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★单段式煤气发生炉

煤气发生炉原理

煤气发生炉原理
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   煤气发生炉是将煤炭转化为可燃性气体——煤气(主要成分为COH2CH4等)的生产设备。工作原理为:将符合气化工艺指标的煤炭筛选后,由加煤机加入到煤气炉内,从炉底鼓入自产蒸汽与空气混合物做为气化剂。煤炭在炉内经物理、化学反应,生成可燃性气体,煤气经过旋风除油器、电捕器过滤焦油.旋风除尘器清除灰尘,经过混合后输送到用户使用。更多详情请登录:www.zzwwm.com,或者致电:13938500135,德中煤气发生炉技术部。

    德中煤气发生炉是为机械、冶金、建材、轻工、化工、耐材等行业热加工车间提供混合发生炉煤气的设备。煤气发生炉配备单斗提升上煤机,采用双密封钟罩加煤箱自动加煤,利用湿式灰盘自动出渣。炉篦传动机械全部设计在炉体外,运行可靠,便于安装维修。发生炉水套和汽包系低承压设备,均经过设计强度计算,对制造要求严格,产品出厂前进行周密检验,确保质量,发生炉生产的蒸汽供给炉底鼓风和炉顶探火孔汽封使用,在生产中不需外来补充蒸汽,以减少热能消耗。
一、空气煤气:以空气为气化剂。
二、水煤气:以水蒸气为气化剂。
三、混合煤气:以空气和水蒸气为气化剂。
上述三种煤气的成份如下:(以体积百分数表示)
煤气成分

煤气名称
H2
CO
CO2
N2
CH4
O2
空气煤气
2.6
75.3
14.2
7.2
0.5
0.2
水煤气
48.4
38.5
6
6.4
0.5
0.2
混合煤气
13.5
27.5
5
52.8
0.5
0.2

煤气发生炉分类
    煤气发生炉按不同的制气工艺和所产煤气的质量分为单段煤气发生炉、双段煤气发生炉、双段热脱焦油煤气发生炉、双段冷净煤气发生炉。
    单段煤气发生炉设备简单,只有水夹套和炉顶装置,出渣系统组成,所产煤气为热粗煤气,适应于输送距离不远,对煤气的洁净度要求不高的炉窑。
    双段煤气发生炉是在单段煤气发生炉的基础上增加一个干馏段,使煤在气化之前通过充分干馏,将煤中挥发分在进入氧化还原之前大部分析出,并且随上段煤气引出炉体。而进入下段参与反应的煤基本为焦煤或者半焦基本不含焦油,通过水冷箱体经下段炉出口排出炉外,经煤气净化除尘装置与上段炉所产经电捕焦油器除焦油后的上段煤气汇合经管道输送至窑炉。双段煤气发生炉所产煤气比较干净,并且输送距离长,对煤质的要求没有单段炉高。有经过净化冷却装置的双段冷煤气站所产煤气可以按用户要求,进行加压后远距离输送,不受场地限制,冷净煤气质量比较洁净,主要使用与对煤气质量要求较高的化工、陶瓷等行业。
按出渣方式分类
    煤气发生炉按出渣方式的不同,比较常用的分为内出渣煤气发生炉、外出渣煤气发生炉。其他刮板内出渣煤气发生炉、顶齿外出渣煤气发生炉基本被淘汰。其中外出渣煤气发生炉由于传动方式不同分为蜗轮蜗杆出渣和液压棘轮出渣两种标准型单段煤气发生炉
灰分过高对煤气发生炉的影响:
    1. 煤含灰量高,增加机械排灰的负担,使其磨损加剧。
  2. 灰分在燃烧和气化过程中,妨碍气化剂和炭的接触,不利于气化。 
  因此,烧灰分高的煤,操作上应以维持气化层正常为主,保持两边有火,炉条机快速运转且留有余地,根据排灰能力选择吹风量,入炉蒸汽要放大些,特别是上吹蒸汽。如果火层上移,就要适当降低吹风量和减少吹风百分比。
水分过高对煤气发生炉的影响:
  1.水分高使煤中有效成分相对降低,增加运输费用。
  2.由于水分蒸发带走煤气炉内一部分热量使消耗定额增高。
  3.水分高引起炉温下降,蒸汽分解率下降,影响气体质量。
