未经允许  文章禁止转载或者拷贝上传到其他网站

摘要：从煤气发生炉的结构及造气过程着手，对两段干馏式煤气发生炉与一段式和两段式煤气发生炉进行了较为系统的对比分析。就煤气质量和产量、焦油回收、资源的节约利用、设备的操作维护等方面，两段干馏式煤气发生炉都优于一段炉和两段炉，干馏炉特别适合于气化含水分、挥发分和灰分较高的烟煤。

关键词：煤气发生炉，一段式煤气发生炉；两段式煤气发生炉；两段干馏式煤气发生炉；煤气质量和产量；焦油回收；资源节约利用；设备操作维护；清洁型煤气发生炉；环保型煤气发生炉；新型煤气发生炉

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

  近年来受国际石油价格波动及国内石油（天然气）供应能力和供应构架的影响，国内石油、液化石油气及天然气的价格在不断震荡中上升，而中国煤炭资源相对丰富，其单位热值价格相对较低，受国际能源价格的影响也较小，其供应构架也比较符合市场经济规律，但同时煤炭作为直接燃料的应用又受到国家严格的环保政策的制约，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，既符合中国能源安全战略和环保政策，又符合相关燃耗企业的利益要求，得到了诸如玻璃、陶瓷、冶金、机械、化工等燃耗较大行业的广泛应用。

  对于拟选用发生炉煤气的企业而言，发生炉炉型的选择至关重要，如果选择不当，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。本文就干馏式煤气发生炉与一段式煤气发生炉和两段式煤气发生炉，从煤气发生炉的结构及造气过程着手，就三种炉型在煤气的产量和质量、焦油回收、资源的节约利用、设备的操作维护等方面等几个方面进行了对比与分析，旨在帮助企业在选用煤气发生炉时做到心中有数，少走弯路。

1. 煤气发生炉的结构及造气过程分析

1.1 一段式煤气发生炉

图1 一段式煤气发生炉示意图

  一段式煤气发生炉参见图1，利用提煤机将煤加入加煤机，通过加煤机将煤加入煤气发生炉炉膛内；将蒸汽及空气作为气化剂鼓入炉底进风箱进入炉内，在发生炉内煤与气化剂在高温条件下发生“氧化－还原”反应，产生合格煤气，发生炉内由下向上分别为灰层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层，其最上部为1.5-2m的空层，该层没有煤料，由此可见一段式煤气发生炉的干馏层和干燥层非常薄，不利于煤的干馏和干燥。

1.2 两段式煤气发生炉

图2 两段式煤气发生炉示意图

（1）煤气发生炉内固态物质行程

  通过加煤机将储煤仓中的煤分批次注入煤气发生炉内（两段式煤气发生炉为满料层操作，不存在一段炉的空层），加入煤气发生炉中的煤首先进入干馏段，煤在干馏段中缓慢下移（约需8-10小时煤料到达反应层），在此经历干燥及低温干馏过程。首先煤炭中的水分被干燥出来，随着煤炭的不断下移，温度进一步升高，干馏出焦油和干馏煤气。经过干燥和干馏后呈半焦状态的煤继续下移，进入气化段，在气化段经过氧化还原反应，形成以CO和H₂为主要成分的煤气。煤炭中的灰分及极少部分未参与反应的煤炭以灰渣形式继续下移，由灰刀将其清出炉外。

（2）煤气发生炉内气态物质行程

  如图2所示，作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内，在1100－1200℃条件下，与进入气化段的呈半焦状态的煤发生氧化还原反应，形成以CO和H₂为主要成分的煤气M。煤气分两部分向上运行，其中一部分M₂通过下段煤气夹层通道上移，最后从下段煤气出口导出，该部分煤气被称为下段煤气；而另一部分煤气M₁则在煤气发生炉料层内上行进入干馏段，通过与缓慢下移的气化用煤直接接触，将其热量直接传给气化用煤，进行上面叙述的干馏和干燥的过程，同时产生一部分以烷烃类高热值气体为主的干馏煤气M₃。这部分上行煤气及干馏过程中产生的干馏煤气一起由上段煤气出口导出，形成上段煤气。

1.3 两段干馏式煤气发生炉

图3 干馏式煤气发生炉示意图

  两段干馏式煤气发生炉参见图3，利用提升机构将煤加入储煤仓，操作液压自动加煤机将煤分批注入煤气发生炉（两段式煤气发生炉为满料层操作，不存在一段炉的空层）。加入煤气发生炉中的煤首先进入干馏段，煤在干馏段中缓慢下移（约需8-10小时煤料到达反应层），在此经历干燥、干馏过程。首先煤炭中的水份被干燥出来，随着煤炭的不断下移，温度进一步升高，焦油及大部分硫化物也被干馏出来，形成碳氢化合物和轻质焦油被煤气携出炉外。

  同时，作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内，在1100-1200℃条件下与进入气化段的呈半焦性质的煤发生氧化还原反应，形成以一氧化碳和氢气为主要成分的煤气。煤气向上运行进入干馏段，通过与缓慢下移的气化用煤直接接触，将其热量直接传给气化用煤，进行上面叙述的干馏、干燥的过程，同时产生一部分以烷烃类高热值气体为主的干馏煤气。这部分上行煤气及干馏过程中产生的干馏煤气一起由煤气出口导出。

