固体燃料气化

§6煤的气化煤的气化煤的气化是一个热化学过程，即用氧或含氧化合物（如水蒸气、二氧化碳）通过高温的煤层或焦炭层，使燃料中的有机物氧化，并转化生成含有H2、CO等可燃气体的过程。根据所用气化剂及煤气成分、热值的不同，生产的煤气可分为：空气煤气、混合煤气、水煤气以及半水煤气等。名称气化剂组成成分%低热值KJ/m3用途H2COCO2N2CH4O2空气煤气空气2.61014.772.00.50.23760－4600燃料混合爆气空气水蒸气13.527.55.552.80.50.25000－5220燃料水煤气水蒸气48.438.56.06.40.50.210000－11200燃料半水煤气水蒸气空气40.030.78.014.60.50.28770－9610合成氨原料气§6煤的气化煤的气化煤气的气化方法主要有两种：一种是沸腾层气化，以富氧空气和水蒸气为气化剂连续地送入粉状燃料层中，使燃料呈沸腾状态气化。这种方法气化强度高、生产能力大，但需使用氧气，而且原料适用范围狭窄（要求使用化学活性高的燃料制气），故采用这种气化方法的工厂不多。另一种是固定床气化法，它是目前国内广泛采用的一种制气方法。§6煤的气化空气煤气氧化层还原层干馏层干燥预热层kJCOCOC42102.162气化剂kJCOOC422109.4022NCO2NCO22NO§6煤的气化空气煤气氧化层还原层干馏层干燥预热层气化剂333342221.424.221.422.11121025.1288.188.121mmmmkgkJNCONOC3338.544.41mmkg%3.65%7.342NCO3/4422%7.3412745mkJ热值：气化效率：%703408338.54422§6煤的气化空气煤气影响制气过程的因素：(1)反应温度•还原反应是吸热反应，升高反应温度有利于CO的生成•反应温度过高，会使灰渣熔融，结成大块，造成操作困难•反应温度一般控制在1000~1200℃之间，应低于所用燃料的灰熔点(2)燃料性质•气孔率(3)鼓风速度•煤气产量与质量§6煤的气化水煤气kJHCOOHCkJHCOOHC4222422105.722108.11上述两个都是吸热反应，如果连续地向发生炉内通水蒸气，则将导致燃料层迅速冷却。为了能在燃烧料层中维持必要的温度必须交替地向炉内吹入空气和水蒸气。各区域的物质流动及主要化学反应煤气（、、、、、、）气化剂（空气和蒸汽）气体剂（850℃）2COCO2H2NOH2nmHC4CH气体（、、、、）2CO2H2NOH2气体（、、、）2CO2NOH222HCOOHC222HCOOHCOCOCOC2222COOC2222COCOO冷却水热水和蒸汽混合物4222nCHHmnHCmnCmnCHmHCmn4444422CHHC222HCOOHCO湿煤灰渣（冷）干燥干馏区气化区燃烧区灰渣焦残留的焦COCO灰渣区2222HCOOHCOHCHHCO242224OHCHHCO242324222COCHHCO422CHHCCOCOC22混合煤气§6煤的气化气化工艺分类：按燃料与氧化剂经气化炉的流动方式分类气化炉气流床流化床移动床与煤粉燃烧类似与流化床燃烧器类似与层燃类似气流床流化床移动床燃料规格＜500μm0.5~5mm5~50mm燃料滞留时间1~10s5~50s15~30min气体出口温度900~1400℃700~900℃400~500℃§6煤的气化气流床气化炉在一台气流床气化炉内，粉煤或雾化油流与氧化剂（典型的氧化剂是氧）一起汇流。气流床气化炉的主要特性是其温度非常高，且均匀（一般高于1000℃），气化炉内的燃料滞留时间非常短。