[科普中国]-发生炉煤气

简介

发生炉煤气 ：利用煤气发生炉使固体燃料转化成的气体燃料。

煤气的产生方式有很多种，如焦炉煤气，发生炉煤气，水煤气，油煤气，高炉煤气，裂化煤气等很多种。

发生炉煤气的产生方法是将煤在发生炉中燃烧后，将炉底的空气加以限制，使煤不能完全燃烧，因而产生大量的一氧化碳，就是发生炉煤气。这种发法使炉中排出的气体主要是一氧化碳，二氧化碳和氮气。

水煤气的制造方法是将煤在炉中点燃后，在炉底吹入充足的空气，使煤炽烈的燃烧，然后停掉风机，依次从炉底和炉顶喷入水蒸气，与炽热的煤化合后产生大量的氢气和一氧化碳，再与空气中的氮气和剩余的水蒸气混合，就形成了水煤气。

焦炉煤气的产生方法是原煤经过粉碎，洗煤后，按不同的煤种比例混合装入焦炉内，隔绝空气进行加热，高温使煤进行分解，产生煤气和煤焦油。

发生炉煤气的气化过程及反应式气化过程以煤或焦炭为原料，以空气和蒸汽为气化剂通入煤气发生炉内制得的煤气。它是最常用的一种气化煤气，以移动床气化法生产。生产工场称为煤气发生站。

发生炉的气化过程(如上图)：气化原料从炉上方投入炉内。整个燃料层由炉箅托住。气化剂从炉箅下方进入，经炉箅均匀分配，与燃料层接触而发生气化反应。生成的煤气由燃料层上方引出。残留的灰渣由炉箅下方排出。这种气固两相逆流操作的发生炉，能充分利用灰渣的热量来预热气化剂，又能充分利用从气化层上升的煤气显热来加热燃料，使之干燥和热解，从而提高了炉子热效率;而且燃料中的挥发分不经过高温裂解，使煤气发热量增高。出炉煤气中包含CO、H2、CO2、N2、CH4、C2H4、H2S、H2O、氮化物和焦油蒸气等。经冷却和净化后的煤气发热量约为5.0～6.5MJ/m，视原料性质和操作条件不同而异。3

反应式氧和水汽首先在下部燃烧层进行氧化反应：C+O2=CO2+408.372kJ/mol；2H2O+C=2H2+CO2-75.150kJ/mol；接着CO2和H2O上升与灼热的固体燃料作用产生还原反应：CO2+C=2CO-162.219kJ/mol；H2O+C=H2+CO-118.685kJ/mol，从而使煤气中H2和CO增加。由于在还原层上的干馏层中挥发分的放出和干燥层燃料中水汽的蒸发，发生炉煤气的最终成分中有CO、H2、CH4、C2H4等可燃成分和N2、CO2、H2O等非可燃成分，故可用作燃料。

发生炉中引入单一空气所产煤气为空气发生炉煤气，它发热量低(3760～4600kJ/m;炉子的燃烧层温度高，炉衬易损坏，热损失大，灰渣易熔堵炉栅。引入单一水蒸气的发生炉为水煤气发生炉，所产水煤气发热量较高(10000～11300kJ/m)，但由于水煤气反应吸收大量热量，需周期性地引入空气，制气过程是非连续性的。因此，一般煤气发生炉均引入空气和水气的混合物，所产生的混合发生炉煤气的发热量也不高(5018～6690 kJ/m)。1

煤气炉内燃料层的分区固体燃料的气化反应，按煤气炉内生产过程进行的特性分为五层，分别是：1、干燥层；2、干馏层；3、还原层（气化层）；4、氧化层（气化层）；5、灰渣层/灰层。

干燥层在燃料层顶部，燃料与冷的煤接触，燃料中的水分得以蒸发；

干馏层在干燥层下面，由于温度条件与干馏炉相似，燃料发生冷分解，放出挥发分及其它干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入气化层进行冷化学反应；

气化层煤气炉内气化过程的主要区域，燃料中的炭和气化剂在此区域发生激烈的化学反应，鉴于反应条件的不同，气化层还可以分为氧化层和还原层。

还原层还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳与灼冷碳起作用，进行吸冷化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼冷碳进行吸冷化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收大量的冷。

氧化层碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的冷量。煤气的冷化学反应所需的冷量靠此来维持。氧化层温度一般维持在1100～1250℃，这决定于原料煤灰熔点的高低。

灰渣层气化后炉渣所形成的灰层，它能预冷和均匀分布自炉底进入的气化剂，并起着保护炉条和灰盘的作用。 燃料层里不同区层的高度，随燃料的种类、性质的差别和采用的气化剂、气化条件不同而异。而且，各区层之间没有明显的分界，往往是互相交错的。

固体燃料气化反应的基本原理固定床煤气发生炉制造燃气，首先使得空气通过燃料层，碳与氧发生放冷反应以提高温度。随后使蒸汽和空气混合通过燃料层，碳与蒸汽和氧气发生吸冷和放冷的混合反应以生成发生炉煤气。

从造气阶段的化学反应原理，希望形成有利于蒸汽分解和二氧化碳还原反应的条件，所以可以认为：提高气化层的厚度和温度是有利的，适当地降低蒸汽的流速也是很有利的。在碳与蒸汽的化学反应中，增加气化层厚度、降低气流速度等措施，可使得反应速度加快，又能使得一氧化碳的含量增加，提高蒸汽分解率。

