煤气发生炉工作原理的研究

煤气发生炉工作原理的研究

骆晓玲,徐坤山

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(11青岛科技大学机电工程学院,山东青岛　266061;21淄博市质量技术监督局,山东淄博　255033)

　　摘　要:煤气发生炉作为一种新发展起来的装置,它的产生使煤炭的干净化使用变为现实,文章详细介绍了煤气发生炉的工作原理,并对两类煤气发生炉的优缺点做了详细比较,对其发展趋势做了分析,通过从环保和节能两个方面考察煤气发生炉得知两段炉更具有优越性,论文的探讨对煤气发生炉的研究和工程应用具有一定的参考价值。　　关键词:煤气;发生炉;两段炉　　中图分类号:TQ53　　文献标识码:B　　文章编号:1671-0959(2009)08200982031　煤气化工业技术产业现状

世界范围内能源危机的加重及世界各国强制性环保的推行,使得各国都急于寻求一种廉价且干净的能源来取代石油和天然气,煤炭的干净化使用特别是煤炭气化的研究提到议事日程上来。随着工业用户要求的不断提高,煤气化技术得到了一定的发展[1]。煤气化技术[2]在中国虽有近百年的历史,但仍然较落后和发展缓慢,就总体而言,中国煤气化以传统技术为主[3],煤炭气化炉设备庞大,结构复杂,工艺落后,环保设施不健全,煤炭利用效率低,污染严重。

一种煤气化技术要想在实际生产中得到广泛应用,必须具备经济性、环保型、可行性等特点。目前为止还没有万能煤气化炉型和技术,各种煤气化炉型和气化技术都有其特点、优点和不足之处,都有其对煤种的适应性和对目标产品的适用性。近年来,随着科技的发展,煤气发生炉综合以上几种技术的优点,又密切联系实际生产情况,不断在工业加热方面得到了广泛的使用,其节能环保效果及廉价性、加热性能得到了广大工业用户的充分肯定。尤其是在建陶行业,煤气发生炉的作用更是重要。煤气化炉正向小型化、简单化、环保化和生产低成本方向发展,并向现场生产和现场使用方向发展,从而最大限度地减少操作环节并降低能量损失。这样不仅能满足广大工业用户的使用要求,而且符合国家节能环保。由于煤气发生炉的使用避免了煤燃烧后产生的废气对大气的污染,所以在煤气发生炉这种新型设备投入使用后,得到了迅速的发展[7]。

21111　灰层

211　单段式煤气发生炉单段式煤气发生炉按分层理论由下向上依次分为灰层、

图1　煤气发生炉结构图

氧化层、还原层、干馏层、干燥层和空层[8],如图1所示。

灰层又称渣层,是固态物料由上向下移动的最后一层,是煤炭燃烧与汽化后的混合物,渣层的厚度大约由炉篦向上150～250mm厚。灰层的作用是:

1)由于灰渣刚由氧化层沉降下来,温度比较高,当空

气和水蒸气鼓入之后经过渣层进行冷热交换,将空气和水蒸气预热,一般预热到200℃以上。这样为氧化层的热化学反应带来优越条件,加速燃烧。

2)由于渣层被空气和水蒸汽冷却,温度已降低,铺在

炉篦上可起保护作用。

3)灰渣分布在炉篦上呈疏松粒状,空气、水蒸气经炉

2　煤气发生炉的原理

煤气发生炉分为单段式煤气炉和两段式煤气炉两大类,单段式煤气炉又分为热煤气炉和冷煤气炉两种。　　收稿日期:2009-03-22

篦的松渣层可以起到重新均匀分布汽化剂的作用。

4)渣层是处在最下层,衬垫着其它层次,它的正常与

稳定影响到其它层次。

21112　氧化层

　　作者简介:骆晓玲(1966-),女,山东菏泽人,博士、副教授、硕士生导师,毕业于浙江大学化工过程机械专业,山

东省化工机械重点学科学术带头人,现在青岛科技大学主要从事过程装备的研究与设计工作。

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　2009年第8期　　　　　　　　　煤　炭　工　程　　　　　　　　　研究探讨　

氧化层又称为燃烧层或火层。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二氧化碳,并放出大量的热量,它是气化过程中的主要区域之一,其主要反应是:

