潔凈煤技術(shù)第九章煤的氣化技術(shù)

煤的氣化技術(shù)第九章問(wèn)題1.依照入爐煤在氣化爐內(nèi)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，煤氣化的分類(lèi)為哪幾類(lèi)？2.簡(jiǎn)述衡量煤氣化效果的指標(biāo)3.簡(jiǎn)述氣流床氣化法的特點(diǎn)4.寫(xiě)出煤地下氣化法的氣化區(qū)域發(fā)生的主要反應(yīng)式。煤氣化方法2煤炭氣化的基本原理1第九章煤的氣化技術(shù)煤氣的凈化和加工3第一節(jié)煤炭氣化的基本原理12煤氣化的基本原理煤氣化的分類(lèi)34影響煤氣化的主要因素煤氣的種類(lèi)一、煤氣化的基本原理煤的氣化過(guò)程：煤的氣化過(guò)程是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、蒸汽或氫氣為氣化劑，在高溫條件下，通過(guò)一系列反應(yīng)將原料煤從固體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程包括：煤的熱解、燃燒和氣化反應(yīng)。一、煤氣化的基本原理煤氣化的一般歷程：原料煤顆粒干燥顆粒殘余炭/半焦揮發(fā)分氣化煤氣干燥脫水熱解氣化反應(yīng)氣化劑干燥過(guò)程：200℃以前完成，在此階段失去大部分水分，并以水蒸氣形式逸出。熱解反應(yīng)：一部分干餾氣相產(chǎn)物，轉(zhuǎn)化成一氧化碳、二氧化碳、氫氣、甲烷；一部分半焦氣化反應(yīng)：在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行，主要產(chǎn)物一氧化碳、氫氣、甲烷和少量二氧化碳、水。一、煤氣化的基本原理氣化反應(yīng)：碳完全燃燒

C+O2→CO2+393.8kJ/mol（1）碳不完全燃燒2C+O2→2CO+115.7kJ/mol（2）CO2在半焦上的還原C+CO2→2CO-164.2kJ/mol（3）水煤氣變換反應(yīng)C+H2O→CO+H2-131.5kJ/mol（4）CO+H2O→CO2+H2+41.0kJ/mol（5）甲烷化反應(yīng)CO+3H2→4CH4+H2O+250.3kJ/mol（6）C+2H2→CH4+71.9kJ/mol（7）一、煤氣化的基本原理S+O2→SO2SO2+3H2→H2S+2H2O2CO+SO2→S+2CO22H2S+SO2→3S+2H2OC+2S→CS2S+CO→COS

N2+3H2→2NH3

N2+H2O+CO2→2HCN+1.5O2N2+xO2→2NOx氣化反應(yīng)中的副反應(yīng)（主要產(chǎn)物）（主要產(chǎn)物）一、煤氣化的基本原理一次反應(yīng)：在氣化過(guò)程的主要反應(yīng)中，有原料煤和輸入氣化劑O2，H2O之間直接發(fā)生的反應(yīng)二次反應(yīng)：氣化初級(jí)產(chǎn)物與初始物質(zhì)之間的反應(yīng)一、煤氣化的基本原理氣化反應(yīng)一般經(jīng)歷七個(gè)相繼發(fā)生的步驟：①反應(yīng)氣體從氣相擴(kuò)散到固體碳表面（外擴(kuò)散）；②反映其體再通過(guò)顆粒的孔道進(jìn)入小孔的內(nèi)表面（內(nèi)擴(kuò)散）；③反應(yīng)氣體分子吸附在固體表面上，形成中間絡(luò)合物；④形成的中間絡(luò)合物之間，或中間絡(luò)合物和氣相分子之間發(fā)生反應(yīng)，屬于表面反應(yīng)步驟；⑤吸附態(tài)的產(chǎn)物從固體表面脫附；⑥⑦一、煤氣化的基本原理氣化反應(yīng)一般經(jīng)歷七個(gè)相繼發(fā)生的步驟：⑥產(chǎn)物分子通過(guò)固體的內(nèi)部孔道擴(kuò)散出來(lái)（內(nèi)擴(kuò)散）；⑦產(chǎn)物分子從顆粒表面擴(kuò)散到氣相中（外擴(kuò)散）。