煤化工气化炉发展简介---流化床气化炉3
气化炉的原理
气化炉的原理
气化炉是一种将固体燃料转化为气体燃料的装置，也称为煤气化炉。
气化炉的工作原理是将固体燃料加热至高温状态下，通过控制氧气的供应量，使得固体燃料部分氧化产生一氧化碳和氢气等可燃气体。
这些可燃气体可以作为燃料直接燃烧，也可以用于生产合成气、合成甲醇等化工产品。
在气化炉的操作过程中，固体燃料会经过干燥、热解、气化等多个阶段。
首先，固体燃料在气化炉中受热，发生干燥反应，将其中的水分蒸发出来。
接着，固体
燃料在高温状态下进行热解反应，产生可燃气体和固体残渣。
最后，在缺氧或低氧气氛下，可燃气体继续进行气化反应，产生一氧化碳、二氧化碳、氢气等可燃气体。
气化炉有多种类型，如固定床气化炉、流化床气化炉、旋转床气化炉等。
不同类型的气化炉在操作原理、反应温度、反应时间、产物组成等方面存在差异。
固定床气化炉是气化炉的一种常见类型，其特点是固体燃料在气化过程中不动，气体
通过燃料床中的孔隙流动，燃烧产生的热量加热燃料。
流化床气化炉则是将固体燃料在气流中悬浮，燃料与气体充分接触，气化效率更高。
总之，气化炉的原理是通过高温状态下对固体燃料进行干燥、热解和气化等反应，产生可燃气体，可用于直接燃烧、合成气或化工产品等多种用途。
国内气化炉市场“百家争鸣”,煤化工“心脏”的国产化成功之作
国内气化炉市场“百家争鸣”, 煤化工“心脏”的国产化成功之作展开全文■ 信息来源| 最国产10年前国内煤化工核心装置——气化炉, 基本靠引进国外先进技术。
10年后的今天, 国内自主煤气化技术发展迅速, 尤其以水煤浆气化技术的国产化, 使我们国内大型项目摆脱了对进口技术的依赖。
气化炉作为化工项目的心脏投资巨大, 年处理原煤25万吨的气化炉进口品牌单台造价接近1亿人民币, 而国产化后的价格仅为进口的三分之一。
目前国内煤化工应用的气化炉大约有40种, 截止2020年我国对煤气化炉的需求量将达到2250套, 中国已经成为世界上最大的煤气化炉市场。
煤化工气化炉根据煤的性质和对煤气的不同要求有多种气化方法, 按照煤颗粒的运动状态相应的气化设备有固定床（移动床）气化炉、流化床(沸腾床)气化炉、气流床煤气化炉。
从煤的相态上来分辨, 两种主流气化炉分别为, 水煤浆和干煤粉。
随着国产气化技术的逐步提升, 一系列国产新炉型的陆续投产实现长周期运行, 加之进口炉型昂贵的专利费和过高的前期投资, 新项目逐渐采用了价格便宜, 操作简单的国产炉型, 一些国外炉型逐渐没落。
•固定床气化炉：进入国内市场最早, 投资高, 对蒸汽需求量大, 产气量略小。
•主要供应商有:美国UGI: 我国以煤炭为原料的合成氨厂的造气炉绝大多数是基于UGI 炉型发展起来的。
它的优点是设备简单, 易于操作。
缺点是: 因常压操作生产强度低, 生产需要高压的合成气时能耗高, 对煤种要求比较严格, 通常须采用有一定粒度要求的无烟煤或焦炭。
炉子为直立圆筒形结构, 下部有水夹套, 上部内衬耐火材料, 炉底设转动炉篦以利排灰渣。
国内主要应用项目：晋煤集团, 湖北三宁, 丰喜集团合成氨项目德国鲁奇（Lurgi): 生产能力大, 以块煤为原料, 尤其适应褐煤, 碳转化率高, 调节负荷方便, 缺点是投资大, 结构复杂, 加工难度高。
主要国内应用项目：大唐煤制气, 新疆广汇能源, 河南义马等项目德国BGL（液态排渣鲁奇炉）:BGL炉是英国BG公司和德国鲁奇联合开发的炉型, 与其他以氧气为主的气化系统相比, BGL气化炉耗氧量较低, 从而使总效率明显提高。
煤化工工艺学课件气流床气化法
气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣先进入辐射式 废锅，冷却至700℃（水冷管内副产高压蒸汽）， 熔渣粒固化与煤气分离落入到下面的淬冷水池，经 锁斗排出。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200℃左 右。
③：煤气冷却以及三废处理
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
3.工艺条件
⑴：水煤浆浓度：
