冷煤气站的设计3李敬.pdf

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1、 I 100000100000 万万 NMNM3 3/a/a 煤气发生炉冷煤气站的初步设计煤气发生炉冷煤气站的初步设计 摘 要 煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术。它是以煤或焦煤为原料，以氧气（空气，富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或焦煤中的可燃部分转化为气体燃料的过程。作为洁净煤技术的一种，在我国煤气化技术有着重要的存在和发展的价值。本设计综述了相关文献，按照任务书的要求，结合原料煤的来源、煤气的用途、供气压力要求等因素，对比了各种不同类型的气化工艺流程，分析了热、冷煤气站

2、之间以及冷煤气站中相关的工艺流程的特点。重点论述和探讨了无烟煤冷煤气站的建立，从而对从原料煤入炉到净煤气入柜为止的初步设计工艺流程进行了设定。设定的流程为：煤气发生炉旋风分离器废热锅炉单竖管半净煤气总管隔离水封洗涤塔电除尘净煤气总管排送机捕滴器总管。在选定的工艺流程的基础上，通过对物料及热量平衡、设备选型的计算，确定了相关的工艺参数。并且绘制了带控制点工艺流程图、煤气站设备平面布置图和煤气站设备立面布置图。关键词：煤炭，煤气化，冷煤气站，初步设计 II PRELIMINARY DESIGN OF COLD GAS STATION ABOUT THE GAS GENERATOR OF 1 BIL

3、LION NM3/A ABSTRACT Coal is known as black gold,industrial food,it has been one of the main energy since eighteenth century the human uses.Coal gasification technology is the clean efficient conversion of the coal technology.Based on coal or coke as the raw material,and oxygen(air,oxygen or pure oxy

4、gen),steam or hydrogen as a gasifying agent,it is a process of transforming combustible portion in the coal or coke into the fuel gas at high temperature through a chemical reaction.As one of the clean coal technologies,coal gasification technology has the very important value of existence and devel

5、opment in our country.According to read a lot about the task and issue in accordance with the design of the graduation requirements of the book,and based on the requirements of raw materials,the coal gas source,the purpose,gas pressure,the different types of gasification process are compared and the

6、 properties of hot/cold gas III station and the processes in the cold gas stations are analysised.The process of preliminary design which is from raw coal to gas into the ark net is defined after rewiewing cold gas station anthracites setting.The process is:Gas generator Cyclone separator Waste heat

7、 boiler Single vertical tube The main half cleaned gas pipe Isolated storage Washing tower Cottrell The main cleaned gas pipe Row airport spray catcher The main gas pipe.On that basis,the related parameters are determined according to the calculation of the material,heat balance,equipment selection.

8、The process flow chart,the gas station with control equipment chart and the gas station equipment elevation chart are drawn.Keywords：Coal,Coal gasification，Cold gas station，Preliminary design IV 目目 录录 摘 要.I ABSTRACT.II 第一章 总论.1 1.1.绪论.1 1.1.1.我国煤炭资源的地位.1 1.1.2.煤气化概况.1 1.1.3.煤气化现状.2 1.1.4.煤气化发展趋势 .3

9、1.2.工艺流程选择.5 1.1.1.流程简介.6 1.1.2.工艺流程的选择原则.7 1.1.3.工艺流程的确定.8 1.3.主要设备.9 1.3.1.发生炉.9 1.3.2.旋风分离器.15 1.3.3.废热锅炉.15 1.1.4.单竖管.17 1.1.5.洗涤塔.17 1.1.6.电除尘.19 1.1.7.风机.20 1.1.8.捕滴器.22 第二章 工艺计算部分.22 2.1.1.原始数据.23 2.1.2.物料衡算.24 2.1.3.热量衡算.29 2.1.4.热效率.31 V 2.1.5.气化效率.32 2.2.主要设备工艺计算和选型.32 2.2.1.煤气发生炉.32 2.2.2

10、.旋风除尘器.32 2.2.3.废热锅炉.34 2.2.4.竖管.42 2.2.5.洗涤塔.44 2.2.6.静电除尘器.55 2.2.7.风机.57 2.2.8.捕滴器.60 2.3.管道直径的确定.61 2.3.1.出炉煤气管道.61 2.3.2.半净煤气总管.61 2.3.3.空气管道.62 2.3.4.管径参数表.62 2.4.设备一览表.64 第三章 车间布置及其他专业要求.65 3.1.车间布置要求.65 3.1.1.车间布置设计的技术考虑.65 3.1.2.车间内设备布置的技术考虑.66 3.2.其它专业要求.66 3.2.1.土建专业.66 3.2.2.电器仪表专业.68 3.

