煤氣化PPT教學(xué)課件

1、 煤氣化簡(jiǎn)介 煤是一種固體化石燃料，固體燃料的氣化過(guò)程是一個(gè)在高溫或同時(shí)在高壓下進(jìn)行的，復(fù)雜的多項(xiàng)物理化學(xué)過(guò)程。 一、煤氣化的定義 煤炭氣化是一個(gè)概括的朮語(yǔ)，用來(lái)描述煤炭轉(zhuǎn)化成煤氣的過(guò)程。即煤炭在高溫條件下，與氣化劑進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。 能使煤炭氣化生產(chǎn)煤氣的設(shè)備稱為煤氣發(fā)生爐，簡(jiǎn)稱氣化爐。煤炭在此稱為氣化原料，使煤炭與之反應(yīng)產(chǎn)生煤氣的氣體(空氣、氧氣、水蒸汽、二氧化碳等)稱為氣化劑。 二、煤的氣化方法 煤氣的用途多種多樣，制取煤氣的控制方式也多種多樣。以壓力控制方式分類煤氣化可分為常壓氣化法和加壓氣化法；以氣化原料在氣化爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方式分類，氣化又可分為移動(dòng)床氣化、流化床氣化和氣流床氣化；根

2、據(jù)排渣方式，煤的氣化可分為固態(tài)排渣氣化法和液態(tài)排渣氣化法。 魯奇加壓氣化是成熟的工業(yè)化煤加壓氣化的方法。于1936年德國(guó)建立起第一套加壓氣化裝置至今工業(yè)化已有五十多年的歷史，魯奇爐根據(jù)爐型的變化大至可劃分為三個(gè)發(fā)展階段 第一階段（19301954） 1930年西德建立了第一套加壓氣化的試驗(yàn)裝置，根據(jù)多次試驗(yàn)取得的經(jīng)驗(yàn)于1936年設(shè)計(jì)投產(chǎn)了第一臺(tái)工業(yè)化的魯奇爐，爐子內(nèi)徑為1100毫米，用褐煤為原料原料生產(chǎn)城市煤氣，氣化劑為氧氣和水蒸汽，氣化劑通過(guò)爐篦之中空心軸從爐低中心進(jìn)入爐內(nèi)，出灰口設(shè)在爐低側(cè)部，爐內(nèi)壁襯有耐火磚，爐內(nèi)無(wú)攪拌裝置，只有氣化非粘結(jié)性的煤，氣化強(qiáng)度較低。 第二階段（19521965

3、年） 由于第一代僅適用非粘結(jié)性的褐煤且氣化能力低，為了能夠氣化弱粘結(jié)性的煤，并 生產(chǎn)合成氣，提高氣化能力。1950年1954年魯爾公司與魯奇公司合作建立了一套試驗(yàn)裝置，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)了第二代魯奇爐，該魯奇爐在爐內(nèi)設(shè)置了攪拌裝置，其起到了破粘作用，從而可以氣化弱粘結(jié)性煤，同時(shí)取消了爐內(nèi)耐火磚襯里，設(shè)置了水夾套，排灰改為爐底中心排灰，氣化劑由爐底測(cè)向進(jìn)入爐篦下部。 第三階段（19691980年） 為了進(jìn)一步提高魯奇爐的生產(chǎn)能力，擴(kuò)大煤種的應(yīng)用范圍，滿足現(xiàn)代化大型廠的需要，研究設(shè)計(jì)了第三代魯奇爐，其內(nèi)經(jīng)正大到直徑3800mm，采用雙層夾套外殼， 爐內(nèi)裝有攪拌器和煤分布器，轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦采用多層結(jié)構(gòu)，布?xì)庑Ч?/p>

4、好，單爐氣化提高到化能力3500050000m3粗煤氣/hr，同時(shí)第三代的結(jié)構(gòu)材料，制作方法，操作控制等均采用了現(xiàn)代技術(shù)，自動(dòng)化程度高。 目前，國(guó)外魯奇爐正向第四代發(fā)展，其方向是提高能力，進(jìn)行液態(tài)排渣等方面發(fā)展。在南非莎索爾廠新建的Mark-V型氣化爐直徑為5000m，單爐生產(chǎn)能力可達(dá)100000/Nm3/hr。同時(shí)魯奇公司在道爾登廠積極從事“魯爾100MPa”氣化的試驗(yàn)研究。近年來(lái)，由于石油和天然氣的日益短缺及漲價(jià)，能源將重新回到以煤為主的時(shí)代。 魯奇爐各主要發(fā)展階段的技術(shù)特性 二、魯奇加壓氣化的特點(diǎn)： 1、原料方面： 煤種適應(yīng)范圍廣，能氣化從褐煤到無(wú)煙煤的各種煤，除焦煤之外。 適用于碎煤氣

5、化，由于魯奇爐為加壓氣化，因而在煤粒度上可放寬至小粒度，其適應(yīng)粒度最小為2mm，最大為50mm，最大與最小粒度之比一般為8mm，最好為56mm. 2、生產(chǎn)過(guò)程方面： 氣化爐生產(chǎn)能力大，加壓下氣體的體積縮小，流速降低，這樣使氣化爐的生產(chǎn)能力可以大大提高。 (2)氣化過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 （3）節(jié)省氧耗與動(dòng)力。加壓氣化，伴有合成甲烷反應(yīng)，而甲烷化反應(yīng)是一放熱反應(yīng)，因而氧耗降低。另加壓氣化產(chǎn)生2.53.0MPa的壓力煤氣，降低了后系統(tǒng)的壓縮動(dòng)力。3、魯奇加壓氣化的缺點(diǎn)： （1）蒸汽耗量大，在魯奇爐固態(tài)排渣氣化過(guò)程中，蒸汽分解率低，一般低于40，這使蒸汽耗量指標(biāo)超高，氣化過(guò)程的熱效率有所

6、降低。 （2）配套多而價(jià)格昂貴，魯奇加壓氣化需要純氧，因此需要配備價(jià)格昂貴的制氧設(shè)備。另生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生煤氣水也需配置煤氣水處理裝 （3）生產(chǎn)運(yùn)行中，設(shè)備損壞與檢修頻繁，因此氣化爐開(kāi)工率低。 第一節(jié) 煤的生成與分類 煤是含碳、氫元素為主的固體礦物燃料，它還含有氧、硫、氮等元素，其是千百萬(wàn)年前遠(yuǎn)古時(shí)代植物殘骸經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成的可燃性生物巖，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量熱量。 一、煤的生成： 我們都知道煤是遠(yuǎn)古時(shí)代植物殘骸經(jīng)地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成的。而煤的生成、大量堆積卻還需具備一定的條件： 1、高等植物的發(fā)生、發(fā)展是煤生成的首要條件 2、陸地上有均勻的溫度和潮濕的氣候，適宜于陸生植物一代一代地繁茂地生長(zhǎng)。 3、地形