  雨天煤湿,上气道温度和燃烧室温度要控制得比正常低些,防止因炉上温度低而增加风量和扣蒸汽,操作时主要注意气化层温度,否则,容易造成结块,火层上移,发亮甚至结疤。
工作原理煤气发生炉工作原理图气发生炉工作原理是以煤为原料生产煤气,供燃气设备使用的装置。固体原料煤从炉顶部加入,随煤气炉的运行向下移动,在与从炉底进入的气化剂(空气、蒸汽)逆流相遇的同时,受炉底燃料层高温气体加热,发生物理、化学反应,产生粗煤气。此粗煤气(即热煤气)经粗除尘后可直接供燃烧设备使用。这样在煤气发生炉>中形成了几个区域,一般我们称为“层”。
    按照煤气发生炉内气化过程进行的程序,可以将发生炉内部分为六层1)灰渣层;2)氧化层(又称火层);3)还原层;4)干馏层;5)干燥层;6)空层;其中氧化层和还原层又统称为反应层,干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。
 
     当燃料煤由加煤斗投入炉内后,遇到由下部鼓入炉内的气化剂(空气和水蒸气)便发生了化学反应,并沿料层高度方向向上形成五层、自下而上为:灰渣层、氧化层、还原层、干熘层、干燥层。鼓入的气化剂,首先经过渣层,并在此层中得预热,当上升进入高温的燃料层时,碳和氧气发生了下列反应:2C+O2=2CO+Q   2CO+O2=2CO2+Q. C+O2=CO22+Q几个反应都是放热反应,温度很高、该层称为氧气层。氧气层中产生的热气继续上升,与上层燃料接触,产生了还原反应。主还原层中的反应主要是:CO2+C=2CO-Q C+H2O=CO2+2H2-O C+H2O=CO+H2-Q次还原层主要是生成一氧化碳与过剩的水蒸气温反应:CO+H2O=CO2+H2+Q此外,还有生成甲烷的副反应:C+2H2=CH4+Q还原层中生的热气体再往上升,加热了上面的煤层,形成了干馏和干燥二层。干馏的挥发有机物在上升热气体带来的物理热作用下,被干馏的蒸发出来:干燥层的水份,也是靠此热量被干燥净尘器进行处理后,供工作炉使用。
造气过程
     固态物质行程利用提升机构将煤加入储煤仓,通过加煤机将储煤仓中的煤分批次注入煤气发生炉。加入煤气发生炉中的煤首先进入干馏段,煤在干馏段中缓慢下移,在此经历干燥、干馏过程。首先煤炭中的水份被干燥出来,随着煤炭的不断下移,温度进一步升高,焦油及大部分硫化物也被干馏出来,形成碳氢化合物和轻质焦油被上段煤气携出炉外。
经过干燥干馏后呈半焦性质的煤继续下移,进入气化段,在气化段经过氧化还原反应,形成以一氧化碳和氢气为主要成分的煤气。煤炭中的灰分及极少部分未参与反应的煤炭以灰渣形式继续下移,由灰刀将其清出炉外。
气态物质行程
    作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内,在1100-1200℃条件下,与进入气化段的呈半焦性质的煤发生氧化还原反应,形成以一氧化碳和氢气为主要成分的煤气。煤气分两部分向上运行,其中一部分通过下段煤气夹层通道上移约4米,将其热量通过耐火材料间接传给煤层,辅助干馏和干燥过程的完成,确保煤在下落过程中能够充分的被干燥和干馏,最后这部分煤气从下段煤气出口导出被称为下段煤气;而另一部分煤气则在煤气发生炉料层内上行进入干馏段,通过与缓慢下移的气化用煤直接接触,将其热量直接传给气化用煤,进行上面叙述的干馏、干燥的过程,同时产生一部分以烷烃类高热值气体为主的干馏煤气。这部分上行煤气及干馏过程中产生的干馏煤气一起由上段煤气出口导出,形成上段煤气。
主要反应过程
2C+O2=2CO+221.2 kJ
2CO+O2=2CO2+566.0 kJ
C+O2=CO2+393.8 kJ CO2+C=2CO-172.6 kJ
C+2H2O=CO2+2H2-90.2 kJ C+H2O=CO+H2-131.4 kJ
C+CO2=2CO-172.6 kJ
德中煤气发生炉优点
