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| 常壓固定床煤氣發(fā)生爐的基本氣化原理 發(fā)表于: 2011/11/25 14:39:01 |
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| 固體燃料用氣化劑進(jìn)行熱加工，得到可燃性氣體的過(guò)程稱(chēng)為固體燃料的氣化，又稱(chēng)為造氣，所得的氣體統稱(chēng)為氣化煤氣，用來(lái)與燃料進(jìn)行氣化反應的氣體稱(chēng)為氣化劑。 常壓固定床煤氣發(fā)生爐，一般以塊狀無(wú)煙煤或煙煤等為原料，用蒸汽或蒸汽與空氣的混合氣體作氣化劑，生產(chǎn)以一氧化碳和氫氣為主要可燃成分的氣化煤氣。 固體燃料的氣化反應，按煤氣爐內生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行的特性分為五層，如圖2-1所示：干燥層——在燃料層頂部，燃料與熱的煤接觸，燃料中的水分得以蒸發(fā)；干餾層——在干燥層下面，由于溫度條件與干餾爐相似，燃料發(fā)生熱分解，放出揮發(fā)分及其它干餾產(chǎn)物變成焦炭，焦炭由干餾層轉入氣化層進(jìn)行熱化學(xué)反應；氣化層——煤氣爐內氣化過(guò)程的主要區域，燃料中的炭和氣化劑在此區域發(fā)生激烈的化學(xué)反應，鑒于反應條件的不同，氣化層還可以分為氧化層和還原層。 （1）氧化層：碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的熱量。煤氣的熱化學(xué)反應所需的熱量靠此來(lái)維持。氧化層溫度一般維持在1100～1250℃，這決定于原料煤灰熔點(diǎn)的高低。 （2）還原層：還原層是生成主要可燃氣體的區域，二氧化碳與灼熱碳起作用，進(jìn)行吸熱化學(xué)反應，生產(chǎn)可燃的一氧化碳；水蒸氣與灼熱碳進(jìn)行吸熱化學(xué)反應，生成可燃的一氧化碳和氫氣，同時(shí)吸收大量的熱。 灰渣層—氣化后爐渣所形成的灰層，它能預熱和均勻分布自爐底進(jìn)入的氣化劑，并起著(zhù)保護爐條和灰盤(pán)的作用。 燃料層里不同區層的高度，隨燃料的種類(lèi)、性質(zhì)的差別和采用的氣化劑、氣化條件不同而異。而且，各區層之間沒(méi)有明顯的分界，往往是互相交錯的。 固體燃料氣化反應的基本原理 固定床煤氣發(fā)生爐制造燃氣，首先使得空氣通過(guò)燃料層，碳與氧發(fā)生放熱反應以提高溫度。隨后使蒸汽和空氣混合通過(guò)燃料層，碳與蒸汽和氧氣發(fā)生吸熱和放熱的混合反應以生成發(fā)生爐煤氣。 從造氣階段的化學(xué)反應原理，希望形成有利于蒸汽分解和二氧化碳還原反應的條件，所以可以認為：提高氣化層的厚度和溫度是有利的，適當地降低蒸汽的流速也是很有利的。在碳與蒸汽的化學(xué)反應中，增加氣化層厚度、降低氣流速度等措施，可使得反應速度加快，又能使得一氧化碳的含量增加，提高蒸汽分解率。 20~40mm的塊煤從爐頂部的加煤裝置被送入爐內，并且自上而下地緩緩移動(dòng)，經(jīng)過(guò)干燥、干餾、氣化，完成全部反應過(guò)程之后，形成爐渣從爐底排出。 由空氣和水蒸汽所組成的氣化劑，從爐底爐篦進(jìn)入爐內，自下而上地逆流而上，并且均勻分布于各反應層之間，進(jìn)行熱交換和一系列化學(xué)反應，所產(chǎn)生的煤氣，從頂部煤氣出口排出。 在爐內自下而上大致形成以下幾個(gè)區段： （1）灰渣層 處于爐篦上方，經(jīng)燃燒反應所形成的灰渣層，通過(guò)與鼓進(jìn)的氣化劑進(jìn)行熱交換之后，溫度有所下降，既能保護爐篦使其不被燒壞，又對氣化劑起到一定的預熱作用。 （2）氧化層 爐內氣化反應過(guò)程的主要區段之一。經(jīng)灰渣層預熱過(guò)的氣化劑，自下而上穿行，與灼熱的焦炭接觸反應，并放出大量的熱： C+O2→CO2+394.55kJ/mol 爐內氧化層的溫度最高，通�？蛇_到1100~1200℃。在氧化層內，氣化劑中的氧迅速被消耗殆盡并生成CO2，在氧化層上端截面上，CO2的生成量達到最大值。 （3）還原層 還原層是兩段爐內碳被氣化的重要場(chǎng)所。在該層下部，由新生成的CO2與水蒸氣和N2混合而成的氣流，以3~6m/s的速度向上流動(dòng)，與以10~40cm/s的速度向下移動(dòng)的灼熱的炭料接觸反應。此時(shí)CO2被還原成CO，同時(shí)也有CO的析碳反應： CO2+C→2CO-173.09kJ/mol 2CO«C+CO2+172.2kJ/mol 上述的兩個(gè)反應中，CO與CO2之間的相互轉變都是不完全的。兩者的比例，由反應過(guò)程的溫度壓力以及體系內的氣相組分濃度和其它宏觀(guān)條件而定。上述反應，通常被稱(chēng)為空氣煤氣反應過(guò)程。
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