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摘要：從煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)及造氣過程著手，對(duì)兩段干餾式煤氣發(fā)生爐與一段式和兩段式煤氣發(fā)生爐進(jìn)行了較為系統(tǒng)的對(duì)比分析。就煤氣質(zhì)量和產(chǎn)量、焦油回收、資源的節(jié)約利用、設(shè)備的操作維護(hù)等方面，兩段干餾式煤氣發(fā)生爐都優(yōu)于一段爐和兩段爐，干餾爐特別適合于氣化含水分、揮發(fā)分和灰分較高的煙煤。
關(guān)鍵詞：煤氣發(fā)生爐，一段式煤氣發(fā)生爐；兩段式煤氣發(fā)生爐；兩段干餾式煤氣發(fā)生爐；煤氣質(zhì)量和產(chǎn)量；焦油回收；資源節(jié)約利用；設(shè)備操作維護(hù)；清潔型煤氣發(fā)生爐；環(huán)保型煤氣發(fā)生爐；新型煤氣發(fā)生爐
Advantage Analysis Comparing Pyrolysis Coal Gasifier with Other Coal Gasifiers
Yuan Weijun Li Jiansheng
(Tangshan Keyuan Environmental Protection Technology & Equipment Co., Ltd, Hebei Tangshan 063020 )
Abstract: In terms of the inner structure and gas producing process, a contrastive analysis between pyrolysis coal gasifier and single-stage and double-stage coal gasifier has been made to show the pyrolysis coal gasifier is superior to be used in the respect of coal gas quality and output, tar recycling, resource conservation, the operation maintenance of the equipment, etc. The pyrolysis coal gasifier is particularly suitable to be used for gasifying the bituminous coal with high water content, high volatile matter and high ash content.
Keywords: Single-stage coal gasifier; Double-stage coal gasifier; Pyrolysis coal gasifier; Coal gas quality and output; Tar recycling; Resource conservation; Equipment operation maintenance
0. 引言
近年來受國際石油價(jià)格波動(dòng)及國內(nèi)石油（天然氣）供應(yīng)能力和供應(yīng)構(gòu)架的影響，國內(nèi)石油、液化石油氣及天然氣的價(jià)格在不斷震蕩中上升，而中國煤炭資源相對(duì)豐富，其單位熱值價(jià)格相對(duì)較低，受國際能源價(jià)格的影響也較小，其供應(yīng)構(gòu)架也比較符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，但同時(shí)煤炭作為直接燃料的應(yīng)用又受到國家嚴(yán)格的環(huán)保政策的制約，在這種形式下，煤氣發(fā)生爐作為煤炭資源潔凈利用的一種形式，既符合中國能源安全戰(zhàn)略和環(huán)保政策，又符合相關(guān)燃耗企業(yè)的利益要求，得到了諸如玻璃、陶瓷、冶金、機(jī)械、化工等燃耗較大行業(yè)的廣泛應(yīng)用。
