山东理工大学教案
注：教师讲稿附后
第五章 固体燃料的气化过程与设备
煤的燃烧方式：（1）直接燃烧：缺点：燃烧容易产生不完全，热利用低，造成能源浪费，污染严重，不易控制；
（2）半煤气燃烧：一部分直接燃烧，一部分气化后再燃烧；
（3）全煤气燃烧：全部气化后燃烧，效率高，易实现温度控制。
一、发生炉煤气的种类
气化过程需要气化剂，常用的气化剂有空气、水蒸气、空气+水蒸气，根据气化剂的不
同将发生炉煤气分为：空气煤气、水煤气、混合煤气。
（1） 空气煤气
气化剂：空气
所进行的反应：C+O 2+3.76N 2=CO 2+3.76N 2+Q
CO 2+C=2CO －Q
所以综合反应为 2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+Q
理想空气煤气（纯炭与空气反应）的废气组成为：
CO 2=
%47.3%10076
.322=⨯+ N 2(%)=%3.65%10076.3276.3=⨯+ 产气率：每单位气化用煤转变为煤气的体积，单位Nm 3/kg
理想空气煤气的产气率V=38.512
24.22)76.32(=⨯⨯+ Nm 3/kg 制取空气煤气的过程存在温度：由于C+O 2反应，氧化层温度高，会使灰分软，成熔融状态（结渣）。
影响正常气化过程的进行。
（2） 水煤气：
气化剂：水蒸汽
主要反应： C+H 2O=CO+H 2－Q (5-4)
C+2H 2O=CO 2+2H 2－Q (5-5)
C ＋CO 2=2CO －Q
CO ＋H 2O= CO 2+H 2＋Q
从反应平衡式可以看出，吹气阶段反应多属吸热反应，要维持窑炉内的温度，需要
源源不断供入热蒸汽。
为了产生热量，工业上常采用间歇式送风法：
空气 ↘
→发生炉→煤气
煤气 ↗
即：当需要热时，通入空气，使反应C+O 2=CO 2放热，当温度高到要求时，停止空气，供入蒸汽开始造汽，前者为吹气阶段，后者为吹汽（制）汽阶段，构成水煤气工艺的基本循环。
缺点：水煤气热值比空煤气高，但对原料的要求苛刻，采用优质无烟煤或焦炭，操作复杂，故一般的硅酸盐窑炉不采用水煤气。
（3） 混合煤气
气化剂：空气＋水蒸汽
利用 C+O 2=CO 2反应提供热量，利用CO 2与H 2O 反应造气，混合煤气。
理想混合煤气产率：
反应：2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+246388KJ/kmol (与氧反应)
C+H 2O=CO+H 2－118798 kJ/kmol 一个反应为放热，一个反应为吸热，恰好能维持炉内温度的稳定，放热能使
07.2118798
246388= kmol 的炭与水反应。
故反应的总体积为： 2 + 3.76 + 2.07 + 2.07=9.9kmol
CO N 2 CO H 2
所以理想混合发生炉煤气的组成为：CO ：%1.41%1009
.907.22=⨯+ H 2：%9.20%1009
.907.2=⨯ N 2：%0.38%1009
.976.3=⨯ 从组成中可以看出CO 、H 2 所占比例为62%，所以混合煤气的热值比较高 产气率：V=
炭kg Nm /54.4%10007.224.229.93=⨯+⨯ 对比空气煤气，谁煤气，混合煤气产气率最小，但是由于含CO 、H 2的比例高，故热值
最大。
二、气化过程（以混发生炉煤气为例）
图5-1
1-加煤口 2-钎孔 3-煤气出口 4-炉篦 5-水封 6-灰盘 7-空层 8-干燥干馏层 9-第二还原层 10-第一还原层 11-氧化层 12-灰层
13-气化剂进口
在各个层内进行反应：