§6煤的气化气流床气化炉煤被磨碎至100μm并靠氮由风力输送到气化炉。气化炉结构独特，气化炉本身与合成气冷却器结合。煤、O2和蒸气一起经装在气化炉下部的燃烧器给入。合成气在1600℃的温度下产生。但它在气化炉出口借助再循环的洁净合成气淬冷，将其温度减至大约800℃。然后合成气向上流至一中心分配器管，并经蒸发器段向下流动，在大约380℃离开气化炉。在气化过程形成的熔渣在水槽内淬冷，并通过闸斗仓装置排出。图7Prenflo○R气化炉§6煤的气化流化床气化炉在一个流化床内，固体（如煤、灰）悬浮在一般向上流动的气流中。在流化床气化炉内，气体流包含氧化介质（一般是空气而非O2）。流化床气化炉的重要特点（像流化床燃烧器一样）是不能让燃料灰过热，以至熔化粘接在一起。假如燃料颗粒粘在一起，则流化床的流态化作用将停滞。空气作为氧化剂的作用是保持温度低于1000℃。这表示流化床气化炉最适合用比较易反应的燃料，如生物质燃料。流化床气化炉的优点包括能接受宽范围的固体供料，包括家庭垃圾（经预先适当处理的）和生物质，如木柴，灰份非常高的煤也是受欢迎的供料，尤其是那些灰熔点高的煤，因为其他类型的气化炉（气流床和移动床）在熔化灰形成熔渣中损失大量能。§6煤的气化流化床气化炉燃料在闸斗仓内加压，然后储存日仓或加料仓里，之后再螺旋给入气化炉。气化炉的底部是流化床，流化介质是空气或O2和蒸汽。气体与固体向上流至反应器，在这里再加入空气/O2和蒸汽来完成气化反应。之后将粗合成气在除尘器里除尘并冷却。在除尘器中脱除的固体回至气化炉底部。用螺旋除灰器将灰从气化炉底部排出。§6煤的气化移动床气化炉在移动动床气化炉里，氧化剂（蒸汽和O2）被吹入气化炉的底部。产生的粗燃料气通过固体燃料床向上移动，随着床底部的供料消耗，固体原料逐渐下移。因此移动床的限定特性是逆向流动。在粗燃料气流经床层时，被进来的给料冷却，而给料被干燥和脱去挥发分。因此在气化炉内上下温度显著不同，底部温度为1000℃或更高，顶部温度大约500℃。燃料在气化过程中脱除挥发分意味着输出的燃料气含有大量煤焦油成分和甲烷。故粗燃料气在出口处用水洗来除去焦油。其结果是，燃料气不需要在合成气冷却器中来高温冷却，假如燃料气来自气流反应器，它就需冷却。§6煤的气化移动床气化炉块煤给进气化炉顶部的闸斗仓，在进入气化炉之前增压。一个旋转的煤分配器确保煤在反应器各处均布。煤缓慢下移到气化炉。当煤下移时，由经床层向上流动的燃料气加温；煤就被不断干燥和挥去挥发分，然后气化。床层底部紧靠炉蓖的上面是气化炉最热的地方1000℃，在此处燃烧任何剩余的煤，产生的CO2与床层中的碳起反应形成CO。灰由旋转炉蓖排出并在闸斗仓中减压。蒸汽和O2被向上吹，通过炉蓖为气化过程提供氧化剂。所产生的气体在300-500℃的温度离开气化炉，利用一水淬冷进行冷却和洗涤。该气化炉由水夹套围绕，水夹套产生的蒸汽可用于工艺过程中。§6煤的气化煤气化发电气化是煤和燃料油这类传统燃料与燃气轮机间的桥梁。将这类燃料气化产生一种燃料气，洁净后可在燃气轮机发电厂使用。因此气化能发挥燃气轮机的长处，使其可利用任何燃料，无论是固体还是液体燃料。进一步而言，由于所产生的燃料气在燃气轮机中燃烧之前能进行洁净，去掉颗粒物、硫和氮化合物，因此以气化为基础的发电厂（GPP）的排放物要比传统电厂少得多。气化与联合循环结合（即IGCC）是唯一能接近燃用天然气系统的环境性能的以煤为基础的技术。此外，IGCC的热效率同传统的使用锅炉和蒸气轮机的燃煤电厂相比，即使不是更好，也是一样好。§6煤的气化煤气化发电§9.11煤的气化水煤气