煤氣發(fā)生爐原理及資料

1、煤氣發(fā)生爐原理及環(huán)保情況煤氣發(fā)生爐工作原理及環(huán)保情況鄭州中遠(yuǎn)熱能技術(shù)有限公司一、 煤氣發(fā)生爐的發(fā)展概況煤氣化技術(shù)應(yīng)用至今已有百余年歷史，傳統(tǒng)的煤炭氣化爐設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要用于大規(guī)模的生產(chǎn)。把煤氣化后，經(jīng)過洗滌、降溫、脫硫、加壓存儲，然后并網(wǎng)使用。由于這些中間環(huán)節(jié)，使得煤炭氣化的成本大大增加，其價格與天然氣價格相當(dāng)。因此，盡管有已有百余年的應(yīng)用，但沒有什么突破性的進(jìn)展，煤炭氣化技術(shù)在工業(yè)上一直沒有大規(guī)模的應(yīng)用。由于世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)的加重及世界各國強(qiáng)制性對環(huán)境保護(hù)政策的大力推行，使得人們特別是能耗大戶急于尋求更為廉價且較為干凈的能源來取代石油、天然氣及電能。于是煤炭的干凈化使用特別是煤炭

2、氣化的研究又提到議事日程上來，為了滿足現(xiàn)在工業(yè)用戶的要求，近年來，煤氣化爐向小型化、簡單化、生產(chǎn)低成本方向發(fā)展，取消了除塵、降溫、脫硫、洗滌、加壓儲存等中間環(huán)節(jié)，煤炭氣化向現(xiàn)場生產(chǎn)現(xiàn)場使用方向發(fā)展，從而最大限度的降低能耗及其操作環(huán)節(jié)。這樣不僅能夠滿足廣大工業(yè)用戶的使用要求，也達(dá)到了國家環(huán)保要求。小型煤氣爐在工業(yè)加熱方面得到了全面的使用，其節(jié)能環(huán)保效果及加熱性能得到了廣大工業(yè)用戶的肯定。二、煤氣發(fā)生爐的造氣原理煤的氣化是一個在高溫條件下借氣化劑的化學(xué)作用將固體碳轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的熱化學(xué)過程。根據(jù)煤氣發(fā)生爐內(nèi)所進(jìn)行的氣化過程特點(diǎn)，可將煤層自上而下地分為干燥帶、干餾帶、還原帶、氧化帶和灰層。在干燥和干

3、餾帶中，煤受到高溫爐氣的加熱而放出水分和揮發(fā)分，剩下的焦碳在還原帶和氧化帶中進(jìn)行氣化反應(yīng)。（1）氧化層：碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的熱量。煤氣的熱化學(xué)反應(yīng)所需的熱量靠此來維持。氧化層溫度一般維持在11001250，這決定于原料煤灰熔點(diǎn)的高低。（1）CO2 = CO2408861 KJ （2）2CO2 = 2CO2246447 KJ （3）2COO2 = 2CO2571275 KJ （2）還原層：還原層是生成主要可燃?xì)怏w的區(qū)域，二氧化碳與灼熱碳起作用，進(jìn)行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)可燃的一氧化碳；水蒸氣與灼熱碳進(jìn)行吸熱化學(xué)反應(yīng)，生成可燃的一氧化碳和氫氣，同時吸收大量的熱。（4）

4、CO2C = 2CO162414 KJ （5）CH2O = COH2118828 KJ （6）C2H2O = CO22H275240 KJ （7）COH2O = CO2H243587 KJ （3） 灰渣層氣化后爐渣所形成的灰層，它能預(yù)熱和均勻分布自爐底進(jìn)入的氣化劑，并起著保護(hù)爐條和灰盤的作用。 燃料層里不同區(qū)層的高度，隨燃料的種類、性質(zhì)的差別和采用的氣化劑、氣化條件不同而異。而且，各區(qū)層之間沒有明顯的分界，往往是互相交錯的。（4）干餾層通過氣化層上升的煤氣流進(jìn)入干餾層。干餾層是帶干餾段煤氣爐極具特色的反應(yīng)區(qū)段。進(jìn)入干餾層內(nèi)的載熱氣體，溫度約在700以下。在此區(qū)段基本上不再產(chǎn)生上述的小分子間的氣

