气流床气化炉操作温度的探讨_贺根良

U-GAS气化炉U-GAS气化炉工艺特点（1）灰分熔聚及分离气化工艺U-GAS 气化炉属流化床气化。

其主要特点是流化床中灰渣与半焦的选择分离，即煤中的碳被气化，同时灰被熔聚成球形颗粒，并从床层中分离出来。

U-GAS气化炉工艺流程气化所形成的含灰较多的颗粒表面熔化和团聚成球形颗粒，并从床层中分离出来。

灰粒的表面熔化或熔聚成球是一个复杂的物理．化学过程。

为使在气化过程中实现灰的熔聚和分离，气化炉排渣是通过炉子底部文丘里管，依靠文丘里气速控制排灰塞。

气化炉中灰熔聚区域的几何形状、结构尺寸及相应晶操作条件都起着重要的作用。

它包括：文丘利管(颈部)内的气速、流经文丘利管和流经炉箅的氧气量与水蒸气量的比例，烙聚区的温度以及带出细粉的循环量等因素。

a.文丘里管内的气流速度文丘里管内的气速及气化剂中的汽氧比极为重要，它直接关系到床层高温区的形成。

文丘里管颈部的气速控制着灰球在床层中的停留时间，相应地决定了灰球中的含碳量。

当灰球中的含碳量在允许范围以内时，停留时间越短越好，以免由于停留时间过长，床层中灰含量过高导致结渣现象的发生。

b.熔聚区的温度熔聚区的温度是灰团聚成球的最重要的影响因素，它是由煤和灰的性质所决定，必须控制在灰不熔化而又能团聚成球的程度。

实验发现，此温度常比煤的灰熔点（T1）低100～200℃，与灰中铁的含量有关。

有的理论认为，煤中灰分的团聚是依靠灰粒外部生成粘度适宜的一定量的液相将灰粒表面润湿，在灰粒相互接触时，由于表面张力的作用，灰粒发生重排、熔融、沉积以及灰粒中晶粒长大。

而粘度适宜的一定数量的液相只有在合适的温度下才能产生。

温度过低，灰粒外表面难以生成液相，或生成的液相量太少，灰分不能团聚；温度过高，灰分熔化粘结成渣块，破坏了灰球的正常排出。

一般，通过文丘里管的气化剂的汽氧比比通过炉箅的气化剂的汽氧比低得多，这样才能形成灰熔聚所必需的高温区。

气化炉操作温度控制在灰团聚温度，使灰渣表面软化，熔融成团排渣，故国内称灰团聚气化炉。

气流床加压气化工艺介绍一、工艺原理本煤气化技术属气流床加压气化工艺。

浓度60.5%的水煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气（纯度99.6%）通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴对喷进入气化炉燃烧室。