经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于 2%，然后进入磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压 下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入加 压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉 送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度) 混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。
②、气化。
由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的 混合物，在气化炉内迅速发生气化反应，气化压力 2~4MP,气化炉温度维持在1 400～1 700 ℃，这个温 度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬 冷后，变成一种玻璃态的渣排出。
②煤种适应性强； 褐煤不适于制水煤浆加料。
③煤气中不含焦油； 反应温度高，床层温度均一
④需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。 粉煤70~80%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走
的飞灰多。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例1： K-T气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
煤化工工艺学课件气流床气化法
最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。
煤化工工艺学课件气流床气化法
应用实例3：德士古气化法
② :气化炉 直立圆筒形耐压容器; 内衬耐火材料，近似绝热； 内部无结构件，维修简单； 运行可靠。
煤化工工艺学课件气流床气化法
流化床煤气化技术的分析研究进展
流化床煤气化技术的研究进展煤气化技术有多种分类法，按煤的进料状态可分为干块进料、干粉进料和煤浆进料。
煤层中燃料运动状态，可分为固定床＜亦称移动床）、流化床、气流床和熔融床. 按床层压力等级，可分为低压＜＜ 0.3MPa ）、中压＜0.3 MPa〜4.5 MPa）和高压＜＞ 4.5MPa ）。
按排渣状态，可分为干法＜固态）、熔聚和熔渣＜液态）。
目前，应用较广泛的煤气化技术有如下几种：1）加压固定床气化技术加压鲁奇炉是典型的加压固定床气化技术，技术成熟，能利用高灰分煤，并且能在 2.41 MPa 压力下运行，适合合成液体燃料合成所需要的操作压力，可节约投资和能耗，但过程中产生大量的焦油和酚。
为克服上述缺点，又进行了新的开发，主要技术升级包括进一步提高压力、提高温度和两段引气。
2）流化床气化技术温克勒气化工艺是典型的流化床技术，最早用于工业生产，第一台工业生产装置于 1926 年投入运行。
这种炉型存在严重的缺陷，只能利用高活性褐煤，排灰含碳多，飞灰带出碳损失严重，致使碳利用率降低。
针对这些问题开发了新的流化床技术，如高温温克勒＜HTW ）、灰熔聚气化＜KRW , U-gas）和循环流化床气化工艺。
3）水煤浆气流床气化技术水煤浆气流床气化又称湿法进料气流床气化，其中 Texaco 炉是一种率先实现工业化的水煤浆气流床气化技术，其进料方式简单，工程问题较少，具有大的气化能力，可以实现高压力＜8 MPa〜10MPa）操作。
但冷煤气效率较低，氧耗较高。
为了降低过程氧耗，提高冷煤气效率，在 Texaco 气化技术基础上发展了两段进煤煤气化工艺。
4）干粉进料气流床气化技术干粉进料气流床气化技术相对湿法进料具有氧耗低，煤种适应广和冷煤气效率高等优点•其代表技术有Shell, Prenflo和日立气流床等。
Shell SCGP工艺是在K-T炉的基础上所开发的加压 K-T 气化炉。
Prenflo 气化工艺与 Shell SCGP 基本相同，只是炉体设计有所不同。
流化床煤气化技术特点
流化床气化一般要求原煤破碎成<10mm粒径的煤，<1mm粒径细粉应控制在10%以下，经过干燥除去大部分外在水分，进气化炉的煤含水量<5%为宜。
流化床更适合活性高的褐煤、长焰煤和弱黏烟煤，气化贫煤、无烟煤、焦粉等需提高气化温度和增加煤粒在气化炉内的停留时间。
