移动床煤气化炉的设计和计算共21页

加入炉的煤被来自下层的热煤气加热升温后，煤中水分
蒸发使燃料得到干燥，形成干煤。
煤
干燥区
除去水分 蒸出气体、焦油和油， 煤变焦炭+CH4+CnHm H2O+C=H2+CO CO2+C=2CO C+O2=CO2 灰渣区 气化剂
干馏区 气化区
燃烧区
排灰
移动床气化炉根据煤气出口位置的不同， 可以分为单段气化炉和两段气化炉。 单段气化炉只有一个煤气出口，位于煤
的煤气体积Vm=5.38m3/Kg.
空气耗量：标准状态下，气化单位质量碳所需要
的空气量：Vk=4.44m3/Kg
煤气的低位热值：标准状态下，单位体积煤气的
热值：Qnet=4.39MJ/m3 气化效率：煤气的热量与所用原料的热量之比： η=69.3%
（2）发生炉煤气的制造
采用蒸汽和空气的混合物作为气化剂制造
（3）煤种适应性广
（4）可远距离运输
（5）空分装置大
2 加压气化的原理和过程
（1）理想过程的加压气化原理
①燃烧反应 C+O2=CO2
②二氧化碳还原反应 C+CO2=2CO 及水蒸
气分解反应C+H2O=CO+H2 ③甲烷生成反应 C+2H2=CH4
（2）实际加压气化炉内的反应区域
燃料层从下往上可分为灰渣、燃烧、气
1 水煤气的制造
（1）理想水煤气的制造 在理想条件下制取的水煤气称为理想水煤气。理想水煤气的所谓理想是指在整 个生产水煤气的过程中无热量损耗。 吹风阶段： C+O2+3.76=CO2+3.76N2+409MJ 制气阶段： C+H2O=CO+H2-119MJ 总反应： 4.44C+O2+3.76N2+3.44H2O=CO2+3.76N2+3.44CO+3.44H2

化
气化温度℃ 440～1400
800～1100 1200～1700
>1500
优点
低温煤气易于净 *操作简单，动
化*适于高灰熔 力消耗少*对耐
点煤*技术成熟， 火炉衬要求低*
全世界煤气化装 适于高灰熔点的
置容量占90%
煤
碳转化率高*液 态灰渣易排出放 大容量：5000 吨/日*负荷跟踪
好（50%） *煤种适应性广
N ——返混程度 XC ——碳的转化率 K ——反应速率常数 T ——温度
ρ煤 取决于煤的的表观密度ρs（原料煤性质） 煤堆的疏松程度ε（反应器类型）
所要求碳的转化率（XC）的下降 τ随以下的因素而减小 返混的减少（N值上升）
反应速率常数K的上升、温度的上升和更高的反应性
不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比较
②流化床气化炉 原料：3~5mm 加料方式：上部加料 排灰方式：固态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况:悬浮沸腾
③气流床气化炉 原料：粉煤（70％以上通过200目） 加料方式：下部与气化剂并流加料 排灰方式：液态排渣 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：煤与气化剂在高温火焰中反应
煤种适应性 广
*气化效率 高
固定床
流化床
气流床 熔融床
缺点
不适于焦结性强 的煤
*低温干馏产生煤 焦油、沥青等
*单段炉不易大型 化，1200吨/日
*容量较小 1500吨/日 *飞灰中未燃 尽碳多（第
二代利用灰 团聚功能）
*对耐火炉衬 要求高（第 二代用水冷
套） *适于低灰熔
点煤
适于低 灰熔点
煤
碳转化（%）
④熔池气化炉
气－固－液三相反应气化炉 原料：6㎜以下直至煤粉所有范围的煤粒 加料方式：燃料与气化剂并流加入 排灰方式：液态 灰渣和煤气出口温度：接近炉温 炉内情况：熔池是液态的熔灰、熔盐或熔融金属作为气化剂和煤的 分散剂，作为热源供煤中挥发物的热解和干馏。