5、化反應(yīng)，而是進(jìn)行煤的低溫干餾，生成熱值較高的干餾煤氣（氣體組成有H2、CH4、C2H6、組分和氣態(tài)焦油成分）、低溫干餾焦油和半焦（半焦中的揮發(fā)份約為710%），干餾煤氣和霧狀焦油同氣化段產(chǎn)生的貧煤氣一起從煤氣爐的頂部出口引出。生成的半焦下移到氣化段后進(jìn)行還原與氧化反應(yīng)。三、煤氣發(fā)生爐環(huán)保的原因 1、 粉塵 煤氣發(fā)生爐是將煤轉(zhuǎn)化為煤氣的設(shè)備，理論上講：發(fā)生爐煤氣的組成CO、H2、CH4 、CmHn 占51%，N2 、CO2等占49%。燃燒后廢氣無煙無毒，對大氣無任何污染。但現(xiàn)階段煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣沒有進(jìn)行處理而直接燃燒，其中煙氣中灰粉為20毫克/立方左右，（國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定窯爐排放不大于100毫克

6、/立方）。從粉塵上講，我公司生產(chǎn)的煤氣發(fā)生爐完全滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。 2、 二氧化硫 煤氣發(fā)生爐與直接燃煤相比，二氧化硫下降50%。原因是硫是以硫鐵礦的形式伴生在煤中，煤氣發(fā)生爐的爐內(nèi)溫度控制在1300以內(nèi)，而硫鐵礦分解溫度在1300以上，因此，一部分硫沒有被分解而被留在煤渣中。只要選擇含硫量低的煤，二氧化硫不會超標(biāo)。3、 煤焦油 煤焦油在無煙煤中較少，煙煤中較多，一般隨煤氣燃燒。部分沒有燃燒的沉淀成為固體，不會造成污染。四、我公司開創(chuàng)了煤氣發(fā)生爐小型化的先河，小型化之后煤氣發(fā)生爐得到了廣泛的應(yīng)用，使煤氣發(fā)生爐與各種工業(yè)加熱爐一對一的應(yīng)用。并在國內(nèi)首家采用計算機(jī)對兩爐進(jìn)行控制（見中的介紹）。煤氣發(fā)生

7、爐的應(yīng)用情況。煤制氣過程中產(chǎn)生的污染物:煤制氣分為焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和發(fā)生爐煤氣（水煤氣）三種。煤氣制備過程中，會產(chǎn)生一氧化碳、硫化氫、酚類和氰化物等有毒有害氣體。煤氣冷卻時產(chǎn)生的廢水統(tǒng)稱為“酚水”。酚水的主要污染物為酚和氰化物，濃度較高，有一定的毒性。制氣過程中餾去的煤焦油是一種致癌物質(zhì)，屬危險廢物。硫化氫、酚類和焦油的揮發(fā)成分帶有強(qiáng)烈的臭味，產(chǎn)生惡臭。加熱爐和熱處理爐均采用煤氣發(fā)生爐水煤氣為燃料，煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的煤氣通過堿液水封除塵、脫硫后得到的干凈煤氣送往各工序使用，此時的煤氣屬較清潔能源，無需再進(jìn)行廢氣治理，具有節(jié)約能源、環(huán)境污染小、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)。燃燒尾氣通過60m高煙囪排放，能達(dá)