1.本炉采用全水套,蒸汽产量高,压力稳定,有利气化。
德中煤气发生炉工作流程
a.煤气炉自用蒸汽来源充分有富余,可共50-60人洗澡用水。
b.炉膛内冷却效果好,水套内套不变形。
2.本炉主体内衬选用16mm锅炉钢板制作,外衬选用12mm普通钢板制作,这样和其它厂家相比,耐 氧化、耐腐蚀、抗高温,提高炉子的使 用年限。
3.煤气发生炉装有可调分煤器挡板和锥型分煤器装置相结合使用、煤分布均匀,炉膛断面燃料厚度基本一致,从而提高煤的气化效率,杜绝冒火偏炉现象发生。
4.本炉采用五层塔形五角炉篦,材料选用铸钢件,该炉篦设计合理,能使气化剂分布均匀、运转时下渣 均匀,炉内料层分布相对稳定,能处于最佳产气状态、并降低炉渣的含碳量。
5.灰盘部份采用蜗杆蜗轮的传动装置,选用35#铸钢和45#钢来增强传动部位的抗拉、抗压的强度来保证主机在正常运行时的平稳性和持久性。
6.带隔离水封旋风除尘器、在停电停炉期间,可提高水的封闭高度,切断煤气发生炉与热工炉之间的煤气,确保产生无压,杜绝回火爆炸事件的发生。
7.本公司代培各使用煤气发生炉用户的操作工培训,确保用户在使用煤气炉之后,从环保方面和企业自身经济效益方面都可达到最佳要求。
燃料对比
   随着油价的不断攀升,煤炭的战略地位将越来越重要,世界的能源构成也越来越依赖于煤炭以及煤基改质燃料。煤炭的直燃,由于热效率低且对环境的巨大污染,在全国的大部地区已经禁烧,这样就有一个突出的问题摆在我们面前,怎样获得高效环保的洁净能源?发生炉制气技术就是一种成熟、环保、应用广泛的洁净煤技术。
原料
    煤制气是以煤或焦炭等含碳的物质为原料,以空气和水蒸汽为气化剂,在常压固定床煤气发生炉内气化获取可燃气体的技术,生成气体的主要成分是一氧化碳、氢气、氮气、二氧化碳,可燃组份为一氧化碳和氢气,由于含有大量的惰性组份氮气,因此煤气热值不高,低热值为6 MJ/Nm3 左右。
    用煤气发生炉制取煤气技术已有一百多年的历史,是非常成熟的煤制气技术,与传统的煤炭燃烧方式相比,有以下优点:
德中煤气发生炉优点
    1、通过对煤发生炉煤气分别应用于加热炉和热处理炉进行的经济比较看,从节能观点出发,在正常生产正常操作的情况下,两种燃料炉的耗能比是 煤炉:煤气发生炉=1:0.95,即使用发生炉煤气与直接烧煤相比可节能5%。
    2、使用煤气发生炉煤气有利于采用小能量的烧嘴,便于通过烧嘴的布置调节窑内温度,从而提高制品的一级品率。传统的煤炭燃烧方式只能加热对燃料没有要求的制品,如确须加热比较洁净的制品,只能采用隔焰加热,这无疑将大大降低燃料的热利用率。
煤气发生炉制气技术中有发生炉冷煤气和热煤气两种,可根据产品的性质选择不同的燃料气,加热对燃料洁净度没有要求的制品,可采用热煤气;加热对燃料洁净度有要求的制品,可将制得的煤气净化变成洁净冷煤气,冷煤气的含尘量及其有害成分(如H2S)很低,不会污染制品,因而可以采用明焰烧成。传统的煤炭燃烧对窑炉的温度不易控制,经常有温度想升升不起来,想降降不下去的情况发生。而应用冷煤气和热煤气加热制品,如调节窑炉温度只须调节煤气阀和风阀的开度,非常简便,对于提高产品质量、改进产品生产工艺、改善劳动条件和环境卫生具有十分明显的效果。
    3、污染物排放较传统的煤炭燃烧少。
传统的煤炭燃烧方式和传统的煤炭利用过程中会产生大量的污染物,造成严重的环境污染。主要原因是:
(1)煤炭不易与氧气充分接触而形成不完全燃烧,燃烧效率低,相对增加了污染排
(2)燃烧过程不易控制,例如挥发分大量析出时往往供氧不足,造成烟尘析出与冒黑烟;
(3)原煤中的硫大多在燃烧过程中氧化成SOx;
(4)固体燃料燃烧时温度难以均匀,形成局部高温区,促使大量NOx;形成;
(5)未经处理的固态煤炭直接燃烧时,大量粉尘将随烟气一同排出,造成大量粉尘污染。