对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。

利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种灰熔点温度以上进行气化反应。

炉内温度约1350℃，反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。

（1）射流区：流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。

同时受撞击区较高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大，此后为撞击区。

（2）撞击区：当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。

此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度（即沿设备轴向速度）逐渐增大。

撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作用好。

（3）撞击流股：四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特征相同的两个流股。

在这个区域中，撞击流股具有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。

（4）回流区：由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。

（5）折返流区：沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。

（6）管流区：在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不变，形成管流区。

水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进行。

德士古气化炉论操作温度对工艺过程的影响德士古气化炉论操作温度主要依据煤的灰熔点温度制定，德士古气化炉操作温度是影响产品质量和气化炉安全稳定运行的关键因素。

本文重点探讨德士古气化炉论操作温度对工艺过程的影响。

我国煤炭资源丰富，而石油和天然气相对缺乏，在今后相当长时期内煤炭仍将是我国最主要能源。

大力发展煤化工和煤化工产品的延伸是必是我国化工企业发展的必然选择，而发展煤化工选择什么样的煤气化技术成为发展煤化工关键所在。

山东鲁南化肥厂首次引进美国先进的德士古水煤浆加 压气化技术，如今德士古水煤浆加压气化技术以成为我国煤化工行业采取的主要煤气化技术。

德士古水煤浆加压气化技术采用的是气流床连续气化工艺，对于气化炉温度的选择控制是整个气化系统操作关键所在。

对于德士古气化炉温度的选择，首先要对气化用煤进行分析，德士古水煤浆加压气化技术采用的是煤渣熔融态排渣技术，要求气化炉操作温度要在煤的灰熔点温度以上操作。

一般德士古气化炉操作温度控制在煤的灰熔点50-100℃操作，煤的灰熔点分析测定成为德士古气化炉操作温度的重要依据。

所以我们每天都要分析测定煤的灰熔点，根据煤的灰熔点制定气化炉操作温度，特别是煤种变化了要及时分析测定煤的灰熔点，根据煤的灰熔点的高低变化及时调整气化炉操作温度。

对于德士古气化炉操作温度的选择我们不仅要考虑到煤的灰熔点温度，还要考虑其它各方面因素的影响，以达到德士古气化炉安全稳定经济长周期运行。

1、德士古气化炉操作温度对气化炉工艺烧嘴的影响德士古气化炉工艺烧嘴工作气化炉燃烧室内，是整个气化系统最为关键的设备，德士古气化炉燃烧室内高温高压，温度高达1350℃、压力达6. 5MPa。

虽然在气化炉工艺烧嘴头部有冷却盘管和水夹套的保护，但不能消除高温气体对气化炉工艺烧嘴的灼烧和侵蚀。

德士古气化炉燃烧室温度越高对气化炉工艺烧嘴的灼烧侵蚀越强烈，由其是在气化炉燃烧室温度大幅度波动时对气化炉工艺烧嘴的灼烧侵蚀更为严重，所以我们在操作时尽量不要让气化炉燃烧室温度有较大的波动。

影响气流床煤气化工艺性能的主要影响分析【摘要】影响气流床煤气化工艺性能的主要因素有两类：其一，为生产工艺条件，其二为煤的物理化学性质。

从稳健优化与分析的角度来看则可以分为三类，其一为可以直接控制的生产操作工艺参数，其二为煤质性质，其三为煤的水分、灰分、粒度等不宜直接控制的噪声因素。

【关键词】煤化工；工艺参数；煤质性质；优化控制；反应速度；煤气质量；热稳定性0 引言对于气流床煤气化而言，氧煤比、蒸汽煤比、温度、压力等工艺条件是影响CO含量、H2含量、产气率和碳砖率等煤气化性能指标的主要工艺条件。

除此之外，气化性能评价指标还会受诸如煤的水分、灰分、粒度、煤质等多种噪声因素的影响。

各工艺参数如何影响煤气化性能，包括各评价指标的均值及其波动，是进行气流床气化工艺性能稳健优化与控制的基础。

1 可控工艺参数的影响分析1.1 气化温度T（℃）碳与水蒸气的转化反应是可逆的吸热反应，提高温度可以提高反应平衡转化率，从而提高CO和H2的平衡浓度。

从动力学的角度分析，提高温度有利于加快反应速度。

但是，气化温度并不是一个独立的条件，通常需用改变氧煤比或蒸汽煤比的方法来调节气化炉温度。

1.2 操作压力P（MPa）随着粉煤气化反应的进行，气体体积不断增加，所以从热力学分析，提高压力不利于化学平衡。

但是由于气化反应距离平衡很远，主要是反应速度控制了反应程度，提高压力能使反应物及生成物浓度增加，从而提高反应速度。

另外，提高压力也相应的提高了气化强度，气化炉产气能力增加，对工业应用而言，加压气化还可以节约压缩功耗，降低生产成本。

1.3 氧煤比O/C从粉煤部分氧化的化学方程式可知：氧的理论用量应该是氧原子数与煤中碳原子数相等。

这样使煤中的碳能全部转换成煤气中的CO。

如果氧的用量超过了这个比值，则一部分碳将发生完全氧化而生产CO2。

因此，按原子数比计，氧与碳之间的比值不超过1。

但是粉煤在气化反应时，大量的CO与H2是有下列反应产生的：C+CO=2COC+H2O=CO+H2而这两个反应的反应时间为燃烧反应时间的数百倍，因此，其反应速度比燃烧反应缓慢的多。

第60卷第12期化工学报Vo l160No112 2009年12月CIESC Jo ur nal December2009研究论文气流床煤气化辐射废锅内多相流动与传热倪建军1,梁钦锋1,周志杰1,张玉柱2,于广锁1(1华东理工大学煤气化教育部重点实验室,上海200237;2神华宁夏煤业集团有限责任公司,宁夏银川750004)摘要:采用多相流动与传热模型耦合的数值方法,对气流床煤气化辐射废锅内多相流场与传热过程进行了数值模拟。