流化床气化煤气设计
煤炭一直以来都是世界上最主要的能源资源之一，但随着环保
意识的增强，人们对于煤炭的利用方式也在不断地进行改进和创新。

流化床气化煤气设计就是其中的一种新型技术，它被广泛应用于煤
气化领域，可以高效地将煤炭转化为可再生能源。

流化床气化技术是一种将固体燃料在高温下转化为气体燃料的
过程。

在流化床气化煤气设计中，煤炭首先被粉碎成细粉，然后通
过气化剂（通常是空气或蒸汽）在高温下进行气化反应，产生可燃
气体。

这种气体可以用于发电、供热或其他工业用途。

流化床气化煤气设计的关键在于气化反应的控制和高效利用。

通过优化气化反应的温度、压力和气化剂的流速，可以最大限度地
提高气化效率，减少能源损失。

此外，流化床气化技术还可以减少
煤炭燃烧产生的污染物排放，对于保护环境具有重要意义。

除了煤炭，流化床气化技术还可以应用于其他固体废弃物的气
化转化，比如生物质、城市垃圾等。

这为资源再利用和能源转化提
供了新的途径，有助于实现清洁能源的可持续发展。

总的来说，流化床气化煤气设计是一种高效、环保的能源转化技术，可以有效地提高煤炭等固体燃料的利用率，减少环境污染。

随着技术的不断进步，相信流化床气化技术将在能源领域发挥越来越重要的作用。

(2)无焦油回收的 冷煤气流程 该流程设有冷却装 置，煤气冷却到常 温，送去做燃料气。 适用于以无烟煤和 焦炭为原料的煤气 站，因其气化时产 生焦油量少，可不 设专门的焦油回收 装置。
一、常压移动床气化工艺流程
(3)有焦油回收的 冷煤气流程 该流程除有冷却装 置外，还有回收焦 油的净化装置。这 种装置适用于以烟 煤、褐煤等煤种作 气化原料，因为气 化时产生的焦油量 较大，因而需要专 门的除焦油装置即 电捕焦油器。
一、常压移动床气化工艺流程
(4)两段式冷煤气工艺流程
二、加压移动床气化工艺流程
我国加压气化的历史： 早在20世纪60年代引进了捷克制造的早期鲁奇炉， 在云南建成投产，用褐煤加压气化制造合成氨。 1987年建成投产的天脊煤化工集团公司(原山西化 肥厂)从德国引进的4台直径3800mm的Ⅳ型鲁奇炉， 用贫瘦煤代替褐煤来生产合成氨(鲁奇炉主要用于 以褐煤为原料生产城市煤气)，先后用阳泉煤、晋 城煤、西山官地煤等煤种的试验，经过不断地探索 ，基本掌握了鲁奇炉气化贫瘦煤生产合成氨的技术
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《煤炭气化工艺》
二、加压移动床气化工艺流程
加压气化生产的城市煤气，热效率高，温度稳定，便于输送、易于调节和 自动化。 生产化工原料气，几乎可以满足各种化工合成生产的要求，自20世纪 70年代以来，一些发达国家，如美国、德国就开始研究整体煤炭气化 联合循环发电系统。世界上最早的德国IGCC示范厂采用的就是鲁奇固 态排渣气化炉。
（1）有废热回收系统的制气工艺流程
（2）整体煤炭气化联合循环发电流程(IGCC)
煤气进一步经文 煤气燃烧后产生 该系统包括两大 将空气和水蒸气 820℃左右的高压烟气， 丘里管除尘后，进 部分，第一部分是 进入燃气轮机中膨胀。 作为气化剂送入鲁 入膨胀透平压缩机， 煤的气化、煤气的 产生的动力用于驱动 奇炉内，在 2MPa左 的 压力下降到 1MPa 净化部分，第二部 压缩机一段。多余的 压力下气化，气化 右，气化用的空气 分是燃气与蒸汽联 能量发电，从燃气轮 炉出口粗煤气的温 合循环发电部分。 在此由 1MPa被压缩 机出来的烟气温度约 •第一部分的主要 度约550℃左右， 到 2MPa后送入气化 400℃，压力为常压， 设备有气化炉、空 发热值为 6700kJ／ 通过加热器用于加热 炉。 分装置、煤气净化 锅炉上水，水温被提 m3 左右。 从透平压缩机来 设备 (包括硫的回 高到330℃左右 ,排出 煤气经洗涤除尘 的煤气在正压锅炉 收装置)。 的烟气温度约160℃。 器除去其中的部分 中与空气透平压缩 •第二部分的主要 正压锅炉所产的高温 焦油蒸汽和固体颗 机一段来的空气燃 高压水蒸气带动蒸汽 设备有燃气轮机发 粒，同时煤气的温 烧，生产520℃、 轮机发电机组发电， 电系统，蒸汽轮机 度降到160℃，并 从蒸汽轮机抽出一部 13MPa 的高压水蒸 发电系统、废热回 分蒸汽 (压力约2.5MPa) 被水蒸气所饱和。 收锅炉等。 气。 供加压气化炉用。

