1、煤气发生站工艺选型要点分析摘要：本文从不同的角度，简要阐述了煤气发生站工艺选型的重要性，并就企业在煤气发生站的工艺及设备选型方面需要注意的一些问题，进行了重点分析，并具有针对性地提出了相关建议。关键词：煤气发生站；煤气发生炉；工艺；煤种；煤气净化；煤气质量；煤气压力；环保区域 0 引言最近，国内外石油价格不断攀升，而液化石油气及天然气的价格则随之攀高不下，且气源局限性很大，所以一些诸如玻璃、陶瓷、冶金、机械、化工、建材等燃耗较大的行业，纷纷将目光转移到在我国能源结构中具有举足轻重地位的煤炭资源上来 1。而煤炭资源作为燃料的应用又受到国家严格的环保政策的制约，大气污染指标纷纷成为各大中城市环保达
2、标程度的标尺，所以在许多城市，“原煤散烧”被列入明文限制之列。在这种形式下，煤气发生炉作为煤炭资源洁净利用的一种形式，越来越受到燃耗企业的关注 1。而对于这些拟选用煤气发生站的企业而言，由于对煤气发生站接触较少，究竟选用什么样的煤气发生站？选择哪种煤气发生炉？选择几台煤气发生炉？选择哪种净化工艺？等等一系列问题摆在眼前，一头雾水。如果选择不当，有可能造成不必要的投资损失，或者虽然投资较少，但不能适应生产要求而造成更大的损失。本文从拟选用煤气发生站的企业的角度，就煤气发生站工艺选型设计的一些要点问题进行简要分析和阐述，旨在使企业在选用煤气发生站做到心中有数，少走弯路。1.煤气发生站工艺选型的重要
3、性煤气发生站工艺选型设计是煤气发生站设计的第一步，对于应用企业来说，属于整体“项目可行性论证文件”的一部分。该工艺选型设计不仅必须要结合企业将来的实际应用要求，而且还要考虑当地诸多因素（如地理气候、资源配置及环境情况等）的影响。要做到工艺选型设计合理必须针对企业量体裁衣，要对企业进行深入的了解后作出方案，所作方案有可能只适于该企业。不结合实际、生搬硬套的工艺选型方案，往往给企业造成不可估量的损失。例如，某煤气发生炉制造厂为沈阳某陶瓷厂承建的煤气发生站，于 2001 年建成投产为喷雾干燥塔制粉提供燃料，该站由于煤气净化工艺不符合东北地区“冬季严寒”的气候要求，投产进入冬季后，便出现双竖管、洗涤塔
4、、电捕焦油器等设备及其管道经常堵塞的现象，造成该站无法正常运行，严重影响生产，被迫于 2002 年停止使用，给企业造成极大损失。此类实例不胜枚举，更为严重的，有的煤气发生站建成后，由于某一环节没有考虑周全，造成从根本上不能满足生产要求，不得不将其闲置，成为废铁一堆。煤气发生站工艺选型设计至关重要，设计选型正确，是保证整体实施方案取得满意效果至关重要的第一步。2.煤气发生站工艺选型2.1 工艺选型主要内容煤气发生站工艺选型所涉及内容较为复杂，设计者选型时，应重点注意以下几方面： 煤气发生炉型号选择 煤气发生炉规格选择 备用设备及设备分期预留考虑 煤气发生站净化工艺选择 煤气加压工艺选择2.2 工
5、艺选型主要依据企业对煤气发生站进行工艺选型，必须结合自身的资源条件、环境要求、最终产品情况和用气设备对煤气的要求等一系列因素，进行综合考虑。2.2.1 气化煤种煤气发生炉最常用的气化煤种为弱粘结性烟煤和无烟煤，根据气化煤种的选择，初步可以确定煤气发生炉的最佳选择型号。例如，气化无烟煤无疑要选择一段式（1Q）煤气发生炉；气化弱粘结性烟煤最佳选择为两段式(3Q)煤气发生炉或干馏式(5Q)煤气发生炉。具体选择还要结合冷热煤气的工艺选择，参见表 1。 表 1 煤气发生炉的优先选型 1热煤气 冷煤气气化煤种1Q 3Q 5Q 1Q 3Q 5Q烟煤 可以使用 效果好 效果好 不推荐 效果好 可以使用无烟煤