1、氧化层（火层） C+O 2=CO 2 放热反应，温度：1100－1200℃
2、第一还原层 C+H 2O=CO 2+H 2
C+H 2O=CO+H 2
C+2H 2O=CO 2+2H 2 吸热反应，温度：800-1100℃
3、第二还原层 CO 2+C=CO
4、干馏层（干燥层） 挥发分溢出，煤背干燥，温度：500-800℃
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三、气化指标
1、 产气率：指气化每单位气化用煤转变为煤气的体积，单位Nm 3/kg ，又称气化率。
2、 气化强度：单位时间在单位截面上所气化的煤量（化煤量）kg/m 2.h
生产能力=气化强度×横截面积
3、 比消耗量：气化单位质量煤所消耗的气化剂用量
4、 气化过程的热量
（1） 气化煤的化学热
（2） 蒸汽带入的热量
（3） 煤气的化学热
（4） 热煤气所含的热量
（5） 焦油化学热
5、 气化效率：单位质量的煤的发热量转化为煤气发热量的百分数。
6、 热效率：又称为热量利用程度，%100 热收入项
热支出项 7、 提高气化用煤的途径：，进行预处理，把煤加工程型煤，可以采用多种煤配比，对
于粘结性差的煤可以适当的加入粘结剂。
优点：（1）扩大了煤的应用范围
（2） 用配煤技术，节省烟煤
（3） 改善气体流动，便于操作
（4） 加入适当的粘结剂可以调整灰分软化温度
缺点：型煤需要一定成本
四、发生炉炉型及构造
结合图5-(6a)
主要构造包括：炉身、搅拌装置、风气帽、排灰装置、送料装置
炉身：造气空腔 搅拌装置：打碎大的焦块，破除焦拱，灰渣块
加煤装置：送煤
风气帽：分配气化剂，打碎渣，实现连续均匀的排灰
五、煤气的净化
从发生炉出来的煤气含有各种的杂质：灰尘、煤尘、焦油、醋酸、硫化氢、氨气及水蒸气，需要净化一一除去。
1、热脏煤气的净化工艺流程
放散
↑
除尘→盘形阀→管道→窑炉使用
↑
存烟斗
（1）除尘：图5-10为旋风除尘器。
图5-10旋风除尘器
工作原理：煤气沿切线方向进入旋风筒后，围绕旋风筒作圆周运动，由于离心力的作用，煤气中得尘粒被抛向器壁，与器壁碰撞后失去速度而沉降，被净化的煤气经旋风筒上升由出口排出。
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（2）盘形阀：控制发生炉煤气与管道之间煤气的流动
（3）存烟斗：存放尘土及焦油，缺点：不能加压，实现增速运输。
2、冷煤气的净化
洗涤→除焦油→除硫
净化焦油量较少的冷煤气流程：
发生炉→冷却器（换热器）→洗涤塔→排风机→用户
↓↓
预冷+除尘冷却+除尘
净化焦油量较多的冷煤气流程：
发生炉→冷却器（换热器）→焦油净化装置→洗涤塔→排送机→用户
↓↓
预冷+除尘冷却+除尘
注意：煤气净化用水应该采用循环水，循环使用，因为水中的苯、酚类等物质会危害人体健康，严禁与生活用水混合。
六、气化方法的新进展
介绍几种新的气化方法：流化床、汽化床等新型炉
1、两段式发生炉
图5-14
特点：两段式发生炉的干燥层、干馏层较长，发生炉的炉膛可以分为两个区域：位于上端的为干馏段，位于下段的为气化段，气化过程中，煤的干馏与气化时分开进行的。
煤气出口由两个：上煤气出口和下煤气出口。
优点：（1）燃用煤的品种多
（2）产生的煤气热值高，质量好
（3）产量大，气化效率高。
2、加压气化法：
发生炉中的气化过程一般是在常压下进行的，采用高压方法就是提高气化剂的压力，从而大幅度的提高发生炉的产量，同时制得符合城市要求的中等热值的煤气。
加压气化主要是促使甲烷含量增加。