流化床气化煤气设计
流化床气化是一种高效的煤气化技术，通过将煤粒在高温下与氧气和蒸汽进行反应，产生可燃性气体。

这种气化技术被广泛应用于工业生产和能源开发领域，其设计和操作对于提高煤气化效率和降低环境污染具有重要意义。

首先，流化床气化煤气设计需要考虑气化反应的温度和压力。

适当的温度和压力可以促进气化反应的进行，并提高气化效率。

同时，设计中需要考虑煤气化产生的气体成分和热值，以满足不同工业生产和能源利用的需求。

其次，设计中需要考虑流化床的材料和结构。

流化床的材料应具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，以保证设备长期稳定运行。

流化床的结构设计也需要考虑气体和固体颗粒的流动特性，以确保气化反应能够充分进行。

另外，流化床气化煤气设计还需要考虑废气处理和余热回收。

废气处理可以减少气化过程中产生的污染物排放，保护环境。

余热回收可以提高能源利用效率，降低生产成本。

总的来说，流化床气化煤气设计是一个综合性的工程问题，需要考虑气化反应、设备材料和结构、废气处理和余热回收等多个方面。

通过合理的设计和优化，可以实现高效、清洁的煤气化生产，为工业生产和能源开发提供可靠的技术支持。

蒸汽缓冲罐 空气鼓风机
吹风空气阀
洗 气 箱
洗 涤 塔
下行煤气阀 气柜 煤气去净化
气柜水封 图5--27 水煤气站流程
气柜水封
3.两段式完全气化炉
特点： 使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤； 干镏气化分段进行； 两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏 温度低，获得的焦油质量比较轻。
⑴两段式煤气发生炉（P173图-28） 上段：干馏段 下段：气化段 下段煤气温度500~600℃， 上段煤气温度100~150℃，只含轻质焦油。
双层壳体（内外两 层厚刚筒间形成水 夹套，可引出供气 化炉使用）； 设有煤分布器和搅 拌器（破黏）； 塔节型炉箅且设有 破渣装置（气化剂 均匀分布）；
②工艺流程
煤气带出有废热回收的制气工艺流程：P179图5-36
5.加压液态排渣气化炉 ⑴基本原理
仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度 在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内 排出（消除了结渣对炉温的影响）

间歇法制造水煤气
两段：吹空阶段（吹风阶段）； 吹蒸阶段（制气阶段）。 ⑴理想水煤气 生成理想水煤气的方程式：
Ｃ＋Ｏ２＋３.７６ N2 ＋３Ｃ＋３ H2Ｏ＝＝ ＣＯ２ ＋ ３.７６ N2 ＋ ３ＣＯ＋３ Ｈ2 理想水煤气组成：50%ＣＯ与50%Ｈ2 气化效率：100% ⑵实际水煤气 Ｈ2含量高于ＣＯ（ ＣO＋H2Ｏ＝＝ ＣＯ2＋Ｈ2 ） 常含有ＣＯ2、N2 、H2S和ＣＨ4 等 气化效率：60%~65%
§ 5、煤的气化
§ 5．3 固定(移动)床气化法
§ 5．3 固定(移动)床气化法
一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发 生炉内制得的煤气为发生炉煤气。（ＣＯ H2 N2 ） 1. 制气原理： ⑴理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平 衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条 件 。