在Euler坐标系中采用组分输运模型计算气体组分扩散过程,并通过realizable k-E湍流模型计算炉内流场,煤渣颗粒运动轨迹在L agr ang e坐标系中计算,并考虑了气固相间双向耦合。

利用灰气体加权和模型与离散坐标法相结合,计算了炉内辐射传热过程,并考虑了煤渣颗粒的热辐射特性。

结果表明:炉体入口存在张角约为10b的中心射流区,其流速和温度均较高,且周围存在明显回流区,回流区内部分颗粒富集;大部分颗粒直接落入渣池,且粒径越大落入渣池时温度越高;炉内温度分布除中心射流区,整体分布均匀,且随壁面灰渣厚度的增加而升高;计算结果与实验测量结果及文献值基本一致。

关键词:辐射废锅;辐射传热;多相流;煤气化中图分类号:T Q546;T K11+4文献标识码:A文章编号:0438-1157(2009)12-2997-09Mu ltiphase flow and heat transfer in en trained-flowcoal gasification radian t syngas coolerN I Jianju n1,LIAN G Qinfen g1,ZHOU Zhijie1,ZH AN G Yuzhu2,YU Guangsuo1(1K ey Labor ator y of Coal Gasif ication,M inistr y of Education,E ast China Univer sity ofS cience and T echnology,S hanghai200237,China;2Shenhua N ingx ia Coal Group Cor p o rationL imi ted,Yinchuan750004,N ingx ia,China)Abstract:The process of m ultiphase flow and heat transfer in an entrained-flo w coal gasificatio n r adiant syng as cooler(RSC)w as simulated by coupling the m ultiphase flow m odel and heat transfer model1The gas phase flow field w as calculated by realizable k-E model w ith an Euler m ethod w hile the discrete random w alk(DRW)w as applied to tr ace the particles,and the interaction betw een gas and particles w as consider ed1The radiative properties of syngas mixture w ere calculated by Weig hted-Sum-of-Gray-Gases (WSGG)model1The discrete o rdinates model(DOM)w as used for m odeling the radiative heat transfer, and the effect of slag particles on radiative heat tr ansfer w as included1Results show ed that the ex panding ang le of inlet jet is10b,w here the temperature and velocity are hig her than other area.s1The recirculation region around the inlet jet has a higher particle co ncentratio n1M ost of the slag par ticles are straig htly dro pped into the slag poo l,and the larg er the particle,the faster the dr opping and the higher the temperature it w ill have1The tem perature distr ibutio n in RSC is uniform ex cept the inlet jet reg ion,and the temperature increases w ith the increase in ash/slag deposition thickness1T he mathematical models for2009-04-22收到初稿,2009-08-31收到修改稿。

灰熔聚流化床粉煤气化技术摘要：煤气化是将固态煤转化为气态燃料或化工合成原料（CO+H2）的过程，由于煤炭的储量丰富，特别是中国等一些国家富煤少油贫气，煤气化技术就变的更加重要。

研究开发煤气化工艺，就是要为产业界提供能适应更宽的原料范围、更高效、经济和清洁的气化过程。

本文介绍由中国科学院山西煤炭化学研究所开发的灰熔聚流化床粉煤气化过程，指出它的优点、缺点、适用范围、技术现状和发展方向，供同行了解。

一、灰熔聚流化床粉煤气化技术的开发历程针对我国能源以煤为主、煤种多、烟煤多、粉煤多、煤灰份高、灰熔点高(大部分商品煤灰含量>20%,灰熔点>1450 C)的特点,国家从“六五”计划开始投入大量人力、物力，研制开发先进煤气化技术（包括固定床、流化床、气流床）。

