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1煤炭气化基本知识（-)第一讲煤气这一讲，我想通过围绕着什么是煤气和发生炉煤气，发生炉煤气是怎么生成的；发生炉煤气有什么特点；发生炉煤气有哪些用途等方面的介绍，首先使大家对煤气有一个初步的印象。一、什么是煤气和发生炉煤气煤气，是从煤转化而来的一种可燃气体，由于制气方法的不同，所形成的煤气成分和热值有很大差别。1、炼焦煤气：对煤在隔绝空气的条件下进行加热干馏，所制得的煤气被称为炼焦煤气，由于干馏温度不同，又分为低温干馏炼焦煤气、中温干馏炼焦煤气和高温干馏炼焦煤气，几种炼焦煤气的产气率、煤气成分、煤气热值、煤气密度，见表1。表1炼焦煤气的产气率、煤气成分、煤气热值、煤气密度煤气产率煤气成分煤气热值煤气密度炼焦煤气m3/kgCO2CmHnO2COH2CH4N2MJ/m3(Kcal/Nm3)kg/m3低温干馏0.12340.5431552.526.47(6320)0.63中温干馏0.2243.50.554538421.63(5160)0.56高温干馏0.32430.5852257.517.75(4240)0.55炼焦煤气中的H2、CH4和CmHn都比发生炉煤气要多，所以炼焦煤气的发热量高。2、发生炉煤气：对煤在煤气发生炉内进行加热气化，所制得的煤气被称为发生炉煤气，只通空气所产的煤气是空气煤气；通入空气+蒸汽所产的煤气是混2合煤气；通入水蒸汽所产的煤气是水煤气。发生炉煤气是由可燃气体组成的，不仅与所通入的气化剂种类有关，而且还与炉型、煤种有关，见表2。3表2各种发生炉煤气的可燃气体组分与热值煤气成分%项目气化燃料气化剂种类运行方式CO2CmHnO2COH2CH4N2煤气热值MJ/Nm3(Kcal/Nm3)空气煤气焦炭空气连续0.6-1.00.3-0.530-330.5-0.90.564-664.02-4.45(960-1060)烟煤5-60.3-0.50.2-0.327-3013-152-352-485.65-6.28(1350-1500)无烟煤5-60-0.10.2-0.325-2713-160.5-1.256-494.81-5.44(1150-1300)单段炉焦炭空气+水蒸汽连续5-70.2-0.430-335-81-1.258-504.60-5.02(1100-1200)上段煤气2-50.2-0.40.2-0.429-3117-194-544-467.12-7.54(1700-1800)下段煤气2-50.231-339-100.4-0.554-555.02-5.44(1200-1300)混合煤气两段炉上、下段混合煤气弱粘煤与不粘煤空气+水蒸汽连续2-50.1-0.30.2-31-3313-152-349-516.07-6.69(1450-1600)214.00.60.226.612.82.753.1(1450)237.00.60.230.816.42.542.5(1660)3010.00.60.231.222.22.832.8(1800)4012.40.60.230.230.03.023.8(2060)富氧煤气富氧浓度%50弱粘煤与不粘煤空气+氧+水蒸汽连续12.00.60.236.631.42.417.4(2200)单段炉焦炭、无烟煤水蒸汽间歇3-70.4-0.635-3848-540.5-0.65-69.80-10.8(2340-2580)上吹煤气5.721.00.331.1553.82.535.11下吹煤气6.690.334.953.05.07干馏煤气13.3413.010.412.641.48.55焦油裂解37.174.6818.536.253.39两段炉煤气6.180.60.330.732.03.66.0211.79(2820)水煤气两段炉两段炉煤气(增热)弱粘煤与不粘煤水蒸汽间歇6.073.20.0430.2951.618.084.313.48(4200)4从表中可以看出：1)通入不同的气化剂，所产生的煤气组成和热值不同(1)只通入空气的空气煤气中的可燃组分，主要是CO(30-33%)，而H2(0.5-0.9%)却很少，煤气热值也比较低(1000Kcal/Nm3左右)。