第四章气化炉世界煤炭气化技术的发展趋势有以下几个方面。

①增大气化炉规模，提高单炉制气能力。

以K—T炉为例，20世纪50年代是双嘴炉，20世纪70年代采用了双嘴和四头八嘴，以及后来设计的六个头的气化炉等，使得单炉产气能力大幅度提高。

②提高气化炉的操作压力，降低压缩动力消耗，减少设备尺寸，降低氧耗，提高碳的转化率。

③气流床和流化床技术日益发展，扩大了气化煤种的范围。

④提高气化过程的环保技术，尽量减少环境污染。

⑤将煤炭气化过程和发电联合起来的生产技术越来越受到各国的重视，并巳建成不同规模的生产厂。

总之，煤炭气化技术的发展基本是围绕气化炉展开的，以下对常用的不同类型的煤气化技术以及所使用的气化炉作一基本介绍。

第一节概述基本概念：1、气化炉：进行煤炭气化的设备叫气化炉。

2、气化炉分类①按照燃料在气化炉内的运动状况来分类是比较通行的方法，一般分为移动床(又叫固定床)、沸腾床(叉叫流化床)、气流床和熔融床等。

②气化炉在生产操作过程中根据使用的压力不同，又分为常压气化炉和加压气化炉；③根据不同的排渣方式，可以分为固态排渣气化炉和液态排渣气化炉。

3、煤气的分类：如果以空气作为气化剂，生产的煤气称空气煤气。

如果以空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气的混合物作为气化剂，生产的煤气称混合煤气；如果将空气(富氧空气或纯氧)和水蒸气分别交替送人气化炉内，间歇进行，生产的煤气叫水煤气；气体成分经过适当调整(主要是调整含氮气的量)后．生产的煤气符合成氨原料气的要求，这种煤气叫做半水煤气。

4、气化炉的组成各种不同结构的气化炉基本上由三大部分组成，即加煤系统、气化反应部分和排灰系统。

加煤系统：要考虑煤入炉后的分布和加煤时的密封问题。

气化部分：①是煤炭气化的主要反应场所，首要考虑的问题是如何在低消耗的情况下，使煤最大限度地转化为符合用户要求的优质煤气②由于煤炭气化过程是在非常高的温度下进行的，为了保护炉体而加设内璧衬里或加设水套也是非常必要的。

水套一方面可以起到保护炉体(也包括炉内的布煤器或搅拌装置)的作用，同时可以吸收气化区的热量而生产蒸汽，该部分蒸汽叉可以作为气化时需用的蒸汽而进入气化炉内。

排灰系统①作用:保证了炉内料层高度的稳定，同时也保证了气化过程连续稳定地进行.②问题：对移动床而言，由于炉箅(气化剂的分布装置)和排灰系统结合在一起，气化剂的均匀分布和排灰操作是生产上较为重要的两个问题。

不论采用何种类型的气化炉，生产哪种煤气，燃料以一定的粒度和气化剂直接接触进行物理和化学变化过程，将燃料中的可燃成分转变为煤气，同时产生的灰渣从炉内排除出去，这一点是不变的。

然而采用不同的炉型，不同种类和组成的气化剂，在不同的气化压力下，生产的煤气的组成、热值以及各项经济指标是有很大差异的。

气化炉的结构、炉内的气固相反应过程及其各项经济指标，三者之间是紧密联系的。

一、气固相反应1、气固相反应：在气化炉内，物质基本上以两种相态存在，一是气相即空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气，另外是固相即燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等。

工业上把这种反应称气固相反应。

2、气固反应器的类型：固定床（移动床）：气化剂以较小的速度通过床层时．气体经过固体颗粒堆积时所形成的空隙，床内固体颗粒静止不动，这时的床层一般称固定床。

对气化炉而言，由于气化过程是连续进行的，燃料连续从气化炉的上部加人、形成的灰擅从底部连续的排出，所以燃料是以缓慢的速度向下移动，故称为移动床较为合理。

流化床：当气流速度继续增大，颗粒之间的空隙开始增大，床层膨胀，高度增加，床层上部的颗粒被气流托起，流体流速增加到一定限度时，颗粒被全部托起，颗粒运动剧烈，但仍然逗留在床层内而不被流体带出，床层的这种状态叫固体流态化，即固体颗粒具有了流体的特性，这时的床层称流化床。

气流床：在流化床阶段，如果流速进一步增大，将会有部分粒度较小的颗粒被带出流化床，这时的床层相当于一个气流输送设备，因而被称为气流床。

3、三种床层中的压降和传热情况固定床的压力降主要是由于流体和固体颗粒之间的摩擦，以及流体流过床层时，流道的突然增大和收缩而引起的，随流速的增大而成比例地增大，经过一个极大值后．床层进人流态化阶段。

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。

气流床：进入气流床时，由于大量颗粒被带出床外，床层压降急剧下降。

4、均相反应与非均相反应气相中的反应叫均相反应；如CO与H2O的反应等气固相反应称为非均相反应。

如碳的燃烧反应、水蒸气与炽热的碳之间的反应等。

5、控制步骤气固相非均相反应，其反应过程有五个过程组成：即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。

7、化学平衡逆反应速度相等时，化学反应就达到动态平衡。

例如对如下吸热反应： 22CO O C →+根据热化学平衡理论，以气体中各组分平衡分压表示的平衡常数kp 如下：O pH pH pCO K p 22⨯=如果反应是吸热的(如上述碳与水蒸气的反应)， kp 随T 的升高而增大；反之，对于放热反应，kp 随T 的增大而减小。