①、②、⑥、⑦為擴(kuò)散過(guò)程，包括內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散；③、④、⑤為吸附、表面反應(yīng)和脫附，合稱(chēng)表面反應(yīng)過(guò)程二、煤氣化的分類(lèi)分類(lèi)方法二、煤氣化分類(lèi)以入煤爐的粒度大小塊煤氣化（6-50mm）、細(xì)粒煤氣化（0.1-9mm）、粉煤氣化（小于0.1mm）以氣化介質(zhì)為主空氣鼓風(fēng)氣化、空氣-水蒸氣氣化、氧-水蒸氣氣化、加氫氣化以氣化過(guò)程供熱方式內(nèi)熱式氣化、外熱式氣化、熱載體氣化以氣化過(guò)程的操作壓力為主常壓或低壓氣化（0-0.35MPa）、中壓氣化（0.7-3.5MPa）、高壓氣化(7MPa）以排渣方式為主干式或濕式排渣氣化、固態(tài)或液態(tài)排渣氣化、連續(xù)或間歇排渣氣化以入爐煤在爐內(nèi)的過(guò)程動(dòng)態(tài)移動(dòng)床（固定床）氣化、流化床氣化、氣流床氣化、熔融床氣化以固體煤和氣體氣體介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向同向氣化（或稱(chēng)并流氣化）、逆流氣化以過(guò)程的階段性為主單段氣化、兩段（單簡(jiǎn)雙簡(jiǎn)）氣化、多段氣化以過(guò)程的操作方式為主連續(xù)間歇式氣化、循環(huán)式氣化以反應(yīng)的類(lèi)型為主熱力學(xué)過(guò)程、催化氣化過(guò)程以地下煤層氣化與采出煤的氣化方式地面氣化站氣化、地下氣化工藝二、煤氣化的分類(lèi)三種典型氣化方法比較（典型氣化爐形式）項(xiàng)目移動(dòng)床氣化法流化床氣化法氣流床氣化法原料煤粒度/mm3-301-5<0.1適用煤種非黏結(jié)性煤黏結(jié)性較低的煤種基本無(wú)限制供料方式塊煤干式粉煤干式粉煤干式或水煤漿濕式排渣/灰方式干式排灰或液態(tài)排渣干式排灰或團(tuán)聚排灰液態(tài)排渣氣化溫度450-1000（干式排灰）600-1600（液態(tài)排渣）850-11001500-1800碳轉(zhuǎn)化率/%高（99.7）低(>95)高（>99）生產(chǎn)能力低中高代表技術(shù)UGI間歇式水煤氣爐ATC/Wellman兩段爐等Winkler爐HTW爐等Texaco/E-GasSell/Prenflo三、影響煤氣化的主要因素衡量煤氣化效果的指標(biāo)：氣化強(qiáng)度、碳的轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率、熱煤氣效率。氣化強(qiáng)度：氣化爐單位面積每小時(shí)所能氣化的原料煤質(zhì)量，單位是t/(m2·h)，它反映氣化過(guò)程的生產(chǎn)能力。碳的轉(zhuǎn)化率：反映原料煤中碳的轉(zhuǎn)化程度，一般轉(zhuǎn)化率越高，灰渣中未轉(zhuǎn)化碳的量越少。冷煤氣效率（%）=粗煤氣熱值（標(biāo)準(zhǔn)溫度下）/原料煤熱值熱煤氣效率（%）=（粗煤氣熱值+粗煤氣顯熱）/原料煤熱值三、影響煤氣化的主要因素1.原料煤的氣化性質(zhì)：主要包括反應(yīng)活性、黏結(jié)性、結(jié)渣性熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度及粒度等。（1）反應(yīng)活性：在一定條件下，煤炭與不同氣體介質(zhì)如二氧化碳、氧氣、水蒸氣、氫氣相互作用的反應(yīng)能力。