煤气发生炉煤制气技术通过对煤气的除尘、水洗、除焦等工艺,严格控制了进入大气的飞灰等污染物,由于燃烧工艺合理,较少生成有害废气。废水在煤气站循环使用,基本不外排。
    4、煤气完全燃烧所需的空气量近于理论需要的空气量,空气过剩系数1.05,比烧油、烧煤少,容易调整火焰,减少不完全燃烧带来的热损失,由于过剩空气量的减少,废烟气的量减少,由废烟气带出的热损失将减少,从而提高了整套设备的热利用率。
    用煤气发生炉煤气作为工业窑炉的燃料,成本比较低且环保,是工业窑炉的理想燃料,在我国冶金、机械、轻工、建材、化工等行业均广泛采用。
煤气发生炉与各种燃料对比分析表及火色温度
燃料热值对比
每产生1千kcal的热量,各种燃料折算价格
标 煤 6500大卡/kg (0、6元/㎏价格=0、09元/千大卡)
柴 油 10000大卡/㎏ (4、9元/㎏=0、49元/千大卡)
天 然 气 8500大卡/m3 (1、8元/立方=0、2元/千大卡)
液 化 气 12000大卡/㎏ (7元/㎏=0、58元/千大卡)
电 860大卡/度 (0、5元/度=0、58元/千大卡)
火色温度列表
火 色 加热温度(℃)
淡红色830~900
桔黄色900~1050
深黄色 1050~1150
淡黄色 1150~1250
黄白色1250~1300
煤气发生炉技术参数
德中煤气发生炉设计指导
(1) 煤气发生站设计满足业主生产需要。
(2) 煤气发生站工艺设计满足当地环保要求,污染物治理达到国家相应环保标准。
(3) 煤气发生站工艺流程简单流畅,工艺布局合理有效,便于生产及维修作业。
(4) 煤气发生站工艺设计要保证系统安全稳定连续运行。
(5) 煤气发生站设计确保最大限度节约能源。
(6) 选用国内先进、成熟、可靠的炉型、设备和工艺方案,并在生产管理与操作上考虑了确保煤气站正常生产的措施。
(7) 在满足工艺要求的前提下,尽可能节约工程投资和运行成本。
(8) 严格执行国家有关安全、环保、消防、工业卫生和其他方面的有关规定、规范和标准。
德中煤气发生炉环保达标
(1) 设置水封水池(循环利用),保证水封污水不外排。
(2) 冷凝含酚废水集中收集并汽化后再利用。
(3) 对噪声较高的设备,采取建筑隔音的方式,治理噪声污染。
(4) 固体废弃物集中回收,综合利用。
合理设计烘炉送气工艺,设置煤气放散点火器,保证放散烟气达标排放。
德中煤气发生炉安全措施
(1) 系统内设置钟罩阀,系统超压时,自动放散卸压,系统内设置多处水封,超压时可自动卸压。
(2) 系统内各设备设置蒸汽吹扫,防止空气和煤气混合发生爆炸及造成人员煤气中毒。
(3) 煤气发生炉加煤机采用双路、双滚筒加煤,上下配插板阀,有效防止煤气泄漏,从而净化操作空间。
煤气净化
    由煤气发生炉生成的粗热煤气(温度为500~600℃)首先进入双竖管被热循环水冷却洗涤,煤气中的部分灰尘随热循环水从双竖管下部的水封中排出,被双竖管洗涤降温后的煤气温度约为80℃,进入洗涤塔进行再次的冷却和洗涤除尘,煤气温度冷却至30~45℃,出口灰尘含量一般小于50mg/m3 。经隔离水封再进入电捕除尘器进行脱油除尘,煤气中的焦油与灰尘总含量不超过100mg/m3以内,通过煤气加压机加压至8-15kpa(也可根据用户用户调整),再经脱硫塔脱去硫份后,供用户使用。
蒸汽调节
    蒸汽用量控制不当,往往造成煤气发生炉结大块和结疤,严重影响制气的数量和质量,煤气炉气化现有的原料品种较杂,因此,上下吹蒸汽,差值和百分比不能千篇一律,应该根据原料的性能而定。主要是根据原料的灰熔点,其次是原料的灰分含量,
所以,对于性能不同的煤,蒸汽如何合理使用,只有在仪表准确,阀门严密不漏,低压蒸汽总管压力稳定,注意吹风排队的情况下,通过实践,认识,再实践,再认识,最终得到比较适宜的蒸汽用量和上下吹百分比,对高产低耗是有好处的。