C+O2

CO2

212　两段式煤气发生炉

两段式煤气发生炉[9]自上而下由干馏段和气化段组成,首先煤从炉顶煤仓经下煤阀进入炉体,煤在干馏段经过充分的干燥和长时间的低温干馏,逐渐形成半焦,干馏后半焦状态下的煤炭在气化段与气化剂(空气、蒸气)发生反应,气化段生成的煤气分为两部分,一部分从两段炉下段煤气出口经旋风除尘器出炉,另一部分向上经中心管与干馏煤气混合从上段煤气出口出炉。下段出口煤气经旋风除尘器降温除尘后进入强制风冷器,继续除尘降温,然后进入间冷器进一步降温。上段出口煤气进入电捕焦油器除焦后,直接进入间冷器,与下段煤气混合,在混合中完成降温,混合后煤气进入电捕轻油器,捕除轻油,然后煤气经加压风机加压后送往水雾捕滴器脱水送往用户。

组成两段炉的顶部煤气,约占总煤气量的40%,其热值较高(6700kJ/nm3)、温度较低(120℃左右),并含有大量的焦油。这种焦油为低温干馏产物,其流动性较好,可采用静电除尘器捕集起来,作为化工原料和燃料。在气化段,炽热的半焦和汽化剂经过还原、氧化等一系列化学反应生成的煤气,称为气化煤气。组成两段炉的底部煤气,约占总煤气量的60%,其热值相对较低(00kJ/nm3)、温度较高(450℃左右),因煤在干馏段低温干馏时间充足,进入气化段的煤已变成半焦,因此生成的气化煤气不含焦油,又因距炉栅灰层较近,所以含有少量飞灰。底部煤气就可经旋风除尘器及风冷器等设备来处理,这样对于使用冷净化煤气的用户,便可不采用水洗法就能使用上冷净化煤气,从而避免了大量酚水无法处理的缺陷。

氧化层的高度一般是100～200mm,约为燃料块度的3～4倍。

21113　还原层

在氧化层的上面是还原层。赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的作用,所以在还原层中,二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名,称为还原层,其主要反应为:

CO2+CH2O+C2H2O+C

2COH2+COCO2+2H2

由于还原层位于氧化层之上,从上升的气体中得到大量热量,因此还原层有较高的温度约为800～1100℃,这就为需要吸收热量的还原反应提供了条件。而严格地讲,还原层还有第一、第二两层之分,下部温度较高的地方称为第一还原层,温度达950～1100℃,其厚度约为300～

400mm;第二层为700～950℃之间,其厚度为第一还原层

的115倍,约为450mm。

21114　干馏层

干馏层位于还原层的上部,由还原层上升的气体随着热量被消耗,其温度逐渐下降,故干馏层温度约在150～

700℃之间,煤在这个温度下,历经低温干馏的过程,煤中

挥发份发生裂解,产生甲烷、烯烃及焦油等物质,它们受热成为气态,即生成煤气并通过上面干燥层而逸出,成为煤气的组成部分。干馏层的高度随燃料中挥发份含量及煤气炉操作情况而变化,一般大于100mm。

21115　干燥层

3　煤气发生炉发展趋势

通过从环保和节能两个方面考察煤气发生炉的使用情况发现,单段炉产生的冷煤气对水的污染严重,特别是在净化过程中煤气直接用水来洗涤和降温,把煤气中大量的杂质带出,产生的酚水对环境污染严重。两段炉的净化采用间接冷却,水和煤气不直接接触,避免了对水的污染,更好地体现了两段炉的优越性[10];单段炉的气化强度比较低,两段炉在原气化层上加高了干馏层使煤炭在进入气化层时已成为半焦炭状,使煤炭气化得更完全,从煤渣中可以非常清楚地看到两段式煤气炉生产出的灰渣含炭率非常低,一般在12%左右,而单段炉在20%左右。同时新型两段式煤气发生炉的污染问题现在完全可以解决,但是解决单段式煤气炉的水污染问题仍有一定难度。

随着全球对环保的重视,使用清洁能源无疑是陶瓷企业发展的最终走向[11],煤气发生炉也将会为社会创造巨大的经济效益。因此如何正确地对待煤气发生炉的使用已经成为业界研究的焦点。通过提高煤气发生炉的使用安全性和环保标准,制定更为严格的准入制度和操作标准,将会达到社会效益和企业效益的双赢。综上所列两种煤气发生炉的特点,单段式煤气发生炉增长缓慢,将逐渐退出市场,