11、2.3.通风专业.69 3.2.4.给排水专业.69 结 论.71 参 考 文 献.73 附 图.74 致 谢.77 1 第一章 总论 1.1.绪论 1.1.1.我国煤炭资源的地位 煤炭是我国重要的基础能源。我国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，将我国煤炭资源与石油、天然气、水能和核能等一次能源资源相比，探明的资源储量折算为标准煤，煤炭占 85以上。我国能源禀赋并不乐观，主要的一次源、石油、天然气、煤炭的储采比均低于世界平均水平。值得注意的是，尽管我国的一次能源禀赋结构被称为是“富煤，贫油、少气”，但既有的能源禀赋结构造成煤炭在我国一次能源消费结构中所占的绝对比重达到约 70%，“以煤为主

12、”的能源消费结构与欧美国家“石油为主，煤炭、天然气为辅，水电、核能为补充”的情况差别显著。1.1.2.煤气化概况 煤的气化过程是一个热化学过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化时所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括一氧化碳、氢气及甲烷等。气化煤气可用作城市煤气、工业燃气和化工原料气1。煤气化工艺大多为德国人所研发，至今已有100多年的历史。第一台常压固定床空气间歇气化炉于1882年设计，1913年工业化后被美国气体改进公司发展成现在的UGI炉。该炉以焦炭为原料

13、、蓄热和气化交替进行制取合成气，国外早已于20世纪60年代初废弃2。自20世纪60年代以来，煤气化技术研究开发取得了较大的进展，尤其是20世纪70年代的石油危机的刺激和严重的燃煤环境污染问题，国内外各国政府和研究机构都给予了极大的重视：美国先后提出的洁净煤技术示范计划（CCTP）和21世纪展望（Vision 21），其中）以煤炭气化为基础的联合循环发电(IGCC)是主要项目；欧共体和日本的洁净煤技术发展都十分重视IGCC3。在IGCC项目的带动 2 下，一批大型化的先进的煤气化技术完成示范，如Texaco,Destac,Shell等技术。基于成熟技术的煤部分气化燃烧集成联合发电系统（ABGC（

14、英国），HIPPS（美国）概念正在开发。在过去二十年中，我国煤气化技术研究开发水平有了显著的提高，灰熔聚流化床气化技术完成了工业示范；水煤浆气流床气化技术和加压固定床气化技术等完成了中试，由于国外技术的引进（Texaco,Luigr气化炉）转变为国产化服务和技术改进（多喷嘴技术）4。干粉气流床气化技术近几年由于Shell,Prenflo技术的示范成功，国内亦开始有关的技术研究5。气化技术的发展有以下四个特点：1)利用氧气作为气化剂。由于利用氧气气化具有气化强度大。煤气质量好、气化效率高等优点，因此大多数气化方法都是采用氧气作为气化剂。2)提高气化炉操作压力。提高压力可以提高气化炉的生产能力，并

15、能节省 动力消耗。3)扩大原料煤的适用范围，特别是发展粉煤气化。4)增加气化炉的直径和容积，提高单炉产气量，使生产大型化，并能更完善地回收热量。1.1.3.煤气化现状 选择适宜的气化工艺应根据具体煤种和服务对象而定，我国煤资源的大多数是褐煤和低变质烟煤，灰熔融性温度又普遍较高，大众的服务对象又是化工和IGCC。煤气化工艺的选择应遵循下列原则：1)煤适应性要宽，对粒度、灰熔融性温度等限制不应太严；2)气化效率(含碳转化率、有效气含量、冷煤气效率)要高，氧煤单耗要低；3)零污染或低污染；4)气化强度要高，能达到装置大型化、过程自动化的要求。在固定床气化炉方面，常压UGI炉属淘汰炉型。加压Lurgi

16、炉虽然冷煤气效率较高，氧耗较低，但低温焦油污染严重，环境治理较困难，入炉煤基本上是13mm以上的小块煤(南非SASOL实测数据是13mm占87以上)，若用Lurgi炉生产合成气，因分离和转化煤气中甲烷生产流程较长，操作可靠性和稳定性降低，这种炉型不在考虑之列。煤气化工艺的选择，在排除固定床工艺后，加压气流床 3 和流化床就成为优选工艺2。1.1.4.煤气化发展趋势 在今年的石化行业振兴规划中，对煤化工部分的描述为控制总量，淘汰落后产能。停止审批单纯扩大产能的焦炭、电石等煤化工项目，坚决遏制煤化工盲目发展势头。规划出台后，市场一度对煤化工发展表现出忧虑。但我们从中国缺油、富煤、少气的现实情况、以