6、效果好 不推荐 不推荐 效果好 不推荐 不推荐2.2.2 拟选气化用煤的品质气化用煤的品质主要是指该煤符合煤气发生炉用煤指标要求的综合达标指数，常压固定床煤气发生炉用煤指标详见表 2，其中，煤灰熔融软化温度 ST/、热稳定性 TS+6（%）、发热量 Qnet，ar （MJ/kg）为主要指标。如果拟选择的气化用煤经综合评定可以用于气化，但综合达标指数较低，说明该煤用于气化品质较差，选择煤气发生炉规格时，应在制造商样本提供数据基础上，选择大一或两个规格档次的煤气发生炉。表 2 常压固定床煤气发生炉用煤质量技术条件和试验方法（GB/T9143-2001） 2 3项 目 技术要求 试验方法类别长焰煤、
7、不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤、气煤、1/3 焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤、无烟煤GB57511986烟煤 2550，50100，2580粒度/mm无烟煤 1325，2550，50100GB/T1891997块煤限下率（%） 18 MT/T11996含矸率（%） 3.0 MT/T11996特级 12.00一级 12.0118.00灰分Ad（%）二级 18.0124.00GB/T2122001Ad12.00% 110012.00%A d18.00% 1150煤灰熔融性软化温度ST/Ad18.00% 1250GB/T2191996全硫 St，d （%） 1.0（无煤气脱硫装置时） GB/T214199
8、6热稳定性 TS+6（%） 60.0 GB/T15732001抗碎强度 SS（%） 60.0 GB/T154592006无搅拌装置 y12胶质层最大厚度y/mm 有搅拌装置 y16GB/T4792000烟煤 21.0低位发热量Qnet，ar （MJ/kg） 无烟煤 23.0GB/T21320032.2.3 企业利用煤气制造的产成品或用气设备对煤气质量的要求企业利用煤气制造的产成品的要求决定了拟建煤气发生站选择冷煤气工艺还是热煤气工艺，而且基本确定了煤气净化工艺设备的选择。例如，利用煤气烧制耐火材料、熔化玻璃、建筑陶瓷喷塔制粉或钢铁行业的喷煤、烤包及烧结等，由于产品对煤气质量要求不太严格，一般选
9、用热煤气工艺即可。而对于一些利用煤气直接加热或烧制的产成品对煤气净化质量要求较高时，则必须选用具有产品针对性的冷煤气净化工艺。其中最典型的是陶瓷行业，明焰裸烧的窑炉一般选用洁净的冷煤气，隔焰烧成或匣钵烧成的窑炉一般对煤气的洁净程度要求不严，可以选用热煤气，明焰裸烧的卫生瓷、日用瓷和带釉面的建筑陶瓷往往对煤气中的 H2S 含量要求比较严格，一般还要求煤气发生站设置脱硫设施 1 4。总之，企业究竟选择冷的煤气发生站还是热的煤气发生站，净化工艺及净化设备究竟如何选择，必须结合企业产成品和用气设备对煤气质量的要求确定。2.2.4 建站位置所处环保区域类别一般企业基本都是从降低生产成本和环境保护两方面出
10、发，考虑建设煤气发生站的。但降低生产成本第一步便是降低投资成本，而加强环境保护的前提是从环保角度综合考虑拟建煤气发生站的工艺及设备选择，这样势必会加大资金投入，与降低投资成本形成矛盾，如何调节这种矛盾便成了企业建设初期首先要考虑的问题。从国家环保政策出发，首先确认企业建站位置属于国家相应规范及标准划定的哪类环保区域，然后再根据所属类别环保区域的国标要求及企业自身要求，确定选择煤气发生站的工艺和设备，但就企业长远发展考虑，建议企业在自身条件允许的前提下，尽量选用高于所属环保区域类别要求的环保节能型煤气发生站工艺及设备。2.2.5 用气设备的连续运行程度要求用气设备的连续运行程度要求直接关系到煤气