7、的起伏形成大的沼澤地帶，有利于植物群的發(fā)展及殘骸堆積在水中。 4、地形的運(yùn)行使有可能保存植物殘骸，并轉(zhuǎn)變到沉積狀態(tài)。 在具備以上條件的前提下，古代植物轉(zhuǎn)變成煤經(jīng)過(guò)了一系列演變過(guò)程，大致可分為兩個(gè)階段： 第一階段 泥炭化階段： 此階段植物不斷繁殖、生長(zhǎng)、死亡，其殘骸堆積在水中之后，在細(xì)菌的作用下進(jìn)行分解；堆積在下面的完全與空氣隔絕，植物殘骸的菌作用就依靠本身含有的氧，發(fā)生氧化分解，發(fā)生去羧基、 脫水等作用，放出二氧化碳、水及甲烷，形成一種凝膠狀的物質(zhì)。這種殘留物的碳含量相對(duì)增加，而氧和氫含量則趨于減小。植物殘骸經(jīng)過(guò)這些變化以后，改變了原來(lái)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，變成含水分很高的棕色物質(zhì)，這種物質(zhì)稱為泥炭或

8、稱為泥煤。 第二階段 煤化階段 由于地殼的下沉、泥炭層被埋復(fù)于地下，當(dāng)在泥炭層上面形成了巖石頂板即進(jìn)入了成煤的第二階段煤化階段，此階段根據(jù)作用的因素及所發(fā)生的不同又可分為成巖作用階段和變化作用階段。 （1）成巖作用階段： 若地殼的下沉速度和植物生長(zhǎng)的速度互相配合，將形成很厚的泥炭層，以后便可能形成很厚的煤層。 但是，地殼下沉的速度常常超過(guò)植物殘骸堆積的速度，于是水層復(fù)蓋過(guò)厚，影響植物生長(zhǎng)，泥炭堆積中斷，代之以粘土、沙石的堆積，因此在泥炭層上面形成了巖層，稱為頂板。此時(shí)，若地殼下沉速度逐漸變慢，又造就了植物生長(zhǎng)、繁殖及植物殘骸堆積的條件，則泥炭層的頂板僅僅變成了泥炭?jī)?nèi)部的矸石夾層，以后將形成含有

9、夾矸層的煤層。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代里，埋復(fù)泥炭受著頂板和上復(fù)巖層的壓力作用，發(fā)生了變緊、失水，膠體老化、硬結(jié)等物理化學(xué)變化，同時(shí)，埋復(fù)泥炭的化學(xué)組成也發(fā)生了相當(dāng)緩慢的變化。這一切變化使得埋復(fù)炭最后變成了比重較大、較致密的黑褐色褐煤。從無(wú)定形的泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)檫@種具有巖石特征的過(guò)程，成為成巖作用階段。 （2）變質(zhì)作用階段： 當(dāng)?shù)貧だ^續(xù)下沉和頂板加厚時(shí)，由于地?zé)岷晚敯鍓毫Φ奶岣?，使得煤的變化逐漸脫離了成巖作用范疇，進(jìn)入變質(zhì)作用階段。 變質(zhì)作用階段是指在褐煤形成以后，沉降到地殼內(nèi)很深的地方，受高溫高壓的影響改變了原來(lái)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的過(guò)程。 在變質(zhì)因素的作用下，煤發(fā)生了物理、化學(xué)變化。變質(zhì)作用的結(jié)果，煤中宮能團(tuán)含

10、量、揮發(fā)分產(chǎn)生率逐漸減小，碳含量逐漸增高，氫和氧含量逐漸減小，熱穩(wěn)定性有所提高。 在自然中，從植物轉(zhuǎn)變成煤的過(guò)程是一個(gè)由低級(jí)的發(fā)展過(guò)程，也由量變到質(zhì)變的過(guò)程。如下表所示： 從植物及各種煤的組成成分，隨著煤化程度的增高，煤中碳含量增加；氫、氧含量減小。成煤過(guò)程是一個(gè)碳逐漸增加的過(guò)程。 二、煤的分類 煤是重要的能源和工業(yè)原料，為了使煤炭資源得到合理的利用，有計(jì)劃地對(duì)煤炭資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用，合理地對(duì)煤進(jìn)行分類便具有重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)意義。 1、煤的分類指標(biāo)： 煤的分類指標(biāo)要能反應(yīng)出煤的煤化程度與工藝性質(zhì)之間的關(guān)系。目前作為實(shí)用分類指標(biāo)仍采用可燃基揮發(fā)分作為分類的主要指標(biāo)，再補(bǔ)充幾個(gè)表征工藝性質(zhì)的指

11、標(biāo)。 （1）揮發(fā)分 其中煤中有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)有 密切的關(guān)系，它能大致地代表煤的煤化度。 （2）煤的膠資層厚度：其在一定程度上能說(shuō)明煤的粘結(jié)性。 （3）自由膨脹序數(shù)：它尚能在一定程度上說(shuō)明煤的粘結(jié)性。 （4）葛金指數(shù)：其對(duì)煤的結(jié)焦性區(qū)分能力廣，對(duì)揮發(fā)分接近而粘結(jié)不同的煤都能加以區(qū)分。 （5）羅加指數(shù)：是一個(gè)粘結(jié)性指標(biāo)，它對(duì)低、中等粘結(jié)的煤有較強(qiáng)的區(qū)分能力。 （6）奧加膨脹度：其對(duì)強(qiáng)粘結(jié)性煤的區(qū)分能力較好。 無(wú)煙煤含量占到了總儲(chǔ)量17.55，而在無(wú)煙煤中變質(zhì)程度又有顯著的不同，為了更合理地使用無(wú)煙煤，以Hr和Vr為指標(biāo)將無(wú)煙煤進(jìn)一步分為三種，如下表示：無(wú)煙煤的分類由上分類表可看出通過(guò)煤的分類，對(duì)

12、煤炭的勘探、生長(zhǎng)、合理使用都起到了重要的指導(dǎo)作用 第二節(jié) 煤的工業(yè)分析和元素分析 一、煤的工業(yè)分析 煤的工業(yè)分析也叫煤的技術(shù)分析，工業(yè)分析的項(xiàng)目包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分及固定碳。其中水分和灰分是煤的無(wú)機(jī)組分；揮發(fā)分和固定碳取決于有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)，通過(guò)對(duì)煤的工業(yè)分析可合理使用煤種，且起到指導(dǎo)生長(zhǎng)的作用。 1、水分（W） 從水分在煤中存在的狀態(tài)來(lái)看，水分可分為外在水分和內(nèi)在水分。附著在煤顆粒表面或大毛細(xì)管（直徑105cm）的水，稱為外在水分。將煤在空氣中風(fēng)干時(shí)，這類水分就不斷蒸發(fā)，一直到其中的蒸汽壓與空氣的濕度達(dá)到平衡為止，此時(shí)失去的水分就是外在水分，以“WWZ”表示，失去了外在水分的煤稱為風(fēng)

13、干煤或分析用煤。吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細(xì)孔中的水， （直徑 10-5cm）中的水，成為內(nèi)在水分。內(nèi)在水分主要以物理化學(xué)的方式與煤質(zhì)相連結(jié)，它的蒸汽壓比純水的蒸汽壓小，因而在常溫下，這部分水分不易除去。除上述水分外，煤中還有結(jié)晶水和化學(xué)水，在煤的工業(yè)分析中，只測(cè)定游離水（外在水分和內(nèi)在水分）而不測(cè)定結(jié)晶水和化學(xué)水。 在煤的工業(yè)分析中所測(cè)定的水分，分為原煤全水分（若來(lái)樣符合應(yīng)用煤狀況，則稱為應(yīng)用煤水分）和分析煤樣的水分。水分用定量法測(cè)定，全水分測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算： WQW1+ G1/G (100-W1) 式中：WQ 試樣全水，；W1 試樣在運(yùn)輸中損失的水分，；G1 試樣干燥后的 失重，克； G