反應(yīng)活性的指標(biāo)——以被還原為CO的CO2量占通入CO2總量的體積百分?jǐn)?shù)（CO2的還原率）反應(yīng)活性的強(qiáng)弱直接影響到產(chǎn)氣率、耗氧量、煤氣成分、灰渣或飛灰的含碳量及熱效率等。三、影響煤氣化的主要因素（2）黏結(jié)性：指煤被加熱到一定溫度是，煤受熱分解并產(chǎn)生膠質(zhì)體，最后黏結(jié)成塊狀焦炭的能力。煤的黏結(jié)性不利于氣化過(guò)程的進(jìn)行。（3）結(jié)渣性與灰熔融性：煤中的礦物質(zhì)，在高溫和活性氣體介質(zhì)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)槔喂痰酿そY(jié)性物或熔融爐渣的能力稱(chēng)為結(jié)渣性。在生產(chǎn)中，往往以灰熔點(diǎn)作為判斷結(jié)渣性的主要指標(biāo)。三、影響煤氣化的主要因素（4）熱穩(wěn)定性：指煤在高溫下燃燒或氣化過(guò)程中對(duì)溫度劇烈變化的穩(wěn)定程度，也就是塊煤在溫度急劇變化時(shí)保持原來(lái)粒度的性能。熱穩(wěn)定性好的，在燃燒或氣化過(guò)程中，能以原來(lái)的粒度燒掉或氣化，而不是碎成小塊；而熱穩(wěn)定差的煤，則迅速碎裂成小塊或粉煤。（5）機(jī)械強(qiáng)度：指塊煤的抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等綜合性物理和機(jī)械性能。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)煙煤的機(jī)械強(qiáng)度較大。三、影響煤氣化的主要因素（6）粒度分布：不同的氣化方式對(duì)原料煤的粒度要求不同。具體要求見(jiàn)表2（7）水分與灰分：水分過(guò)高，會(huì)增加氣化過(guò)程中的熱能消耗，降低氣化反應(yīng)的溫度；灰分過(guò)高，會(huì)增加熱量損失和碳的不完全反應(yīng)等。（8）揮發(fā)分：指煤在與空氣隔絕的容器中加熱一定時(shí)間后，從煤中分解出來(lái)的液體（蒸汽狀態(tài)）和氣體產(chǎn)物——焦油、酚及甲烷等。三、影響煤氣化的主要因素（9）固定碳：煤中固定碳含量的高低，對(duì)煤完全氣化后得到氣化指標(biāo)的好壞有直接關(guān)系。氣化用煤的固定碳含量高，則煤氣的產(chǎn)率高，氣化效率和熱效率都高。三、影響煤氣化的主要因素2.操作條件：主要指氣化溫度和壓力，二者有時(shí)相互作用，共同對(duì)煤的一些行之產(chǎn)生影響（1）氣化溫度：通常氣化溫度的選擇需考慮以下幾個(gè)方面——對(duì)于固態(tài)排渣的氣化方法，為了防止結(jié)渣，應(yīng)將溫度控制在煤灰軟化溫度以下，但同時(shí)溫度增高有利于提高煤的反應(yīng)活性和碳的轉(zhuǎn)化率，而不同的操作溫度還會(huì)影響到產(chǎn)物的生成，如低溫條件有利于甲烷的生成。三、影響煤氣化的主要因素（2）壓力：加壓氣化是強(qiáng)化煤氣化的一種方法，但它對(duì)煤氣組成、煤的部分氣化性也會(huì)帶來(lái)影響。不僅能直接影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，還會(huì)對(duì)煤的性質(zhì)產(chǎn)生影響從而間接影響氣化效果。四、煤氣的種類(lèi)煤氣：煤氣化生成的氣體產(chǎn)物粗煤氣：氣化爐出口處的未經(jīng)凈化的煤氣低熱值煤氣<8.3MJ/m3中熱值煤氣6.7-33.5MJ/m3高熱值煤氣>33.5MJ/m3按照煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的熱值分類(lèi)四、煤氣的種類(lèi)第二節(jié)煤氣化方法12移動(dòng)床氣化法流化床氣化法34氣流床氣化法其它氣化方法一、移動(dòng)床氣化法煤炭氣化法：煤炭在移動(dòng)床氣化爐中的氣化，也稱(chēng)為塊煤氣化，是最早出現(xiàn)的煤炭氣化法。