中氧化層和還原層又統(tǒng)稱為反應(yīng)層，干儲(chǔ)層和干燥層又統(tǒng)稱為煤料準(zhǔn)備層。(1)灰渣層：煤燃燒后產(chǎn)生灰渣，形成灰渣層，它在發(fā)生爐的最下部，覆蓋在爐篦子之上。其主要作用為：A、保護(hù)爐篦和風(fēng)帽，使它們不被氧化層的高溫?zé)龎?；B、預(yù)熱氣化劑，氣化劑從爐底進(jìn)入后，首先經(jīng)

2、過灰渣層進(jìn)行熱交換，使灰渣層溫度降低，氣化劑溫度升高。一般氣化劑能預(yù)熱達(dá)300-450C左右。C、灰渣層還起了布風(fēng)作用，使進(jìn)入的氣化劑在爐膛內(nèi)盡量均勻分布。(2)氧化層：也稱為燃燒層(火層)。從灰渣中升上來(lái)的氣化劑中的氧與碳發(fā),.生劇烈的燃燒而生成二氧化碳，并放出大量的熱量。它是氣化過程中的主要區(qū)域之II、I)!I'1*,.'一，其主要反應(yīng)是：C+O2fCO2+97650大卡。氧化層的高度一般為所有燃料塊度的3-4倍，一般為100-200毫米。氣化層的溫度一般要小于煤的灰熔點(diǎn)，控制在1200c左右。(3)還原層：在氧化層的上面是還原層。赤熱的碳具有很強(qiáng)的奪取氧化物中的氧而與之化

3、合的本領(lǐng)，所以在還原層中，二氧化碳和水蒸氣被碳還原成一氧化碳和氫氣。這一層也因此而得名，稱為還原層。其主要反應(yīng)為：CO+C2CO+38790大卡，H2O+JH2+CO+28380大卡，2H2O+JCO2+2H2+17970大卡。由于還原層位于氧化層之上，從上升的氣體中得到大量熱量，因此還原層有較高的溫度約800-1100C,這就為需要吸收熱量的還原反應(yīng)提供了條件。而嚴(yán)格地講，還原層還有第一、第二之分，下部溫度較高的地方稱第一還原層，溫度達(dá)950-1100C,其厚度為300-400毫米左右；第二層為700-950C之間，其厚度為第一還原層1.5倍,約在450毫米左右。(4)干儲(chǔ)層：干儲(chǔ)層位于還原

4、層的上部，由還原層上升的氣體隨著熱量的被消耗，其溫度逐漸下降，故干儲(chǔ)層溫度約在150-700C之間，煤在這個(gè)溫度下，歷經(jīng)低溫干儲(chǔ)的過程，煤中揮發(fā)份發(fā)生裂解，產(chǎn)生甲烷、烯炫及焦油等物質(zhì)，它們受熱成為汽態(tài)，即生成煤氣并通過上面干燥層而逸出，成為煤氣的組成部分。干儲(chǔ)層的高度隨燃料中揮發(fā)份含量及煤氣爐操作情況而變化，一般>100毫米。(5)干燥層：干燥層位于干儲(chǔ)層上面，也即是燃料的面層，上升的熱煤氣與剛?cè)霠t的燃料在這層相遇，進(jìn)行熱交換，燃料中的水分受熱蒸發(fā)。一般認(rèn)為干燥溫度在室溫-150C之間，這一層的高度也隨各種不同的操作情況而異，沒有相對(duì)穩(wěn)定之層局。(6)空層：空層即燃料層上部，爐體內(nèi)的自由

5、區(qū)，其主要作用是匯集煤氣。也有的同志認(rèn)為：煤氣在空層停留瞬間，在爐內(nèi)溫度較高時(shí)還有一些副反應(yīng)發(fā)生，如：I'CO分解、放出一些炭黑：2CO>CO2+C以及2H2O+C8CO2+H2。從上面六層簡(jiǎn)單敘述，我們可以看出煤氣發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行的氣化過程是比較復(fù)雜的，既有氣化反應(yīng)，也有干儲(chǔ)和干燥過程。而且在實(shí)際生產(chǎn)的發(fā)生爐中，分層也不是很嚴(yán)格的，相鄰兩層往往是相互交錯(cuò)的，各層的溫度也是逐步過渡的，很難具體劃分，各層中氣體成份的變化就更加復(fù)雜了，即使在專門的研究中，看法也是分歧的。二、煤氣爐的結(jié)構(gòu)對(duì)于固定床煤氣爐有多種結(jié)構(gòu)型式，按不同部位分述如下：1、加煤裝置：間歇式加煤罩、雙料鐘、振動(dòng)給煤機(jī)、撥