11、发生站备用设备的选择。例如生产建筑陶瓷的喷雾干燥塔，根据建筑陶瓷生产工艺要求一般每周都需要停塔一次，所以，为生产建筑陶瓷的喷雾干燥塔配套的煤气发生站在选择设备时，除水泵和风机需选用备用外，其他设备可以不考虑备用；而玻璃行业则不同，因为玻璃窑炉一般都要求一次性连续运行四至五年，所以，为玻璃窑炉配套的煤气发生站选用煤气发生炉时，不但应该考虑选择负荷余度大一些的炉型，而且要尽量设置备用炉。2.2.6 用气设备对煤气压力的要求不同的用气设备对煤气压力的要求各不一样，有的要求高于 20000Pa，而有的只要求1000 Pa 左右，这就要求我们在选择煤气加压工艺时，根据用气设备对煤气压力的要求，并结合厂区
12、煤气管网的布置情况，合理配备煤气加压机，以达到节约建设投资成本和降低设备运行成本的效果。2.2.7 企业总体建设规划的要求企业建设一般都有总体规划，有可能需要分期建设。如果整体工程需要分期建设，在进行煤气发生站一期设计时，就必须要统筹考虑，不但要对二期或三期用地做出预留规划，而且，要在一期设备选型时尽量考虑出与以后几期工程的衔接与配套。这样，可以大大降低总体工程投资。3 结论综上所述，煤气发生站工艺的合理选型对建站企业综合降低建设投资和运行成本至关重要，而影响煤气发生站工艺选型的因素又纷繁复杂，各种影响因素对煤气发生站工艺选型的要求往往又存在许多矛盾点，这就需要我们在工艺选型时，综合考虑、分清
13、主次、合理选择，使之最大限度的趋于合理。参考文献：1 苑卫军.，常压固定床带干馏段煤气发生炉研究（工程硕士学位论文）.，北京：清华大学.，20042 程庆辉，煤炭产运销质量检测验收与选煤技术标准实用手册，北京：北京科海电子出版社，20033 煤炭行业标准汇编-煤质.检测.加工利用卷，北京：化学工业出版社，20064 王同章，煤炭气化原理与设备，北京：机械工业出版社，2001固定床发生炉煤气组分含量与调整(2010-03-01 15:55:15) 标签： 杂谈固定床发生炉煤气组分主要有 CO2、CO、H2、O2、CH4、N2 等组成。一氧化碳，氢气、甲烷是可燃气体，其含量的变化将直接影响煤气热值
14、，一氧化碳、氢气、甲烷的含量增加煤气热值提高。固定床发生炉煤气的一氧化碳含量与氢气含量的比一般是 2：1，一氧化碳含量 2832%（体积百分比），那氢气的含量 1416%。以上可燃气体当中一氧化碳火焰最长，氢气最短，一氧化碳含量升高对保持窑温均匀稳定是非常有好处的。下面就详细阐述了煤气组分含量如何变化的：H2 的含量：气化剂中水蒸气在气化层中的主要反应如下：C + H2O（）= CO + H2-28.36KCal/molC + 2H2O（）= CO2 + 2H2 3.90KCal/molCO + H2O（）= CO2 + H2 + 10.11KCal/molH2 + 1/2O2 =H2O +
15、57.75KCal/mol水蒸气与燃料 C 的反应属于一级反应，是空气+H2O（）鼓风时的主要过程，水蒸气分解的一级反应取决于温条件，在高温条件下进行的主要反应是 C + H2O（）= CO + H2 ，在低温下进行 C + 2 H2O（）= CO2 + 2H2 ，而 CO + H2O（）=CO2 + H2 为变换反应称为水煤气反应是放热反应，温度（T）升高其平衡向左移动。H2O（）的分解程度可以用分解率表示，即分解的 H2O（）与加入 H2O（）量的百分比。H2O（）的分解率取决于反应温度、时间以及煤的活性，反应温度愈高，活性越强，分解率愈高。H2 + 1/2O2 = H2O 是体积缩小的反