從爐型上可分為常壓氣化爐加壓氣化爐從運(yùn)行方式上可分為連續(xù)式間歇式移動(dòng)床氣化法分類(lèi)一、移動(dòng)床氣化法1.常壓移動(dòng)床氣化法在常壓條件下運(yùn)行，采用自供熱和干法排灰的方式進(jìn)行移動(dòng)床氣化。(1)移動(dòng)床氣化法的原理：在氣化爐內(nèi)，固體原料煤從爐頂加入，在向下移動(dòng)的過(guò)程中與從爐底通入的氣化劑逆流接觸，進(jìn)行充分的熱交換并發(fā)生氣化反應(yīng)，使得沿床層高度方向上有一明顯變化的溫度分布，一般自上至下可分為預(yù)熱干燥層、干餾層、氣化層（還原層）、燃燒層（氧化層）以及灰渣層。一、移動(dòng)床氣化法(2)移動(dòng)床氣化法的過(guò)程（氣化劑自下而上）灰渣層：氣化劑與灰渣層進(jìn)行熱交換，被預(yù)熱，灰渣層基本不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。氧化層：氣化劑與焦炭發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，放出大量的熱，氧化層是爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域C+O2→CO2+394.55kJ/molC+0.5O2→CO+115.7kJ/mol一、移動(dòng)床氣化法還原層（氣化層）：二氧化碳和水蒸氣分別與焦炭發(fā)生還原反應(yīng)，還原層是煤氣中可燃?xì)怏w（CO和H2)的主要生成區(qū)域。主要反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。CO2+C→2CO-173.1kJ/molC+H2O→CO+H2-131.0kJ/mol一、移動(dòng)床氣化法干餾層：還原層的可燃?xì)怏w產(chǎn)物與未反應(yīng)盡的氣體在上不區(qū)域與剛進(jìn)入爐內(nèi)原料煤相遇，進(jìn)行熱交換，原料煤在溫度超過(guò)350℃時(shí)，發(fā)生熱解并析出揮發(fā)分（可燃?xì)怏w或焦油），并生成焦炭。煤→CH4+H2+CO2+H2O+CmHn+焦油+半焦干燥層：干餾層生成的煤氣中含有許多氣體雜質(zhì)，這些氣體雜質(zhì)隨還原層生成的煤氣混合即為發(fā)生爐煤氣。經(jīng)干燥層后離開(kāi)發(fā)生爐。一、移動(dòng)床氣化法(3)移動(dòng)床氣化法的典型例子①煤氣發(fā)生爐氣化法以空氣和水蒸氣為氣化劑與原料煤或焦炭反應(yīng)制得的煤氣稱(chēng)為混合煤氣（發(fā)生爐煤氣），煤氣組成中無(wú)效氣體占60%，熱值約為5.02-5.86MJ/m3，由于熱值低，主要用于工業(yè)燃料氣。這類(lèi)氣化爐稱(chēng)之為混合煤氣發(fā)生爐，簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)生爐。一、移動(dòng)床氣化法②水煤氣氣化法由蒸汽和赤熱的無(wú)煙煤或焦炭接觸作用而得到煤氣，從而減少煤氣中N2和CO2的含量的方法來(lái)提高煤氣熱值，即水煤氣爐化法，所得煤氣稱(chēng)為水煤氣，其主要可燃成分是H2和CO。熱值10000-11000kJ/m3。一、移動(dòng)床氣化法③常壓移動(dòng)床兩段爐氣化法解決了普通煤氣發(fā)生爐和水煤氣爐生成的煤氣干餾產(chǎn)物過(guò)多的問(wèn)題。氣化爐被分成了干餾段和氣化段。干餾煤氣：煤在低溫干餾過(guò)程中，以揮發(fā)分析出為主生成的煤氣。