6、齒加煤機(jī)。2、爐體結(jié)構(gòu)：帶壓力全水套、半水套、無(wú)水套（耐火材料爐襯）、常壓全水套。3、爐篦：寶塔型、型鋼焊接型。4、灰盤傳動(dòng)結(jié)構(gòu)：撥齒型、蝸輪蝸桿型。三、煤氣發(fā)生爐煤氣成分所謂煤氣發(fā)生爐爐出煤氣，是指煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣化反應(yīng)所產(chǎn)生的，自煤氣發(fā)生爐出口導(dǎo)出未經(jīng)凈化的煤氣。該煤氣由單一可燃?xì)怏w成分（CO、H2、CH4）、氣態(tài)烷炫類化合物（CmHn）、H2S、不可燃?xì)怏w成分（CO2、N2、。2）以及焦油蒸汽、粉塵固體微粒和水蒸汽所組成。f；“-'yI.*fXX，：uIIJ1、煤氣氣體組成及煤氣熱值I/k氣化煙煤時(shí)，煤中的CO含量較高，而且還會(huì)有少量的CmHn,煤氣熱值也較高；氣化無(wú)煙煤時(shí)，C

7、O和CH4含量都較氣化煙煤時(shí)要低，煤氣熱值也即較低；氣化褐煤時(shí)，CO含量較低，但H2和CH4相對(duì)也要高一些，煤氣熱值也較高，但是，褐煤的氣化產(chǎn)率較低，僅為2Nm3/kg（煤）左右，而氣化煙煤或無(wú)煙煤時(shí)，氣化產(chǎn)率可達(dá)33.5Nm3/kg（煤）。表_1?幾種煤氣化時(shí)煤氣組成及煤氣熱值煤種煤氣氣體組成煤氣熱值COH12CH4CmHnO2CO2N2MJ/Nm3無(wú)煙煤25-3015-180.5-1.5一0.1-0.34-849-515.23-5.86煙煤28-3112-161.5-30.1-0.30.1-0.34-648-505.86-6.70褐煤24-2617-193-3.5一0.1-0.56-846

8、-486.07-6.282、煤氣中的H2s煤氣中的H2s含量多少與氣化用煤中的含硫多少有關(guān)，一般煤中硫分的80%以H2s狀態(tài)轉(zhuǎn)入煤氣中，20%的硫分殘留在灰渣中。3、煤氣中的焦油煤氣中的焦油含量多少與煤中的揮發(fā)分多少有關(guān)，氣化無(wú)煙煤時(shí)煤氣中的焦油含量很少，氣化煙煤時(shí)煤氣中的焦油產(chǎn)率為入爐煤重量的2%6%,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每m3干煤氣中含焦油量為0.010.02kg。4、煤氣中的水分煤氣中的水分來(lái)源于蒸汽的未分解部分、煤的低溫干儲(chǔ)熱解水以及煤中的水分，一般來(lái)說，氣化煙煤、無(wú)煙煤時(shí)煤氣中的水分約為0.06kg/Nm3,而氣化褐煤時(shí)，煤氣中的水分較高，可達(dá)0.130.27kg/Nm3。5、煤氣中的粉塵固體

9、顆粒j；/-、3煤氣中的粉塵固體顆粒（即帶出物），它與煤的熱穩(wěn)定性、入爐塊煤中的含粉末率、以及爐內(nèi)的氣化強(qiáng)度、入爐煤的粒度分布、煤層厚薄等因素有關(guān)，一般情況下，煤氣中的粉塵固體顆粒量為入爐煤重量的4%6%。表2?氣化不同煤種煤氣中的水分、焦油、粉塵固體顆粒含量燃料煤氣溫度（C）煤氣中含量g/m3（標(biāo)準(zhǔn)）水分1粉塵固體顆粒焦油波動(dòng)范圍平均波動(dòng)范圍平均波動(dòng)范圍平均無(wú)煙煤390680401007042510一一煙煤11600680701008011171581510褐煤11033016028822011221672915泥煤70120260520440一15185137四、煤焦油（又稱煤膏、煤儲(chǔ)油、