對(duì)于擬選用發(fā)生爐煤氣的企業(yè)而言，發(fā)生爐爐型的選擇至關(guān)重要，如果選擇不當(dāng)，可能造成不必要的投資損失，或者雖然投資較少，但不能適應(yīng)生產(chǎn)要求而造成更大的損失。本文就干餾式煤氣發(fā)生爐與一段式煤氣發(fā)生爐和兩段式煤氣發(fā)生爐，從煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)及造氣過程著手，就三種爐型在煤氣的產(chǎn)量和質(zhì)量、焦油回收、資源的節(jié)約利用、設(shè)備的操作維護(hù)等方面等幾個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比與分析，旨在幫助企業(yè)在選用煤氣發(fā)生爐時(shí)做到心中有數(shù)，少走彎路。
1. 煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)及造氣過程分析
1.1 一段式煤氣發(fā)生爐
圖1 一段式煤氣發(fā)生爐示意圖
一段式煤氣發(fā)生爐參見圖1，利用提煤機(jī)將煤加入加煤機(jī)，通過加煤機(jī)將煤加入煤氣發(fā)生爐爐膛內(nèi)；將蒸汽及空氣作為氣化劑鼓入爐底進(jìn)風(fēng)箱進(jìn)入爐內(nèi)，在發(fā)生爐內(nèi)煤與氣化劑在高溫條件下發(fā)生“氧化－還原”反應(yīng)，產(chǎn)生合格煤氣，發(fā)生爐內(nèi)由下向上分別為灰層、氧化層、還原層、干餾層和干燥層，其最上部為1.5-2m的空層，該層沒有煤料，由此可見一段式煤氣發(fā)生爐的干餾層和干燥層非常薄，不利于煤的干餾和干燥。
1.2 兩段式煤氣發(fā)生爐
圖2 兩段式煤氣發(fā)生爐示意圖
（1）煤氣發(fā)生爐內(nèi)固態(tài)物質(zhì)行程
通過加煤機(jī)將儲(chǔ)煤倉中的煤分批次注入煤氣發(fā)生爐內(nèi)（兩段式煤氣發(fā)生爐為滿料層操作，不存在一段爐的空層），加入煤氣發(fā)生爐中的煤首先進(jìn)入干餾段，煤在干餾段中緩慢下移（約需8-10小時(shí)煤料到達(dá)反應(yīng)層），在此經(jīng)歷干燥及低溫干餾過程。首先煤炭中的水分被干燥出來，隨著煤炭的不斷下移，溫度進(jìn)一步升高，干餾出焦油和干餾煤氣。經(jīng)過干燥和干餾后呈半焦?fàn)顟B(tài)的煤繼續(xù)下移，進(jìn)入氣化段，在氣化段經(jīng)過氧化還原反應(yīng)，形成以CO和H2為主要成分的煤氣。煤炭中的灰分及極少部分未參與反應(yīng)的煤炭以灰渣形式繼續(xù)下移，由灰刀將其清出爐外。
（2）煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣態(tài)物質(zhì)行程
如圖2所示，作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內(nèi)，在1100－1200℃條件下，與進(jìn)入氣化段的呈半焦?fàn)顟B(tài)的煤發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成以CO和H2為主要成分的煤氣M。煤氣分兩部分向上運(yùn)行，其中一部分M2通過下段煤氣夾層通道上移，最后從下段煤氣出口導(dǎo)出，該部分煤氣被稱為下段煤氣；而另一部分煤氣M1則在煤氣發(fā)生爐料層內(nèi)上行進(jìn)入干餾段，通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸，將其熱量直接傳給氣化用煤，進(jìn)行上面敘述的干餾和干燥的過程，同時(shí)產(chǎn)生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的干餾煤氣M3。這部分上行煤氣及干餾過程中產(chǎn)生的干餾煤氣一起由上段煤氣出口導(dǎo)出，形成上段煤氣。