熱值較高6700kJ/m3，溫度較低120℃左右，并含大量焦油。一、移動(dòng)床氣化法上段煤氣（爐頂煤氣）：干餾煤氣（40%）+氣化段生成的煤氣的一部分下段煤氣（氣化煤氣）：氣化段生成的煤氣的一部分沿環(huán)狀通道與干餾段換熱后，從兩段爐下段煤氣出口經(jīng)旋風(fēng)除塵器出爐。一、移動(dòng)床氣化法2.加壓移動(dòng)床氣化法以及典型的氣化爐（1）什么是加壓移動(dòng)床氣化法？加壓移動(dòng)床氣化法是一種在高于大氣壓力（1.0-2.0Mpa或更高壓力）的條件下進(jìn)行煤的氣化操作，通常以氧氣和水蒸氣作為氣化介質(zhì)，以褐煤、長(zhǎng)焰煤或不黏煤為原料的氣化技術(shù)。一、移動(dòng)床氣化法（2）加壓移動(dòng)床氣化法優(yōu)點(diǎn)：煤氣熱值高，煤種適應(yīng)性強(qiáng)，耗氧量較低，氣化強(qiáng)度高，生產(chǎn)能力增大，粉塵帶出量少等。（3）加壓移動(dòng)床氣化法缺點(diǎn)：粗煤氣中含較多酚類(lèi)、焦油和輕油蒸氣，煤氣化處理工藝較復(fù)雜，易造成二次污染，投資高，設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用較高等。一、移動(dòng)床氣化法（4）加壓移動(dòng)床氣化法基本原理：除了一般常壓氣化法發(fā)生的煤燃燒、二氧化碳還原、水煤氣反應(yīng)和水煤氣平衡反應(yīng)外，主要發(fā)生了一系列甲烷生成的反應(yīng)，而這些反應(yīng)在常壓下是需要催化劑參與才能發(fā)生的。C+H2→CH4+QCO+3H2→CH4+H2O+Q2C+H2O→CH4+CO2+QCO2+4H2→CH4+2H2O+Q一、移動(dòng)床氣化法（5）加壓氣化爐內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域：從上往下可分為干燥層、干餾層、甲烷層、氣化層、燃燒層和灰渣層。甲烷層較厚，占整個(gè)料層的1/3。主要的氧化反應(yīng)C+O2→CO2

水煤氣平衡反應(yīng)CO+H2O→CO2+H2水煤氣生成反應(yīng)C+H2O→CO+H2

二氧化碳還原反應(yīng)C+CO2→2CO壓力加快了反應(yīng)速度壓力使化學(xué)平衡向左移動(dòng)典型的加壓移動(dòng)床氣化爐加壓魯奇爐（干法排灰）氣化劑（氧化和水蒸汽）自下而上通過(guò)床層，在灰床進(jìn)行預(yù)熱；在燃燒層進(jìn)行燃燒反應(yīng)，提供氣化反應(yīng)所需的熱量；在氣化層進(jìn)行水蒸汽與C的氣化反應(yīng)等；在甲烷層有較多的甲烷生成；在干餾層，主要是煤中的揮發(fā)份釋放出來(lái)；在干燥層，煤中的水份被蒸發(fā)出來(lái)，煤被進(jìn)一步加熱。煤氣離開(kāi)氣化爐后首先在洗滌冷卻器中進(jìn)行激冷，達(dá)到飽和狀態(tài)。煤從爐頂部加入爐內(nèi)，靠轉(zhuǎn)動(dòng)的煤分布器進(jìn)行布煤，自上而下經(jīng)過(guò)床層而排出。夾套鍋爐產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)汽液分離器分離，分離出的液體返回覆夾套，蒸汽送到汽化劑管線用作氣化劑。一、移動(dòng)床氣化法（6）加壓移動(dòng)床氣化法與常壓移動(dòng)床氣化法的比較：相同之處：煤從爐的頂部加入，氣化劑從爐子的下部供入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過(guò)程進(jìn)行的比較安全，灰渣中殘?zhí)苛可?，氣化效率高。不同之處：常?以空氣或水蒸氣為氣化劑，制得的煤氣熱值較低。加壓-以氧氣及水蒸氣為氣化劑，擴(kuò)大了對(duì)煤種的適應(yīng)性。