17、及国际原油价格不可能一直处于低位等因素出发，一直认为，煤化工的发展在中国有特殊重要的意义6。我国煤炭资源丰富，以煤炭为基础的煤基新能源发展前景十分广阔。在石油对外依存度达到 50%以上的今天，煤化工产业作为石油替代的一个重要途径，有其存在的现实需要。由于我国正处于依赖重化工业支撑经济发展的时期，因此对煤炭、石油的依赖度高，而发展煤化工产业以在更多领域依靠煤炭替代石油、天然气等能源是必要的，但发展煤化工产业需要走清洁、高效的发展路线。但技术的发展并不是一帆风顺的，由于当前我国还不能掌握核心技术，国内先进煤气化炉的设计与制造还是一块短板，长期完全依赖进口，为此付出了很大代价。煤化工发展不仅要考虑煤

18、资源合理利用，还要考虑到环境容量、水资源及市场等制约因素，而且煤化工发展必须符合国家节能减排工作的要求，要从全生命周期的角度，全面评价煤化工产品能源利用效率和二氧化碳排放对环境的影响7。我国有必要对煤气化炉的发展制定明确的战略规划，鼓励和支持企业使用具有自主知识产权的国内技术，在立项、资金、银行贷款贴息、减税和其他政策等方面给予优惠，为自主知识产权煤气化技术的推广创造宽松条件，从而一方面可加快国产化煤气化技术的大规模应用，减少巨额引进费用，同时也可加快我国化工装备制造业的发展，提升机械行业的加工制造水平8。1、生产规模大型化 现代过程工业（化工、发电、多联产、制氢等）发展的一个显著标志就是大型

19、化、单系列，下游大规模生产的气化需求与现阶段煤气化技术产能水平的不符说明煤气化技术必须向大型化方向发展。由于受制造、运输、安装等客观因素的限制，要求在现有的设备尺寸上通过 4 提高单位时间单位体积的处理能力和处理效率实现处理能力的最大化。只能通过提高温度、增加压力、强化混合的方法解决。因此大规模高效煤气化过程必须在高温（1300C1700C），高压（3.0Mpa8.5Mpa）和多相流动条件下进行。当气化压力从 0.1Mpa 提高到 4.0MPa，其投煤量也相应从 1 提高到 10。高温气化条件下，煤中的焦油、氮化合物、硫化合物、氰化物也可得到充分的转化，其三废也相对低害容易处理。2、重视煤化工

20、产品投资方向 现代煤化工产品大体可分为传统产品和能源替代品两大领域，对于前者应选择那些与石油化工路线相比具有比较优势的煤化工产品。能源替代产品是新型煤化工的潜在市场，前景广阔，是今后发展的重点，主要包括以下产品类别：（1）煤制油；（2）醇醚燃料；（3）甲醇制烯烃和甲醇制丙烯。新型煤化工与传统煤化工的区别主要在于：采用洁净煤技术，先进的煤转化技术以及节能、降耗、节水、治污的新技术来发展具有竞争力的产品领域。3、注意投资区位的选择 在项目选址时应侧重于煤炭资源条件良好，煤种与规划项目匹配程度高的地区。另外，如果当地煤化工发展具备一定基础，也有利于项目投产后产业链的进一步延伸。依据上述条件，山西、河

21、南、云南、贵州、山东、安徽、宁夏、陕西、内蒙、新疆等传统产煤大省、自治区在发展煤化工方面具有较为明显的区位优势，而具体的工程项目必须着眼于坑口和煤、水资源条件具备的地区，直接将煤转化为二次清洁能源及化工产品。4、综合发展“多联产”系统是今后的发展方向 多联产系统的工艺方面将煤化工、发电、建材、冶金等相结合，产品方面应形成化学品、液体燃料、电力、热力、煤气、建筑材料和金属材料等关联生产，以达到资源、能源的充分利用和循环生产以及环境和经济效益最大化的目的。具有规模化、大型化、一体化、基地化等特征的多联产装置相对于单产的煤气化装置在综合投资规模、生产成本、能耗等关键指标上展现出巨大优势，是大型企业的

22、发展方向。5、能量的高效转化与回收 为了提高热效率，例如设计动因是应用于 IGCC 发电的 Shell 炉，采取了废热批注批注 QY1:应该开头四个空格两个汉字的位置，检查下 5 锅炉以回收煤气化高温显热，但是庞大的废热锅炉系统使其建设成本负担过重。激冷工艺适合煤基化学品的生产，比如可以用于等压合成甲醇。其设备简单可靠，但是能量回收效率低。除此之外，也提出了化学法回收高温煤气显热的方案。利用一段大型气流床水煤浆气化产生的高温煤气（1300C）以上中含有 20%OH2和约 20%2CO这一特点，将其通入二段固定床气化炉内与煤进行反应，从而降低一段炉出口温度，有效回收气体显热。6、提高煤种适应性