16、应，其速度快，温度升高，平衡点向左移动，压力升高平衡向右移动。在氧化层温度条件下 H2 + 1/2O2 = H2O 的速度不可比拟地高于 C + H2O（）= CO + H2 的反应速度，所以通过氧化层的水蒸气不与 C 发生相互作用，只降低火层温度。氧化层反应越剧烈，为了冷却氧化层温度所需要的水蒸气越多，在还原层中的水蒸气分解率就越低。C + H2O（）= CO + H2 830时 K= 1（K 为平衡常数）温度升高，反应向左进行，为了使这个反应尽可能地向右进行，需要在气化炉较低温度下进行此反应，这就要在反应中加入催化剂 Fe2O3/CR2O3 或 Co/Mo，此时反应温度为 300600 度
17、，用铜作催化剂反应温度为 180270。从我厂气化炉内的反应来看：C + H2O（）= CO + H2 饱和温度升高，水蒸气增加反应向右进行，CO 降低、H2 升高、热值减小，饱和温度降低水蒸气减小，反应向右进行，CO升高、H2 降低、热值增加；分析：炉内温度低：在低温时主要进行 C + 2H2O（）= CO2 + 2H2 3.90KCal/mol 的反应此反应是一个吸热反应。因此在进行反应时就要吸收来自火层的热量，炉内温度低，产生热量少，水蒸气的分解率低，产生 H2 减少。CO 的含量：煤气中的 CO 来源：A 煤在干馏及干燥层析出的 CO，这个量一定与煤质有关；B 气化层产生的 CO。煤在
18、气化炉的氧化层发生下列反应：C + 1/2O2 = CO + 29.45KCal/molC + CO2 = 2CO 38.42KCal/molCO + 1/202 = CO2 + 76.61KCal/molC + 1/2O2 = CO + 29.45KCal/mol 为 C 的不完全反应，是氧气与 C 的间接还是直接反应尚难判定，但在高温下反应为不可逆地向右进行，因此提高炉内温度有助于 CO 含量的提高。C + CO2 = 2CO 称为发生炉煤气反应，是可逆反应，其平衡组成取决于温度和压力，由于此反应是体积缩小的反应，因此提高温度和降低压力有利于 CO2 还原成 CO；再由于此反应远小于氧化反
19、应速度，故温度尽可能提高。这种反应速度小的非均相反应，化学速度是控制因素，扩散则是次要的。CO + 1/202 = CO2 在气化过程中进行的可逆反应，在 1200 度时平衡组分中 CO2 为99.9%，1500 度时 CO2 为 99.6%，反应速度：C 的氧化反应稍慢。以上反应在进行的过程中，特别是在低温部分，燃料的反应能力有很大的影响，燃料的反应能力越高所得煤气中的 CO 含量越高。焦 C 在 1100时 4.5 秒开始生成 CO，大约在25 秒时含量达到 95%，期间成曲线上升，25 秒以后基本达到峰值；C 木 焦 C 无烟煤 烟煤（反应速度）两段炉有两个煤气出口温度，顶部气出口温度（
20、80120），底部气出口温度（500700 度）。2.6m 气化炉的气化强度为 235Kg/m2.h,根据图（1）分析可知：CO 在火层以上 700mm 处达到最大值 50mol%, CO2 最底值，CO44mol%；因此正确调整灰层，火层及还原层厚度，顶底部气配比可以改变 CO 的含量。详析：被灰层所预热的气化剂中的 O2 进入燃烧层中 70100mm 被全部用掉（O2 6% 较多时，需要对炉子进行调整，由于温度高不利于 CO2 的生成，当其含量8% 时，查明是火层温度低的原因，可适当降低气化剂饱和温度进行调整。如果发现还原层薄，结渣，局部熄火影响 CO2 的含量，则采取另外相应的措施调整，