二、流化床氣化法1.流化床氣化法：（1）流化床煤氣化技術(shù)是氣化碎煤的主要方法。（2）流化床氣化法的原理：與流化床燃燒具有相同之處，都是利用煤的流態(tài)化這一特殊的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤的化學(xué)反應(yīng)。只是，氣化所用的氣化劑代替了燃燒用的空氣，使煤和氣化劑在流態(tài)化狀態(tài)下發(fā)生氣化。二、流化床氣化法（2）流化床氣化法的優(yōu)點(diǎn)：床層溫度均勻，熱傳質(zhì)效率較高，氣化強(qiáng)度大，使用粉煤，原料價(jià)格便宜，且煤種適應(yīng)范圍寬，產(chǎn)品煤氣中基本不含焦油和酚類(lèi)物質(zhì)，（3）流化床氣化法的缺點(diǎn)：氣體中帶出細(xì)粉過(guò)多而影響了碳轉(zhuǎn)化率。解決方法——采用細(xì)粉煤循環(huán)技術(shù)此缺點(diǎn)可得到一定程度的克服。二、流化床反應(yīng)器二、流化床氣化法（4）溫克勒氣化爐：

原理過(guò)程：煤料經(jīng)過(guò)破碎處理后，通過(guò)螺旋給料機(jī)或氣流輸送系統(tǒng)進(jìn)入氣化爐，具有一定壓力的氣化劑從床層下部經(jīng)過(guò)布風(fēng)板吹入，將床上的碎煤托起，當(dāng)氣流速度上升到某一定值時(shí)，煤?；ハ喾珠_(kāi)上下翻滾，同時(shí)床層膨脹且具有了流體的許多特征，即形成了流化床。煤料粒徑——0-0.6mm氣化溫度——900-1000℃溫克勒爐是立式圓筒形結(jié)構(gòu)。爐體用鋼板制成。煤用螺旋加料器從氣化爐沸騰層中部送入，氣化劑從下部通過(guò)固定爐柵吹入，在沸騰床上部二次吹入氣化劑，干灰從爐底排出。整個(gè)床層溫度均勻，但灰中未轉(zhuǎn)化的碳含量較高。改進(jìn)的溫克勒爐將爐底改為無(wú)爐柵錐形結(jié)構(gòu)，氣化劑由多個(gè)噴嘴射流噴入沸騰床內(nèi)，改善了流態(tài)化的排灰工作狀況。二、流化床氣化法2.灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù)（1）什么是灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù)？在流化床層形成局部高溫區(qū)，使煤中灰分在軟化而未熔融的狀態(tài)下，相互團(tuán)聚而黏結(jié)成含碳量較低的灰渣，結(jié)球長(zhǎng)大到一定程度時(shí)靠其重量與煤粒分離下落到爐底灰渣斗。二、流化床氣化法（2）灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：有選擇性的將灰球排出爐外，降低了灰渣的含碳量（5%-10%）。在一定程度上既克服了固態(tài)排渣碳損失高，又避免了液態(tài)排渣高顯熱損失對(duì)床層的影響，提高了氣化過(guò)程中碳轉(zhuǎn)化率，是煤氣化排渣技術(shù)的重要突破。二、流化床氣化法（3）灰團(tuán)聚流化床煤氣化典型工藝：U-gas流灰團(tuán)聚化床煤氣化技術(shù)ICC灰團(tuán)聚流化床煤氣化技術(shù)美國(guó)煤氣工藝研究院IGT中科院山西煤炭化學(xué)研究所單段流化床粉煤氣化工藝雙段（濃相段和稀相段）蒸汽/（氧氣或空氣）空氣或氧氣和蒸汽氣化劑分兩處進(jìn)入反應(yīng)器氣化劑從底部進(jìn)入U(xiǎn)-gas氣化爐爐子為直立圓筒形結(jié)構(gòu)。爐體用鋼板制成，下部設(shè)有水夾套以回收熱量、副產(chǎn)蒸汽，上部?jī)?nèi)襯耐火材料，爐底設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進(jìn)入爐內(nèi)，生成氣相應(yīng)地從頂部或底部引出。