(2)通入空气+水蒸汽的混合煤气中的可燃成分，主要是由CO(30%左右)和H2(15%左右)组成，煤气热值比空气煤气高(1200-1600Kcal/Nm3)。(3)通入水蒸汽的水煤气中的可燃成分，主要是CO和H2，但是所含的量要比混合煤气多，尤其是H2(多达48-54%)，煤气热值也较高(2300-2500Kcal/Nm3)。(4)通入空气、水蒸汽和不同浓度的氧气时，随着气化剂中氧含量的增加，煤气中的H2含量明显增加，煤气热值也即随之增加。2)采用不同的燃料气化，所产生的煤气组成和热值也不同(1)气化焦炭时，煤气中的CO含量为30-33%，而H2含较少，约为5-8%，热值也较低(1100-1200Kcal/Nm3)。(2)气化无烟煤时，煤气中的CO含量为25-27%，H2含量为13-15%，比气化焦炭要高，煤气热值也略高一些(1150-1200Kcal/Nm3)。(3)气化烟煤时，煤气中的CO含量为27-30%，H2含量为13-15%，CH4(2-3%)和CmHn(0.3-0.5%)，其中的CH4和CmHn含量比气化焦炭和无烟煤要高，煤气热值也相对要高(1350-1500Kcal/Nm3)。3)采用不同的炉型，所产生的煤气组成和热值也不同，即两段炉比单段炉所产的煤气热值要高。①气化烟煤时，采用单段炉时，混合煤气的热值为1350-1500Kcal/Nm3，而采用两段炉时，煤气热值为1450-1600Kcal/Nm3。②气化烟煤时，采用单段炉的水煤气热值为2300-2500Kcal/Nm3，而采用两段炉时，煤气热值为2800Kcal/Nm3以上。3、高炉煤气钢铁厂的高炉煤气，其中，CO2：10.5%；CO：28.0%；H2：2.7%；CH4：0.3%；5N2：58.5%；煤气热值：3.94MJ/Nm3(940Kcal/Nm3)。这里我把发生炉煤气中的可燃成分的热值介绍给大家，只要知道煤气成分，就可以计算出煤气热值。CO：12.636MJ/Nm3(3018Kcal/Nm3)H2：10.785MJ/Nm3(2576Kcal/Nm3)CmHn：59.444MJ/Nm3(14197Kcal/Nm3)CH4：35.881MJ/Nm3(8570Kcal/Nm3)H2S：23.111MJ/Nm3(5520Kcal/Nm3)1Kcal=4.187MJ4、以发生炉煤气热值为5.86MJ/Nm3(1400Kcal/Nm3)计算，与常见的一些燃料热值的比较：标准煤：29.31MJ/kg(7000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的5倍柴油：46.04MJ/kg(11000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的7.88倍重油：39.78MJ/kg(9500Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的6.79倍焦油：29.31MJ/kg(7000Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的5倍天然气：36.22MJ/Nm3(8650Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的6.12倍液化石油气(气态)：92.11MJ/Nm3(22000Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的15.7倍液化石油气(液态)：48.15MJ/kg(11500Kcal/kg)，是混合发生炉煤气热值的8.2倍焦炉煤气：18.85MJ/Nm3(4500Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的3.2倍水煤气：10.87MJ/Nm3(2600Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的1.86倍沼气：18.85MJ/Nm3(4500Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的3.2倍高炉煤气：3.94MJ/Nm3(940Kcal/Nm3)，是混合发生炉煤气热值的0.67倍电能：3.6MJ/度(860Kcal/度)，是混合发生炉煤气热值的0.61倍6二、混合发生炉煤气是怎么生成的1、单段式煤气炉制气单段式煤气发生炉的示意图，见图1。