1、1煤气发生炉原理及环保情况煤气发生炉工作原理及环保情况郑州中远热能技术有限公司一、 煤气发生炉的发展概况煤气化技术应用至今已有百余年历史，传统的煤炭气化炉设备庞大、结构复杂。主要用于大规模的生产。把煤气化后，经过洗涤、降温、脱硫、加压存储，然后并网使用。由于这些中间环节，使得煤炭气化的成本大大增加，其价格与天然气价格相当。因此，尽管有已有百余年的应用，但没有什么突破性的进展，煤炭气化技术在工业上一直没有大规模的应用。由于世界范围内的能源危机的加重及世界各国强制性对环境保护政策的大力推行，使得人们特别是能耗大户急于寻求更为廉价且较为干净的能源来取代石油、天然气及电能。于是煤炭的干净化使用特别是煤
2、炭气化的研究又提到议事日程上来，为了满足现在工业用户的要求，近年来，煤气化炉向小型化、简单化、生产低成本方向发展，取消了除尘、降温、脱硫、洗涤、加压储存等中间环节，煤炭气化向现场生产现场使用方向发展，从而最大限度的降低能耗及其操作环节。这样不仅能够满足广大工业用户的使用要求，也达到了国家环保要求。小型煤气炉在工业加热方面得到了全面的使用，其节能环保效果及加热性能得到了广大工业用户的肯定。二、煤气发生炉的造气原理煤的气化是一个在高温条件下借气化剂的化学作用将固体碳转化为可燃气体的热化学过程。根据煤气发生炉内所进行的气化过程特点，可将煤层自上而下地分为干燥带、干馏带、还原带、氧化带和灰层。在干燥和
3、干馏带中，煤受到高温炉气的加热而放出水分和挥发分，剩下的焦碳在还原带和氧化带中进行气化反应。（1）氧化层：碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量。煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。氧化层温度一般维持在11001250，这决定于原料煤灰熔点的高低。（1）CO2 = CO2408861 KJ （2）2C O2 = 2CO2246447 KJ （3）2CO O2 = 2CO2571275 KJ （2）还原层：还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳与灼热碳起作用，进行吸热化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收大量的热。
4、2（4）CO2 C = 2CO162414 KJ （5）CH2O = COH2 118828 KJ （6）C2H2O = CO22H275240 KJ （7）COH2O = CO2H2 43587 KJ （3） 灰渣层 气化后炉渣所形成的灰层，它能预热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。（4）干馏层 通过气化层上升的煤气流进入干馏层。干馏层是带干馏段煤气炉极具特色的反应区段。进入干馏层内的载热气体，温度约在 700以下。在此区段基本上不再产
5、生上述的小分子间的气化反应，而是进行煤的低温干馏，生成热值较高的干馏煤气（气体组成有 H2、CH4 、C2H6、组分和气态焦油成分）、低温干馏焦油和半焦（半焦中的挥发份约为 710%），干馏煤气和雾状焦油同气化段产生的贫煤气一起从煤气炉的顶部出口引出。生成的半焦下移到气化段后进行还原与氧化反应。三、煤气发生炉环保的原因 1、 粉尘 煤气发生炉是将煤转化为煤气的设备，理论上讲：发生炉煤气的组成CO、 H2、CH4 、CmHn 占 51%，N2 、CO2 等占 49%。燃烧后废气无烟无毒，对大气无任何污染。但现阶段煤气发生炉产生的煤气没有进行处理而直接燃烧，其中烟气中灰粉为 20 毫克/ 立方左右