因采用固定床反應(yīng)，要求氣化原料具有一定塊度，以免堵塞煤層或氣流分布不勻而影響操作。UGI爐用空氣生產(chǎn)空氣煤氣或以富氧空氣生產(chǎn)半水煤氣時(shí)，可采用連續(xù)式操作方法，即氣化劑從底部連續(xù)進(jìn)入氣化爐，生成氣從頂部引出。以空氣、蒸汽為氣化劑制取半水煤氣或水煤氣時(shí)，都采用間歇式操作方法。在中國(guó)，除少數(shù)用連續(xù)式操作生產(chǎn)發(fā)生爐煤氣（即空氣煤氣）外，絕大部分用間歇式操作生產(chǎn)半水煤氣或水煤氣。UGI爐的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高。缺點(diǎn)是生產(chǎn)強(qiáng)度低，每平方米爐膛面積的半水煤氣發(fā)生量約1000m3/h，對(duì)煤種要求比較嚴(yán)格，采用間歇操作時(shí)工藝管道比較復(fù)雜。U-gas氣化爐吊裝ICC灰團(tuán)聚流化床粉煤氣化爐氣化爐該工藝根據(jù)射流原理，在流化床底部設(shè)計(jì)了灰團(tuán)聚分離裝置，形成爐床內(nèi)局部高溫區(qū)，使灰渣團(tuán)聚成小球，借助重量的差異達(dá)到灰團(tuán)與半焦的分離，提高了碳的利用率，降低了灰渣的含量，這是灰團(tuán)聚流化床氣化不同于一般流化床氣化的技術(shù)關(guān)鍵。二、流化床氣化法3.循環(huán)流化床(CFB)煤氣化技術(shù)（1）優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)流化床燃煤過(guò)程可克服鼓泡流化床中存在大量氣泡造成氣固接觸不良的缺點(diǎn)，同時(shí)避免氣流床所需過(guò)高的氣化溫度，克服大量煤轉(zhuǎn)化為熱能而不是化學(xué)能的缺點(diǎn)，綜合了鼓泡床和氣流床的優(yōu)點(diǎn)。二、流化床氣化法（2）魯奇(CFB)）氣化爐：CFB可在高溫下操作，使整個(gè)床層都具有很高的反應(yīng)能力。除外循環(huán)還存在內(nèi)部循環(huán)，床中心區(qū)顆粒向上運(yùn)動(dòng)，而靠近爐壁的無(wú)聊向下運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)循環(huán)。新加入的物料和氣化劑能與高溫循環(huán)顆粒迅速而完全混合，加上良好的傳熱傳質(zhì)，可使新加入的低溫物料迅速升溫，并在反應(yīng)器底部就開(kāi)始?xì)饣磻?yīng)，使整個(gè)反應(yīng)器生產(chǎn)強(qiáng)度增加。由于外循環(huán)比率高達(dá)幾十倍，使顆粒在床內(nèi)停留時(shí)間增加，碳轉(zhuǎn)化率也得到提高。三、氣流化床氣化法1.什么是氣流床氣化法？20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的新一代煤氣技術(shù)。用極細(xì)的粉煤為原料，被氧氣和水蒸氣組成的氣化劑高速氣流攜帶進(jìn)入并在氣化爐內(nèi)進(jìn)行充分的混合、燃燒和氣化反應(yīng)。2.氣流床氣化法的特點(diǎn)：（1）氣固并流，氣體與固體在爐內(nèi)的停留時(shí)間幾乎相同，都比較短，一般在1-10s。（2）煤粉氣化的目的是通過(guò)增大煤的比表面積來(lái)提高氣三、氣流化床氣化法化反應(yīng)速度，從而提高氣化爐的生產(chǎn)能力和碳的轉(zhuǎn)化率。（3）一般很少用空氣做氣化劑，基本都用氧氣和過(guò)熱水蒸氣作為氣化劑，爐內(nèi)氣化反應(yīng)區(qū)溫度高達(dá)2000℃。（4）由于煤被磨的很細(xì)，具有很大比表面積，又處于加壓條件下，氣化反應(yīng)速度很快。