8、到工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB9078-1996）中表2和表4中二級標(biāo)準(zhǔn)SO2濃度為850mg/m3，煙塵濃度為200mg/m3的要求。由于煤焦油成分比較復(fù)雜，因此查找了很多資料來確定其燃燒過程產(chǎn)生污染物。但僅查到下列幾種：多環(huán)芳烴-包括芴、蒽、螢蒽、苯并蒽、苯并芘、煙霧、炭黑、二氧化硫、三氧化硫等。偶個人感覺這些好像還不完全建議慎重使用，煤焦油燃燒產(chǎn)生的污染物“十毒俱全”，有蒽、萘、酚、苯并芘等多種有毒有害物質(zhì)。13一、煤氣發(fā)生爐工作原理及產(chǎn)品特點(diǎn)： 1.工作原理 煤氣發(fā)生爐是以煤為原料生產(chǎn)煤氣，供燃?xì)庠O(shè)備使用的裝置。固體原料煤從爐頂部加入，隨煤氣爐的運(yùn)行向下移動，在與從爐底進(jìn)入的氣化劑

9、（空氣、蒸汽）逆流相遇的同時，受爐底燃料層高溫氣體加熱，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生粗煤氣。此粗煤氣（即熱煤氣）經(jīng)粗除塵后可直接供燃燒設(shè)備使用。 2.產(chǎn)品特點(diǎn) 1）以劣代優(yōu) 我國是煤炭大國，但優(yōu)質(zhì)燃料構(gòu)成有限，大部分是劣質(zhì)煤和二類煙煤。使用廉價褐煤和二類煙煤制氣，在適用原料煤品種方面是一重大突破。我公司研制開發(fā)的MQL-型煤氣發(fā)生爐系列產(chǎn)品，可以大幅度降底煤氣成本，使用前景廣闊。 2）節(jié)約能源 各種工業(yè)窯爐，鍋爐采用本技術(shù)、設(shè)備后，可提高熱效率20-40%，燃料成本降低30-70%，爐渣含碳量在3%以下，與國家標(biāo)準(zhǔn)（12%）相比，降低9個百分點(diǎn)，節(jié)能效果十分顯著。 3）環(huán)境指標(biāo)達(dá)到一類標(biāo)準(zhǔn) 在不另

10、外設(shè)置除塵、脫硫裝置的情況下，粉塵排放濃度100mg/Nm3，林格曼黑度<1級，二氧化硫排放濃度<200mg/Nm3。 4）安全文明生產(chǎn) 采用低溫常壓水封煤氣（出口煤氣壓力400Pa）安全可靠，改善操作環(huán)境，減輕工人勞動強(qiáng)度。 二、主要技術(shù)指標(biāo) 1.煤質(zhì)應(yīng)用要求 煤炭低位發(fā)熱量Q10mJ（2400kcal/kg），褐煤或煙煤；水份25%；揮發(fā)份35-50%；灰分25-35%；灰熔點(diǎn)1250；煤炭粒度：13-25，25-50，50-70mm；煤粉含量10%。 2.煤氣熱值 煤氣發(fā)熱量5.23-5.65MJ/Nm3（1250-1350kcal/Nm3）。 3.MQLIII型煤氣發(fā)生爐規(guī)

11、格指標(biāo)： 規(guī)格 爐膛截面積 氣化強(qiáng)度 裝機(jī)容量 產(chǎn)氣量 煤氣供熱量 ·h kw Nm3h 104kjh 1.0m 0.785 250270 5.0 400 55×4.18 1.3m 1.32 250270 5.0 640 90×4.18 1.5m 1.77 250270 8.0 880 120×4.18 1.7m 2.27 250270 10 1140 160×4.18 2.0m 3.14 250270 12 1560 220×4.18 2.26m 4.00 250270 13 2000 280×4.18 2.6m 5.31

12、 250270 15 2800 390×4.18 2.8m 6.15 250270 18.5 3050 410×4.18 3.0m 7.07 250270 20 3520 480×4.18   二、應(yīng)用范圍 煤氣作為潔凈燃料，可廣泛應(yīng)用于： 1、生活供暖； 2、商用供熱如洗浴等需要蒸汽加熱的場合； 3、工業(yè)窯爐如金屬熱處理爐、有色金屬熔煉爐、鍛造加熱爐、回轉(zhuǎn)窯、隧道窯以及非金屬材料燒結(jié)窯、干燥脫水等加熱設(shè)備。 三、應(yīng)用實(shí)例 1、某合資飯店 該飯店設(shè)有桑拿、餐飲和賓館部，一年四季需用熱水。原來使用兩臺油爐（一臺備用），日耗柴油2噸，以油價3000元噸計，每