6、，（国家标准规定窑炉排放不大于 100 毫克/ 立方）。从粉尘上讲，我公司生产的煤气发生炉完全满足国家标准。 2、 二氧化硫 煤气发生炉与直接燃煤相比，二氧化硫下降 50%。原因是硫是以硫铁矿的形式伴生在煤中，煤气发生炉的炉内温度控制在 1300以内，而硫铁矿分解温度在 1300以上，因此，一部分硫没有被分解而被留在煤渣中。只要选择含硫量低的煤，二氧化硫不会超标。3、 煤焦油 煤焦油在无烟煤中较少，烟煤中较多，一般随煤气燃烧。部分没有燃烧的沉淀成为固体，不会造成污染。3四、我公司开创了煤气发生炉小型化的先河，小型化之后煤气发生炉得到了广泛的应用，使煤气发生炉与各种工业加热炉一对一的应用。并在国
7、内首家采用计算机对两炉进行控制（见 中的介绍）。煤气发生炉的应用情况。煤制气过程中产生的污染物:煤制气分为焦炉煤气、高炉煤气和发生炉煤气（水煤气）三种。煤气制备过程中，会产生一氧化碳、硫化氢、酚类和氰化物等有毒有害气体。煤气冷却时产生的废水统称为“酚水” 。酚水的主要污染物为酚和氰化物，浓度较高，有一定的毒性。制气过程中馏去的煤焦油是一种致癌物质，属危险废物。硫化氢、酚类和焦油的挥发成分带有强烈的臭味，产生恶臭。加热炉和热处理炉均采用煤气发生炉水煤气为燃料，煤气发生炉产生的煤气通过碱液水封除尘、脱硫后得到的干净煤气送往各工序使用，此时的煤气属较清洁能源，无需再进行废气治理，具有节约能源、环境
8、污染小、燃烧效率高等优点。燃烧尾气通过 60m 高烟囱排放，能达到工业炉窑大气污染物排放标准 （GB9078-1996 ）中表 2 和表 4 中二级标准 SO2浓度为850mg/m3，烟尘浓度为 200mg/m3的要求。由于煤焦油成分比较复杂，因此查找了很多资料来确定其燃烧过程产生污染物。但仅查到下列几种：多环芳烃-包括芴、蒽、萤蒽、苯并蒽、苯并芘、烟雾、炭黑、二氧化硫、三氧化硫等。偶个人感觉这些好像还不完全4建议慎重使用，煤焦油燃烧产生的污染物“十毒俱全”，有蒽、萘、酚、苯并芘等多种有毒有害物质。56一、煤气发生炉工作原理及产品特点： 1.工作原理 煤气发生炉是以煤为原料生产煤气，供燃气设备
9、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。 2.产品特点 1）以劣代优 我国是煤炭大国，但优质燃料构成有限，大部分是劣质煤和二类烟煤。使用廉价褐煤和二类烟煤制气，在适用原料煤品种方面是一重大突破。我公司研制开发的 MQL-型煤气发生炉系列产品，可以大幅度降底煤气成本，使用前景广阔。 2）节约能源 各种工业窑炉，锅炉采用本技术、设备后，可提高热效率 20-40%，燃料成本降低 30-70%，炉渣含碳量在 3%以下，与国
10、家标准（12%）相比，降低 9 个百分点，节能效果十分显著。 3）环境指标达到一类标准 在不另外设置除尘、脱硫装置的情况下，粉尘排放浓度100mg/Nm 3，林格曼黑度1 级，二氧化硫排放浓度200mg/Nm 3。 4）安全文明生产 采用低温常压水封煤气（出口煤气压力 400Pa）安全可靠，改善操作环境，减轻工人劳动强度。 二、主要技术指标 1.煤质应用要求 煤炭低位发热量 Q10mJ（2400kcal/kg），褐煤或烟煤；水份25%；挥发份35-50%；灰分25-35%；灰熔点1250；煤炭粒度：13-25，25-50，50-70mm；煤粉含量10%。 2.煤气热值 7煤气发热量 5.23-
11、5.65MJ/Nm3（1250-1350kcal/Nm 3）。 3.MQLIII 型煤气发生炉规格指标： 炉膛截面积 气化强度 装机容量 产气量 煤气供热量 规格 h kw Nm3h 104kjh 1.0m 0.785 250270 5.0 400 554.18 1.3m 1.32 250270 5.0 640 904.18 1.5m 1.77 250270 8.0 880 1204.18 1.7m 2.27 250270 10 1140 1604.18 2.0m 3.14 250270 12 1560 2204.18 2.26m 4.00 250270 13 2000 2804.18 2.6