图1单段式煤气发生炉炉内各层分布示意图煤块入炉后在固定床内主要的化学反应是以下三方面：1)煤中的碳与气化剂中的氧和水蒸汽之间的反应；2)气化剂中的氧、水蒸汽、各种生成气体之间的反应；3)煤的热裂解反应。按照煤气发生炉内气化反应过程所进行的程序，将炉内分为六层：1)空层；2)干燥层；3)干馏层；4)还原层；5)氧化层(火层)；6)灰渣层。1)空层空层是在料层之上，它是经过气化过程后生成的产物流通的空间，其主要作用是汇集所生成的煤气。在正常气化过程中，空层中的煤气温度一般在5007℃左右，此时生成煤气中的各个组份CO、CO2、H2和未分解的水蒸汽之间的相互作用较少。但在不正常气化过程中，如料层出现风洞，或局部的冷运行时，由于气化剂中的氧不能在氧化层中耗用完，逸至炉面与生成的煤气中CO、H2、CH4等在空层处氧化燃烧反应。所以空层在气化中是一个基本上不起作用的层次，由于燃料层的高层一般是凭藉空层的高度来判断的（料层高度与空层之和为炉膛的总高度，若空层小了，即料层厚了，反之亦然），因此，量测空层高度是司炉操作的重要指标之一。2)干燥层常用的固定床煤气发生炉都是正火型，进入炉内的常温煤块处于料层的最上部，在此煤块接受上升载热煤气的对流传热与辐射传热，而料层内部的煤块与上升的载热煤气进行传导和辐射，即而使进入料层的煤，温度逐步上升，在100-150℃这一区域时为干燥阶段，在此阶段中煤的大部分水分（外在水分和内在水分）都被汽化成水蒸汽逸出，并混入上升的热煤气中，在逐渐逸出水蒸汽的过程中，煤就呈无水或只含少量结合水状态。煤的干燥是吸热过程，所以要求入炉煤的水分不能过高，以免由于过度吸热蒸发水分，而造成反应层温度下降。3)干馏层在还原层的上方，被干燥的煤与来自还原层的上升热气流相接触进行热传递，气流温度下降，煤料温度上升，在150℃-700℃的温度区间内，煤中的挥发分产生裂解，生成少量的甲烷、烯烃和重质焦油。4)还原层还原层在氧化层的上方，由于灼热的炭具有很强的夺取氧化物中的氧的能力，因而，CO2和水蒸汽会被还原成CO和H2，成为低热值发生炉煤气中可燃气体部分的主体，属吸热反应，其主要反应如下：C+CO22CO-162.4MJ(38790kcal)/mo/C+H2OH2+CO-118.8MJ(28380kcal)/mo/8C+2H2OCO2+2H2-75.2MJ(17960kcal)/mo/以上反应均为吸热反应，还原层温度在800-1000℃之间，还原层的厚度为750-850mm，还原层在煤气炉内是生成可燃气体的主要区段。5)氧化层氧化层也称火层，是煤在炉内气化反应的主要区段之一，在此层炭与氧发生剧烈的燃烧反应生成CO2，并放出大量的热，属放热反应，其主要反应如下：C+O2CO2+408.8MJ（97636kcal）/mo/2C+O22CO+246.4MJ(58850kcal)/mo/CO+H2OCO2+H2+43.6MJ(10413kcal)/mo/氧化层的高度，一般为块煤粒度的3-4倍，约为100-200mm，氧化层的温度为炉内最高，但应低于煤的灰熔点，否则会造成炉内结渣，氧化层内的温度，一般控制在1200℃左右。6)灰渣层煤在炉内燃烧后所产生的灰渣，形成了灰渣层，它在发生炉内的料层的最下部，覆盖在炉篦子之上，其主要作用是：1.保护炉篦和风帽，以免因氧化层的高温而烧坏。2.预热由炉底进入的气化剂（空气+蒸汽），气化剂进入炉底后，首先经过灰渣层进行热交换，使其灰渣层温度降低，气化剂温度升高，一般气化剂可预热至300-450℃。2、两段式煤气发生炉制气在单段式煤气发生炉的上部增加一段干馏段，即构成了两段式煤气发生炉，两段式煤气发生炉的示意图，见图2。9图2连续制气两段煤气发生炉1-加煤机2-干馏段3-气化段4-炉箅5-灰盘6-炉体群板7-灰刀8-空气和蒸汽入口9-鼓风箱10-下段煤气11-上段煤气出口12-探火孔出口两段炉的气化技术，既吸收了煤炭干馏时所产生的热值较高的干馏煤气和低温轻质焦