• 主要适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的 旋转灰盘排出）
3M21型煤气发生炉
将3M13型气化炉的滚筒式自动
加煤机和搅拌装置取下，再换 上双钟罩自动加煤机，即成为 3M21型气化炉 3M21型适合气化无粘结性的煤
(Y＜8mm)
不带搅拌装置 主要用于气化贫煤、无烟煤 和焦炭等不黏结性燃料
温度（oC）
固定床气化炉－ Lurgi炉中的反应行为
恒量氮气下的气体组成（％）
982
分析范围 593 灰 水蒸气 和氧气 煤 气 煤
204
燃料层高度 • O2迅速消耗完（残余很多C） CO和H2的产生不是同步？ • CO2先于CO出现, CO2与O2的关系 (C + H2O = CO + H2) • CO2先增加，后下降，后又增加？
C.W-G型混合煤气发生炉
(a)用四个料管（上、下两段软 连接）向气化炉内加煤 (b)上炉体外为全水套结构 (c)鼓风空气经水套水面，带蒸 气经饱和空气管从底部进入气化 炉 (d)炉篦可转动，将灰渣排入底 部灰斗，故为干渣排灰 (e)炉底灰斗设上、下两道阀门 ，可在气化 炉运行过程中排灰 (f)特殊的加煤机构使气化炉接 近满料操作
理想情况： 气化纯碳，且碳全部转化为CO； 按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩； 气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡
放热反应：Ｃ＋0.5Ｏ２＋1.88N2 ＝＝ＣＯ＋1.88N2 +110.4KJ/mol 吸热反应：Ｃ＋ H2Ｏ＝＝ＣＯ＋H2 -135.0KJ/mol 热平衡：２.２Ｃ＋０.６Ｏ２＋ H2Ｏ＋２.３ N2 ＝＝２.２ＣＯ＋ H2 ＋２.３ N2
（七）气化过程的主要评价指标
1.气化强度

三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
1 煤的理化性质对加压气化的影响
（2）原料煤中水分对气化过程的影响 • 煤中所含水分随煤变质程度的加深而减少，水分较多的煤，挥发分往 往较高，则进入气化层的半焦气孔率也大，反应气体通过内扩散进入固体 内部时容易进行，从而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。 • 煤中水分过高会给气化过程带来不良影响。 • 增加了干燥所需热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率。 • 干燥不充分，导致干馏过程不能正常进行，进而会降低气化层温度， 导致甲烷生成反应、二氧化碳及水蒸气的还原反应速率减小，煤气质量降 低。
• 在炉内燃烧层碳和氧的反应给上述反应提供了热量。所以，随着煤的 变质程度加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相应增加。另外，由于年轻 煤活性好，挥发份高，有利于 CH 4 的生成，这样就降低了氧气耗量。
第三节 加压气化操作条件及主要气化 指标
一 操作条件分析
1 气化压力
• • (1)压力对煤气组成的影响 提高气化炉操作压力，有利于下列各反应的进行：
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
2 煤种对煤气组分和产率的影响 2.1发热值与组成
图4-8煤种与净煤气热值的关系 1—褐煤；2—气煤；3—无烟煤
图4-9粗煤气组成 与气化原料的关系
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
2煤种对煤气组分和产率的影响 2.1发热值与组成
图4-10 净煤气组成与气化原料的关系
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
表4-2 我国太原市西山老年烟煤在鲁奇炉内所产生的干馏气、 纯气化煤气及出炉煤气的体积百分组成：
三 煤种及煤的性质对加压气化的影响
2.2 煤气产率
图4-11煤中挥发份与煤气产率、干馏煤气量之间的关系 1—粗煤气产率；2—净气煤产率；3—干馏煤气占粗煤气热能百 分比；4—干馏煤气占净煤气热能百分比