干燥层位于干馏层上面,也是燃料的面层,上升的热煤气与刚入炉的燃料在这层相遇,进行热交换,燃料中的水分受热蒸发。一般认为干燥温度在室温至150℃之间,这一层的高度也随各种不同的操作情况而异,没有相对稳定之层高。

21116　空层

空层即燃料层上部,炉体内的自由区,其主要作用是汇集煤气。也可以认为煤气在空层停留瞬间,在炉内温度较高时还有一些副反应发生,如CO分解,放出一些炭黑:

2CO

CO2+C

CO2+H2

H2O+CO

从上面六层的简单叙述可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是比较复杂的,既有气化反应,也有干馏和干燥过程。而且在实际发生炉中分层也不是很严格的,相邻两层往往相互交错,各层温度也是逐步过渡的,很难具体划分,因此各层中气体成份的变化就更加复杂了。

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　研究探讨　　　　　　　　　煤　炭　工　程　　　　　　　　　2009年第8期　

箕斗构件连接采用摩擦型高强度螺栓替代

铰制孔螺栓的应用研究

靳建顺,荆炜华,刘厚富,刘春峰,44445

刘云明,刘金生,任国龙,韩延伟,刘芒果

(11大同煤矿集团有限责任公司,山西大同　037300;21中煤国际工程集团南京设计研究院,江苏南京　210000;31临沂矿业集团有限责任公司,山东临沂　276000;41山东煤机装备集团有限公司,山东泰安　271000;

51山东科技大学,山东青岛　266000)

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　　摘　要:在对济宁二号井35m箕斗进行检修更换时,在已有经验的基础上,用GB/T122六角摩擦型高强度螺栓替代了原GB27铰制孔螺栓,并进行了较系统的技术实践总结,具有一定的推广意义。　　关键词:大六角摩擦型高强度螺栓;铰制孔螺栓;箕斗;立柱　　中图分类号:TD444　　文献标识码:B　　文章编号:1671-0959(2009)08201002031　问题的提出

济宁二号井35m3箕斗(如图1所示),用于采用多绳摩擦式提升机组合钢罐道的主井提升,最大提升高度800m,罐道间距3600mm,箕斗名义载重340kN,斗箱有效容积

35m,首绳悬挂板允许最大载荷:1098kN,尾绳悬挂板允

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斗为外滚轮式扇形闸门箕斗,采用固定斗箱底卸式结构,其闸门型式为外动力(气、液动)开闭的滚轮式扇形闸门,箕斗主要由上盘、斗箱、箕斗上段、箕斗下段、闸门、立柱与装载口侧板、安全蓬及罐耳等部分组成。35m3箕斗的主要受力部件集中在上、下盘体,以及斗箱和立柱。上、下盘体内的悬挂板与横梁,横梁与纵梁,上、下盘体与立柱,斗箱与立柱,箕斗上、下段立柱的连接,原设计采用

GB27铰制孔螺栓连接技术。

[4]　张东亮.中国煤气化工艺(技术)的现状与发展[J].煤化

许最大载荷3×140kN,装卸载方向为异侧,卸载方式为外加动力,斗箱断面尺寸(长×宽)3470mm×1900mm。该箕而两段式煤气发生炉将慢慢取代单段式煤气发生炉,在市场中占据越来越重要的位置。

工,2004,(2):5～9.

[5]　李仲来.煤气化技术综述[J].小氮肥设计技术,2002,

(3):25～35.

[6]　顾群音.煤气发生炉气化过程分析与提高煤气品质的技术

4　结　论

本文对煤气发生炉的造气机理作了深入的探讨,对多年来煤气炉的发展作了概括和总结,并对两类煤气发生炉的优缺点做了详细比较,对两种煤气炉的发展趋势做了展望,对煤气发生炉的研究和工程应用具有一定的参考价值。参考文献:

[1]　王新祥.节能型高效煤气发生炉的开发与应用[J].化工

措施[J].上海理工大学学报,2006,(1):103～106.

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[11]　贾明生,陈恩鉴.发生炉煤气生产与应用过程的能耗分析

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(责任编辑　赵巧芝)

　　收稿日期:2009-06-04

　　作者简介:靳建顺(1961-),男,山西大同人,高级工程师,大同煤矿集团公司同忻煤矿公司总经理,多年来一直从

事机电设备设计、使用、维修管理工作,多项成果获省、部级和行业奖励,已发表论文十多篇。

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