固体干法排渣，为防止炉内结渣除保持一定的流化速度外，要求煤的灰熔点ST应大于1250℃，气化炉操作温度(表温)一般选定在比ST温度低150~200℃的温度下操作比较安全。
1926年第一个流化床煤气化工业生产装置——温克勒煤气化法在德国投入运转。
以后在世界各国共建有约70台温克勒气化炉。
早期的常压温克勒气化实际是沸腾床气化炉，存在氧耗高、碳损失大(超过20%)等缺点，因此至今仍在运转的已不多。
1、温克勒(Winkler)气化炉气化炉组成：流化床(下部的圆锥部分)、悬浮床(上部的圆筒部分，为下部的6~10倍)。
原料由螺旋加料器加人圆锥部分腰部。
如图1所示。
图1 温克勒(Winkler)气化炉矸石灰(30%左右)自床层底部排出；其余飞灰由气流从炉顶夹带而出。
一次气化剂(60%~70%)由炉箅下部供入，二次气化剂(30%~40%)由气化炉中部送入。
二次气化剂的作用是，在接近灰熔点的温度下，使气流中夹带碳粒得到充分的气化。
二次气化剂用量与带出未反应的碳成比例(过少：未反应碳得不到充分气化而被带出，气化效率下降；过多：产品被烧)。
操作温度一般为900℃左右，操作压力约为0.098MPa(常压)，原料粒度为0~10mm，褐煤、弱黏煤、不黏煤和长焰煤等，但活性要高。
温克勒气化工艺单炉生产能力大，气化炉结构简单，可气化细颗粒煤(0~10mm)，出炉煤气基本上不含焦油，运行可靠，开停车容易。
但是该种炉型气化温度低，气化炉设备庞大，热损失大(煤气出炉温度高)，煤气带出物损失较多(气流中夹带碳颗粒)，粗煤气质量较差。
2、高温温克勒(HTW)气化法提高了操作温度。
流化床气化
煤气的改制/CO变换
CO变换反应：
CO H2O Cat.CO2 H2 41.3MJ / kmol(放热)
催化剂：
（1）铁-铬系催化剂： 以氧化铁为主催化剂，以氧化铬为促进剂，以及用碳酸
钾、硫酸铜、氧化镁等为助催化剂所组成。 适用于含硫很低的煤气；适宜温度：350~600℃
质条件有一定要求。
其他气化方法/地下气化法
(一)有井式地下气化
以空气为气化剂 煤气组成(体积百 分数/%)： H2 14~17； CO 15~19； CH4 1.4~1.5； CO2 9~11； N2 53~55； O2 0.2~0.3 煤气的热值：3.8~4.2MJ/Nm3
有井式缺点:
地下作业量大；气化过程中，平巷空间愈来愈大，容易造 成顶板崩塌，堵塞燃烧空间。
第八节 其他气化方法
• 熔融床气化 • 回转窑气化 • 催化气化 • 地下气化 • 核能气化
其他气化方法/熔融床气化法
一、熔融床气化法
熔融床气化法：将煤粒和气化剂高速喷入高温的熔融浴中， 产生高速旋转和涡流---气液固三相充分混合 和接触，进行气化反应和热量交换---生成的 煤气离开熔融浴，未反应的碳和灰浮在熔融 浴表面，而后排出。
其他气化方法/地下气化法
(二)无井式地下气化
从地面向煤层钻一定数量内孔，孔间 距20~40m，孔的布置可以呈同心圆式， 并使成对之间的煤层相互渗透。 • 对透气性好的浅变质程度煤层
(如褐煤)，不需要进行专门处 理就能渗透。 • 对透气性差的年老煤层，两孔之间 进行贯通-----即沿着两钻孔底部建立 气化通道，形成一个U形炉. 贯通方法: 火力渗透法(煤层渗透性差的不宜用)
气化炉性能介绍
流化床气化炉性能介绍
本气化炉属于流化床小型试验装置，分为送风部分、水蒸气生成部分、反应器主体、旋风分离装置、气体冷却部分和尾部烟道等几部分组成。
1）送风部分和反应器主体带有加热装置，2）炉体配有测温和测压装置，以便观测炉内各反应区的温度和炉膛内压力的变化。
3）给料部分采用有变频电机带动的螺旋加料机直接送料。
试验台可实现生物质单独气化及生物质和煤共气化，气化剂可采用空气气化和空气--水蒸气混合气化两种气化方式。
实验台简图如下：
1--鼓风机2--转子流量计3--涡街流量计4--蒸汽发生器5--空气-蒸汽预热混合器6--螺旋排渣机7--流化床反应器8--螺旋给料机9--加热装置10--灰仓11--截止阀12--旋风分离器13—取样口14--冷却装置15--煤气表16--引风机
1.试验台的技术指标值：
气化效率>75%，生物质气体热值>10MJ/Nm3，气体中CO含量<20%，焦油含量<10mg/Nm3。
2.试验台具有如下特点
1)尖端技术
采用先进的“流化床及循环流化床锅炉高温空气床下点火系统（专利）”实现流化床点火；
2)适用原料范围广泛