•
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与比表面积和传热的关系） 煤的比表面积和煤的粒径有关，煤的粒径越小，其比表
面积越大。 煤和灰都是热的不良导体，导热系数小，传热速度慢，
因此粒度的大小对传热过程的影响显著，进而影响焦油的产 率。
四 固定床气化对煤质量的要求
粒度：（粒度与生产能力的关系）
对于固定床而言，粒度范围一般在6-50mm之间，一般大 于6mm。粒度小有利于气化反应，但会增大气化剂通过燃料 层的阻力，粒度太小，会增加带出物的损失。反之，大块燃 料会增加灰渣中可燃组分的含量。
一 煤气化产物的种类
•常压固定床煤气化技术是以空气、空气—水蒸汽、 水蒸气等为气化剂，将固体燃料转化成煤气的过程。 • 常压固定床气化生成煤气的有效成分主要有 H2 、 CO和少量 CH4 ，用于合成氨生产的半水煤气中的氮 也是有效成分。 工艺煤气一般分为空气煤气、混合 煤气（发生炉煤气）、水煤气、半水煤气等。
四 固定床气化对煤质量的要求
综上所述，固定床气化对原料的要求是低水、低 灰、低硫、高活性、高灰熔性、热稳定性好、机械 强度高、不黏结、粒度均匀适中的燃料。
五 制气原理
1 空气煤气
• 空气煤气是发生炉煤气最简单的生产工艺。它以空气作为气化燃料， 主要的化学反应如下：
C O2 CO2 394.4kJ / mol
原料煤的性质对气化过程影响很大。固定床气化对煤的选 择尤为严格。
• 水分：随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤的含水量多在 5%以下。次烟煤和褐煤含水量约10%-30%。煤种水分和挥 发份含量有关，随挥发份含量降低而降低。气化用煤含水量 越低越好，一般要求不超过8%。
煤中水分高会增加气化过程的热损失，降低煤气产率和 气化效率，使消耗定额增加。 •

出和口一温氧度化低碳。，因还此原，层在也实因际此操作中，以煤C 气2H出2 口C温H4度控制气 化层厚度，而一得般名煤。气出口温度控制在600C℃O 左3H右2 。 CH4 H2O
2CO 2H2 CO2 CH4
CO2 4H2 医CH学4参 2考HA2O
1、移动床气化炉的一般知识
医学参考A
气化炉的基本概念
①是煤炭气化的主要反应场所
②高温，加设内璧衬里或加设水夹套。 考虑：入炉
水夹套：保护炉体免受高温，生产蒸汽。煤的分布和
加煤时的密
加煤
封问题。
气化反
系统
应部分
气化炉的组成
排灰系统
考虑：气体的均匀 分布和排灰时的密 封问题
医学参考A
3M-21混合煤气发生炉
炉作加探耐箅用煤火火：机孔衬支构作里撑：用炉一：内个煤总滚料料筒扒层、平，两、使个捅 钟气渣罩化、和剂用公均钎布匀子锥分测及布气传，化动与层装碎的置渣温组圈度成 、
医学参考A
3M-21型移动床混合煤气发生炉
碎渣圈：上面与水套固定，
下部灰有盘6把是灰一刀敞。口当的炉盘箅状和 灰盘物转，动起时储，灰碎、渣出圈灰不和动， 大块水灰封渣的受作到用挤。压和剪切而 碎裂内，壁并斜下钢移筋。当灰渣移到 小盘灰 。大灰刀齿盘处轮固，装定即在在被钢大灰球齿刀上轮刮，上到，灰
碎由渣电圈动的机另通一过作蜗用轮是、和灰 盘底外 密蜗以套封杆灰构用带盘成。动转水大速封齿来装轮调置转节，动出做。炉
歇制气。
医学参考A
（三）煤气发生炉
目前，国内普遍使用的有3M-13型(即3A-13型)、 3M-21型(即3A-21型)、W-G、U·G·I及两段式气 化炉。 这些气化炉的共同特点是都有加煤装置、炉体、 除灰装置和水夹套等。为扩大气化用煤，有的炉 内设置搅拌破黏装置；为使气化剂在炉内分布均 匀，采用不同的炉蓖。 发生炉一般有炉径1000mm、1500mm、 2000mm，3000mm等规格，水煤气炉一般有炉 径 1600mm、1980mm、2260mm、2740mm、 3000mm等。

