固體燃料的氣化過程及設備

1、山 東 理 工 大 學 教 案 第 30 次課教學課型：理論課 實驗課 習題課 實踐課 技能課 其它主要教學內容（注明：* 重點 # 難點 ）：第五章 固體燃料的氣化過程及設備一、發(fā)生爐煤氣的種類（1） 空氣煤氣（2） 水煤氣（3） 混合煤氣二、氣化過程教學目的要求：了解發(fā)生爐煤氣的種類及氣化過程教學方法和教學手段：講授討論、思考題、作業(yè)：參考資料：沈慧賢，胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學出版社，1996注：教師講稿附后第五章 固體燃料的氣化過程與設備煤的燃燒方式：（1）直接燃燒：缺點：燃燒容易產生不完全，熱利用低，造成能源浪費，污染嚴重，不易控制；（2）半煤氣燃燒：一部分直接燃燒，一

2、部分氣化后再燃燒；（3）全煤氣燃燒：全部氣化后燃燒，效率高，易實現(xiàn)溫度控制。一、 發(fā)生爐煤氣的種類氣化過程需要氣化劑，常用的氣化劑有空氣、水蒸氣、空氣+水蒸氣，根據(jù)氣化劑的不同將發(fā)生爐煤氣分為：空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣。（1） 空氣煤氣氣化劑：空氣所進行的反應：C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2+Q CO2+C=2COQ所以綜合反應為 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+Q理想空氣煤氣（純炭與空氣反應）的廢氣組成為：CO2=N2(%)=產氣率：每單位氣化用煤轉變?yōu)槊簹獾捏w積，單位Nm3/kg 理想空氣煤氣的產氣率V= Nm3/kg制取空氣煤氣的過程存在溫度：由于C+O2

3、反應，氧化層溫度高，會使灰分軟，成熔融狀態(tài)（結渣）。影響正常氣化過程的進行。（2） 水煤氣：氣化劑：水蒸汽主要反應： C+H2O=CO+H2Q (5-4)C+2H2O=CO2+2H2Q (5-5)CCO2=2COQCOH2O= CO2+H2Q從反應平衡式可以看出，吹氣階段反應多屬吸熱反應，要維持窯爐內的溫度，需要源源不斷供入熱蒸汽。為了產生熱量，工業(yè)上常采用間歇式送風法：空氣 發(fā)生爐煤氣煤氣 即：當需要熱時，通入空氣，使反應C+O2=CO2放熱，當溫度高到要求時，停止空氣，供入蒸汽開始造汽，前者為吹氣階段，后者為吹汽（制）汽階段，構成水煤氣工藝的基本循環(huán)。 缺點：水煤氣熱值比空煤氣高，但對原料

4、的要求苛刻，采用優(yōu)質無煙煤或焦炭，操作復雜，故一般的硅酸鹽窯爐不采用水煤氣。（3） 混合煤氣氣化劑：空氣水蒸汽利用 C+O2=CO2反應提供熱量，利用CO2與H2O反應造氣，混合煤氣。理想混合煤氣產率：反應：2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+246388KJ/kmol (與氧反應) C+H2O=CO+H2118798 kJ/kmol一個反應為放熱，一個反應為吸熱，恰好能維持爐內溫度的穩(wěn)定，放熱能使 kmol的炭與水反應。故反應的總體積為： 2 + 3.76 + 2.07 + 2.07=9.9kmol CO N2 CO H2 所以理想混合發(fā)生爐煤氣的組成為：CO： H2： N2：從

5、組成中可以看出CO、H2 所占比例為62%，所以混合煤氣的熱值比較高產氣率：V= 對比空氣煤氣，誰煤氣，混合煤氣產氣率最小，但是由于含CO、H2的比例高，故熱值最大。二、 氣化過程（以混發(fā)生爐煤氣為例）圖5-11-加煤口 2-釬孔 3-煤氣出口 4-爐篦 5-水封 6-灰盤 7-空層 8-干燥干餾層 9-第二還原層 10-第一還原層 11-氧化層 12-灰層 13-氣化劑進口在各個層內進行反應：1、氧化層（火層） C+O2=CO2 放熱反應，溫度：110012002、第一還原層 C+H2O=CO2+H2 C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 吸熱反應，溫度：800-11003、