10、煤焦油溶液）煤干儲(chǔ)過程中所得到的一種液體產(chǎn)物，黑色粘稠液體，具有特殊臭味，易燃，有腐蝕性，為致癌物。相對(duì)密度（水=1）：1.18-1.23閃點(diǎn)（C）：<23沸點(diǎn):380c溶解性：微溶于水，溶于苯、乙醇、乙醍、氯仿、丙酮等多數(shù)有機(jī)溶劑。主要用途：可分儲(chǔ)出各種芳香炫、烷炫、酚類等，也可制取油氈、燃料和炭黑。健康危害：作用于皮膚，引起皮炎、瘞瘡、毛囊炎、光毒性皮炎、中毒性黑皮病、疣贅及癌腫?？梢鸨侵懈魮p傷。?環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)大氣可造成污染。危險(xiǎn)特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應(yīng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。制備：由煤

11、在隔絕空氣加強(qiáng)熱時(shí)干儲(chǔ)制得。高溫干儲(chǔ)煤焦油（簡(jiǎn)稱高溫煤焦油）高溫干儲(chǔ)（即焦化）得到的焦油。黑色粘稠液體，相對(duì)密度大于1.0,含大量瀝青,其他成分是芳煌及雜環(huán)有機(jī)化合物。包含的化合物已被鑒定的達(dá)400余種。工業(yè)上將煤焦油集中加工，有利于分離提取含量很少的化合物。加工過程首先按沸點(diǎn)范圍蒸儲(chǔ)分割為各種微分，然后再進(jìn)一步加工。各儲(chǔ)分的加工采用結(jié)晶方法可得到蔡、意等產(chǎn)品；用酸或堿萃取方法可得到含氮堿性雜環(huán)化合物（稱焦油堿），或酸性酚類化合物（稱焦油酸）。焦油酸、焦油堿再進(jìn)行蒸儲(chǔ)分離可分別得到酚、甲酚、二甲酚.二.II和毗咤、甲基毗咤、唾咻。這些化合物是染料、醫(yī)藥、香料、農(nóng)藥的重要原料。煤焦油蒸儲(chǔ)所得的儲(chǔ)

12、分油也可不經(jīng)分離而直接利用，如瀝青質(zhì)可制電極焦、碳素纖維等各種重要產(chǎn)品，酚油可用于木材防腐，洗油用作從煤氣中回收粗苯的吸收劑，輕油則并入粗苯一并處理。低溫干儲(chǔ)煤焦油（簡(jiǎn)稱低溫煤焦油）低溫干儲(chǔ)（見煤低溫干儲(chǔ)）得到的焦油。黑色粘稠液體，具不同于高溫煤焦油是相對(duì)密度通常小于1.0,芳炫含量少，烷炫含量大，具組成與原料煤質(zhì)有關(guān)。低溫干儲(chǔ)焦油是人造石油的重要來(lái)源之一，經(jīng)高壓加氫制得汽油、柴油等產(chǎn)品。高溫煤焦油和低溫煤焦油兩者的組成和性質(zhì)不同，其加工利用方法各異。五、分類1、按氣體劑分類A、空氣煤氣：以空氣為氣化劑。B、水煤氣：以水蒸氣為氣化劑。C、混合煤氣：以空氣和水蒸氣為氣化劑。上述三種煤氣的成份如下

13、：（以體積百分?jǐn)?shù)表示）煤氣名稱H2COCO2N2CH402空氣煤氣2.675.314.2j7.20.51產(chǎn):110.2水煤氣48.438.566.40.50.2混合煤氣13.527.5552.80.50.22、按制氣工藝分類煤氣發(fā)生爐按不同的制氣工藝和所產(chǎn)煤氣的質(zhì)量分為單段煤氣發(fā)生爐、雙段煤氣發(fā)生爐、雙段熱脫焦油煤氣發(fā)生爐、雙段冷凈煤氣發(fā)生爐。A、單段單段煤氣發(fā)生爐設(shè)備簡(jiǎn)單，只有水夾套和爐頂裝置，出渣系統(tǒng)組成，所產(chǎn)煤氣為熱粗煤氣，適應(yīng)于輸送距離不遠(yuǎn)，對(duì)煤氣的潔凈度要求不高的爐窯。B、雙段雙段煤氣發(fā)生爐是在單段煤氣發(fā)生爐的基礎(chǔ)上增加一個(gè)干儲(chǔ)段，使煤在氣化之前通過充分干儲(chǔ)，將煤中揮發(fā)分在進(jìn)入氧化還