14、 試樣的重量，克。G1 2、灰分（A）（1）煤中灰分的來(lái)源： 煤的灰分是指煤中所有可燃物質(zhì)完全燃燒以及煤中礦物質(zhì)在一定溫度下產(chǎn)生一系列分解，化合等復(fù)雜反應(yīng)后剩下來(lái)的殘?jiān)Ｃ旱幕曳秩縼?lái)自煤中的礦物質(zhì)，但它的組成和重量與煤中礦物質(zhì)不完全相同，因而確切地說(shuō)，煤的灰分應(yīng)稱為灰分產(chǎn)率。 煤中礦物質(zhì)有不同的來(lái)源，一般可以分為以下三鐘：a、原生礦物質(zhì)：它是由成煤植物本身所含有礦物質(zhì)形成，原生礦物質(zhì)在煤中含量很少。b、次生礦物質(zhì)：它是在成煤過(guò)程中由外界混到煤層中的礦物質(zhì)形成。 c、外來(lái)礦物質(zhì)：它并不含于煤中，而是在采煤過(guò)程中混入煤中的頂板、底板、夾矸的矸石形成。 煤中的原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)的總和稱為內(nèi)在礦

15、物質(zhì)，內(nèi)在礦物質(zhì)很難用選煤方法除去，來(lái)自內(nèi)在礦物質(zhì)的灰分。而外來(lái)礦物質(zhì)（稱為外在礦物質(zhì)）用洗選煤的方法比較容易除去。來(lái)自外在礦物質(zhì)的灰分稱為外在灰分。 煤的灰分是一種廢物，它不僅影響煤的熱值，幾乎在煤炭加工利用的各種場(chǎng)合下都帶來(lái)有害的影響。 （2）灰分的熔點(diǎn)： 灰熔點(diǎn)即指煤灰分加熱至熔融流動(dòng)狀態(tài)時(shí)溫度T3。 另外表示灰溶融特征的還有T1變形溫度和T2軟化溫度。 煤灰分的灰熔點(diǎn)變動(dòng)范圍很大，它取決于煤的灰分組成，灰分的主要成分為SiO2，AI2O3、FeO3及CaO等，若在灰分中，SiO2AI2O3所占的比例愈大，則灰分的灰熔點(diǎn)愈高。 3、揮發(fā)分（V） 煤的揮發(fā)分不是煤中的固有的物質(zhì)，而是在特定

16、條件下，煤的有機(jī)質(zhì)受熱分解的產(chǎn)物。因此確切地說(shuō)，該指標(biāo)應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率。揮發(fā)分產(chǎn)率和煤中有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)有密切的關(guān)系。隨著煤化度的增高，揮發(fā)分產(chǎn)率逐漸減小。因?yàn)閾]發(fā)分能大致代表煤的變質(zhì)程度，同時(shí)又能根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣性狀初步判斷煤的加工利用性質(zhì)。所以揮發(fā)分產(chǎn)率是煤炭分類的重要指標(biāo)之一。 二、煤的元素分析 在自然界中，雖然煤的品種很多，然而，它們都是由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物兩部分組成。無(wú)機(jī)物主要是水和礦物質(zhì)；有機(jī)物主要是由碳、氫、氧、氮、硫等五種元素組成。其中又以碳、氫、氧為主其總和占有機(jī)質(zhì)的95以上。氮的含量變化范圍不大，硫的含量則隨原始成煤物質(zhì)和成煤時(shí)的沉積條件不同有高有底。煤的工藝用途主要是由

17、煤中有機(jī)質(zhì)決定的。所以了解有機(jī)質(zhì)的組成是很重有的。 1、煤中的碳、氫、氮、氧的測(cè)定 （1）碳、氫、氮、氧的測(cè)定 碳和氫是煤中有機(jī)質(zhì)的基本元素，測(cè)定法為燃燒法，即在800下通人氧氣使其完全燃燒，ggg 碳氧化成二氧化碳，氫生成水，測(cè)定兩種產(chǎn)物的數(shù)量便可計(jì)算出碳和氫的含量。 煤中的氮，主要是由成煤植物中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化而來(lái)的，具測(cè)定一般采用開(kāi)氏法：即煤加入在硫酸中，在催化劑的作用下，加熱分解，氮轉(zhuǎn)化為硫酸氫銨。加入過(guò)量的氫氧化鈉溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)用去的硫酸量，計(jì)算出煤中的氮含量。 煤中氧含量一般用差額法算出，即 Or100Cr-Hr-Nr-Sryj (2)C、H

18、、O、N與煤質(zhì)的關(guān)系： 煤的元素組成隨著煤的種類、煤化度及媒巖組成的不同而異。我國(guó)各種煤的元素組成下表可見(jiàn)，煤中碳含量隨著煤化度的增高而增加。因此煤的煤化度也常常稱為煤的碳化程度元素煤種元素煤種 煤中氫含量變化較大，隨著煤化度的增高而減少 煤中氧含量隨煤化度的增高而顯著減少。 2、煤中的硫： （1）煤中硫的形態(tài)及來(lái)源：煤中硫分的存在通?？煞譃橛袡C(jī)硫（Syj）和無(wú)機(jī)硫兩大類。無(wú)機(jī)硫又可分為硫化物硫（SLT）和硫酸鹽硫（SLY），有時(shí)存在微量的元素硫。有機(jī)硫和硫化物硫在空氣中能燃燒，總稱可燃性硫；硫酸鹽硫不能燃燒，屬非可燃硫，兩者總值為全硫（SQ） 硫化物硫一來(lái)源于成煤植物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中的硫化物，

19、另一則是水中的硫酸鐵等鹽類還原生成的 硫酸鹽主要由Ca、Fe等鹽類組成，如果煤經(jīng)風(fēng)化，硫化鐵硫就可能被氧化生成硫酸鹽硫。 煤中有機(jī)硫的含量一般較低，其是煤質(zhì)分子結(jié)構(gòu) 的一部分，而不是以有機(jī)硫化合物的形式與煤的簡(jiǎn)單聚合。 2）煤中硫含量的測(cè)定：煤中全硫含量常用艾氏法測(cè)量，即將煤與艾氏試劑均勻混合灼燒使煤中的硫含量全部變成可溶性的鈉和鎂的硫酸鹽，然后通過(guò)重量法測(cè)定硫酸鋇沉淀物的數(shù)量，來(lái)計(jì)算煤中的全硫含量。 三、煤的發(fā)熱量 發(fā)熱量是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的一項(xiàng)主要指標(biāo)，也是進(jìn)行燃燒計(jì)算時(shí)不可缺少的基本數(shù)據(jù)，燃燒過(guò)程的熱平衡、耗煤量、熱效率等的計(jì)算，都是以煤的發(fā)熱量為依據(jù)的。 1 、發(fā)熱量的基本概念： 煤的發(fā)熱量就