1.3 兩段干餾式煤氣發(fā)生爐
圖3 干餾式煤氣發(fā)生爐示意圖
兩段干餾式煤氣發(fā)生爐參見圖3，利用提升機(jī)構(gòu)將煤加入儲(chǔ)煤倉，操作液壓自動(dòng)加煤機(jī)將煤分批注入煤氣發(fā)生爐（兩段式煤氣發(fā)生爐為滿料層操作，不存在一段爐的空層）。加入煤氣發(fā)生爐中的煤首先進(jìn)入干餾段，煤在干餾段中緩慢下移（約需8-10小時(shí)煤料到達(dá)反應(yīng)層），在此經(jīng)歷干燥、干餾過程。首先煤炭中的水份被干燥出來，隨著煤炭的不斷下移，溫度進(jìn)一步升高，焦油及大部分硫化物也被干餾出來，形成碳?xì)浠衔锖洼p質(zhì)焦油被煤氣攜出爐外。
同時(shí)，作為氣化劑的空氣和水蒸汽自爐底鼓入爐內(nèi)，在1100-1200℃條件下與進(jìn)入氣化段的呈半焦性質(zhì)的煤發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成以一氧化碳和氫氣為主要成分的煤氣。煤氣向上運(yùn)行進(jìn)入干餾段，通過與緩慢下移的氣化用煤直接接觸，將其熱量直接傳給氣化用煤，進(jìn)行上面敘述的干餾、干燥的過程，同時(shí)產(chǎn)生一部分以烷烴類高熱值氣體為主的干餾煤氣。這部分上行煤氣及干餾過程中產(chǎn)生的干餾煤氣一起由煤氣出口導(dǎo)出。
2. 兩段干餾式煤氣發(fā)生爐的優(yōu)勢(shì)分析
2.1 煤氣與焦油
（1）煤氣熱值與產(chǎn)量
三種煤氣發(fā)生爐在以煙煤為氣化煤種時(shí)，產(chǎn)氣量、煤氣熱值略有差異，其對(duì)比結(jié)果參見表1。
表1 發(fā)生爐煤氣熱值及產(chǎn)量對(duì)比分析
分項(xiàng) | 一段煤氣 | 兩段煤氣 | 兩段干餾爐煤氣 |
煤氣熱值 | ≥5643KJ/Nm3 | ≥6061KJ/Nm3 | ≥6479KJ/Nm3 |
煤氣產(chǎn)量（比例值） | 1 | 1.05-1.1 | 1.1-1.15 |
（2）焦油質(zhì)量與回收
一段式煤氣發(fā)生爐，由于干餾層較薄，煤被加入爐膛后經(jīng)過較短的時(shí)間進(jìn)入高溫區(qū)，在高溫爐膛里迅速受熱，固化、裂解產(chǎn)生高溫裂解焦油，該焦油粘稠度高、流動(dòng)性差，易于和煤塵混合而堵塞管道，該焦油可應(yīng)用性較差，該焦油燃燒容易產(chǎn)生致癌物質(zhì)，回收應(yīng)用價(jià)值不高。
兩段式煤氣發(fā)生爐，由于增加了一個(gè)適當(dāng)高度及結(jié)構(gòu)的干餾段，氣化段所產(chǎn)生的高溫煤氣一部分通過干餾段，使其中的煤被徐徐加熱，進(jìn)行低溫干餾，所產(chǎn)生的低溫干餾焦油不會(huì)發(fā)生裂解，焦油粘度低，流動(dòng)性好，再經(jīng)過電捕焦油器捕除煤氣中的低溫干餾焦油，該焦油應(yīng)用性較好，但對(duì)于兩段式煤氣發(fā)生爐而言，需要根據(jù)煤中所含的水分和揮發(fā)分的情況，調(diào)整煤氣上行和下行的比例，以便提供足夠的熱量保證煤炭在干餾段中得到充分干餾，否則下段煤氣中便會(huì)產(chǎn)生同一段式煤氣發(fā)生爐一樣的質(zhì)量較差的焦油，該部分焦油和煤粉混合容易堵塞煤氣管道和凈化設(shè)備。
兩段干餾式煤氣發(fā)生爐，其干餾段高度與兩段式煤氣發(fā)生爐相同，與兩段式煤氣發(fā)生爐不同的是，其氣化段所產(chǎn)生的煤氣全部通過干餾段，它向煤料提供的干餾熱量約為兩段爐的兩倍，所以干餾效率和煤炭的干餾均勻度均得以有效提高，使煤炭干餾更為徹底，這部分焦油為低溫干餾焦油，焦油粘度低，流動(dòng)性好，具有較好的可應(yīng)用性。
2.2 煤炭資源節(jié)約
一段式煤氣發(fā)生爐操作時(shí)，空層高、料層薄，加煤、插釬和煤料熱爆產(chǎn)生大量煤粉，被煤氣攜出，從而造成資源浪費(fèi)。兩段式煤氣發(fā)生爐在插釬操作、煤料熱爆時(shí)，其下段煤氣仍有許多飛灰攜出，但和一段爐比較煤粉攜出量要少許多，但煤炭資源的浪費(fèi)同樣嚴(yán)重。