13、年直接燃油費(fèi)用支出219萬元。改造使用一臺2.26m煤氣發(fā)生爐，產(chǎn)氣量2000m3h，煤氣熱值5.866.1MJNm3（14001450kcalNm3），可供兩臺鍋爐同時使用。煤氣發(fā)生爐造價為3234萬元，日耗煤量8.25噸，煤價（沈北褐煤，低位熱值為2400 ×4.18KJ）為126元噸，年耗煤量3011噸，熱煤直接費(fèi)用支出37.9萬元，熱料直接費(fèi)用節(jié)省了181.1萬元。經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 2、省外某機(jī)械廠 該廠為國外廠商配套生產(chǎn)大型齒圈，熱處理工序靠委托外廠加工，每噸工件需支出費(fèi)用600元。我公司為該廠設(shè)計了燃?xì)鉄崽幚砀G并為其配套一臺2.6m煤氣發(fā)生爐，使用當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的褐煤作氣化原

14、料煤，使用后熱處理成本僅需60元噸。年加工量以2000噸計（每窯熱處理能力為40噸），可節(jié)省費(fèi)用100多萬元，與原來外委加工相比較，相當(dāng)于年增加利潤100多萬元。該廠嘗到了甜頭，還要求我公司再為其生產(chǎn)三臺煤氣發(fā)生爐。 3、某鍛造公司 該企業(yè)改造前使用燃油加熱爐進(jìn)行生產(chǎn)。不僅燃料費(fèi)用高，還因造成環(huán)境污染被環(huán)保管理部門處罰多次。改造工程上馬，一期先上了一臺2.8m煤氣發(fā)生爐，為兩臺加熱爐提供燃?xì)?。不僅大量節(jié)省了燃料費(fèi)用，還得到了環(huán)保部門的肯定和支持。該企業(yè)決定后續(xù)改造工程至少再上三臺煤氣發(fā)生爐，將所有燃油加熱爐都改造為燃?xì)鉅t，以追求更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 一、背景 現(xiàn)階段，各類勞動密集型手燒式工業(yè)爐

15、、中小鍋爐、茶浴爐在我國眾多地域仍普遍存在。長期以來，基于總體生產(chǎn)工藝較為落后的客觀現(xiàn)實(shí)，上述絕大部分爐型的加熱方式，一直以粗放性質(zhì)的直接層狀燃煤為主。由于選用燃料煤的揮發(fā)分含量高、受爐膛高溫烘烤作用釋放速度快、釋放量較集中等特點(diǎn)，司爐方法及燃燒方式又決定了燃煤設(shè)施本身沒有能力將瞬時高濃度揮發(fā)分燃燒完全，廢氣流的下游也基本無法采取行之有效的常規(guī)煙塵治理措施，所以“滾滾黑煙”往往給周邊地區(qū)造成十分嚴(yán)重的大氣污染。象鱧陵地區(qū)的電磁窯、陶瓷窯等，是非常典型的。 眾多常規(guī)技術(shù)的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及失敗教訓(xùn)表明，工業(yè)爐、中小鍋爐、茶浴爐等直接燃煤設(shè)施的煙塵治理根本出路在于改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)及燃燒方式。根據(jù)我國現(xiàn)階段

16、的基本國情，仍然依托煤炭，實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐、中小鍋爐、茶浴爐等的爐前制氣，進(jìn)而完成它們?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)及燃燒方式的改變是目前乃至今后相當(dāng)長一個時期最有效、最經(jīng)濟(jì)可行的辦法之一。 二、混合煤氣發(fā)生爐氣化原理 1.簡介 混合發(fā)生爐熱煤氣是一種以一氧化碳(CO)、氫氣(H2)及甲烷(CH4)等可燃?xì)怏w為主要成分的工業(yè)熱燃料氣。它是在特定結(jié)構(gòu)的裝置即發(fā)生爐內(nèi)，控制氣化條件，塊煤(或焦炭)在空氣(或氧氣)和蒸汽混合組成的氣化劑的作用下發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化而產(chǎn)生的。 混合發(fā)生爐熱煤氣熱值一般在4.67.5MJ/Nm3(或10981790Kcal/ Nm3)之間(上限為富氧鼓風(fēng))，若進(jìn)入燃燒器的預(yù)混空氣進(jìn)行預(yù)熱，