20、是單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，單位表示為：卡/克或千卡/千克。 根據(jù)燃燒產(chǎn)物中水的狀態(tài)的不同，發(fā)熱量的數(shù)值可有兩種。一種稱高位發(fā)熱量：假定燃燒廢物中所有的水汽都冷凝下來(lái)成為零度時(shí)的液態(tài)水，在這種情況下，單位質(zhì)量的燃燒完全燃燒后放出的熱量稱為高位發(fā)熱量，以QGW表示。另一為低值發(fā)熱量，燃燒廢物中的水仍以氣 態(tài)(假設(shè)為25)逸出.此條件下,單位重量的燃料完全燃燒后放出的熱量成為低位發(fā)熱量,以QDW表示,其接近工業(yè)實(shí)際情況. 高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量可互為換算:即QGW=QDW+6(WY+9HY)式中:QGW應(yīng)用煤的高位發(fā)熱量; QDW 應(yīng)用煤的低位發(fā)熱量; WY 應(yīng)用煤中的水分,百分?jǐn)?shù);

21、HY 應(yīng)用煤中的氫含量,百分?jǐn)?shù). 2.發(fā)熱量的計(jì)算: 煤的發(fā)熱量除了可以直接測(cè)定外,還可以利用煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算. (1)利用工業(yè)分析計(jì)算 a.灰分Ag的無(wú)煙煤高位發(fā)熱量 QfGW=K0-80Wf-90Af 式中:QfGW 分析樣高位發(fā)熱量,卡/克; Wf分析樣水分含量, ; Af-分析樣灰分含量, ; K0-常數(shù), 的無(wú)煙煤高位發(fā)熱量: QfGW=K1100-(Wf+Af)-6Af 式中:K1常數(shù),由煤實(shí)測(cè)的Vr值和焦渣特征表查得. C.灰分Ag40%的褐煤高位發(fā)熱量: QGW=K2-70Wf-75Af 式中:K2為常數(shù) (2)利用元素分析計(jì)算: a、計(jì)算任何褐煤、煙煤和無(wú)煙煤

22、的發(fā)熱量 QGW80（78.1）Cr310（300）Hr15Sr25Or5（Ag-10） 當(dāng)Cr95或Hr1.5時(shí)，式中Cr前面的系數(shù)采用78.1；當(dāng)Cr77，式中Hr前面的系數(shù)采用300。 b、計(jì)算各種褐煤、煙煤和無(wú)煙煤的QDT： QDT 80（78.1）Cr310（300）Hr10Nr25Sr25Or5（Ag-10） 式中Cr和Hr前面的系數(shù)的采用原則同前述。當(dāng)煤中Ag 10時(shí)，式中最后一項(xiàng)灰分校正值才需減去，否則，最后一項(xiàng)刪去。 3、煤的發(fā)熱量與煤質(zhì)的關(guān)系： 在煤的組成的元素中，C和H是影響煤發(fā)量的主要因素，從褐煤、長(zhǎng)煙煤過(guò)渡到焦煤時(shí)，煤中H含量減少不大，而碳含量卻有明顯的增加，這使得煤

23、的發(fā)熱量趨于增加。到焦煤以后，由于煤中碳含量增加幅度降低，而H含量卻明顯地降低，而氫的發(fā)熱量比碳大4.2倍，因此，發(fā)熱量的變化又隨著煤化度的增高而下降。 H值和K0值對(duì)應(yīng)表V值和K0值對(duì)應(yīng)表焦渣特征V%KV值和K2值對(duì)應(yīng)表 第三節(jié) 煤的分析結(jié)果的表示法和基準(zhǔn) 一、分析結(jié)果的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果的百分率，因分析樣不同而結(jié)果也不相同，此處所說(shuō)的條件也即基準(zhǔn)，若基準(zhǔn)不一致，同一實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算差別就很大。如下表示：礦煙煤各某基準(zhǔn)的分析結(jié)果 可見(jiàn)各種煤的同類數(shù)據(jù)只有在同一基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行比較。因此，所有的分析指標(biāo)一定要表明它的基準(zhǔn)。一般在工業(yè)生產(chǎn)中為了便于比較，灰分常采用干基、揮發(fā)分采用可燃基、硫

24、大多數(shù)也采用干基，分別表示為：Ag%,Vr%,SgQ%.元素分析一般規(guī)定以可燃基為基準(zhǔn)： 如：Cr%,Hr%,Or%,Sr%,Nr%等 二、基準(zhǔn)之間的換算1、全水分（） WQ=WWZ+WNZ(100-)/1002、固定碳（） CGD=100-(Wf+Af+Vf) ; CGD=100-(Ag+Vg) CGD=100-Vr 3、從分析基或可燃基換算成干基： Xg=Xg100/(100-Wf)% Xr=Xr(100-Ag)/100% 4、從分析基或干基換算成可燃基： Xr=Xf100/(100-Wf-Af)% Xr=Xg100/(100-Ag)% 5、從分析基換算成應(yīng)用基： Xy=Xf(100-Wy

25、)/(100-Wf)% Xy=Xf(100-WWZ)/100% 第四節(jié) 煤的熱分解與氧化 一、煤的熱分解概念： 有機(jī)物質(zhì)在中性化學(xué)介質(zhì)中加熱時(shí)所發(fā)生的變化，統(tǒng)稱為熱分解，這種變化是由于分子的分解，不飽和原子團(tuán)的化合和最輕分子的揮發(fā)所引起的。 煤的熱分解是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。它包括了煤中有機(jī)質(zhì)的裂解，裂解產(chǎn)品中輕質(zhì)部分的揮發(fā)，殘留部分的締合作用.熱分解的趨勢(shì)是使煤中對(duì)熱不穩(wěn)定的部分,不斷的裂解,揮發(fā)而去,殘留的部分 不斷的締合增炭,形成了熱穩(wěn)定的產(chǎn)物. 根據(jù)加熱溫度,煤的熱分解過(guò)程大致可分為以下階段: 1、120放出外在水份和內(nèi)在水份，成之為以下階段。 2、120 200 放出吸附在小孔中的氣體，如C

26、O2、 等，成為脫吸階段。 3、 200 300 放出熱解水，開(kāi)始形成氣態(tài)產(chǎn)物，如CO2、H2S等，并有微量焦油析出，成為開(kāi)始熱解階段 4、 300 500 大量析出焦油和氣體，幾乎全部焦油均在此溫度范圍內(nèi)析出。在這一階段放出的氣體中主要為CH4及其同系物，此外，還有不飽和烴（CmHn）、H2及CO2、CO等，成為一次氣體。粘結(jié)性煤在這一階段經(jīng)膠質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢?。此階段成為膠質(zhì)體固化階段。 5、500 750 半焦熱解，析出大量含氫很多的氣體，為二次氣體，在此半焦收縮，此階段成為半焦收縮階段。 6、 750 1000 半焦進(jìn)一步熱分解，繼續(xù)形成小量氣體，半焦轉(zhuǎn)變?yōu)榻固俊?熱解是由于溫度的升高，