本试验装置适用原料广泛，如：烟煤、褐煤及谷壳、玉米秆、稻秆、麦秆、芝麻秆、花生壳、树枝、锯末、杂草等一切生物质可燃性农、林废弃物；
3)对反应条件要求低
可实现常温常压下气化，无需加入催化剂；
4)洁净环保
添加煤共气化可更大提高反应器内气化温度，使焦油能够充分裂解，实现接近无焦油排放。
3.适用范围
本气化试验台中试装置可实现200户村级规模的农村地区集中供气、集中供热。
煤化工气化工艺系统知识_气化工艺的介绍
煤气化的应用
• 大型加压煤气化技术、煤基合成液体燃料 技术、大型流化床电站锅炉、煤气化联合 循环发电技术（IGCC），煤、电、热与化 工产品多联产技术，煤中硫、氮等污染物 的脱除和控制技术、大型燃气轮机技术、 燃料电池技术等。
加压煤气化工艺的简要介绍
• 煤气化工艺分为固定床加压气化技术、湿法气 流床加压气化技术、干法气流床加压气化技术。 • 固定床加压气化技术的主要代表有：德国鲁奇 碎煤加压气化技术、BGL加压气化技术 • 湿法气流床加压气化技术的典型代表有：GE 的TEXACO、华东理工大学的四喷嘴、多元料 浆。 • 干法气流床加压气化技术的主要代表有：shell、 西门子GSP、科林、北京航天、五环、华东理 工也在水煤浆四喷嘴的基础上研究粉煤气化工 艺。
• 压力对煤气产率的影响 随着压力升高， 煤气产率下降。下图给出了褐煤气化时煤 气产率与气化压力的关系，煤气产率随压 力升高而下降是由于生成气中甲烷增多， 从而使煤气总体积减少。
粗煤气组成与气化压力关系
煤气产率与气化压力关系 1 －粗煤气；2 －净煤气
• 压力对氧气和水蒸气消耗量的影响 • 随着压力升高，生成甲烷反应速度加快， 反应释放出的热量增加，从而减少了碳燃 烧反应的耗氧量。氧气消耗量、利用率与 气化压力的关系如图所示。氧气利用率是 指消耗1m3氧所制得煤气的化学热。
• 灰分 • 原则上对煤的灰分无严格要求。但煤中灰 分含量增加，将导致消耗定额增加；气化 强度低，煤气产率降低，灰渣含碳量增加， 煤气的热值降低。 • 从经济上考虑，控制煤灰分含量＜20%。
• 煤的粒度 • 褐煤6~40mm，烟煤5~25mm，焦炭和无烟 煤5~20mm；要求最大粒径与最小粒径比为 5~8；最小粒径要在6mm以上，小于2mm 的粉煤量控制在1.5%以内，小于6mm的细 粒煤控制在5%以内。
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气化炉排渣通过水套管初步冷却后经气动插板阀进入滚筒冷渣机冷却，冷却后出渣温度＜ 100℃，然后落入出渣皮带。经皮带机至斗式提升机后送入渣仓。渣仓设置有库顶脉冲布袋（配 置有排尘风机）、高低料位计和连续料位计、干渣装车采用装车头。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
四、典型循环流化床气化装置
• 煤气化装置主要包括气化系统、余热回收系统、二级分离系统、布袋除尘系统、冷却器系统、出渣系统等。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
(1)气化系统 煤气化系统由气化剂、气化剂预热器以及辅助系统（含供风系统、给煤系统、测控系
统）等组成，以空气和蒸汽、氧为气化剂，（0～12mm）煤通过两台螺旋给料机送入炉膛， 在气化炉炉膛燃料与底部通入的气化剂发生气化反应。从气化炉炉膛顶部排出的煤气与颗 粒的气固混合物经高温旋风分离器分离后颗粒返回炉内循环流化，分离出的煤气先进入蒸 汽过热器，再进入气化剂预热器与空气进行换热。预热后的热空气进入炉底气化剂合器， 预热后的氧气进入炉膛下部气化剂混合器，参与气化反应。
在启炉时通过通过炉底燃烧系统，对系统进行升温，使炉膛达到正常运行工况。系统 配有放散装置，作为开停车放散使用，提供系统的安全性。
气化炉配有两套螺旋给煤机、本体、双向分离器、返料器、蒸汽过热器、空气预热器、 氧气预热器、气化风机、流化风系统、燃烧器以及内部耐磨保温材料组成。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
带式输送机将气化冷渣机出口的炉渣输送至斗式提升机，再提升至装置内的临时渣仓， 定期通过汽车外运。渣仓顶部设置仓顶除尘器，废气经除尘后排向大气，渣仓底部设置装 车头，由汽车装车外运。