经过二十余年的研究开发，中国科学院山西煤炭化学研究所开发成功了具有自主知识产权的灰熔聚流化床粉煤气化技术。

该工艺具有气化温度适中(1000~1100℃)，干粉煤进料，氧耗量较低，煤种适应性宽，产品气不含焦油，气化炉耐火材料要求低等优点。

目前已成功应用于合成氨造气工业(常压，100吨煤/日)，随着加压技术的进一步研究开发，该技术将在国内全面推广应用。

八十年代，在中国科学院（重点科技攻关项目专项）、国家科委(75-10-05)攻关计划支持下，在原有煤气化和流化床技术的基础上，先后建立了φ300mm（1吨煤/天）气化试验装置、φ1000mm冷态试验装置、φ1000mm（0.1～0.5 MPa 、24吨煤/天）中间试验装置、φ145mm实验室煤种评价试验装置。

在理论研究、冷态模试、实验室小试和中试试验基础上，系统地研究了灰熔聚流化床粉煤气化过程中的理论和工程放大特性；通过对气化过程中煤化学、灰化学与气固流体力学的研究，研制了特殊结构的射流分布器，创造性地解决了强烈混合状态下煤灰团聚物与半焦选择性分离等重大技术难题；设计了独特的“飞灰”可控地址:中国山西省太原市桃园南路27号电话: (0351) 2021137 传真: (0351) 4048313，2021137，4041153 邮编：030001循环新工艺，实现了多种煤的高效流化床气化。

1 气流床气化的特点气流床气化是将气化剂（氧气和水蒸气）夹带着煤粉或煤浆[3]，通过特殊喷嘴送入气化炉内。

在高温辐射下，煤氧混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。

在炉内高温条件下，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生产以CO 和H2为主要成分的煤气和液态熔渣。

气流床煤气化的主要特征如下（1）煤种适应性强在气化炉反应区内，煤粒悬浮在气流中，随着气流并流运动。

煤粒单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，从而气化过程基本不受原料煤的黏结性、机械强度、热稳定性的影响。

值得注意的是，褐煤不适合制成水煤浆燃料。

（2）气化温度高，气化强度大气流床气化属于高温气化技术，通常直接用氧气和过热水蒸气作为氧化剂，炉内反应区温度可高达2000 ℃，出炉煤气温度都在1400 ℃左右。

同时由于煤粉具有很大的比表面积，并且处于加压条件下，所以气化速度极快，气化强度和单路气化能力很高。

（3）煤气中不含焦油由于反应温度很高，炉床温度均一，粉煤的干馏产物全部分解，粗煤气中不含焦油、酚及烃类液体等，其主要杂质为H2S和COS，有利于简化后续净化系统对环境的污染少。

（4）液态排渣一般情况下，气流床气化采用高温液态排渣方式，熔融灰分被高速气流夹带，相互碰撞、结团、长大，从气流中分离或黏结在炉壁上，以熔融状态沿炉壁向下流动，排出气化炉。

所以要求煤的灰熔点应低于炉内气化温度，以利于熔渣的形成。

对于高熔点煤，可添加助熔剂，降低煤的灰熔点和黏度，提高气化的可操作性。

（5）需设置较庞大的磨粉、余热回收和除尘等。

以干煤粉进料，纯氧作气化剂，液态排渣。

气化炉由内筒和外筒两部分组成，内筒上部为燃烧室，下部为激冷室。

Shell 煤气化炉采用膜式水冷壁形式，向火侧敷有一层比较薄的耐火材料，减少热损失的同时可以挂渣，充分利用渣层的隔热作用，以渣层保护炉壁。

气化炉烧嘴是Shell 煤气化工艺的关键设备之一。

采用侧壁烧嘴进料，在气化高温配管、设备安装及试车要求也很高；高压氮气结合超高压氮气的用量过大，部分抵消了其节能的优势；对煤种有一定的要求，并非所有的煤种都适合Shell气化，选用低灰熔点、活性好、灰分含量较低的煤种能够确保工艺长周期安全稳定运行，灰分质量分数在8%～15%为佳。

气流床气化技术特点煤气化是发展洁净煤技术的重要途径。

目前已实现工业化的煤气化技术主要有固定(移动)床气化技术、流化床气化技术和气流床气化技术。

而1000 t/d 以上规模的煤气化装置基本都是采用的气流床气化技术，该技术已成为国内外大规模、高效率煤气化技术的首选技术1、气流床气化技术特点气流床气化又称同向气化或并流气化，属高温气化范围。