27、分子振動(dòng)加劇，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度大于原子鍵的生成能時(shí)，分子中原子之間的鍵能即行斷裂?？梢?jiàn)，煤的熱穩(wěn)定性取決于分子中原子間鍵能的大小，即決定于分子的結(jié)構(gòu)。隨著煤化度的增高，煤中氧含量、氫含量的減小，側(cè)開(kāi)始鍵變短，芳構(gòu)化程度增高，而使其熱穩(wěn)定性提高，所以，隨著煤化度增高煤的分解溫度也升高。煤的分解溫度 二、煤的氣化： 1、基本概念： 氧化對(duì)于煤的性質(zhì)有重大的影響，它是煤風(fēng)化甚至自燃的原因。 煤的氧化可分為五個(gè)階段：第一階段為在常溫到100 左右，用空氣或氧氣氧化，形成表面氧絡(luò)合物，并進(jìn)一步發(fā)生氧化分解和變質(zhì)。第二階段為在100300 用空氣或氧氣氧化，生成可溶于堿的復(fù)雜的再生腐值酸；第三個(gè)階段是在2003

28、00 懸浮在堿的水溶液中用氧加壓氧化，生成可溶于水的較復(fù)雜的次腐質(zhì)酸。第四階段與第三階段條件相同，僅增加氧化劑的量，生成溶于水的簡(jiǎn)單有機(jī)酸。第五階段便是燃燒。 2、煤的風(fēng)化和自燃 煤在空氣中堆存時(shí)受到大氣因素（包括空氣中氧，溫度的變化等化學(xué)作用和物理作用）的綜合影響時(shí)，其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及工藝性質(zhì)就發(fā)生一系列的變 化，這種變化成為風(fēng)化。風(fēng)化作用主要是煤的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)所引起的。煤的氧化放出熱量，如果熱量不能及時(shí)放出，在煤堆中越積越多，煤的溫度就越來(lái)越高，使氧化過(guò)程加速，放出更多的熱量，以致達(dá)到煤的著火點(diǎn)，這樣由煤的自熱而造成自燃。 煤在 低溫時(shí)氧化的趨勢(shì)取決于煤的種類，煤化度越高，煤中有機(jī)質(zhì)

29、的芳構(gòu)化程度越高，含量越低，煤就難在低溫下氧化。煤的自燃趨勢(shì)也逐漸降低。 煤溫度越高越易自燃，疏松的煤易于與空氣接觸，因而也易自燃。 3、媒風(fēng)化、自燃過(guò)程的機(jī)理： 煤在較低的溫度下，由于煤吸附了氧而生成了煤氧絡(luò)合物，這一絡(luò)合物只是在比較低的低的溫度下才能在，當(dāng)溫度高于8085時(shí)，則迅速分解并放出CO2、CO、水蒸汽，同時(shí)放出熱量，煤溫繼續(xù)升高，第二個(gè)煤絡(luò)合物以相當(dāng)大的速度生成，并在相當(dāng)高的溫度下分解，生成了被氧化了的煤的氣體產(chǎn)物，同時(shí)放出了熱量。這樣加劇了煤的溫升，使之達(dá)到著火點(diǎn)。 煤氣化是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，在氣化過(guò)程中即有煤與氣化濟(jì)之間的一次反應(yīng)，又有反應(yīng)產(chǎn)物與煤或其它氣體之間的二次反

30、應(yīng)，主要一次反應(yīng)有： C+O2=CO2+97800千卡/公斤分子 2C+O2=2CO+58860千卡/公斤分子 C+H2O=CO+H2-28160千卡/公斤分子 C+2H2O=CO2+2H2- 17970千卡/公斤分子 2C+2H2O =CH4+CO2+30000千卡/公斤分子 主要二次反應(yīng)有： 2CO+O2=2CO2+136440千卡/公斤分子 CO2+C=2CO- 38400千卡/公斤分子 C+2H2=CH4+20870千卡/公斤分子 CO+H2O=CO2+H2+10410千卡/公斤分子 CO+3H2=CH4+H2O+49250千卡/公斤分子 2CO+2H2=CH4+H2O+59100千卡

31、/公斤分子 CO2+4H2=CH4+2H2O+38900千卡/公斤分子 2H2O+O2=2H2O+115620千卡/公斤分子 煤氣化反應(yīng)也是一種化學(xué)反應(yīng)，因此，一般化學(xué)反應(yīng)的原理基本也能適用。 一、氣化反應(yīng)的物理化學(xué)基礎(chǔ) 1、氣化反應(yīng)的反應(yīng)速度： 化學(xué)反應(yīng)速度是指反應(yīng)器在單位時(shí)間內(nèi)所起化學(xué)變化的量，一般以單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物或物質(zhì)濃度的變化來(lái)表示。 （1）均相系的反應(yīng)速度 均相系反應(yīng)是指在均一的同一氣相混合物中各種氣體間進(jìn)行的反應(yīng)。其化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物質(zhì)濃度的乘積成正比. (2)濃度：壓力對(duì)均相系反應(yīng)速度的影響 在 同一溫度時(shí)，氣體 分子具有的能量并不相同，具有 較大能量的分子叫做活化分子，只有

32、活化分子之間的相互碰撞才能發(fā)生反應(yīng)。這種發(fā)生反應(yīng)的碰撞叫做有效碰撞。在一定溫度時(shí)，一定反應(yīng)物中活化分子占的百分?jǐn)?shù)是一定的。但當(dāng)反應(yīng)物的壓力或濃度增大時(shí)，單位體積內(nèi)活化分子數(shù)多了。這樣就能使單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的有效碰撞次數(shù)增多，因此反應(yīng)速度也就增大了。 （3）溫度對(duì)均相系反應(yīng)速度的影響 1889年阿累尼烏斯提出了溫度影響反應(yīng)速度常數(shù)：活化能 一定時(shí)，溫度升高，常數(shù)增加，因此反應(yīng)速度加快。 （4）活化分子所具有的能量比一般分子的平均能量高出的值稱為分子的活化能。 化學(xué)反應(yīng)即要兩個(gè)分子接觸而起作用，而且必須接近到一定程度。由于分子間配對(duì)電子的相斥以及兩核之間的斥力，在一個(gè)分子接近另一個(gè)分子時(shí)，位能就要

33、增加，同時(shí)，在生成物生成以前，反應(yīng)物分子中原子有的化學(xué)鍵也需要減弱或破壞，這些過(guò)程都需要額外能量來(lái)補(bǔ)充，而這個(gè)過(guò)程所需的能量總和就是活化能?；罨鼙砻髁艘粋€(gè)化學(xué)反應(yīng)在進(jìn)行過(guò)程中所需的能量，可見(jiàn)，不同的化學(xué)反應(yīng)要有不同的活化能。因此，在其它條件相同時(shí)，活化能愈小，活化分子的數(shù)目越多，反應(yīng)速度也就越 快。 （5）非均相系的反應(yīng)速度 非均相系反應(yīng)是指在固定碳相的界面上碳和氣體（O2、H2O、CO2等）間進(jìn)行的反應(yīng)。 在非均相系中，化學(xué)反應(yīng)是在兩相（氣、固）的界面上進(jìn)行的，只有在這里，反應(yīng)物的分子會(huì)發(fā)生碰撞。因此，非均相系的反應(yīng)速度除受溫度、壓力、濃度等因素影響外，還和兩相之間接觸面的大小有關(guān)。 煤炭