（5）對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)。（6）煤氣中夾帶大量未反應(yīng)的碳，不利于甲烷生成，CO含量高，熱值低。（7）粗煤氣中不含焦油，酚及烴類(lèi)液體等污染物。三、氣流化床氣化法幾種典型氣流床氣化爐的性能及煤氣組成比較項(xiàng)目Shell氣化爐Texaco氣化爐E-gas氣化爐供料方式干煤粉水煤漿水煤漿氣化壓力/MPa4.52.14氣化溫度℃1600-220014001320-1420氣化劑純氧氧氣水蒸汽/氧氣或空氣煤氣主要成分CO、H2CO、H2、CO2CO、H2、CO2熱值/kJ·m-31111.2410.21煤氣產(chǎn)率/m3·kg-1煤-1.52.35碳轉(zhuǎn)化率/%-95-單爐最大規(guī)模2000t/d1100t/d2200t/d四、其他氣化方法1.熔融床氣化法（1）熔融床氣化法：在溫度較高（1600-1700℃）且高度穩(wěn)定的熔融金屬或金屬鹽熔池內(nèi)，完成氣化反應(yīng)的全部過(guò)程，生成CO和H2為主的煤氣，煤的轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%。氣、液、固三相反應(yīng)，熔融介質(zhì)也直接參與反應(yīng)過(guò)程。（2）熔融床氣化法優(yōu)缺點(diǎn)：能夠改善氣固接觸狀況，并具有一定的催化作用，使煤種適應(yīng)性較廣。但是，熔融物對(duì)于爐膛的腐蝕以及熔融物再生等問(wèn)題阻礙了這一類(lèi)氣化爐的進(jìn)一步發(fā)展。四、其他氣化方法（3）熔融物的作用：作為煤和氣化劑的分散劑、蓄熱和提供氣化反應(yīng)熱。（4）分類(lèi)：依據(jù)熔融介質(zhì)的種類(lèi)不同可分為熔渣氣化法、熔鹽氣化法和熔鐵氣化法。四、其他氣化方法熔渣床、熔鐵床及熔鹽床氣化法的特點(diǎn)比較熔融物質(zhì)熔渣床/灰渣熔鐵床/鐵熔鹽床/碳酸鈉等操作溫度1600-1700℃1350-1430℃930-980℃操作壓力-0.14-0.3MPa1-1.97MPa主要特點(diǎn)生成的灰渣直接與熔渣混合，省去了排渣要求對(duì)硫有很強(qiáng)的親和力，有脫硫介質(zhì)的作用腐蝕性比較小，熔點(diǎn)也較低主要問(wèn)題渣池析鐵，即灰渣中的氧化鐵被還原成金屬鐵，沉在池底-碳酸鈉的生成、回收和循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜四、其他氣化方法2.煤的地下氣化法（UndergroundcoalGasification,UGG):將處于地下的煤炭進(jìn)行有控制的燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用產(chǎn)生可燃?xì)怏w的過(guò)程。變物理采煤為化學(xué)采煤(1)煤地下氣化法的優(yōu)點(diǎn)——被譽(yù)為第二代采煤方法安全性好；投資少；效率高；污染少。(2)煤地下氣化法的缺點(diǎn)：很難控制氣化過(guò)程中在地下產(chǎn)生的種種反應(yīng)，合成氣成分波動(dòng)過(guò)大；受煤層和地質(zhì)影響大，容易造成井井之間相互漏水、通氣等情況；氣化出來(lái)的氣體成分不穩(wěn)定，有待改善氣化劑種類(lèi)與含量；地下燃燒、氣化情況不好控制，應(yīng)加大地下氣化過(guò)程的監(jiān)控力度；在該技術(shù)方面，大部分研究只注重化學(xué)工藝，很少關(guān)注行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)。(3)煤地下氣化法的基本原理兩個(gè)豎直通道與底部一條水平巷道，三條巷道所包圍的整體