干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚入炉的燃料在
这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。
过程
控制
一般地，利用劣质煤时．因其水分舍量较大，该层高度
较大，如果煤中水分含量较少，干燥段的高度就小。
作用
空层
空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集
煤气。
由于空层的自由截面积增大，使得煤气的速度大大降低，气
上面三个反应都是放热反应，因而氧化层的温度是最高的。
还原层
作用
在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气
和二氧化碳中的氧而与之化合的能力，水(当气化剂中用蒸汽
时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，
还原层也因此而得名。
控制
还原层厚度一般控制在300～500mm左右。如果煤层太薄，还原反应进
C+O2→CO2+Q （Ｏ２↘， CO2↗）
C+CO2→2CO-Q（Ｏ２耗尽，出现CO，CO2↘）
还原层：
C+CO2→2CO-Q
C+H2O→CO+H2-Q（H2O↘，CO2↘，H2↗，CO↗）
还原层以上：
CO+H2O→CO2+H2+Q（CO、H2O稍↘，CO2、H2稍↗）
干馏层
氧化层
干燥层
空层
制在600℃左右。
有无反应
+_→
+_ →_+
+_ →_+_
+_→_
+_→_+_
+_→_+_
_+_→_+_
干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，

1.2 气化炉结构.....................................................................................................................2 1.2.1 移动床气化炉.........................................................................................................2
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本论文属于
不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）
作者签名： 导师签名：
日期： 日期：
目录
摘要............................................................................................................................................... 1.绪论.........................................................................................................................................1
移动床式气化炉燃烧气化的仿真与分析
[摘要]：本文从型煤富氧连续气化这个角度入手，调研气化炉的结构与运行规律，借助计算流体动
力学商业软件 Fluent，对气化炉炉内的气化与化学反应过程进行仿真模拟。仿真结果与实际状况相 符合，可用于优化气化炉的运行参数，并为今后其内部结构的优化设计与改进奠定基础。
[关键词]：移动床 气化炉 仿真 分析 计算流体动力学

从气化炉出来的气体中含有大量的杂 质，需要进行净化处理，如洗涤、过 滤等。
产品回收
经过净化的气体产品经过冷却、分离 等步骤，得到各种有用的气体组分， 如氢气、一氧化碳等。
固定(移动)床气化法
04
应用和发展
在煤化工领域的应用
生产合成气
固定(移动)床气化法可用于将煤转 化为合成气，合成气是生产各种 化工产品的原料。
固定(移动)床气化法
03
工艺流程
原料准备
01
02
03
原料准备
将煤破碎至一定粒度，去 除其中的杂质，为气化做 好准备。
煤的输送
通过输送设备将破碎后的 煤送至气化炉的进料口。
煤的干燥
在气化前对煤进行干燥， 以降低气化过程中的水蒸 气分压，提高气化效率。
气化剂的准备
空气的压缩
将空气经过压缩，提高其压力和流速，以满足气化炉的需求 。
未来的研究重点将集中在提高气化效率、降低能 耗和减少污染物排放等方面，以实现绿色、低碳 、可持续发展。
同时，加强国际合作与交流，吸收国外先进技术 成果，也是推动我国煤化工行业发展的重要途径 。
THANKS.
移动床气化法的优点
气化强度高，生产效率高；气化温度均匀，煤气 质量稳定；粗煤气中基本不含焦油、酚等杂质； 用水量较少。
固定床气化法的缺点
气化温度较低，反应速度较慢，生产效率较低； 炉内各段反应温度不均，导致粗煤气中含有一部 分焦油、酚等杂质；需要消耗大量的冷却水来冷 却煤气。
移动床气化法的缺点
对原料煤的粒径要求较高，需要使用粒径较小的 煤；操作复杂，投资较大；煤气中甲烷含量较低 ，热值较低。
针对这些问题，本章提供了相应的解 决方案和措施，有助于指导实际生产 操作和提高产品质量。