34、氣化過(guò)程便是一非均相系化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是固定碳與生成氣反應(yīng)的過(guò)程。其可表述為：固體氣體另一氣體 類型的非均相反應(yīng)。 在固體表明進(jìn)行反應(yīng)一般可分為三個(gè)階段： 第一，反應(yīng)物分子從氣相區(qū)穿過(guò)氣膜擴(kuò)散傳播到固體表明。 第二，反應(yīng)分子被固體表明所吸附，并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 第三生成物分子從固體表明解吸，并重新穿過(guò)氣膜離開(kāi)固體表明。 由上述過(guò)程可見(jiàn)，非均相系的反應(yīng)速度，不僅取決于化學(xué)動(dòng)力學(xué)方面的作用速度，而且與第一或第三階段的氣體擴(kuò)散速度有關(guān)。若擴(kuò)散速度不及化學(xué)反應(yīng)速度快時(shí)，則總的反應(yīng)速度受到擴(kuò)散速度的限制，次況稱為擴(kuò)散區(qū)。與次相反則稱為動(dòng)力區(qū)；兩區(qū)之間成為過(guò)渡區(qū)或中間區(qū)。 擴(kuò)散速度由菲克定律可知：增大氣流速度

35、，提高溫度、壓力（壓力提高氣體密度增大而氣體密度對(duì)碳表面的氣膜厚度的影響，要遠(yuǎn)大于壓力對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響）都可提高擴(kuò)散速度。 2、化學(xué)平衡狀態(tài)和平衡常數(shù) 氣化反應(yīng)一般都是可逆反應(yīng)，而可逆反應(yīng)在密閉的容器中是不能進(jìn)行到底的。在可逆反應(yīng)過(guò)程中，正反應(yīng)的速度是隨著反應(yīng)物的不斷減小而逐漸降低；而逆反應(yīng)的速度則是隨著生產(chǎn)物的不斷增加而上升。當(dāng)逆反應(yīng)的速度與正反應(yīng)的速度相等時(shí)，反應(yīng)即達(dá)到了平衡狀態(tài)，此時(shí)生產(chǎn)物和反應(yīng)物的量達(dá)到了一定的比例 關(guān)系，只要反應(yīng)條件不變，次比例關(guān)系無(wú)論經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間都不會(huì)改變。 （1）均相系的反應(yīng)平衡 設(shè)均相系的可逆反應(yīng)為： Aa+bB =cC+dD 則其正反應(yīng)速度U1和逆反應(yīng)速度U2

36、為：反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)速度可逆反應(yīng)UtU1=U2正反應(yīng)速度U1逆反應(yīng)速度U2 U1=K1AaBb U2=K2CcDd 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)， U=0即 U1=U2 將U1和U2式待人上式得：K1AaBb=K2CcDd 化簡(jiǎn)為 Cc Dd / Aa Bb = K1 / K2 = KC 式中：A、B、C、D 物質(zhì)A、B、C、D在達(dá)到平衡時(shí)的濃度。 KC以濃度表示的反應(yīng)平衡常數(shù)。 （2）非均相系的反應(yīng)平衡 在固體與氣體之間所進(jìn)行的非均相系 的可逆反應(yīng)中，固體與其蒸汽壓間的平衡及蒸汽與氣體間的平衡均要考慮。固體在一定溫度時(shí)，其蒸汽壓是一定的，故作為一個(gè)常數(shù)并入平衡常數(shù)中。 3、化學(xué)平衡的移動(dòng)及影響因素 化學(xué)

37、平衡的移動(dòng)即反應(yīng)條件的改變，使原已達(dá)到的化學(xué)平衡遭到破壞，從而使反應(yīng)物和生產(chǎn)物濃度發(fā)生變化，達(dá)到新條件下的化學(xué)平衡?；瘜W(xué)平衡移動(dòng)的根本原因是，外界條件的改變對(duì)正、逆反應(yīng)速度發(fā)生了不同的影響。 （1）濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響： 可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)不隨濃度的變化而變化。在平衡體系內(nèi)增加反應(yīng)物的濃度，平衡則向著減小反應(yīng)物濃度方向移動(dòng)，也就是朝著產(chǎn)生生產(chǎn)物的方向移動(dòng)。 （2）溫度對(duì)化學(xué)平衡 的影響 溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響與反應(yīng)的熱效應(yīng)關(guān)系很大。對(duì)于放熱反應(yīng)，要增加生產(chǎn)物的產(chǎn)量，宜在較低溫度下進(jìn)行；對(duì)于吸熱反應(yīng)，要增加生產(chǎn)物的產(chǎn)量，宜在較高溫度下進(jìn)行。 （3）壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響 提高壓力有利

38、于生成物體積減小的反應(yīng)，不利于生成物體積增大的反應(yīng)。 （4）呂查德里 原理 總結(jié)了諸因素的影響規(guī)律即：若改變平衡體系諸條件之一，（溫度。壓力和濃度）結(jié)果會(huì)使化學(xué)平衡向能減弱這個(gè)改變的方向移動(dòng)。 二、煤氣化主要反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理 1、碳到氧化機(jī)理 實(shí)驗(yàn)證明，隨著溫度、流體動(dòng)力條件及鼓風(fēng)氣相個(gè)別組成的分壓不同所制得的煤氣中碳的氧化物比例（CO：CO2）變化范圍是很大的。在過(guò)去大量的研究中碳與氧的反應(yīng)機(jī)理最初提出為二氧化碳說(shuō)，這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為CO2是碳與氧反應(yīng)（C+O2=CO2）生成的一次產(chǎn)物，而CO是CO與碳二次反應(yīng)的產(chǎn)物。 而后又提出一氧化碳說(shuō)，其與二氧化碳說(shuō)相反，認(rèn)為碳和反應(yīng)首先生成CO，即2C+O2

39、=2CO,CO是反應(yīng)的一次產(chǎn)物，即CO2是由反應(yīng)2CO+O2=2CO2生成的。最后較多的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果認(rèn)為CO與CO2同為碳與氧相互作用的一次產(chǎn)物，生成機(jī)理如下： （1）氧吸附到碳的表面. （2）在碳的表面形成一種碳氧絡(luò)合物, CxOy. (3)隨著反應(yīng)進(jìn)行的條件不同，碳與氧絡(luò)合物熱鍵同時(shí)生成不同比例的CO和CO2. CxOy-mCO+nCO 2、二氧化碳還原機(jī)理 a、反應(yīng)機(jī)理：在煤氣化過(guò)程中二氧化碳還原生成一氧化碳是一個(gè)非常重要的二次還應(yīng)，其在很大程度上確定了所得煤氣的質(zhì)量。 大量的研究工作得出結(jié)論：二氧化碳還原反應(yīng)是復(fù)雜的多相反應(yīng)（非均相反應(yīng)），通過(guò)形成固體表面絡(luò)合物CxOy和分解生成CO。