23、煤炭作为一种结构、成分非常复杂且不确定的原料，所选用的料煤的性质直接影响到气化工艺的选择和结果。开发出煤种适应性强的煤气化技术，将大大提高生产企业应对市场变化的能力，有助于降低成本提高应对风险的能力。早期的固定床只能用活性较高、挥发分较低的无烟块煤，而且煤的灰熔点不可太低。流化床与固定床相比，可以采用一些活性较高的煤种，但灰熔点同样有要求。由于固定床和流化床气化温度较低，煤中的碳转化率一般都低于 90%，而他们的特点也决定了难以大幅度提高气化压力，大型化有困难。气流床的气化温度和压力显著提高，煤种适应性上可以采用一些低活性的煤种，单炉日处理能力也显著提高。已经工业化的气流床气化炉从原料路线上讲

24、，有水煤气和干煤粉之分；从气化炉内部结构上来看有耐火砖和水冷壁之分。水煤浆气化要求煤种的制浆性能要好（煤浆浓度不低于 60%），耐火砖结构要求煤的灰熔点要低（一般不大于 1400C）。相比较而言，干煤粉气化没有成浆性能的限制，水冷壁结构可以适应灰熔点高的煤种（1600C1700C）的煤种。1.2.工艺流程选择 煤气反生炉的工艺流程如果按净化系统来分，分为热煤气和冷煤气两大系统。热煤气是煤气由发生炉出来后不经冷却，只经过粗略的除尘，便直接送往用户。系统比较简单，一般在用户对煤气含尘量要求不高、距离较近的车间使用。冷煤气是煤气出气化炉后，经过冷却、除尘、除焦油并经加压后的冷净煤气。系统比较复杂，但

25、煤气质量高，输送距离远，目前大部分煤气站都是冷煤气系统。6 1.1.1.流程简介 1.2.1.1 热煤气发生站工艺流程 由煤气发生炉生成的出炉脏煤气，其温度约 500600oC（压力约为 0.40.8KPa），经过旋风除尘除去煤焦粉后，通过带内衬砖和排灰斗的热煤气管道直接送往用户9。以烟煤为原料的热发生炉煤气应用较多，一般用于耐火窑、玻璃窑及瓷窑，中、小型钢铁厂的加热炉和平炉也有使用。由于煤气中所含焦油的燃烧以及煤气的显热，所以实际的煤气热值可达 66907110 kJ/m3，但是煤气含灰和焦油较多，容易堵塞管道和喷嘴，并且煤气压力低，这些都是主要缺点。以无烟煤（或焦炭）为原料的热发生炉煤气较

26、少得到应用，比较常见的只有在煤气制气厂将其用于加热锅炉，以充分利用焦炉所生产的碎焦，作为煤气发生炉的原料。1.2.1.2 无烟煤冷煤气发生站的工艺流程 由煤气发生炉生成的出炉脏煤气，温度为 500600oC，进入双竖管经热循环水经冷却至 100200oC，使煤气达到初步冷却和部分除尘，煤气从竖管进半净煤气总管后进洗涤塔，与由洗涤塔上部下喷的冷循环水进行逆向接触冷却，将煤气冷却至 3040oC 左右，然后经过塔顶的填料装置，出去煤气中部分水滴后，通过侧向煤气管道进入净煤气总管，再经煤气加压机加压后，通过高压煤气总管送往各用户使用。无烟煤（或焦炭）冷煤气系统应用比较广泛。由于排水总含酚及焦油较少，

27、水处理系统比较简单，因此，在对煤气发热值不需要的很高的一些钢铁厂和机械厂中经常选用这种系统。1.2.1.3 烟煤冷煤气发生站的工艺流程 由煤气发生炉生成的脏煤气，温度为 500600oC，进入双竖管经热循环水冷却，并使脏煤气中的部分焦油和灰尘被洗涤下来，从竖管下部水封中排出，煤气从竖管排出，温度约 8090oC，经隔离水封后进入电捕焦油器脱除煤气中的焦油，然后竟如洗涤塔进行最终的冷却和除尘，是煤气的温度冷却至 3040oC，同时去除了焦油水雾和其它杂质，经过脱水装置脱水后进入净煤气总管，再经煤气加压机加压，水雾捕集器进一步脱去水和焦油后，通过高压煤气总管送我往用 7 户使用。烟煤冷发生炉煤气系