一 碎煤加压气化特点
2 生产过程
• 单炉生产能力大，最高可达75000 m3（标）/h（干基）；
• 气化过程是连续进行的，有利于实现自动控制； • 气化压力高，可缩小设备和管道尺寸，利用气化后的余压可以进行 长距离输送。 • 气化较年轻的煤时，可以得到各种有价值的焦油、轻质油及粗酚等 多种副产品。
（1）煤的粒度对加压气化的影响 • 煤的粒度越小，其表面积越大，在动力学控制区的吸附和扩散速度加 快，有利气化反应的进行。 • 煤粒的大小也影响着煤准备阶段的加热速度，很显然粒度越大，传热 速度越慢，煤粒内部与外表面的温度差也大，使颗粒内焦油蒸汽扩散阻力 和停留时间延长，焦油的热分解增加。 • 煤粒的大小也对气化炉的生产能力影响很大，与常压气化相比，加压 气化过程中气体的流速减慢，相同粒度情况下煤的带出物减少，故而可提 高气流线速度，使气化炉的生产能力提高，但粒度过小将会造成气化炉床 层阻力加大，煤气带出物增加，限制了气化炉的生产能力。 • 煤的粒度越小，水蒸气和氧气的消耗量增加，煤耗也会增加。
图4-5石墨加氢气化的甲烷平衡含量曲线 1Kcal/m3=4.1863KJ/m3
二 加压气化的实际过程
2 气化过程热工特性
• 在实际的加压气化过程中，原料煤从气化炉的上部加入，在炉内从 上至下依次经过干燥、干馏、半焦气化、残焦燃烧、灰渣排出等物理化 学过程。 • 加压气化炉是一个自热式反应炉，通过在燃烧层中的 C O2 CO2 这个主要反应，产生大量热量，这些热量提供给：
图4-3不同温度下水蒸气分解反应总速度与压力的关系 1-6 分别表示反应压力为0.098、0.98、1.96、4.9、6.86 和9.8MPa
二 加压气化的实际过程
1 加压气化的主要反应

煤气产率/气化效率/热 效率
通过计算潞安矿务局
干煤气产率：3.38m3/kg 湿煤气产率：3.58m3/kg 气化效率：69.63% 热效率：76.66%
以上作为气化炉设计的基础参数
气化炉的设计
• 本设计选用常压固定床混合煤气发生炉。 • 此炉型由上、中、下三部分组成。 • 上部分包括加煤机、炉盖、探火孔等主要部件。 • 中部包括炉体和蒸汽水套、碎渣圈等。 • 下部包括炉篦、灰盘通风箱等。灰盘及通风箱均设有水封，以保
• 大型固定床气化技术包术是在常压固定床气化技术基础上发展起来的，主要解决常压固定 床气化技术中气化强度低、单炉处理负荷小等缺点，最有代表性的是Lurgi加压气 化炉。
• BGL气化技术是在Lurgi气化技术基础上发展起来的，该技术最大的改进是降低了
煤气化的化学反应
• (a) 气相反应：
• 2CO + O2 → 2CO2 • 2H2 + O2 → 2H2O • CH4 + O2 → 2H2O + CO • CO + H2O → CO2 + H2 • CO + 3H2→ 2H2O+CH 4 • CxHy(气态煤焦油)+ （x+y/2）2O2
→ y/2H2O + xCO
• 目前国内外气化技术众多，自世纪中叶德国Siemen兄弟最早开发煤气发生 炉至今，已有150余年历史!形成了固定床(移动床)、流化床和气流床三种 技术工艺。各种技术都有其特点和特定的适用场合，它们的工业化应用程 度及可靠性不同，选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化 工产业发展中的重要决策。
炉墙及探火孔
在进行耐火材料的选择时，主要考虑耐火 度和绝热性能两项指标。由于整个装置内 部温度都在1000左右，故要求向火面的耐 火材料有较高的耐火度。 炉内温度900℃，由此选择耐火材料为粘土 耐火砖，保温材料为水泥珍珠岩制品 探火孔是发生炉的重要部件之一，8个探火 孔均匀分布在炉盖的圆周上。其作用是： 通过探火孔对燃料表层进行观察；调整炉 况及对燃料层进行深层调整；用钎子探测 炉内各层温度及分布情况，用以指导操作。 探火孔由塞子、外壳、及喷嘴组成。