40、 （1）CO2在碳表面吸附并與碳形成一種碳氧初次絡(luò)合物。C+CO2-碳氧初次絡(luò)合物。 （2）碳氧初次絡(luò)合物分解形成放射性一氧化碳和非活性二次碳氧絡(luò)合物。 （3）二次碳氧絡(luò)合物分解形成非活性的一氧化碳和碳的游離原子。 二次碳氧絡(luò)合物CO+C（游離） b、影響還原反映的條件 （1）溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響 二氧化碳的還原反應(yīng)進(jìn)行得比較緩慢，尤其在低溫條件下，為了達(dá)到反應(yīng)的平衡，就需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間。反應(yīng)溫度愈高，反應(yīng)的速度將愈快，其達(dá)到平衡所需的時(shí)間則愈短。而在較低的反應(yīng)溫度時(shí)，反應(yīng)速度較慢，達(dá)到平衡的時(shí)間較長(zhǎng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，氣體在還原層停留的時(shí)間很短，僅幾秒鐘，與在次條件下達(dá)平衡所需時(shí)間相比相差很多

41、，反應(yīng)CO2+C=2CO并不能達(dá)到平衡，因此生產(chǎn)出的煤氣CO2要比次條件下的平衡含量高。 由反應(yīng)速度與反應(yīng)溫度的關(guān)系可見(jiàn)：在一定的溫度下，CO2與赤熱的碳接觸時(shí)間愈長(zhǎng)，則生成一氧化碳的量就愈多。若接觸時(shí)間相同，則進(jìn)行反應(yīng)的溫度愈高，CO2的還原就愈快，愈完全。 （2）燃料性質(zhì)對(duì)反應(yīng)速度的影響 我們由煤的物化性質(zhì)可知，隨著碳化度的增高，煤的化學(xué)性下降?；瘜W(xué)活性也影響反應(yīng)速度的一個(gè)因素，在同等反應(yīng)溫度條件下，活性好的煤，反應(yīng)速度快為了保證煤氣的質(zhì)量，氣化工藝條件要隨燃料的不同而改變，如氣化碳化度高的煤要比氣化碳化度低的煤操作溫度要高。 3、水蒸汽分解機(jī)理 燃料中碳與水蒸汽之間的反應(yīng)是一次反應(yīng)，它對(duì)

42、用空氣水蒸汽或氧氣水蒸汽條件制氣過(guò)程具有重要的影響，水蒸汽分解可有以下幾個(gè)反應(yīng)： C+H2O=CO+H228150千卡/公斤分子 C+2H2O=CO2+2H2-17900千卡/公斤分子 CO+H2O=CO2+H2-10250千卡/公斤分子 對(duì)于碳與水蒸汽反應(yīng)CO2是初級(jí)產(chǎn)物，還是CO是初級(jí)產(chǎn)物，眾說(shuō)不一。近年來(lái)開(kāi)始認(rèn)為水蒸汽分解反應(yīng)也是存在著化學(xué)吸附的過(guò)程。 （1）水蒸汽在碳的表面物理吸附。 C+H2OC+H2O(吸附) （2）然料中的碳與水蒸汽形成中間絡(luò)合物，這是化學(xué)吸附。在形成絡(luò)合物的瞬間分解出為碳表面所吸附的氫，氫則在高溫作用下逐漸解吸下來(lái)。 C+H2O(吸附)CxOy+H2(吸附) H

43、2（吸附）H2 （3）中間絡(luò)合物在高溫下分解或與氣相中水蒸汽反應(yīng)形成CO。 CxOyCO(吸附) +C CO(吸附) CO 或 CxOy+H2OCO(吸附)+H2 許多研究發(fā)現(xiàn)在氣化含灰的燃料，當(dāng)氣化劑中存在有水蒸汽時(shí)，所得氣體組成中CO2較多，而氣化含灰量少的燃料時(shí)，所得氣中CO2較少。這是由于在固體燃料氣化的同時(shí)，存在著水蒸汽和碳的反應(yīng)以及CO的變換反應(yīng)。并且燃料中的灰分對(duì)CO變換反應(yīng)起有催化劑作用。 一、實(shí)際氣化過(guò)程的熱工特性 在實(shí)際的加壓氣化過(guò)程中，原料煤從氣化爐上部加入，在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)干燥、干餾、半焦氣化、殘焦燃燒、灰渣的排除等物理化學(xué)過(guò)程。在整個(gè)氣化過(guò)程需耗熱的地方有： （1）煤的干燥

44、； （2）煤的干餾； （3）氣化過(guò)程中吸熱的還原反應(yīng)； （4）煤氣和其夾帶出爐的顯熱； （5）灰渣帶出的顯熱； （6）氣化爐的散熱損失。 魯奇加壓氣化的供熱是通過(guò)未氣化反應(yīng)了的剩余炭與氧進(jìn)行燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 二、魯奇爐燃料床層的結(jié)構(gòu) 在加壓氣化爐中燃燒床大致可分為灰渣層、燃燒層、還原層（氣化層）、干餾層、干燥層等五層。各層分布見(jiàn)下圖：1、300mm 450 2、300mm 10001100 3、1600mm 5501000 4、500mm 350550 5、800mm 350 1、灰層2、燃燒層3、氣化層4、干流層5、干燥層燃料床層分布床層高度及床溫在燃料層主要進(jìn)行的是C+O2=CO2和C+O2

45、=2CO反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量傳到給了氣體，提供了氣化所需的熱量。而在還原層、干餾層 、干燥層則是氣體是熱量傳導(dǎo)給氣固接觸面上。煤的干餾、干燥需要吸收氣體大量的熱量，因此在這兩層氣、固溫差分別顯得更大一些。圖中氣化過(guò)程和床層高度與溫度之間的關(guān)系 三、氣化爐內(nèi)各層的特性 1、灰渣層 灰渣層是用于保護(hù)氣化爐爐篦不被燒壞或過(guò)熱變形，其厚度是生產(chǎn)操作重要的一個(gè)控制值，一般在爐頂之上300500mm,在此層高溫的灰渣與氣化濟(jì)換熱，使得灰渣溫度降至約450 . 2、燃燒層 氣化劑通過(guò)灰層繼續(xù)上升進(jìn)入燃料層，在次氣化劑中02與煤發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成大量CO2和CO。當(dāng)氣化劑中的氧幾乎全部消失時(shí)，該層結(jié)束。該層的

46、反應(yīng)放出大量的熱，故稱其為供熱層。 碳與氧的燃燒反應(yīng)速度極快，煤料在該層的停留時(shí)間較其它層都短，一般約38分鐘，煤料在燃燒層停留的時(shí)間及次層的厚度與煤料的性質(zhì)有很大關(guān)系，當(dāng)氣化灰分高、粒度大、活性差的煤時(shí)，則床層厚度要增高且煤料停留的時(shí)間要較長(zhǎng)，以使反應(yīng)進(jìn)行完全。 3、還原層 在氧氣全部消失后，水蒸汽開(kāi)始大量分解和碳進(jìn)行反應(yīng)，碳與燃燒層來(lái)的CO2進(jìn)行還原反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，在還原層H2和CO不斷地增加，水蒸汽和CO2的量在逐漸減少。由于大量的H2和CO的生成，創(chuàng)造了甲烷大量生成的條件，在次，發(fā)生了加氫和合成反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CH4量增加，而H2和CO減少。甲烷生成的反應(yīng)速度較碳的燃燒反應(yīng)