12、m 5.31 250270 15 2800 3904.18 2.8m 6.15 250270 18.5 3050 4104.18 3.0m 7.07 250270 20 3520 4804.18 二、应用范围 煤气作为洁净燃料，可广泛应用于： 1、生活供暖； 2、商用供热如洗浴等需要蒸汽加热的场合； 83、工业窑炉如金属热处理炉、有色金属熔炼炉、锻造加热炉、回转窑、隧道窑以及非金属材料烧结窑、干燥脱水等加热设备。 三、应用实例 1、某合资饭店 该饭店设有桑拿、餐饮和宾馆部，一年四季需用热水。原来使用两台油炉（一台备用），日耗柴油 2 吨，以油价 3000 元吨计，每年直接燃油费用支出 219
13、万元。改造使用一台 2.26m 煤气发生炉，产气量 2000m3h，煤气热值 5.866.1MJNm 3（14001450kcalNm 3），可供两台锅炉同时使用。煤气发生炉造价为 3234 万元，日耗煤量 8.25 吨，煤价（沈北褐煤，低位热值为 2400 4.18KJ）为 126 元吨，年耗煤量 3011 吨，热煤直接费用支出 37.9 万元，热料直接费用节省了 181.1 万元。经济效益十分可观。 2、省外某机械厂 该厂为国外厂商配套生产大型齿圈，热处理工序靠委托外厂加工，每吨工件需支出费用 600 元。我公司为该厂设计了燃气热处理窑并为其配套一台 2.6m 煤气发生炉，使用当地出产的褐
14、煤作气化原料煤，使用后热处理成本仅需 60 元吨。年加工量以 2000 吨计（每窑热处理能力为 40 吨），可节省费用 100 多万元，与原来外委加工相比较，相当于年增加利润 100 多万元。该厂尝到了甜头，还要求我公司再为其生产三台煤气发生炉。 3、某锻造公司 该企业改造前使用燃油加热炉进行生产。不仅燃料费用高，还因造成环境污染被环保管理部门处罚多次。改造工程上马，一期先上了一台 2.8m 煤气发生炉，为两台加热炉提供燃气。不仅大量节省了燃料费用，还得到了环保部门的肯定和支持。该企业决定后续改造工程至少再上三台煤气发生炉，将所有燃油加热炉都改造为燃气炉，以追求更加可观的经济效益。 9一、背景
15、 现阶段，各类劳动密集型手烧式工业炉、中小锅炉、茶浴炉在我国众多地域仍普遍存在。长期以来，基于总体生产工艺较为落后的客观现实，上述绝大部分炉型的加热方式，一直以粗放性质的直接层状燃煤为主。由于选用燃料煤的挥发分含量高、受炉膛高温烘烤作用释放速度快、释放量较集中等特点，司炉方法及燃烧方式又决定了燃煤设施本身没有能力将瞬时高浓度挥发分燃烧完全，废气流的下游也基本无法采取行之有效的常规烟尘治理措施，所以“滚滚黑烟”往往给周边地区造成十分严重的大气污染。象鳢陵地区的电磁窑、陶瓷窑等，是非常典型的。 众多常规技术的现场实践经验及失败教训表明，工业炉、中小锅炉、茶浴炉等直接燃煤设施的烟尘治理根本出路在于改
16、变燃料结构及燃烧方式。根据我国现阶段的基本国情，仍然依托煤炭，实现工业炉、中小锅炉、茶浴炉等的炉前制气，进而完成它们燃料结构及燃烧方式的改变是目前乃至今后相当长一个时期最有效、最经济可行的办法之一。 二、混合煤气发生炉气化原理 1.简介 混合发生炉热煤气是一种以一氧化碳(CO)、氢气(H 2)及甲烷(CH 4)等可燃气体为主要成分的工业热燃料气。它是在特定结构的装置即发生炉内，控制气化条件，块煤(或焦炭)在空气(或氧气)和蒸汽混合组成的气化剂的作用下发生一系列复杂的物理化学变化而产生的。 混合发生炉热煤气热值一般在 4.67.5MJ/Nm 3(或10981790Kcal/ Nm 3)之间(上限