《煤炭气化工艺学》
三、气化的几个重要过程
煤炭气化过程的两类主要反应：燃烧反
应和还原反应
还原反应，包括碳和二氧
化碳的反应，以及水蒸气
煤
煤的燃烧是指在空气、富氧空气或氧 气中，当煤的温度达到者火点时剧烈
和碳之间的反应是制气的 主要反应，主要生成一氧
的
氧化，放出大量热量的过程，完全燃
化碳和氢气。
反
烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时 则生成一氧化碳。
第四章 气化炉
2020/10/8
《煤炭气化工艺学》
第四章 气化炉
第一节 气化炉概述 第二节 移动床气化炉
2020/10/8
第三节 流化床气化炉 第四节 气流床气化炉 第五节 熔融床气化炉 第六节 工业上常用炉型的比较 《煤炭气化工艺学》
熟悉熔融床气化 炉结构、气化工 艺流程及工艺参
数
知识目标
掌握气化用煤的种 类、气化炉的种类 及结构、工艺流程、
控制步骤 2020/10/8
①气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程； ② 气化剂被燃料颗粒的表面吸附； ③ 吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进
行表面化学反应； ④生成的产物分子从颗粒表面脱附下来； ⑤产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到
气流主体。
《煤炭气化工艺学》
二、气固相反应
平衡常数kp如下： Kp=(Pco*PH2)/PH2O
流态化阶段。
2020/10/8
流化床：在流态化阶段，床层的 压降保持不变，基本等于床层的 重量，把这个极大值称临界流化
速度。
《煤炭气化工艺学》
二、气固相反应
均相反应与非均相反应
均相反应：气相中的反应。如CO与H2O 的反应等。
非均相反应：气固相的反应。如碳的燃 烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应 等。

摘要本设计以常压固定床煤气化的设计过程为内容，包括对工艺流程的确定和说明、生产条件的确定和说明以及附属设备的选型等内容。

进而深入了一层了解煤气化工艺，并得到化工工程设计的初步训练。

本文从一定的层面上对常压固定床煤气化发生炉内部的传热、传质过程进行了简要综述。

关键词：常压固定床，煤气化发生炉，床层，炉壁，传热一、煤气化原理（一）煤气化的基本过程煤的气化过程是一个有热效应的化学反应过程，反应物是煤和气化剂。

气化剂一般为空气、氧气、水蒸气或氢气。

煤和气化剂按照一定的比例，在一定温度和压力条件下发生化学反应，煤中的可燃成分转化为气体燃料，即产品煤气，灰分则以灰渣的形式出。

煤的气化分为完全气化和不完全气化，不完全气化即通常说的煤的干馏，其产品包括煤气、焦油和半焦；完全气化的产品是煤气或水煤气，本章所讲的煤的气化技术只讨论煤的完全气化技术【11。

下图所示为典型的煤气化工艺流程。

图1煤的气化过程图2典型的煤气化工艺流程从包含的物理化学过程来看，煤的气化过程包括以下几个阶段：干燥脱水，热解,挥发分和残余固定碳的气化反应。

煤的干燥脱水过程去除了原煤中所含的全部水分，在温度达到350C以上时，开始发生煤颗粒的热解反应，析出气体中间产物和焦油，统称为挥发分。

剩余的是固体焦炭或半焦，煤的热解过程可以用下面的总体表达式表示：热解煤 --- CH4+其他气态烃+焦油+CO+CO2+H2+H2O+焦炭或半焦（S）式中，除了焦炭或半焦为固体产物，其余全部是气态产物，除此之外，还有少量含有机氮、硫等元素的气态中间产物。

（二）固定床反应器固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。

固体物通常呈颗粒状，粒径2〜15mm左右，堆积成一定高度（或厚度）的床层。

床层静止不动，流体通过床层进行反应。

它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。

固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。