6、第二還原層 CO2+C=CO 4、干餾層（干燥層） 揮發(fā)分溢出，煤背干燥，溫度：500-800山 東 理 工 大 學 教 案 第 31 次課教學課型：理論課 實驗課 習題課 實踐課 技能課 其它主要教學內容（注明：* 重點 # 難點 ）：三、 氣化指標四、 發(fā)生爐爐的爐型及構造五、 煤氣的凈化1、熱臟煤氣的凈化教學目的要求：了解氣化指標、發(fā)生爐爐的爐型及構造以及熱臟煤氣的凈化過程教學方法和教學手段：講授討論、思考題、作業(yè)：參考資料：沈慧賢，胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學出版社，1996注：教師講稿附后三、氣化指標1、 產氣率：指氣化每單位氣化用煤轉變?yōu)槊簹獾捏w積，單位Nm3/kg，又

7、稱氣化率。2、 氣化強度：單位時間在單位截面上所氣化的煤量（化煤量）kg/m2.h 生產能力=氣化強度×橫截面積3、 比消耗量：氣化單位質量煤所消耗的氣化劑用量4、 氣化過程的熱量（1） 氣化煤的化學熱（2） 蒸汽帶入的熱量（3） 煤氣的化學熱（4） 熱煤氣所含的熱量（5） 焦油化學熱5、 氣化效率：單位質量的煤的發(fā)熱量轉化為煤氣發(fā)熱量的百分數(shù)。6、 熱效率：又稱為熱量利用程度，7、 提高氣化用煤的途徑：，進行預處理，把煤加工程型煤，可以采用多種煤配比，對于粘結性差的煤可以適當?shù)募尤胝辰Y劑。優(yōu)點：（1）擴大了煤的應用范圍（2） 用配煤技術，節(jié)省煙煤（3） 改善氣體流動，便于操作（4）

8、 加入適當?shù)恼辰Y劑可以調整灰分軟化溫度缺點：型煤需要一定成本四、發(fā)生爐爐型及構造 結合圖5-(6a)主要構造包括：爐身、攪拌裝置、風氣帽、排灰裝置、送料裝置 爐身：造氣空腔 攪拌裝置：打碎大的焦塊，破除焦拱，灰渣塊加煤裝置：送煤 風氣帽：分配氣化劑，打碎渣，實現(xiàn)連續(xù)均勻的排灰五、煤氣的凈化從發(fā)生爐出來的煤氣含有各種的雜質：灰塵、煤塵、焦油、醋酸、硫化氫、氨氣及水蒸氣，需要凈化一一除去。1、 熱臟煤氣的凈化工藝流程 放散 除塵 盤形閥管道 窯爐使用 存煙斗（1） 除塵：圖5-10為旋風除塵器。圖5-10旋風除塵器工作原理： 煤氣沿切線方向進入旋風筒后，圍繞旋風筒作圓周運動，由于離心力的作用，煤氣

9、中得塵粒被拋向器壁，與器壁碰撞后失去速度而沉降，被凈化的煤氣經(jīng)旋風筒上升由出口排出。山 東 理 工 大 學 教 案 第 32 次課教學課型：理論課 實驗課 習題課 實踐課 技能課 其它主要教學內容（注明：* 重點 # 難點 ）：2、 冷煤氣的凈化六、氣化方法的新進展教學目的要求：了解冷煤氣的凈化過程以及氣化方法的新進展教學方法和教學手段：講授討論、思考題、作業(yè)：參考資料：沈慧賢，胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學出版社，1996注：教師講稿附后（2） 盤形閥：控制發(fā)生爐煤氣與管道之間煤氣的流動（3） 存煙斗：存放塵土及焦油，缺點：不能加壓，實現(xiàn)增速運輸。2、冷煤氣的凈化洗滌除焦油除硫凈化焦油量較少的冷煤氣流程：發(fā)生爐冷卻器（換熱器） 洗滌塔 排風機 用戶 預冷+除塵 冷卻+除塵 凈化焦油量較多的冷煤氣流程： 發(fā)生爐冷卻器（換熱器） 焦油凈化裝置 洗滌塔 排送機 用戶 預冷+除塵 冷卻+除塵注意：煤氣凈化用水應該采用循環(huán)水，循環(huán)使用，因為水中的苯、酚類等物質會危害人體健康，嚴禁與生活用水混合。六、氣化方法的新進展介紹幾種新的氣化方法：流化床、汽化床等新型爐1、 兩段式發(fā)生爐圖5-14特點：兩段式發(fā)生爐的干燥層、干餾層較長，發(fā)生爐的爐膛可以分為兩個區(qū)域：位于上端的為干餾段，位于下段的為氣化段，氣化過程中，煤的干餾與氣化時分開進行的。煤氣