17、为富氧鼓风)，若进入燃烧器的预混空气进行预热，实际燃烧温度最高可达到 1500左右，因此，混合发生炉热煤气在机械、冶金、建材、陶瓷、化工、食品等部门具有广泛的适用性。 2.化学反应 混合发生炉热煤气生产过程可能发生的化学反应包括： CO 2CO 2408.8MJ 2CO 22CO246.4MJ CCO 22CO162.4MJ CH 2O(g)COH 2118.8MJ C2H 2O(g)CO 22H 275.2MJ 10 COH 2O(g)CO 2H 243.6MJ 上述反应进行的程度取决于发生炉的操作条件，即气化温度、压力、气化剂的组成和流速、气化剂与燃料的接触时间以及燃料的反应性、表面性质等
18、。 3.生产方式 发生炉在生产过程中，气化剂从炉底进入炉内煤层，气化生成的粗煤气从顶部输出. 灰渣层，厚度约为 100200mm，气化剂在灰渣层中不发生化学变化，只与灰渣进行热交换，气化剂吸收热量升温预热，灰渣释放热量被冷却，同时对炉箅起保护作用。 氧化层，即有 O2存在的燃料层，煤中固定碳与气化剂中的氧气发生强烈氧化反应，放出大量的热，使炉内保持足够的温度。 还原层，从氧化层上来的高温 CO2和水蒸气与炽热的碳发生还原反应，吸收热量，生成 CO 和 H2。 干馏层，煤炭受热干馏，释放挥发分，得到 CH4、焦油蒸汽等气态烃类物质及其它气体成分。 干燥层，入炉煤炭在该层内脱除水分。 氧化层结合还
19、原层又称发生炉火层。 三、热煤气燃烧系统 1.工艺流程 热煤气燃烧系统由煤气发生炉、除尘器、隔离水封、热煤气管道、燃烧器(用户)等组成，其关键设备是煤气发生炉。 2.TD 型混合煤气发生炉 TD 型混合煤气发生炉是由天地科技股份公司环保事业部开发设计，协作单位加工生产的一种专门为劳动密集型中小工业炉以及民用中小型手烧式锅炉、茶浴炉提供洁净热燃料气的煤炭气化装置。目的是在工业炉、锅炉、茶浴炉的燃烧室结构及燃料来源不改变的前提条件下，通过改变燃烧方式，解决上述用户普遍存在的资源浪费及黑烟排放形成的大气污染等问题。TD 型混合煤气发生炉共包括两种系列，即 TD1 系列和TD2 系列，前者为半自动结构
20、，适合间歇式生产的工业炉使用；后者为全自动结构，适合连续性生产的工业炉使用。 结构特征 11以 TD1 型混合煤气发生炉为例，如图 1 所示： 炉型选择 TD 型混合热煤气发生炉，包括 600、800、 1000 、1200 、1600 、2000 及 2600 等规格，处理煤量分别为 5680kg/h、 100142.5 kg/h、157223kg/h、225320 kg/h、400570 kg/h、625890 kg/h、10561505 kg/h。 主要技术参数包括： 煤气热值(低) ： 50205650KJ/m 3（12001350KCal/m 3） 适用燃料(块煤或型煤) ： 烟煤、
21、焦炭、无烟煤 燃料块度： 613、1325、2550 毫米 出口煤气温度： 400500 出口煤气压力 ： 100 毫米水柱 鼓风饱和温度： 5065 最高鼓风压力： 250 毫米水柱 灰层高度： 100300 毫米 火层高度： 100200 毫米 料层总高度： 10001200 毫米 热煤气效率： 80% 热煤气燃烧温度：1350 121锥形水封，2出灰齿条，3出灰齿轮，4手柄，5发生炉体，6加煤钟罩，7水封盖，8单斗提升机轨道，9加煤箱，10快速清灰孔，11炉箅，12卷扬机，13料斗 图 1 混合煤气发生炉结构示意图 特点 1) 热煤气连续产生，燃烧过程稳定； 2) 窑炉热工工况很容易保证和调整，生产温度随意调解； 3) 操作简单，劳动强度小； 4) 设备保证期 10 年； 5) 节煤率不小于 20%； 6) 燃烧废气达到国家规定的一类地区大气污染物排放标准(林格曼黑度等级接近 0 级，含尘量低于 50mg/Nm3)。13