28、统是所有气化炉中应用醉最多的一种，其煤气发热值高于无烟煤系统。一般用于大型工厂。1.2.1.4 水煤气发生站的工艺流程 水煤气一般是指以空气和蒸汽为气化剂，在固定层煤气发生炉中间歇循环制取的煤气。水煤气以无烟煤或焦炭为原料，其煤气发热值一般为 962010450 kJ/m3。水煤气发生站的工艺流程，按其规模大小和废热利用情况大致分为三类，一是规模较小，不回收废热的小型水煤气站工艺流程；二是回收显热，设有废热锅炉的水煤气站工艺流程；三是回收水煤气显热、吹风气潜热和显热的水煤气站工艺流程。其中，第三种流程包括六个阶段，为：吹风阶段、蒸汽吹净阶段、上吹制气阶段、下吹制气阶段、二上吹制气阶段、空气吹净

29、阶段。1.2.1.5 二段煤气炉发生站工艺流程 二段炉有循环制气的水煤气炉和连续制气的混合炉，因为后者应用较广，现就后者作简单的介绍。二段炉有冷、热两种煤气系统，但冷煤气更能发挥二段炉的优点，故一般用冷煤气系统较多。二段炉冷煤气发生站的工艺流程简介如下：粒度为 1545mm 的中块煤，经过炉顶料仓进入二段炉的干馏段，煤受到来自气化段的热煤气加热而生成半焦。半焦下行至气化段，与由炉底进入得空气和水蒸气进行了气化反应，生成发生炉煤气。部分煤气经过包围干馏段的火道引出，称为下段煤气，其出口温度约 600700oC，煤气压力为 11.5KPa，经管道冷却后进入单级洗涤塔，然后经煤气加压后送出；另一部分

30、煤气进入干馏段煤层，与干馏煤气混合后从二段炉顶部引出，称为上段煤气，其出口温度 100150oC，煤气压力为 0.40.5 KPa，经切断水封，间接冷却器后进入煤气加压机，然后经过电捕焦油器后送往出口总管。二段粗煤气系统亦称热粗煤气，一般用于集中炉窑作为热煤气用。1.1.2.工艺流程的选择原则 1.根据用户对煤气质量（包括煤气热值及每期中杂质含量）及供气压 8 力的要求；2.结合当地煤炭资源或国家可能供应的煤炭情况；3.尽可能建热煤气站；4.必须使用冷煤气时，尽量设计无烟煤或小焦炭的煤气站；5.当要求热值大于 5652kJ/(标)，需远距离输送，或对煤气中焦油、含尘量要求较为严格时，考虑使用烟

31、煤冷煤气流程7。热煤气是煤气由发生炉出来后只经过粗略除尘，便直接送往用户。一般在用户对煤气含尘量要求不高、距离较近的窑炉使用。其特点是，系统比较简单，投资少，能充分利用煤气的显热和焦油的化学热。但煤气不能远距离输送，且宜堵塞管路、烧嘴，一旦堵塞，不便清理。冷煤气是煤气出炉后，经过冷却、除尘、除焦油并经加压后的冷净煤气，系 统比较复杂，但煤气质量高，输送距离远，应用范围比较广，能适应各种窑炉的要求。1.1.3.工艺流程的确定 1.2.3.1 气化工艺选择原则 在选择气化方法时，总的应考虑技术上先进经济上合理，并有利于环境保护。因此，虽然气化的类型和方法很多，但应根据原料、煤气的用途，因地制宜。因

32、煤制宜加以考虑。一般在选择气化方法时要考虑的有以下三点：1)原料煤的来源 应能就近获得保证供应的煤种。我国国土辽阔，煤炭资源丰富，这是发展煤的气化的基本条件。但是各地煤炭的品位、性质有很大差别。在选择气化方法时，首先要因地制宜，根据本地区所能提供的煤种来确定。煤的种类和性质直接影响着煤气的产量、质量及其他气化指标。例如：不粘煤或弱粘的块煤，采用移动床气化具有较大的优点。流化床气化虽具有高的生产能力，但过程受灰熔点的和反应性的限制，气化不完全。气流床气化对煤种的适应性虽广，但燃料需干燥和研磨。2)煤气的用途 当生产城市煤气时，需要的是中热值煤气若采用鲁奇加压气化法，既能满足煤气热值的要求，又有利

33、于远距离输送。当生产合成原料气时，鲁奇法、温克勒 9 法或德士古法都能满足要求，但德士古具有更多的优点。3)气化方法的先进性与技术的成熟程度 在选择气化方法时，应尽量选择各项气化指标比较先进的方法。先进的工艺必然会体现较大的经济效益，如气化过程具有较高的热效率时，生产的煤气成本较低。在气化工艺过程考虑中，需进行碳的转化率、氧气消耗量、蒸汽分解率和热量的利用等指标的比较。碳的转化率做最终影响煤气成本，根据碳的转化率可以推算出碳以未气化形式造成的燃料损失；氧气消耗量也直接直接影响和煤气的成本；蒸汽分解率的高低表示了热量的利用程度。若蒸汽分解率低，则为分解的蒸汽以潜热和显热形式造成相当大的热损失；热

