煤气发生炉造气过程的煤炭与热量消耗

我国是世界上煤炭资源较为丰富的国家之一，煤炭在我国能源构中占有举足轻重的地位，大力发展洁净煤应用技术符合我国能源安全战略，而且随着国际能源形势的日趋紧张，石油及天然气等能源价格不断飙升，以煤炭为原料制取的人工煤气，开始成为许多中国企业的首选燃料，其中发生炉煤气的应用最为广泛。煤气发生炉的造气过程，是煤炭与空气中的氧气和水蒸气发生氧化还原反应的过程，最终生成以CO和H2为主要可燃成分的发生炉煤气，为燃气用户提供燃料。通过合理的简化和假设，计算出煤炭及反应热量在各氧化还原过程中的消耗比例，有利于有针对性的采取相应措施，强化气化反应，降低不必要的能耗。 煤气发生炉气化反应简化 发生炉气化反应是以煤炭为气化原料，以空气及水蒸气为气化剂，煤气生产过程可以分两步理解：首先是空气通过燃料层，C与O2发生放热反应，为下一步反应提供热量和反应物CO2；随后是蒸汽和空气混合通过燃料层，C与H2O、O2和CO2发生吸热和放热的混合反应，生成发生炉煤气，忽略诸多中间反应，可以将发生炉气化反应过程简化如下。 （1）氧化层反应 碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳，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1000～1250℃左右，这主要取决于原料煤的气化反应活性，反应活性越强，需要的氧化层温度越低。 C+O2=CO2；△H=-409 KJ/mol （1） （2）还原层反应 还原层是生成主要可燃气体的区域，CO2与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃气体CO；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃的CO和H2，同时吸收大量的热。 CO2+C=2CO；△H=162KJ/mol （2） C+H2O=CO+H2；△H=119 KJ/mol （3） 发生炉气化反应过程中，碳与氧的氧化反应消耗总用煤量的33.2%，水煤气反应和CO还原反应各消耗总用煤量的47.5和16.0%，随灰渣排出炉外的煤占总用煤量的3.3%。发生炉操作时，控制的饱和温度不同，则各反应的反应强度不同，煤气中H2、CO及CO2组分比例不同，则各反应层煤炭消耗的比例也略有不同。 在煤气发生炉内，碳与氧的氧化反应在最后一道煤炭有效利用的反应层内进行，通过均化炉内布风、采用富氧气化技术等措施，强化该层的反应，有利于降低灰渣含碳量，有效利用气化用煤。 氧化反应放热量的56.92%用于水煤气反应和CO还原反应，其余43.08%为反应余热。反应余热的一部分用于克服煤的结构反应阻力，气化用煤气化反应活性越强，消耗的这部分热量越少；另外一部分热量被灰渣、炉体散热、煤气及水蒸气显热等带走，对这部分热量损失，采取相应的余热回收措施，可以有效提高系统热效率。