21、使煤气中的CO2 含量逐渐恢复正常值。CH4 的来源：煤受热析出的 CH4，B 气化层气化反应生成的 CH4；生成甲烷的主要反应是：C + 2H2 CH4，CO2 + 4H2 CH4 +2H2O，CO + 3H2 CH4 + H2O 以上反应均为放热反应，温度升高反应平衡点向左进行，不利于 CH4 生成，压力升高有利于 CH4 的生成。而常压 500550时，C + 2H2 CH4 为多相反应，速度小于均相反应，如：CO + 3H2 CH4 + H2O的反应，而此反应需要相互作用的分子数多，显然在常压下此反应的几率小，在压力升高时几率增加。根据资料可知：C + 2H2 CH4 在 300，50
22、0时 K=PCH4/（PH2）2 且分别为5551*101，2202*100，在 600，1000时分别为 4336*10-1，9507*10-2，在低温下 CH4含量高，高温下含量低。O2 的含量：炉出煤气对氧含量规定较为严格，除安全因素外，还有氧含量变化能明显地反应出料层内操作状况，以便及时调整处理。两段炉煤气一般要求 O2 含量在 0.10.4%。鼓风时空气中的氧与炉内氧化层中的炽热焦碳粒发生剧烈氧化反应，同时放出大量热供炉内吸热反应与散热损失的需要，反应速度非常快，一般经过氧化层，绝大部分氧气被消耗掉，剩余的氧正常情况下含量0.4%，则随着上升的气流上升到其他料层，一般含量较为稳定。当
23、炉出煤气分析后发现氧含量超过 0。4%时，说明炉内氧化未进行完全，其原因有：A 氧化层温度低，气化剂饱和温度高，部分氧得不到完全反应，因此过剩，随上升气流上升；B 氧化层局部熄火，造成氧过剩；C 低负荷运转时，突然快速增大负荷，氧来不及消耗，造成过剩。出现上述三种情况都应及时调整炉况，以免在炉内形成爆炸混合物，发生爆炸。第一种情况调整时，适当降低气化剂饱和温度，以提高火层温度；出现第二种情况时，应首先查出局部熄火的原因，针对具体原因分别进行处理调整；第三种情况是要减缓升降负荷的速度。N2 的含量：由于 N2 是惰性气体，从风机鼓风到煤气的产出 N2 不发生任何反应，只是在火层吸收一部分热量，N
24、2 的显能给火层以上的各料层进行的反应提供热量，N2 的量不变。炉内温度高，生成 CO、H2 增多，同时热解作用强，析出的气体增加，使 N2 的相对百分比含量减少。鼓风量与煤气产量的关系： 煤气产量 = （空气中的 N2 含量/煤气中的 N2 含量）鼓风量（M3） 综上所述调整炉温，合理控制料层厚度可以提升煤气热值，提高产气率，提高气化强度。发生炉煤气站应用的政策限制与存在的问题(2010-02-26 09:18:39) 1 发生炉煤气站应用的政策限制由于技术工艺、设计制造、安装调试、日常维护和操作管理等原因，近几年，发生炉煤气站在安全生产和环境保护方面事故频发，给应用企业带来严重的经济损失，
25、也使政府安监和环境部门感到棘手头痛，随之而来的则是一系列相关的限制政策。国家关于进一步加强产业政策和信贷协调配合控制信贷风险有关问题通知（发改产业（2004）746 号）中明确提出“一段式固定煤气发生炉（不含粉煤气气化炉）”属于限制类，不允许新建；国家产业结构调整指导目录（2005 年本和 2007 年本）两度将“一段式固定煤气发生炉项目（不含粉煤气气化炉）”列为限制类项目；国家当前部分行业制止低水平重复建设目录（2007 年）也将“一段式固定煤气发生炉项目（不含粉煤气气化炉）”列为限制类项目；国家发改委 2007 年颁布的第 52 号文件平板玻璃行业准入条件规定：新建或改建平板玻璃项目，鼓励