47、和CO2的還原還原小的多，因此整個(gè)還原層在爐內(nèi)占據(jù)了大部分，在還原層吸、放熱量幾乎相等，因此，整個(gè)床層內(nèi)溫度幾乎沒(méi)有變化。 4、干餾層 在干餾層，脫去水分的煤在次熱解產(chǎn)生揮發(fā)分和殘余碳。殘余碳的狀態(tài)隨溫度的不同而成為焦碳或半焦。揮發(fā)份則是由可燃?xì)?、焦油蒸汽、輕油餾份、有機(jī)化合物以及水蒸汽組成。 5、干燥層 是燃料氣化的準(zhǔn)備層，在次燃料被加熱脫去水分。 一、工藝概述 如右圖所示，力度為550mm的原料煤由貯煤倉(cāng)經(jīng)煤鎖間斷地加入到氣化爐內(nèi)，在3.1MPa壓力下，煤自上而下經(jīng)干燥層、干餾層、氣化層逐層下移，與底部進(jìn)入的氣化劑（蒸汽氧氣）逆流接觸發(fā)生氣化反應(yīng)，生成的煤氣將熱量傳遞給下降的煤層，以約60

48、0700的溫度離開(kāi)氣化爐。 離開(kāi)氣化爐的煤氣首先進(jìn)入文丘里噴淋洗滌冷卻器，在此，煤氣被冷卻至204 ，大部分重組分被冷凝洗滌下來(lái)，隨后氣液混合物一同進(jìn)入廢熱鍋爐、回收了煤氣的大量顯熱和潛熱，而被冷卻至180 的煤氣經(jīng)氣液分離器后送至粗煤氣冷卻裝置，冷卻至37 左右送至低溫甲醇洗裝置，進(jìn)行脫硫、脫碳。 經(jīng)反應(yīng)后的灰渣以固態(tài)形式由爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)爐篦排至灰鎖，從灰鎖定期排至爐外，進(jìn)入水道經(jīng)水力排至，水力排灰裝置的沉淀池，用橋式抓斗機(jī)裝車運(yùn)出廠外。 從廢鍋分離下來(lái)的煤氣水送至煤氣水處理裝置。二、魯奇加壓氣化工藝技術(shù)特點(diǎn) 1、煤氣化 魯奇加壓氣化是自熱式工藝，氣化過(guò)程所需要的熱量靠煤的部分燃燒來(lái)供給。氣化爐是

49、雙層壁壓力容器，夾套由中壓鍋爐水保持液位，操作期間，熱量傳到夾套，在此產(chǎn)生氣化爐操作壓力下的飽和蒸汽，此蒸汽 返回作氣化劑，從而減少了外供的過(guò)熱蒸汽氣量。 煤進(jìn)入氣化爐后首先受熱干燥脫去水分，隨著燃 料層的移動(dòng)進(jìn)入干餾層，在此煤中揮發(fā)分受熱后逸出 熱解后的煤焦質(zhì)在氣化層與上升的氣體發(fā)生氣化反應(yīng)，從而產(chǎn)生了以CO2、CO、H2、CH4為主的粗煤氣。 2、加煤操作 魯奇加壓氣化是通過(guò)爐頂部設(shè)備煤鎖將煤從常壓的煤倉(cāng)間斷地加入到帶壓的氣化爐內(nèi)。其操作步序如下： （1）煤從煤倉(cāng)經(jīng)煤餾槽流入已為常壓的煤鎖內(nèi)。此時(shí)煤鎖下閥關(guān)，與氣化爐隔離，上閥開(kāi)與大氣連通。 （2）當(dāng)煤鎖加滿煤后，關(guān)閉圓筒閥及煤鎖上閥。 （

50、3）用來(lái)自煤氣冷卻裝置的冷變換氣進(jìn)行煤鎖充壓，最終由氣化本身氣體充壓，使煤鎖與氣化爐壓力相等。 （4）打開(kāi)煤鎖下閥，使煤進(jìn)入到氣化爐內(nèi)。 （5）當(dāng)煤鎖空后，關(guān)閉煤鎖下閥，煤鎖卸壓，煤鎖氣卸至氣柜作燃料氣。 （6）當(dāng)煤鎖壓力卸至常壓時(shí)，打開(kāi)煤鎖上閥，加煤循環(huán)重新開(kāi)始。 加煤操作設(shè)置了人工手動(dòng)、自動(dòng)操作和自動(dòng)操作三種方式。 3、排灰操作 煤在氣化爐內(nèi)氣化后產(chǎn)生的灰渣，以固態(tài)形式首先由旋轉(zhuǎn)爐篦排人爐下部聯(lián)結(jié)設(shè)備灰鎖，再通過(guò)灰鎖操作將灰排至常壓的輸渣設(shè)備。灰鎖的操作步序如下： （1）轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦將灰由氣化爐通過(guò)灰鎖上閥口排至灰鎖內(nèi)，此時(shí)灰鎖下閥關(guān)閉，上閥打開(kāi)，灰鎖與氣化爐聯(lián)通壓力相等。 （2）當(dāng)需排灰時(shí)，

51、停止轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦，關(guān)閉灰鎖上閥，使灰鎖與氣化爐隔離。 （3）打開(kāi)灰鎖膨脹冷凝器卸壓閥DV1,灰鎖通過(guò)膨脹冷凝器開(kāi)始卸壓。 （4）灰鎖壓力卸至稍高于大氣壓時(shí)，打開(kāi)膨脹冷凝 器排水閥DV2，此時(shí)灰鎖卸至常壓。 （5）打開(kāi)灰鎖下閥，灰從下閥口排人輸灰水道送至灰處理系統(tǒng)。 （6）打開(kāi)膨脹冷凝器充水閥用冷卻水將其充滿。 （7）關(guān)閉灰鎖下閥，膨脹冷凝器DV1、DV 2和充水閥。 （8）用過(guò)熱蒸汽對(duì)灰鎖充壓。 （9）當(dāng)壓力充至略高于氣化爐壓力時(shí)，關(guān)閉充壓閥，打開(kāi)灰鎖上閥，循環(huán)重新開(kāi)始。 排灰操作同加煤操作也設(shè)置了人工手動(dòng)，自動(dòng)操作和自動(dòng)操作三種方式。 4、煤鎖、灰鎖料位的測(cè)定 灰鎖、煤鎖料位的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行是致關(guān)重要的，不正確的指示將會(huì)延誤煤、灰鎖的操作，最終影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。 （1）煤鎖料位的測(cè)定 現(xiàn)行測(cè)量方式有兩種，一為采用輻射式測(cè)位計(jì)測(cè)定，常采用的是CO60輻射源，其工作原理如上圖所示，在煤鎖對(duì)應(yīng)面分別安裝上CO60射源和射線接收器，CO60發(fā)射的射線穿過(guò)煤鎖，對(duì)有料區(qū)與無(wú)料區(qū)的射線通量不同，由接收器接受到的不同射線通量，通過(guò)電子元件的處理