17、實(shí)際燃燒溫度最高可達(dá)到1500左右，因此，混合發(fā)生爐熱煤氣在機(jī)械、冶金、建材、陶瓷、化工、食品等部門具有廣泛的適用性。 2.化學(xué)反應(yīng) 混合發(fā)生爐熱煤氣生產(chǎn)過程可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)包括： CO2CO2408.8MJ 2CO22CO246.4MJ CCO22CO162.4MJ CH2O(g)COH2118.8MJ C2H2O(g)CO22H275.2MJ COH2O(g)CO2H243.6MJ 上述反應(yīng)進(jìn)行的程度取決于發(fā)生爐的操作條件，即氣化溫度、壓力、氣化劑的組成和流速、氣化劑與燃料的接觸時間以及燃料的反應(yīng)性、表面性質(zhì)等。 3.生產(chǎn)方式 發(fā)生爐在生產(chǎn)過程中，氣化劑從爐底進(jìn)入爐內(nèi)煤層，氣化生成的粗煤

18、氣從頂部輸出. 灰渣層，厚度約為100200mm，氣化劑在灰渣層中不發(fā)生化學(xué)變化，只與灰渣進(jìn)行熱交換，氣化劑吸收熱量升溫預(yù)熱，灰渣釋放熱量被冷卻，同時對爐箅起保護(hù)作用。 氧化層，即有O2存在的燃料層，煤中固定碳與氣化劑中的氧氣發(fā)生強(qiáng)烈氧化反應(yīng)，放出大量的熱，使?fàn)t內(nèi)保持足夠的溫度。 還原層，從氧化層上來的高溫CO2和水蒸氣與熾熱的碳發(fā)生還原反應(yīng)，吸收熱量，生成CO和H2。 干餾層，煤炭受熱干餾，釋放揮發(fā)分，得到CH4、焦油蒸汽等氣態(tài)烴類物質(zhì)及其它氣體成分。 干燥層，入爐煤炭在該層內(nèi)脫除水分。 氧化層結(jié)合還原層又稱發(fā)生爐火層。 三、熱煤氣燃燒系統(tǒng) 1.工藝流程 熱煤氣燃燒系統(tǒng)由煤氣發(fā)生爐

19、、除塵器、隔離水封、熱煤氣管道、燃燒器(用戶)等組成，其關(guān)鍵設(shè)備是煤氣發(fā)生爐。 2.TD型混合煤氣發(fā)生爐 TD型混合煤氣發(fā)生爐是由天地科技股份公司環(huán)保事業(yè)部開發(fā)設(shè)計，協(xié)作單位加工生產(chǎn)的一種專門為勞動密集型中小工業(yè)爐以及民用中小型手燒式鍋爐、茶浴爐提供潔凈熱燃料氣的煤炭氣化裝置。目的是在工業(yè)爐、鍋爐、茶浴爐的燃燒室結(jié)構(gòu)及燃料來源不改變的前提條件下，通過改變?nèi)紵绞?，解決上述用戶普遍存在的資源浪費(fèi)及黑煙排放形成的大氣污染等問題。TD型混合煤氣發(fā)生爐共包括兩種系列，即TD1系列和TD2系列，前者為半自動結(jié)構(gòu)，適合間歇式生產(chǎn)的工業(yè)爐使用；后者為全自動結(jié)構(gòu)，適合連續(xù)性生產(chǎn)的工業(yè)爐使用。 結(jié)構(gòu)特征 以TD1型混合煤氣發(fā)生爐為例，如圖1所示： 爐型