以过热蒸汽和氧气为气化剂，携带煤浆或煤粉颗粒通过特殊喷嘴高速喷入气化炉内，瞬间发生火焰反应，气化反应区温度高达2000 ℃，煤粉立即气化，转化为煤气和熔渣，出炉煤气温度1400 ℃左右。

其主要特点如下：(1)气化温度高、强度大，混合充分，（气化强度高，生产能力大）气化炉中部温度为1500～1600 ℃，气体停留时间约为1.0～1.5 s(2)煤种适应性强，气化指标好，有效成分高（更宜选用活性高、地质年龄低、粒度较细、低灰熔点和低灰分的煤）。

灰的质量分数＞30％、灰熔点FT（流动温度）在1450 ℃以上时，则运转困难。

(3)耗氧量大；采用煤粉气力输送能耗大，设备磨损严重。

(4)出炉煤气温度很高，显热损失大；此法的缺点是飞灰带出物的质量分数约为10％之多(5)需配套余热回收及除尘等辅助装置。

（6）对于干粉煤气化技术，煤灰的粘温特性是非常重要的指标，它与气化炉水冷壁渣层特性具有很大的关联性，一般希望粘温曲线比较平缓，以便气化炉的操作窗口较大。

否则，厚度薄的渣层将缩短气化炉水冷壁的寿命，厚度厚的渣层将容易造成堵渣，严重时要停炉处理。

（7）均匀的原料煤是保证一体化现代煤化工装置连续、稳定运行的重要条件，由于煤炭品质的不均匀性，现代煤气化技术要求，最好对原料煤进行均质化，而均质化又受到场地和操作成本的限制。

因此，希望选定的煤气化技术能适应特定的原料煤，并对煤质波动有较强的适应性。

水煤浆和干粉煤技术为主的加压气流床技术由于技术先进，气化压力较高，符合大型化要求，近年来发展较快。

水煤浆加压气流床气化的代表性技术包括GEGP（原Texaco）、多元料浆、多喷嘴对置和E-GAS。

三种煤气化炉技术介绍煤气化是一种利用化学反应将固体煤转化为可燃气体的技术过程，可以将煤转化为煤气、合成气和合成油等能源。

煤气化可以通过不同的煤气化炉技术实现，下面将介绍三种常见的煤气化炉技术。

1.固定床煤气化炉：固定床煤气化炉是最早应用的煤气化技术之一、在固定床煤气化炉中，煤炭被填充在炉膛中，煤气化反应通过从煤床底部通入的氧气或氧气与蒸汽的混合物进行。

煤床通过由炉膛底部从下而上通过的气流进行流化，从而促进反应的进行。

在固定床煤气化炉中，煤气化反应主要发生在煤床下部的炉膛区域，温度通常在900°C至1400°C之间。

固定床煤气化炉的优点是操作稳定、适应性强，但由于床层热阻较大，炉温难以控制并且煤气质量较低。

2.流化床煤气化炉：流化床煤气化炉是一种采用流化床技术进行的煤气化工艺，该技术首次在20世纪60年代得到应用。

在流化床煤气化炉中，煤炭经过细磨和干燥后与气化剂（如氧气和水蒸汽的混合物）一起输入炉膛。

煤炭在流化床内扬起并形成流化状态，反应通过高速气流中的煤颗粒与气体热交换实现。

在流化床煤气化炉中，温度通常在800°C至1000°C之间。

流化床煤气化炉具有热传递效率高、反应速度快的优点，产生的煤气质量较高，但操作复杂，需要高流速和高压力的气流。

3.级联煤气化炉：级联煤气化炉是一种将两个或多个煤气化反应装置相连接以提高反应效率和煤气品质的技术。

在级联煤气化炉中，通常使用高温煤气化反应器作为第一级反应器，将煤炭和气化剂进行气化反应；然后，将第一级反应器的产物气流引入低温煤气化反应器中进行进一步的气化和合成反应。

级联煤气化炉可通过优化不同反应器之间的温度和气体组成来实现高效率的煤气化过程。

级联煤气化炉的优点是可以提高煤气化效率和产气量，并可根据需要调整煤气的组成。

综上所述，固定床煤气化炉、流化床煤气化炉和级联煤气化炉是三种常见的煤气化炉技术。

每种技术都有其特点和适用范围，可以根据具体需求选择合适的煤气化炉技术。