型煤气化时煤气组成的分析

2005/6/14 13:21:54

煤的气化过程是一种复杂的气固相之间的非均相反应和极少数气体反应物之间的均相反应，其总的气化过程由物理扩散过程和化学反应过程组成，大量的实验证明，气化过程的总速度不仅取决于反应的动力学因素，而且也取决于扩散因素，是一种过渡控制．由表3的气体组成可以看出，型煤气化的煤气组成与烧块煤相比CO₂的量偏高，相应的CO量偏低，其它气体组分则与块煤相当．因此，由于有效气体成分的降低，表现出气化型煤的煤气热值低于气化块煤的煤气热值．混合发生炉煤气中，有效气体成分的产生主要来源于下述两个还原反应：
C+C0₂＝2CO—Q (1)
C+H₂O(g)＝CO十H₂一Q (2)
这两个反应分别为氧化层中生成的CO₂和上升过程中的水蒸气气化剂分别与炽热的碳反应生成CO和H₂的过程．许多研究结果指出，随着反应温度的升高，CO在平衡浓度中对CO₂的比例越来越大，反应平衡常数也迅速增加。一般认为在通常发生炉煤气炉的操作温度下，上述两反应均处于化学动力学控制区．同样的研究结果表明，水蒸气与碳的反应是强的吸热反应，温度对反应速度有较大影响，温度的提高，有利于反应朝着CO生成的方向发生，因此提高炉温有利于CO和H₂平衡浓度增加．由于气化型煤的煤气组成中CO₂的含量比气化块煤要偏高，由此可以判断，这可能是由发生炉操作温度较低造成的．因此适当的提高炉温，不仅可以使CO₂充分还原，降低CO₂的含量，改善煤气质量，而且可以提高上述两反应的反应速度，使单位时间，单位截面与碳的反应量增大，使煤气产量增加，气化生产的强度也随之增加．提高炉温的直接操作手段是提高鼓风速度，使碳与氧的反应速度加快，单位时间放出的热量增加，为还原反应提供充足的热量，相应提高了气化强度．但鼓风速度也不能太高，太高则气化剂在还原层反应时间短，不利于碳的充分反应，且带出物增加，对气化反应不利．同时炉温提高还要受燃料灰熔点的制约，超过燃料灰熔点，容易结渣，造成气化剂分布不均．与气化剂充分接触的部分，碳表面的气化剂浓度与气相浓度相当，反应均衡，总反应处于化学动力区控制，温度升高时，反应速度增加，总反应速度加快，而被熔渣包裹的碳与气化剂不能充分接触，燃料碳表面气化剂浓度低，总反应处于扩散区，受扩散速度控制．这样由于反应速度的不同，使燃料层下降速度形成梯度，造成偏炉，严重时燃料层会穿孔，氧气会通过孔洞上升到炉子上部，将煤气燃烧，甚至与煤气混合发生爆炸，影响正常生产．另一方面提高炉温的方法是控制较低的饱和温度，减少人炉蒸汽量，以维持足够的炉温．因此控制适宜的炉温，保持炉温在一个合理的范围是气化生产的关键因素．

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