14、原之前大部分析出，并且隨上段煤氣引出爐體。而進(jìn)入下段參與反應(yīng)的煤基本為焦煤或者半焦基本不含焦油，通過水冷箱體經(jīng)下段爐出口排出爐外，經(jīng)煤氣凈化除塵裝置與上段爐所產(chǎn)經(jīng)電捕焦油器除焦油后的上段煤氣匯合經(jīng)管道輸送至窯爐。雙段煤氣發(fā)生爐所產(chǎn)煤氣比較干凈，并且輸送距離長(zhǎng)，對(duì)煤質(zhì)的要求沒有單段爐高。有經(jīng)過凈化冷卻裝置的雙段冷煤氣站所產(chǎn)煤氣可以按用戶要求，進(jìn)行加壓后遠(yuǎn)距離輸送，不受場(chǎng)地限制，冷凈煤氣質(zhì)量比較潔凈，主要使用與對(duì)煤氣質(zhì)量要求較高的化工、陶瓷等行業(yè)。3、按出渣方式分類煤氣發(fā)生爐按出渣方式的不同，比較常用的分為內(nèi)出渣煤氣發(fā)生爐、外出渣煤氣發(fā)生爐。其他刮板內(nèi)出渣煤氣發(fā)生爐、頂齒外出渣煤氣發(fā)生爐基本被淘汰

15、。其中外出渣煤氣發(fā)生爐由于傳動(dòng)方式不同分為蝸輪蝸桿出渣和液壓棘輪出渣兩種。六、造氣過程1、固態(tài)物質(zhì)行程利用提升機(jī)構(gòu)將煤加入儲(chǔ)煤倉(cāng)，通過加煤機(jī)將儲(chǔ)煤倉(cāng)中的煤分批次注入煤氣發(fā)生爐。加入煤氣發(fā)生爐中的煤首先進(jìn)入干儲(chǔ)段，煤在干儲(chǔ)段中緩慢下移，在此經(jīng)歷干燥、干儲(chǔ)過程。首先煤炭中的水份被干燥出來(lái)，隨著煤炭的不斷下移，溫度進(jìn)一步升高，焦油及大部分硫化物也被干儲(chǔ)出來(lái)，形成碳?xì)浠衔锖洼p質(zhì)焦油被上段煤氣攜出爐外。經(jīng)過干燥干儲(chǔ)后呈半焦性質(zhì)的煤繼續(xù)下移，進(jìn)入氣化段，在氣化段經(jīng)過氧化還原反應(yīng)，形成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣。煤炭中的灰分及極少部分未參與反應(yīng)的煤炭以灰渣形式繼續(xù)下移，由灰刀將其清出爐外。2、氣態(tài)物

16、質(zhì)行程作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內(nèi)，在11001200C條件下，與進(jìn)入氣化段的呈半焦性質(zhì)的煤發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣。煤氣分兩部分向上運(yùn)行，其中一部分通過下段煤氣夾層通道上移約4米，將其熱量通過耐火材料間接傳給煤層，輔助干儲(chǔ)和干燥過程的完成，確保煤在下落過程中能夠充分的被干燥和干儲(chǔ)，最后這部分煤氣從下段煤氣出口導(dǎo)出被稱為下段煤氣；而另一部分煤氣則在煤氣發(fā)生爐料層內(nèi)上行進(jìn)入干儲(chǔ)段，通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸，將其熱量直接傳給氣化用煤，進(jìn)行上面敘述的干儲(chǔ)、干燥的過程,同時(shí)產(chǎn)生一部分以烷炫類高熱值氣體為主的干儲(chǔ)煤氣。這部分上行煤氣及干儲(chǔ)過程中產(chǎn)生的干儲(chǔ)煤氣一起由上段煤氣出口導(dǎo)出，形成上段煤氣。七、環(huán)保達(dá)標(biāo)(1)設(shè)置水封水池(循環(huán)利用)，保證水封污水不外排。(2)冷凝含酚廢水集中收集并汽化后再利用。(3)對(duì)噪聲較高的設(shè)備，采取建筑隔音的方式，治理噪聲污染。(4)固體廢棄物集中回收，綜合利用。合理設(shè)計(jì)烘爐送氣工