兩段干餾式煤氣發(fā)生爐在煤氣減少攜灰方面大大優(yōu)于一段爐和兩段爐，在氣化段煤料熱爆產(chǎn)生的煤塵和探火打釬時(shí)攪起的煤塵，隨煤氣進(jìn)入干餾段，經(jīng)過厚厚的料層過濾后，基本全部沉積下來，到氣化段后又重新進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，煤炭資源利用較為充分。
2.3 適于氣化揮發(fā)分較高且灰分含量較高的煤
如果氣化用煤的揮發(fā)分含量較高，則干餾該煤所需要的熱量較多，即必須有大量的高溫煤氣通過干餾段，而且干餾時(shí)間（高溫煤氣與需要干餾的煤炭接觸時(shí)間）必須足夠長，為煤炭干餾提供熱量，才能保證該煤干餾徹底。而灰分含量較高的煤，一般固定碳含量較少，對(duì)于同樣直徑的煤氣發(fā)生爐，氣化灰分含量較高的煤，其氣化段內(nèi)單位時(shí)間產(chǎn)生的煤氣量較少。如果采用一段爐氣化該種煤，由于一段爐干餾段較薄、干餾時(shí)間較短，無法保證煤炭的充分干餾；如果采用兩段爐氣化該煤，氣化段產(chǎn)生的煤氣一部分從下段引出形成下段煤氣，從而減少了用于干餾煤炭的上行煤氣量，造成干餾段內(nèi)煤炭干餾不徹底；采用干餾式煤氣發(fā)生爐氣化該煤，氣化段產(chǎn)生的高溫煤氣全部上行進(jìn)入干餾段，而且發(fā)生爐干餾段較高，這樣既保證了用于煤炭干餾的高溫煤氣量，又保證了煤炭的干餾時(shí)間，所以兩段干餾式煤氣發(fā)生爐最適于氣化揮發(fā)分較高且灰分較高的煤。
2.4 煤氣發(fā)生爐的操作與維護(hù)
一段式煤氣發(fā)生爐由于設(shè)備少，控制點(diǎn)少，但需要控制適當(dāng)高度的空層和相對(duì)水平的料層，對(duì)發(fā)生爐的加煤和布煤要求較為嚴(yán)格。
兩段式煤氣發(fā)生爐為滿料層自動(dòng)操作，不需要保持空層，而且對(duì)頂部料層的水平程度要求也比較寬松，但需要根據(jù)氣化用煤的揮發(fā)份含量、內(nèi)在及外在水的含量及煤氣產(chǎn)量的不同，對(duì)上、下段煤氣流量比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，否則會(huì)造成煤炭干餾不充分，既影響煤氣質(zhì)量，又會(huì)造成下段煤氣焦油含量增加。
兩段干餾式煤氣發(fā)生爐既保留了兩段爐在料層控制方面簡單的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)由于氣化段所生產(chǎn)的煤氣全部上行由于干餾煤炭，所以不需要對(duì)煤氣進(jìn)行流量比例的調(diào)節(jié)，大大降低了煤氣爐的操作和維護(hù)的復(fù)雜程度。
3. 結(jié)語
綜合以上分析，就煤氣質(zhì)量和產(chǎn)量、焦油回收、資源的節(jié)約利用、設(shè)備的操作維護(hù)等方面，兩段干餾式煤氣發(fā)生爐都優(yōu)于一段爐和兩段爐，干餾爐特別適合于氣化含水分、揮發(fā)分和灰分較高的煙煤。
參考文獻(xiàn)：
[1] 苑衛(wèi)軍，秦利生，李建勝等，煤氣發(fā)生站工藝選型要點(diǎn)分析［J］，煤氣與熱力，2008（7），32-34
[2] 唐山科源環(huán)保技術(shù)裝備有限公司，帶干餾段的單出口煤氣發(fā)生爐［P］，中國：200520024406.X，2006年8月
[3] 苑衛(wèi)軍，常壓固定床帶干餾段煤氣發(fā)生爐研究（碩士學(xué)位論文）［D］，北京：清華大學(xué)，2004
[4] 劉順利，楊鐵英，苑衛(wèi)軍，干餾爐半冷煤氣站與其他熱煤氣站對(duì)比分析［J］，能源工程，2009（4）：50-53
[5] 寇公，煤炭氣化工程［M］，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992
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