34、损失的大小直接影响了气化过程的热效率。1.2.3.2 设计所用冷煤气站工艺流程 基于以上论述及工艺流程选择原则的考虑，本工艺流程的确定如下：煤气发生炉旋风分离器废热锅炉单竖管半净煤气总管隔离水封洗涤塔电除尘净煤气总管排送机捕滴器总管 1.3.主要设备 1.3.1.发生炉 1.3.1.1 制气原理 气化原料（煤或煤焦）由上部加料装置装入炉膛，原料层及灰渣层由下部炉栅支撑，空气中通入一定量的水蒸气所形成的气化剂由下部送风口进入，经炉栅均匀分配，与原料层接触发生气化反应。反应生成的气化煤气由原料层上方引出，气化反应后残存的炉渣由下部的灰盘排出。水夹套可防止炉体经受高温，并可回收炉体散热。在发生炉中，

35、原料与气化剂逆向流动，气化剂由炉栅缝隙进入灰渣层，接触热灰渣后被预热，然后进入灰渣层上面的氧化层（又称燃烧层）。在这里，气化剂中的氧与原料中的碳作用，生成二氧化碳看，生成气体与未反应的气化剂一起上升，与上面炽热的的原料接触，被碳还原，二氧化碳与水蒸气被还原为一氧化 10 碳和氢气，该层称为还原层。还原层生成的气体和剩余未分解的水蒸气一起上升，加热上面的原料层，是原料进行干馏，该层称为干馏层。该层下部的原料即为干馏产物半焦或焦炭。干馏气与上升的气体混合即为发生炉煤气。煤气经过最上面的原料层将原料预热并干燥后，进入发生炉上部空间，由发生炉的煤气出口引出。综上所述，在发生炉中的原料层可分为灰渣层、氧

36、化层、还原层、干馏层和干燥层。灰渣层可预热气化剂和保护炉栅不受高温。氧化层主要进行碳的氧化反应。碳的氧化反应速率很快，故氧化层的高度很小。由于氧化反应为放热反应，所以氧化层温度最高。在还原层中主要是二氧化碳和水蒸气的还原反应，该反应为吸热反应，所需热量由氧化层带入。由于还原层温度逐渐下降，反应速率逐渐减慢，因而还原层高度超过氧化层。制造煤气的反应主要是在氧化层和还原层中进行的，所以称氧化层和还原层为气化区，上部的干燥层和干馏层进行原料的预热、干燥和干馏。发生炉的结构如图 1-1 所示。1.3.1.2 炉型介绍 气化炉大致分为固定（移动）床气化炉、流化床气化炉、气流床气化炉、熔池气化炉。现以常用

37、的前三种作简单介绍。1)固定床气化炉：固定床气化炉一般使用块煤或煤焦为原料，筛分范围为 650mm，对细料或粘结性燃料则需进行专门的处理。煤或煤焦与气化剂在炉内进行逆向流动，固相原料由炉上部加入，气化剂自气化炉底部鼓入，含有残炭的灰渣自炉底排出，灰渣与进入炉内的气化剂进行逆向热交换，加入炉中的煤焦与产生的煤气也进行逆向热交换，使煤气离开床层时的温度不致过高。如使用含有挥发分的燃料，则产生的煤气中含有烃类及焦油等。床层中最高温度在氧化层，即氧开始燃烧至含量接近尾零的一段区域。如在鼓风中添加过量的水蒸气将炉温控制在灰分熔化点一下，则灰渣以“干”的方式通过炉栅排出；反之，灰分也可熔化成液态灰渣排出。

38、固定床气化炉的特性主要有：移动床气化需要块状原料；可处理水分大灰分高的劣质煤；当固态排渣时好用过量的水蒸气，污染量大，并导致热效率低和气化强度低；液态排渣时提高炉温和压力，可以提高生产能力；它的产气量小；有机污染物含量高（有明显的干馏过程）；污水处理问题大；煤的停留时间长；生产制 H2比后两者由优势，转换进气，产气的质量高；加煤、出灰系统有比较复 11 杂的传动装置；要求不能用黏结煤，并对煤的热稳定要求高。123 图 1-1 气化炉 干燥层 干馏层 还原层 氧化层 灰渣层 1炉体 2加料装置 3灰盘 2)流化床气化炉：加入炉中的煤粒度一般为 35mm 左右，这些细粒煤料在自下而上的气化剂的作用