2. 两段干馏式煤气发生炉的优势分析

2.1 煤气与焦油

（1）煤气热值与产量

三种煤气发生炉在以烟煤为气化煤种时，产气量、煤气热值略有差异，其对比结果参见表1。

                                        表1 发生炉煤气热值及产量对比分析

（2）焦油质量与回收

  一段式煤气发生炉，由于干馏层较薄，煤被加入炉膛后经过较短的时间进入高温区，在高温炉膛里迅速受热，固化、裂解产生高温裂解焦油，该焦油粘稠度高、流动性差，易于和煤尘混合而堵塞管道，该焦油可应用性较差，该焦油燃烧容易产生致癌物质，回收应用价值不高。

  两段式煤气发生炉，由于增加了一个适当高度及结构的干馏段，气化段所产生的高温煤气一部分通过干馏段，使其中的煤被徐徐加热，进行低温干馏，所产生的低温干馏焦油不会发生裂解，焦油粘度低，流动性好，再经过电捕焦油器捕除煤气中的低温干馏焦油，该焦油应用性较好，但对于两段式煤气发生炉而言，需要根据煤中所含的水分和挥发分的情况，调整煤气上行和下行的比例，以便提供足够的热量保证煤炭在干馏段中得到充分干馏，否则下段煤气中便会产生同一段式煤气发生炉一样的质量较差的焦油，该部分焦油和煤粉混合容易堵塞煤气管道和净化设备。

  两段干馏式煤气发生炉，其干馏段高度与两段式煤气发生炉相同，与两段式煤气发生炉不同的是，其气化段所产生的煤气全部通过干馏段，它向煤料提供的干馏热量约为两段炉的两倍，所以干馏效率和煤炭的干馏均匀度均得以有效提高，使煤炭干馏更为彻底，这部分焦油为低温干馏焦油，焦油粘度低，流动性好，具有较好的可应用性。

2.2 煤炭资源节约

  一段式煤气发生炉操作时，空层高、料层薄，加煤、插钎和煤料热爆产生大量煤粉，被煤气携出，从而造成资源浪费。两段式煤气发生炉在插钎操作、煤料热爆时，其下段煤气仍有许多飞灰携出，但和一段炉比较煤粉携出量要少许多，但煤炭资源的浪费同样严重。

  两段干馏式煤气发生炉在煤气减少携灰方面大大优于一段炉和两段炉，在气化段煤料热爆产生的煤尘和探火打钎时搅起的煤尘，随煤气进入干馏段，经过厚厚的料层过滤后，基本全部沉积下来，到气化段后又重新进行氧化还原反应，煤炭资源利用较为充分。

2.3 适于气化挥发分较高且灰分含量较高的煤

    如果气化用煤的挥发分含量较高，则干馏该煤所需要的热量较多，即必须有大量的高温煤气通过干馏段，而且干馏时间（高温煤气与需要干馏的煤炭接触时间）必须足够长，为煤炭干馏提供热量，才能保证该煤干馏彻底。而灰分含量较高的煤，一般固定碳含量较少，对于同样直径的煤气发生炉，气化灰分含量较高的煤，其气化段内单位时间产生的煤气量较少。如果采用一段炉气化该种煤，由于一段炉干馏段较薄、干馏时间较短，无法保证煤炭的充分干馏；如果采用两段炉气化该煤，气化段产生的煤气一部分从下段引出形成下段煤气，从而减少了用于干馏煤炭的上行煤气量，造成干馏段内煤炭干馏不彻底；采用干馏式煤气发生炉气化该煤，气化段产生的高温煤气全部上行进入干馏段，而且发生炉干馏段较高，这样既保证了用于煤炭干馏的高温煤气量，又保证了煤炭的干馏时间，所以两段干馏式煤气发生炉最适于气化挥发分较高且灰分较高的煤。

2.4 煤气发生炉的操作与维护

  一段式煤气发生炉由于设备少，控制点少，但需要控制适当高度的空层和相对水平的料层，对发生炉的加煤和布煤要求较为严格。

  两段式煤气发生炉为满料层自动操作，不需要保持空层，而且对顶部料层的水平程度要求也比较宽松，但需要根据气化用煤的挥发份含量、内在及外在水的含量及煤气产量的不同，对上、下段煤气流量比例进行适当的调节，否则会造成煤炭干馏不充分，既影响煤气质量，又会造成下段煤气焦油含量增加。

  两段干馏式煤气发生炉既保留了两段炉在料层控制方面简单的优势，同时由于气化段所生产的煤气全部上行由于干馏煤炭，所以不需要对煤气进行流量比例的调节，大大降低了煤气炉的操作和维护的复杂程度。

3. 结语

  综合以上分析，就煤气质量和产量、焦油回收、资源的节约利用、设备的操作维护等方面，两段干馏式煤气发生炉都优于一段炉和两段炉，干馏炉特别适合于气化含水分、挥发分和灰分较高的烟煤。

参考文献：

[1] 苑卫军，秦利生，李建胜等，煤气发生站工艺选型要点分析［J］，煤气与热力，2008（7），32-34

[2] 唐山科源环保技术装备有限公司，带干馏段的单出口煤气发生炉［P］，中国：200520024406.X，2006年8月

[3] 苑卫军，常压固定床带干馏段煤气发生炉研究（硕士学位论文）［D］，北京：清华大学，2004

[4] 刘顺利，杨铁英，苑卫军，干馏炉半冷煤气站与其他热煤气站对比分析［J］，能源工程，2009（4）：50-53

[5] 寇公，煤炭气化工程［M］，北京：机械工业出版社，1992