这也就是说，对于吸热反应，提高温度有利于化学反应向生成产物的方向进行；对于放热反应，则降低温度有利于向生成产物的方向进行。

就压力对气化过程的平衡影响而言，基本的规律是：对反应后体积增加(即分子数增加)的反应，随着压力的增加，产物的平衡含量是减少的；反之，对于体积减少的反应加压有利于产物的生成。

二、气化的几个重要过程具体的气化过程所采用的炉型不同，操作条件不同，所使用的气化剂及燃料组成不同，但基本都包括几个主要的过程，即煤的干燥、干馏、热解、主要的化学反应。

1、煤的干燥煤的干燥过程，实质上是水分从微孔中蒸发的过程。

●煤的干燥过程：理论上应在接近水的沸点下进行，但实际生产中，和具体的气化工艺过程及其操作条件又有很大的关系●一般地，增加气体流速，提高气体温度都可以增加干燥速度。

煤中水分含量低、干燥温度高、气流速度大，则干燥时间短；反之，煤的干燥时间就长。

●从能量消耗的角度来看，以机械形式和煤结合的外在水分，在蒸发时需要消耗的能量相对较少；而以吸附方式存在于煤微孔内的内在水分，蒸发时消耗的能量相对较多。

煤干燥过程的主要产物是水蒸气．以及被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。

2、煤的干馏1）就移动床来说，基本接近于低温干馏（500-600℃)。

从还原层上来的气体基本不含氧气，而且温度较高，可以视为隔绝空气加热即干馏。

2）而对于沸腾床和气流床气化工艺，由于不存在移动床的分层问题，因而情况稍微复杂，尤其对于气流床来讲．煤的几个主要变化过程几乎是瞬间同时进行。

3）煤的加热分解除了和煤的品位有关系，还与煤的颗粒粒径、加热速度、分解温度、压3、煤的热解●煤的热解结果生成三类分子：小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。

●就单纯热解作用的气态而言．煤气热值随煤中挥发分的增加而增加，随煤的变质程度的加深氢气含量增加而烃类和二氧化碳含量减少。

煤中的氧含量增加时，煤气中二氧化碳和水含量增加。

煤气的平均分子量则随热解的温度升高而下降．即随温度的升高大分子变小，煤气数量增加。

4、主要化学反应煤炭气化过程的两类主要反应即燃烧反应和还原反应是密切相关的是煤炭气化过程的基本反应。

●首先是煤的燃烧反应，通过燃烧一部分燃料来维持气化工艺过程中的热量平衡。

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氧化，放出大量热量的过程，完全燃烧时生成二氧化碳，而不完全燃烧时则生成一氧化碳。

不论采用哪一种具体的气化工艺，产生的热量基本上都消耗在如下几个方面：灰渣带出的热量、水蒸气和碳的还原反应需要的热量、煤气带走的热量以及传给水夹套和周围环境的热量。

其次是还原反应，包括碳和二氧化碳的反应，以及水蒸气和碳之间的反应是制气的主要反应，主要生成一氧化碳和氢气。

编号：No.8课题：第四章气化炉------4-1气化炉概述（2）气化评价指标与气化炉授课内容：●煤炭气化的评价指标●气化炉的基本形式●每一种气化炉的气化过程知识目标：●掌握关于煤气化的评价指标●掌握气化炉的基本形式●了解我国常用的气化炉形式能力目标：分析气化过程思考与练习：三、煤炭气化过程的主要评价指标反映煤炭气化过程经济性的主要评价指标有气化强度、单炉生产能力、气化效率、热效率、蒸汽消耗量、蒸汽分解率等。

1、气化强度● 所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。

● 气化强度的两种表示方法如下：但一般常用处理煤量来表示。

气化强度越大，炉子的生产能力越大。

气化强度与煤的性质、气化剂供给量、气化炉炉型结构及气化操作条件有关。

2、单炉生产能力● 气化炉单台生产能力是指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量。

它主要与炉子的直径大小、气化强度和原料煤的产气率有关，计算公式如下： g V D q V 214π=式中V ——单炉生产能力，m 3／h ；D ——气化炉内径，m ；Vg ——煤气产率, m 3／kg(煤)：q1——气化强度，kg ／(m 2．h)。

● 公式中的煤气产率是指每千克燃料(煤或焦炭)在气化后转化为煤气的体积，它也是重要的技术经薪指标之一．一般通过试烧试验来确定。

● 在生产中也经常使用另一个与煤气产率意义相近的指标。

即煤气单耗，定义为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，以kg ／m 3计。

3、气化效率● 煤炭气化过程实质是燃料形态的转变过程，即从固态的煤通过一定的工艺方法转化为气态的煤气。

这一转化过程伴随着能量的转化和转移，通常是首先燃烧部分煤提供热量(化学能转化为热能)，然后在高温条件下，气化剂和炽热的煤进行气化反应，捎耗了燃烧过程提供的能量，生成可燃性的一氧化碳、氢气或甲烷等(这实际上是能量的一个转移过程)。

由此可见，要制得煤气，即使在理想情况下，消耗一定的能量也是不可避免的，再加上在氧化过程中必然会有热量的散失、可燃气体的泄露等引起的损耗，也就是说，煤所能够提供的总能量并不能完全转移到煤气中，这种转化关系可以用气化效率来表示。

● 所谓的气化效率是指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之吃．用公式表示为： %100'⨯=Q Q η式中η——气化效率，％；Q`——lkg 煤所制得煤气的热值，kJ/ kg ；Q ——1kg 煤所提供的热值．kJ/ kg ；4、热效率热效率是评价整个煤炭气化过程隹量手町用的经济技术指标。

气化效率偏重于评价能量的转移程度，即煤中的能量有多少转移到煤气中；而热效率则侧重于反映能量的利用程度。