来自工艺装置冷渣机出口的炉渣经带式输送机出口的三通阀切换分料两路径，每一路 径送至一台斗式提升机，由斗式提升机提升至渣仓贮存。渣仓里的炉渣经装车头装汽车外 运。渣仓顶部设置仓顶除尘器，废气除尘后排向大气。渣仓顶部设置除尘系统，渣仓废气 经除尘后排向大气。
煤化工气化炉发展简介 ---流化床气化炉
>>>> 苏志强
01 循环流化床气化炉概况 02 循环流化床气化工艺过程分类 03 循环流化床气化炉工艺流程简述 04 典型循环流化床气化装置 05 配套煤气净化装置 06 配套蒸氨、火炬装置 07 煤气化装置危险性物料防护知识
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
循环流化床反应器应用于煤的燃粒在系统内不断循环，提高了气、固相接触效率，使煤 燃烧或气化反应快捷而又完全，同时也满足了反应温度均匀的要求，解决了煤的粘结问题。 常压循环流化床气化技术正是这种高效、无气泡的气、固相接触技术的体现，它既有流化床 内部形成的内循环，又有被气夹带出床层的物料又返回床层的外循环，系统内物料具有多重 循环，从而使气化反应进行得更为完全，碳转化率更高；整个反应系统温度均匀，大大降低 了产品气中焦油含量。
一、流化床气化炉概况：
➢ 传统的流态化是指细小的固体与具有一定 流速的流体组成两相体系统，其中固体颗 粒被上行的流体支撑而形成悬浮体系统， 它的流动行为在许多方面具有与真实液体 相同的性质，是一种流、固两相高效接触 的技术。流态化技术已应用于许多工艺流 程，由于工艺条件的差异，不同工艺过程 对流态化行为又有其特殊的要求，循环流 态化就是其中的一类。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
气化岛旋风除尘器、余热锅炉和布袋除尘器每个灰斗下设置仓泵，每个仓泵配有手动 关断阀、气动进料阀、膨胀节、排气平衡阀、压力变送器。每个仓泵为一个输送单元，出 口设置一个气动出料阀。每台炉设置一根输灰母管，采用正压稀相气力输送系统，灰气比 4:1。灰管采用#20钢，弯头及管件采用复合陶瓷管，和灰接触的阀门采用气动圆顶阀或气 动双插板阀。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
二、循环流化床气化工艺过程分类
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
三、循环流化床气化炉工艺流程简述
燃料（粒度＜12mm）进煤场后经筛分由上煤系统转运至每个发生炉的储煤仓，气化主要由给料 机、气化炉（本体、分离器、返料器）、气化剂（空气+蒸汽+氧气）、气化剂预热器、氧气预热器 以及排渣系统等组成，满足颗粒要求的燃料（0～12 mm）从气化炉炉膛的中下部加入，煤在气化炉 炉膛与底部通入的气化剂发生气化反应。从气化炉炉膛顶部排出的含颗粒的气固混合物经第一级高温 旋风分离器分离后，依次通过蒸汽过热器、气化剂预热器和余热锅炉，回收余热后，再经二次除尘、 布袋除尘及煤气冷却系统后送往下游用户。
经双向旋风分离器后的煤气进入保安换热器，与水换热后煤气温度Байду номын сангаас整为~170°C，调 整进入布袋除尘器的煤气温度，防止进布袋煤气中飞灰超温。
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
(5)布袋除尘系统 经过余热回收系统回收热量后温度180°C的煤经过布袋除尘器净化煤气中的粉尘达到出口含
尘浓度＜20mg/Nm3，可以进行布袋除尘器的在线切换，不影响正常生产。 (6)冷却器系统
(2)余热回收系统 配有一套余热回收锅炉，余热锅炉给水温度105℃将煤气870°C显热回收，产生4.0MPa、
温度450℃过热蒸汽，一部分作为气化炉气化剂使用，一小部分供氧气预热器用，多余部分 蒸汽送残碳炉余热余能电站。发电后的部分蒸汽供给下游工艺装置使用。 (3)二级分离系统
经余热回收后煤气经双向二级分离器再一次进行气固分离，除去煤气中的大部分飞灰， 减轻布袋除尘器除尘负担。 (4)保安换热器
煤化工气化炉发展---流化床气化炉
循环流态化是指以介于鼓泡床和输送床典型流速之间的流体速度使流、固两相并流向上 的流动过程，过程中固体颗粒内的流动速度明显低于流体速度，致使流、固相间具有的滑动 速度最大。这种伴有固体颗粒循环高速流动的流、固相接触体系具有最大的接触效率，并能 获得较高的传热和传质速度。这对某些工艺过程能顺利、有效地进行极为重要。