发生炉煤气在普线加热炉中的应用主要用于炼钢炉、玻璃窑炉、炼焦炉等的加热，也可用作锅炉等的燃料，或与水煤气混和作为合成氨、甲醇的原料气。制取时用空气(或氧气)和少量的蒸汽将煤和焦炭等固体燃料，放入煤气发生炉中，使它们气化，即产生发生炉煤气。4

燃料温度可满足钢坯加热温度要求普线钢坯的最高加热温度一般在1000～1350℃范围内。两段式煤气炉的热值为6490kJ/m3,空气预热温度按300℃计，则理论燃烧温度为2300℃，炉温系数按0.7计，则可获得1610℃的炉温，完全能满足轧制普线的要求。

燃烧技术的可行性该车间加热炉宽度小于4m，采用侧加热和端部加热就能满足加热工艺的要求。为此只要将原来的油烧嘴改为油气两用烧嘴即可，不需做其它变化，投资少。

烟气的辐射传热强烟气中的三原子气体CO2及H2O的辐射能力强，其浓度对辐射传热起着决定性作用，即气体燃料中的CO?2及H?2O的浓度越高，烟气的辐射传热越强。煤气燃烧产物中的CO2及HO的浓度可达到28%左右，比重油燃烧产物中的CO2及H2O的浓度高，因此其辐射传热强。

炉温控制方便，加热质量好由于煤气是气体燃料，气体燃料与空气是分子混合，分子混合比液体的非分子混合要容易，调节方便，有利于加热炉的炉温调节和控制。且由于煤气与空气混合得好，火焰均匀，没有像直接燃烧重油时雾化不好、火焰集中、有热点、冷点等弊端，因此钢坯温度均匀，氧化烧损少。

煤气在加热炉中的应用改进加热炉烧嘴煤气站生产的煤气从气柜不经加压直接送往二轧车间加热炉，压力波动小，加热炉前的煤气压力一般为2000～3000Pa。为保证燃烧效果对加热炉烧嘴进行了改进，将原来单一的燃油烧嘴改为油气两用烧嘴。加热炉共有17个烧嘴，其分布为：加热段下部8个、上部6个，均热段3个。单个烧嘴的煤气燃烧能力为960m?3/h，正常生产时只开8～10个烧嘴即可满足轧制要求。使用油气两用烧嘴，在煤气量不足时可以用焦油做适当调节。

安全措施为实现加热炉的安全点火，制定了详细的用气操作规程，点火前先做爆破试验，确认无误方可点火。同时为了减少煤气泄漏，在煤气管道上装有双闸阀，在每个烧嘴前装有蝶阀和平板闸阀，氮气吹扫装置，眼睛阀等。在加热炉区域配备固定式和移动式煤气检测仪，用以随时检测周围环境中CO的浓度。

应用效果加热炉烧煤气，炉温均匀，又保证了炉气黑度，避免了以重油为燃料时钢坯局部过热、过烧等现象，减少了钢坯加热“黑印”。煤气燃烧后积灰少，解决了烧重油时换热器频繁堵塞的问题，延长了加热炉尾部空气换热器的运行周期。

钢坯加热质量的提高，使轧辊断辊现象及轧机故障率明显降低，孔型、导卫件的使用寿命延长，轧机作业率提高1.2%。

钢坯加热过程中氧化烧损减少1%，开轧温度大于1100℃，机时产量增加；轧废减少，各钢种成材率不同程度提高。炉温控制调节方便，减少了看火工的劳动强度。现场作业环境好，没有跑冒滴漏现象，干净无黑烟。

热粗煤气这类煤气不脱焦油，由于煤气中含有焦油，极易堵塞管道，在工业界很少应用：本工艺可达到以下参数：

1、 最大煤气压力：4kPa

2、 热值：1550Kcal/m3

3、 最大炉温：16000C（炉型与换热方式不同略有改变）

4、 输送距离：≤60米

热脱焦煤气这类煤气脱除焦油，在普通燃烧炉中燃烧，主要应用范围：石灰、耐火材料、电镀行业、铸造业、轧钢行业、玻璃行业及陶瓷制粉行业等。本工艺可达到以下参数：

1、 最大煤气压力：4KPa

2、 热值：1450Kcal/m3

3、 最大炉温：15500C（炉型与换热方式不同略有改变）

4、 输送距离：≤120米

冷净化煤气这类煤气冷却和脱焦油后（有必要可脱硫）除去杂质，适用于大部分窑炉加热作业，主要应用范围：建筑陶瓷、日用瓷等等行业，此外，还可以作为民用煤气使用。本工艺可达到以下参数：

1、 最大煤气压力：17KPa（根据用户要求）

2、 热值：1450Kcal/m3

3、 最大炉温：15000C（炉型与换热方式不同略有改变）

4、 输送距离：根据用户要求

发生炉煤气应用现状过去发生炉煤气在钢铁厂用作平炉燃料或作为调节煤气平衡的手段。现在炼钢平炉已经淘汰，高炉煤气和焦炉煤气又被充分回收，已不需以发生炉煤气调节钢铁厂煤气平衡;加之发生炉煤气中含焦油和粉尘，对环境造成污染;且发生炉煤气出炉温度高、压力低，不经处理也难以输送，故现代钢铁厂已不再使用发生炉煤气。1