39、之下保持着连续不断和无秩序地沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。故产生的煤气和灰渣皆在接近炉温下导出，因而导出的煤气中基本不含焦油类物质，流化床层中扬析出的煤焦可从生产的煤气中分离主来再返回炉内。粒度很小的煤料进入床层后迅速达到反应温度。热解时，挥发分很易逸出，粒子不发生很大的膨胀，如原料粒度太细及颗粒间的摩擦形成细粉，则易使产生的煤气中带出物增多；粒度过大则挥发分的逸出可能受到一定的阻力，虽不足引起爆裂，但粒子将比原来有所膨胀，可能形成较大的空隙，类似一个充气的硬壁气球，由较低的密度，在较低的气速下能硫化，浙江减小生产能力，故要避免这种情况的存在

40、。12 当黏结性煤料由于瞬时加热至颅内温度，有时煤粒来不及进行热解并与水蒸气发生反应，而煤粒应经开始熔融，并与其他煤粒接触时，即可能形成更大的粒子，因而影响床层的硫化情况。以致严重结焦甚至破坏床层的正常流化，为此，需对黏结性煤进行如预氧化破黏、焦与原煤的混合等处理。流化床气化炉的特性主要有：流化床层温度较均匀，气化温度低于灰的软化点（T2）；煤气中不含焦油；气流速度较高，携带焦粒较多；活性低的煤的碳转化率低；活性高的褐煤生成的煤气中甲烷的含量增加；按炉身单位容积计的气化强度不高；煤的预处理、进料焦粉回收、循环系统较复杂庞大；煤气中粉尘含量高，后处理系统磨损和腐蚀较重；除对煤的黏结性有要求，还对

41、灰熔融性由要求；气化能力比移动床强，煤的停留时间短。3)气流床气化炉：将煤粉（70%以上通过 200 目）用气化剂输送入炉中，以并流的方式在高温火焰中进行反应，其中部分灰分可以以熔渣的方式分离出来，反应可在所提供的空间连续进行，炉内的温度很高。所产生的煤气和熔渣在接近炉温的条件下排出，煤气中不含焦油等物质，部分灰分结合未反应的燃料可能被产生的煤气所携带并带出来。气流床在压力下操作，其突出特点是生产能力大。由于没有充分的碳储量缓冲，故负荷的变化不大。由于并流操作，粗煤气出口温度高，应回收这部分热量以产生蒸汽。当使用的煤种灰熔点很高时，这种方法仍可能需要添加助熔剂以保证液态灰渣顺利排出。气流床气化

42、炉的特性主要有：气流床气化温度很高，碳的转化率高，单炉产量能力大；煤气中不含焦油，污水问题小；液态排渣，氧耗量随灰的含量和熔点的增高而增加；除尘系统庞大；废热回收系统昂贵；煤处理系统庞大和耗电大；对煤灰熔融的黏度有要求；对喷嘴及接灰材料由要求。1.3.1.3 CG1Q3-21 型煤气发生炉 CG1Q3-21 型炉石型炉的进一步改进。这类炉由上、中、下三部分组成。上部包括煤斗、加煤机、炉盖、探火孔等主要部件。中部包括炉体和正气水套，碎渣圈和小灰刀等。下部包括炉篦、灰盘及其传动装置、排灰刀、通风箱等。表 1-1 CG1Q3-21 型煤气发生炉的主要参数 批注批注 QY2:表题跟表格在一起，不要跨页

43、 13 序号 名称 单位 参数 1 炉膛直径 mm 3000 2 炉膛横断面积 m2 707 3 水套受热面积 m2 325 4 煤气出口直径 mm 780 5 空气进口直径 mm 500 6 加煤 机传 动装 置 电动机 型号 标准减速机带电动机 功率 KW 4 转数 r/min 1440 减速机 型式 XWD46 速比 I 59 7 下部传 动装置（炉篦 和灰盘）调速电动机 型号 YCT2004A 功率 KW 5.5 调速范围 r/min 1251250 行星摆线针轮减速机 型号 XWE5.595 速比 I 289 8 炉篦转数 r/h 0.2322.317 9 外形尺寸 mm 54005

44、9009070 10 设备总重量 kg 41800 表 1-2 CG1Q3-21 型煤气发生炉的工艺参数 14 序号 名称 单位 参数 1 气化 用煤 适用煤种 焦碳，无烟煤 入炉粒度 mm 1325；2520 媒质要求 符合 GB914388 2 燃料层高度 mm 1600 3 燃料消耗量 kg/h 17001950 4 水套的工作压力 MPa 0.05 5 空气需要量 m3/Kg 2.8 6 最大风压 Pa 0.588104600mmH2O 柱 7 煤气产量 m3/h 50006500 8 煤气发热量 MJ/m3 5.235.44 9 气封用蒸汽压力 MPa 0.3433.5Kg/cm3