26、使用天然气作为燃料，严格限制发生炉煤气为燃料。2005 年，温州市开始就煤气发生炉进行专项整治工作，规定全市范围内将停止安装、使用新的常压、微压煤气发生炉，分期、分批逐步淘汰在用的常压、微压煤气发生炉；淄博市在关于加快淘汰落后产品生产能力的意见（淄政办发200898 号），规定建材行业“十一五”期间，禁止使用一段式（含一段半式）冷煤气发生炉，禁止使用二段式水冷（洗）式煤气发生炉，禁止新上一段式（含一段半式）煤气发生炉；其他一些地（市）、区（县）就煤气发生炉的应用，也陆续颁布过类似的限制性文件。2 限制政策存在的问题2.1 疏于调研、不切实际常压固定床煤气发生炉，一般分为一段炉、两段炉和干馏炉，
27、它们分别适用于不同的气化煤种，发生炉最常用的气化煤种为弱粘结性烟煤和无烟煤，根据气化煤种的选择，初步可以确定煤气发生炉的最佳选择型号。两段炉和干馏炉相对一段炉而言，其结构上增加了一个适当高度及结构的干馏段，用于对高挥发份的煤炭先行干馏，然后气化，适于气化弱粘结性烟煤；而对于无烟煤而言，其挥发份较低（不大于 10%），两段炉和干馏炉的干馏段失去了其应用价值，而且由于干馏段的存在，增加了炉内煤气的上行阻力，特别是当气化热稳定性较差的无烟型煤时，由于炉内阻力问题两段炉和干馏炉根本无法正常运行，这一点在四川、云南一带气化无烟型煤时，得到了充分的验证。据此，气化无烟煤无疑要选择一段式煤气发生炉；气化弱粘
28、结性烟煤最佳选择为两段式煤气发生炉或干馏式煤气发生炉，具体选择还要结合冷热煤气的工艺选择，参见表 1。无论是国家政策条例还是地方通知文件，都将一段式煤气发生炉列为限制或禁止项目，其实是对不同类别煤气发生炉应用条件的混淆，是不切实际的。表 1 煤气发生炉的优先选型Table 1 Preferential Type Selection of Coal Gasifier热煤气 冷煤气气化煤种一段式 两段式 干馏式 一段式 两段式 干馏式烟煤 可以使用 效果好 效果好 不推荐 效果好 可以使用无烟煤 效果好 不推荐 不推荐 效果好 不推荐 不推荐2.2 疏于疏导、过于武断许多地方政府发现一些发生炉煤气
29、站在环境和安全方面存在诸多问题，便以通知、文件的形式，武断的一刀切，“下令拆除、禁止使用”。其实认真研究分析一下，可以发现出问题的煤气站，多数是由于未按照相关设计规范设计制造，或未按照煤气站安全操作规程进行规范管理造成的，相关政府部门应该对煤气站应用和制造企业进行疏导管理，督促、监督企业限期整改，同时禁止不合格发生炉煤气站的建设，这样，既有利于环境保护和安全生产，又能保证当地经济的良性发展。广东佛山是中国高档建筑卫生陶瓷的生产基地，发生炉煤气站应用较多，环境和安全问题也出现了不少，当地政府对“问题煤气站”采取了停产整顿、监督改进、合格复产的疏导政策，取得了显著的效果，达到了环境保护、安全生产和企业经济利益的三赢。3 结论（1）一段式固定床煤气发生炉，具有一定的应用条件，是气化无烟煤最为适合的炉型，不应将其列为绝对限制项目；国家及地方政府对于煤气发生炉的应用，应该予以监督疏导，不应武断的全盘否定。（2）设备制造企业只有立足技术、工艺创新，以煤气站的环境保护、安全生产为创新基点，深入挖掘系统资源节约的潜力，发生炉煤气站才能拥有稳定而广阔的发展空间。
