各类煤气化炉的特点与适应性分析

1各类煤气化炉的基本特点目前工业化的煤气化技术按气化炉床层特点可以分为：固定床（也叫移动床）、流化床（也叫沸腾床）、气流床三类。从煤气化技术发展来看，是从固定床到流化床再到气流床逐步发展演化的，每种炉型都有一个从常压操作到加压操作的发展过程。无论哪种煤气化炉型式，其依赖的都是以下几个最常见的基本化学反应。主要一次反应[1]：C+O2→CO2（放热反应）(1)2C+O2→2CO（放热反应）(2)C+H2O→CO+H2（吸热反应）(3)C+2H2O→CO2+2H2（吸热反应）(4)主要二次反应：2CO+O2→2CO2（放热反应）(5)CO2+C→2CO（吸热反应）(6)CO+H2O→CO2+H2（放热反应）(7)1.1固定床最早工业化应用的是常压固定床煤气发生炉（主要作为燃料气使用），煤从顶部加入，气化介质（空气、氧气、水蒸气等）从底部鼓进炉内。为了料层的透气性（孔隙率），只能使用一定粒度的块煤。为了提高气化强度，增加单台炉的产气量，采用了增加气化压力的措施（加压气化———鲁奇炉）。为了得到较纯的CO+H2用于合成氨生产，采用了间歇制气的方式（中小化肥厂常用的水煤气炉），在吹风阶段主要进行反应（1）、（2）。这两个反应，积蓄热量、提高火层温度，然后用较高压力的水蒸气吹入炉内主要进行反应（3），以得到较纯的CO+H2。固定床气化炉内的主要床层（自下而上）：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层。煤和气化介质在炉内的运动速度较慢、停留时间较长（1h~10h），接触和反应时间充分。1.2流化床当气化介质的流速不断提高，而气化用煤的粒度减小到一定程度时，就会形成煤粒被吹起、悬浮在半空象沸腾一样的“流化”状态，流化床就形成了。在理想的流化状态，气流的向上速度对煤粒的“浮力”与煤粒的重力基本平衡，大部分粒度比较均匀、大小合适的煤粒悬浮在下部形成密相区，这就是流化床的主体。太大的颗粒沉落炉底，太小的颗粒被气流携带迅速到达出口。流化床气化炉内的主要床层（自下而上）：灰渣区、密相区、稀相区。煤和气化介质在炉内的运动速度较快、停留时间较短（几分钟到几十分钟），接触和反应时间有限。最早的工业化流化床气化炉是1926年出现在德国的温克勒气化炉，由德国人F·温克勒开发。我国曾在20世纪五、六十年代，吉林化肥厂、兰州化肥厂使用过，后来由于原料改变（烧煤改烧油）停用。近年，国内有厂家又引进了由朝鲜改进的温克勒炉，在国内有几家焦化厂、化肥厂使用。1.3气流床当气化介质的流速再提高，而气化用煤的粒度再各类煤气化炉的特点与适应性分析霍锡臣1蔡文生2（1．北京杰斯菲克气化技术有限公司，北京100176；2.沧州大化集团公司,沧州061000）摘要分析综述了已经实现工业化生产的各类煤气化炉的特点，煤种适应性，各自的煤气质量和应用领域，工业化放大的不同特点，气化效率的不同，对环境的不同影响等。可为计划上马煤化工项目的用户选择气化技术提供参考。关键词煤气化固定床流化床气流床文章编号：1005-9598(2009)-05-0012-05中图分类号：TQ545文献标识码：A收稿日期：2009-07-11作者简介：霍锡臣（1963—），男，1985年毕业于大连理工大学化工系煤化工专业，高级工程师，长期从事煤气化工程设计、研发、技术转让工作。第5期(总第144期)2009年10月煤化工CoalChemicalIndustryNo.5(TotalNo.144)Oct.20092009年10月减小时，就会形成煤粒被吹起随着气流迅速穿过气化炉奔向出口，这就形成了气流床。当然，真正的气流床气化炉煤粉或水煤浆是和气化介质一起从烧嘴中喷涌而出的，所以，气流床又可以叫做射流床。气流床气化炉内没有什么层次，混合的煤粉和气化介质速度很快地穿过炉膛（不同炉型也有不同的设计考虑），可以分为烧嘴附近的氧化区（火焰区）和其他区域的还原区，但就整个炉内的气氛来说是还原气氛（供氧是不足的）。煤和气化介质在炉内的运动速度很快、停留时间很短，接触和反应时间很短（反应在1s之内即可完成，一般设计停留时间3s~5s）。最早的工业化气流床气化炉是1952年出现在当时的联邦德国的K-T炉，由克虏伯－柯帕斯公司的工程师F·托切克开发。20世纪五、六十年代主要是在合成氨厂曾经广泛使用过K-T炉（不包括中国）。我国在20世纪六、七十年代在新疆、山东等地进行过工业化试验，由于耐火砖寿命短、碳转化率低、排渣困难等问题没能取得成功。2各类煤气化炉煤种适应性分析世界上没有任何煤种都能气化的“万能炉”，每种气化炉都有其适宜气化的煤种要求，而这些要求又是因为炉型的特点而产生的。2.1固定床我们先来看固定床煤气化炉的特点：煤从上部加入，气化介质从下部吹入，床层的相对位置不变，煤的停留时间很长。因而它要求能够气化的煤必须是：有一定粒度，保证床层