影响气流床煤气化工艺性能主要影响研究

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1、影响气流床煤气化工艺性能主要影响研究【摘要】影响气流床煤气化工艺性能的主要因素有两类：其一，为生产工艺条件，其二为煤的物理化学性质。从稳健优化与分析的角度来看则可以分为三类，其一为可以直接控制的生产操作工艺参数，其二为煤质性质，其三为煤的水分、灰分、粒度等不宜直接控制的噪声因素。【关键词】煤化工；工艺参数；煤质性质；优化控制；反应速度；煤气质量；热稳定性0引言对于气流床煤气化而言，氧煤比、蒸汽煤比、温度、压力等工艺条件是影响CO含量、H2含量、产气率和碳砖率等煤气化性能指标的主要工艺条件。除此之外，气化性能评价指标还会受诸如煤

2、的水分、灰分、粒度、煤质等多种噪声因素的影响。各工艺参数如何影响煤气化性能，包括各评价指标的均值及其波动，是进行气流床气化工艺性能稳健优化与控制的基础。1可控工艺参数的影响分析1.1气化温度T(°C)碳与水蒸气的转化反应是可逆的吸热反应，提高温度可以提高反应平衡转化率，从而提高CO和H2的平衡浓度。从动力学的角度分析，提高温度有利于加快反应速度。但是，气化温度并不是一个独立的条件，通常需用改变氧煤比或蒸汽煤比的方法来调节气化炉温度。1.2操作压力P(MPa)随着粉煤气化反应的进行，气体体积不断增加，所以从热力学分析，提高压力不

3、利于化学平衡。但是由于气化反应距离平衡很远，主要是反应速度控制了反应程度，提高压力能使反应物及生成物浓度增加，从而提高反应速度。另外，提高压力也相应的提髙了气化强度，气化炉产气能力增加，对工业应用而言，加压气化还可以节约压缩功耗，降低生产成本。1.3氧煤比0/C从粉煤部分氧化的化学方程式可知：氧的理论用量应该是氧原子数与煤中碳原子数相等。这样使煤中的碳能全部转换成煤气中的CO。如果氧的用量超过了这个比值，则一部分碳将发生完全氧化而生产C02。因此,按原子数比计，氧与碳之间的比值不超过lo但是粉煤在气化反应时，大量的CO与H2是

4、有下列反应产生的：C+C0=2C0C+H2O=CO+H2而这两个反应的反应时间为燃烧反应时间的数百倍，因此，其反应速度比燃烧反应缓慢的多。因此按照理论量供氧,必须有一部分煤粉进行完全燃烧而生成C02和H20。当气化剂中加入水蒸气（或C02）可以提高上述气化反应的速度，并且上述两个气化反应的结果也产生了CO和H2。也就是说,水蒸气（或C02）中的氧原子代替了一部分氧气，从而使氧耗降低，这样，由水蒸气（或C02）带入的氧原子数应计算在氧煤比值内。因此，实际生产过程中，氧气的用量可以小于理论用量。1.4蒸汽煤比（W/C）在气化剂中加

5、入适量的蒸汽，能增加煤气中H2的含量,降低氧耗，并使炉温不至过高。但是，加入过量蒸汽后，降低了气化炉温度，不利于C02的还原和水蒸气的分解反应。这两个影响是相互矛盾的，但在一定的条件下，必有一个起主导作用。一般当气化剂中蒸汽浓度很低时，加入蒸汽的有利影响起主导作用，随着蒸汽煤比的提高，气化炉温度渐低,使加蒸汽的影响逐渐减弱，相反，使反应温度起主导作用，所以提高蒸汽煤比的结果，只能使反应速度下降。蒸汽煤比对碳转化率影响较小，但影响了煤气中H2和CO的含量。2煤种与煤性质的影响分析2.1煤种的影响分析丨（1）煤种对煤气成分的影响煤

6、种不同，煤气化反应中的煤气成分差别很大；（2）煤种对煤气化产率的影响煤种对煤气化产率也有较大影响。2.2煤的性质对气化性能的影响分析(1)煤的粘结性对气化过程的影响煤的粘结性指煤在高温干馆时的粘结性能。粘结性煤在气化炉内进入千馆层时会产生胶质体，这种胶质体粘度较高，它将较小的煤块粘结成大块，这就使得干饱层的透气性变差，从而导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气化过程产生波动。因此，粘结性煤对气化过程是一个极为不利的因素。(1)煤的机械强度和热稳定性的影响煤的机械强度是指煤的抗破碎能力。易破碎的煤在筛分后的传送及气化炉加煤过

7、程中必然产生很多煤屑，这样会增加入炉煤的粉煤含量，使煤气带出物增加，从而导致煤气质量降低，煤耗增加。煤的热稳定性是指煤在经受高温和温度急剧变化时的粉碎程度。(2)煤的化学活性的影响煤的化学活性是指煤同气化剂反应时的活性，也就是指碳与氧气、二氧化碳或水蒸气相互作用时的反应速度。煤种不同，其反应活性不同。一般煤的碳化程度越低，焦炭质的气孔率越大，则其内表面积越大,反应性越高。3不可控噪声因子的影响分析3.1原料煤中水分含量的影响分析煤中所含的水分随煤变质程度的加深而减少，水分较多的煤，挥发分往往较高，则进入气化层的半焦气孔率也大，

8、因而使反应速度加快，生成的煤气质量较好。另外在气化一定的煤种时，其焦油和水分存在着一定的关系，水分太低，会使焦油产率下降。由于加压气化炉的生产能力较高，煤在炉内干燥、干馆层的加热速度很快，一般在20-40°C/min之间，因此对一些热稳定性差的煤，为防止热裂，要求煤中含有一定