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煤气发生炉工作原理与煤气发生炉煤气成分

在一般的煤气发生炉中，煤是由上而下、气化剂则是由下而上地进行逆流运动，它们之间发生化学
反应和热量交换。这样在煤气发生炉中形成了几个区域，一般我们称为“层”。
按照煤气发生炉内气化过程进行的程序，可以将发生炉内部分为六层（见混合煤气发生炉结构示意
图）：　1）灰渣层；2）氧化层（又称火层）；3）还原层；4）干馏层；5）干燥层；6）空层；
其中氧化层和还原层又统称为反应层，干馏层和干燥层又统称为煤料准备层。　
（1）灰渣层：　煤燃烧后产生灰渣，形成灰渣层，它在发生炉的最下部，覆盖在炉篦子之上。
其主要作用为：　
a保护炉篦和风帽，使它们不被氧化层的高温烧坏；　
b预热气化剂，气化剂从炉底进入后，首先经过灰渣层进行热交换，使灰渣层温度降低，气化剂温度升高
。一般气化剂能预热达300-450℃左右。　
c灰渣层还起了布风作用，使进入的气化剂在炉膛内尽量均匀分布。　
（2）氧化层：　也称为燃烧层（火层）。从灰渣中升上来的气化剂中的氧与碳发生剧烈的燃烧而生成二
氧化碳，并放出大量的热量。它是气化过程中的主要区域之一，其主要反应是：　C+O2→CO2+97650大卡
氧化层的高度一般为所有燃料块度的3-4倍，一般为100-200毫米。气化层的温度一般要小于煤的灰熔
点，控制在1200℃左右。　
（3）还原层：　在氧化层的上面是还原层。赤热的碳具有很强的夺取氧化物中的氧而与之化合的本领，
所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。这一层也因此而得名，称为还原层，
其主要反应为：　CO+C→2CO+38790大卡　H2O+C→H2+CO+28380大卡　2H2O+C→CO2+2H2+17970大卡　由
于还原层位于氧化层之上，从上升的气体中得到大量热量，因此还原层有较高的温度约800-1100℃，这
就为需要吸收热量的还原反应提供了条件。而严格地讲，还原层还有第一、第二之分，下部温度较高的
地方称第一还原层，温度达950-1100℃，其厚度为300-400毫米左右；第二层为700-950℃之间，其厚度
为第一还原层1.5倍，约在450毫米左右。　
（4）干馏层：　干馏层位于还原层的上部，由还原层上升的气体随着热量的被消耗，其温度逐渐下降，
故干馏层温度约在150-700℃之间，煤在这个温度下，历经低温干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生
甲烷、烯烃及焦油等物质，它们受热成为汽态，即生成煤气并通过上面干燥层而逸出，成为煤气的组成
部分。干馏层的高度随燃料中挥发份含量及煤气炉操作情况而变化，一般＞100毫米。
（5）干燥层：　干燥层位于干馏层上面，也即是燃料的面层，上升的热煤气与刚入炉的燃料在这层相遇
，进行热交换，燃料中的水分受热蒸发。一般认为干燥温度在室温－－150℃之间，这一层的高度也随各种
不同的操作情况而异，没有相对稳定之层高。
（6）空层：　空层即燃料层上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气。也有的同志认为：煤气在
空层停留瞬间，在炉内温度较高时还有一些副反应发生，如：CO分解、放出一些炭黑：　2CO→CO2+C 以
及2H2O+CO→CO2+H2 从上面六层简单叙述，我们可以看出煤气发生炉内进行的气化过程是比较复杂的，
既有气化反应，也有干馏和干燥过程。而且在实际生产的发生炉中，分层也不是很严格的，相邻两层往
往是相互交错的，各层的温度也是逐步过渡的，很难具体划分，各层中气体成份的变化就更加复杂了，
即使在专门的研究中，看法也是分歧的。 煤气炉的结构: 对于固定床煤气炉有多种结构型式，按不同部
位分述如下： 1加煤装置：间歇式加煤罩；双料钟；振动给煤机；拨齿加煤机。 2炉体结构：带压力全
水套；半水套；无水套（耐火材料炉衬）；常压全水套。 3炉篦：宝塔型；型钢焊接型。 4灰盘传动结 构：拨齿型；蜗轮蜗杆型。

煤气发生炉煤气成分
所谓煤气发生炉炉出煤气，是指煤在煤气发生炉内气化反应所产生的，自煤气发生炉出口导出未经净化的煤气。该煤气由单一可燃气体成分（CO、H2、CH4）、气态烷烃类化合物（CmHn）、H2S、不可燃气体成分（CO2、N2、O2）以及焦油蒸汽、粉尘固体微粒和水蒸汽所组成。
1、煤气气体组成及煤气热值
　气化烟煤时，煤中的CO含量较高，而且还会有少量的CmHn，煤气热值也较高；气化无烟煤时，CO和CH4含量都较气化烟煤时要低，煤气热值也即较低；气化褐煤时，CO含量较低，但H2和CH4相对也要高一些，煤气热值也较高，但是，褐煤的气化产率较低，仅为2Nm3/kg(煤)左右，而气化烟煤或无烟煤时，气化产率可达3～3.5Nm3/kg(煤)。
表1  几种煤气化时煤气组成及煤气热值

煤种
煤气气体组成
煤气热值
CO
H2
CH4
CmHn
O2
CO2
N2
MJ/Nm3
无烟煤
25-30
15-18
0.5-1.5
—
0.1-0.3
4-8
49-51
5.23-5.86
烟煤
28-31
12-16
1.5-3
0.1-0.3
0.1-0.3
4-6
48-50
5.86-6.70
褐煤
24-26
17-19
3-3.5
—
0.1-0.5
6-8
46-48
6.07-6.28

2、煤气中的H2S
     煤气中的H2S含量多少与气化用煤中的含硫多少有关，一般煤中硫分的80%以H2S状态转入煤气中，20%的硫分残留在灰渣中。
3、煤气中的焦油
     煤气中的焦油含量多少与煤中的挥发分多少有关，气化无烟煤时煤气中的焦油含量很少，气化烟煤时煤气中的焦油产率为入炉煤重量的2%～6%，标准状态下每m3干煤气中含焦油量为0.01～0.02kg。
4、煤气中的水分
　  煤气中的水分来源于蒸汽的未分解部分、煤的低温干馏热解水以及煤中的水分，一般来说，气化烟煤、无烟煤时煤气中的水分约为0.06kg/Nm3，而气化褐煤时，煤气中的水分较高，可达0.13～0.27kg/Nm3。
5、煤气中的粉尘固体颗粒
      煤气中的粉尘固体颗粒（即带出物），它与煤的热稳定性、入炉块煤中的含粉末率、以及炉内的气化强度、入炉煤的粒度分布、煤层厚薄等因素有关，一般情况下，煤气中的粉尘固体颗粒量为入炉煤重量的4%～6%。

表2  气化不同煤种煤气中的水分、焦油、粉尘固体颗粒含量
燃料
煤气温度
(℃)
煤气中含量[g/m3(标准)]
水分
粉尘固体颗粒
焦油
波动范围
平均
波动范围
平均
波动范围
平均
无烟煤
烟煤
褐煤
泥煤
390～680
600～680
110～330
70～120
40～100
70～100
160～288
260～520
70
80
220
440
4～25
11～17
11～22
—
10
15
16
15
—
8～15
7～29
18～51
—
10
15
37