45、10 单个探火孔气封用蒸汽量 kg/h 240 11 水套及 集气器 水质要 求 悬浮物 Mg/L 20 总硬度 Me/L 3.5 PH（25）7 具有热稳定性 15 1.3.2.旋风分离器 1.4.2.1 结构 旋风除尘器的结构如图 1-2 所示。图 1-2 旋风分离器 1.3.2.2 工作原理 旋风除尘器的结构如图 1.2 所示。当含尘气流以 1225m/s 速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变成圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下，朝锥体流动。通常称此为外旋气流、含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而

46、靠入口速度的动量和向下的重力沿壁下落，进入排灰管。旋转气流在达到椎体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。根据“旋转距”不变原理，其到某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下反转而上，继续作螺旋形流动，即内旋气流。最后净化气经排气管排出。一部分未被捕集的尘粒也由此逸出。自进气管流入的另一小部分气体，称为上旋气流，它向旋风除尘器顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时，即反转向上随上升的中心气流一同从排气管排出。分散在这一部分上旋气流中的尘粒也随同被带走。1.3.3.废热锅炉 1.3.3.1 结构 废热锅炉的结构如图 1-3 所示。16 1.3.3.2 概论 废热锅炉的

47、型式由多种，按其汽水循环系统的工作特性分为自然循环和强制循环，按气、水流经管内或管外分为火管式与水管式，按安装使用情况分为立式和卧式。用于煤炭气化工业的废热锅炉一般都是采用立式、火管、自然循环的形式。它是一种管壳式废热锅炉。通常由筒体和汽包两部分组成8。如上图为水煤气的废热锅炉，回收吹风气的燃烧废气和上吹的热煤气由上部进入，下部排出，热气流走管内，水在管外，热量通过管壁传给水，是水温升高乃至沸腾，这时上 图 1-3 废热锅炉 1炉体 2上升管 3下降管 4汽包 5煤气进口 6排污管 7煤气出口 升管中充满的是汽水混合物其密度低于下降管中水的密度，水由汽包沿着下降管向下流动，而汽水混合物则沿着上

48、升管向上流动进入汽包，形成水循环，筒体带5 7 的倾角，主要目的在于减少蒸汽的停滞，否则在蒸汽引出管与管板之间容易形成“死气层”层，使上管板局部过热，以致造成损坏。一台直径 3.0m 的发生炉配备的废热锅炉，其传热面积为 480m2，具有 7.35m长，直径 76mm，壁厚为 3.5mm 的火管 220 根，直径 76mm、壁厚 5 mm 的拉撑管 96 根管板厚度 20 mm，废气温度 550670oC，可产蒸汽 24t/h，蒸汽压力1234567 17 0.51.2MPa,废气经换热后降至 200oC 左右排出。汽包上附设由液位计、安装阀、给水阀。筒体下部有排污管。1.1.4.单竖管 1.

49、3.4.1 结构 单竖管的结构如图 1-4 所示。1.3.4.2 工作原理 竖管是直接与煤气发生炉相连接，冷却净化发生炉出来的热煤气的设备。竖管由单竖管与双竖管之分，单竖管实际上是一个空心筒体，在筒体的顶部喷水冷却洗涤热煤气，由于煤气温度比较高，当水与煤气相接触时便吸收煤气的显热，使部分水蒸气，并使煤气温度降低，与此同时，煤气中的灰尘也被除去一部分。因此，竖管既是冷却设备又是除尘设备，然而在设计计算时是按冷却设备考虑的。煤气由 500oC 冷却至 8090oC，洗涤水的气化率为 38%，接触时间约为 25s，煤气离开竖管时，尚未达到饱和状态。图 1-4 单竖管 1煤气出口 2煤气进口 1.1.

50、5.洗涤塔 1.3.5.1 结构 洗涤塔的结构如图 1-5 所示。1.3.5.2 概述 18 洗涤塔的主要功能是将煤气冷却脱水，同时还起着除尘的作用。通常是把洗涤塔当作煤气的冷却设备来计算，其除尘作用看作是伴随着煤气的冷却作用而进行。洗涤塔有空心洗涤塔与填料洗涤塔。空心洗涤塔又叫喷雾塔，煤气由塔的底部进入直立的塔体，冷却水由塔的顶部和中部喷雾而下，煤气与水雾逆流接触由塔德顶部输出，其冷却效果与所喷入的水量及水滴的大小有关，水量越大，水滴越细，冷却效果好，如图是空心洗涤塔的剖面图。实际生产中有些工厂将填料洗涤塔的填料取消，改为空塔，由于种种原因如水压不足，水量不够，水滴不细，总的有效容积不足等，