两段煤气发生炉冷煤气中水的来源与控制

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1、两段煤气发生炉冷煤气中水的来源与控制苑卫军　　郭建　　陈玲唐山科源技术装备有限公司两段式煤气发生炉生产的煤气，除含有CO、H2、CH4等可燃成分和N2、CO2等不可燃成分外，还含有相当部分的水和其他杂质。煤气在造气和净化过程中产生的水分，随煤气温度的降低而以含酚废水的形式冷凝出来，未被冷凝的水分随煤气燃烧而被汽化排放。煤气含水的问题，是煤气生产和应用过程中比较棘手的问题，就其生产而言，煤气生产过程的冷凝含酚废水一直是煤气站的环境难题；就其应用而言，水在煤气燃烧应用过程中，同样是有百害而无一利，其一，水随煤气的

2、燃烧而汽化，需要消耗煤气的一部分热量，从而降低了系统的热利用率，另外，煤气中过量的水分会影响最终产品的质量，例如，在利用煤气熔铸铝合金时，煤气中的水分和煤气燃烧后生成的水分，与高温铝液反应生成的H2，溶解于铝液中，致使铝合金熔铸产品出现缩孔等缺陷。降低煤气含水量，需要从煤气生产的各个相关环节着手，综合分析、逐项控制。2.两段发生炉煤气的生产2.1造气原理2.1.1造气反应原理       两段式煤气发生炉造气包括两个过程，即以煤炭为气化原料，以空气和水蒸气为气化剂的气化反应过程，和利用气化煤气的高温显热对入炉

3、煤炭进行干燥及低温热解的过程。（1）气化反应       发生炉气化反应可以分两步来理解，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，其反应方程式如下。2C+O2=2CO+221.2kJ         （1）2CO+O2=2CO2+566.0kJ        （2）C+O2=CO2+393.8kJ         （3）CO2+C=2CO-172.6kJ         （

4、4）C+2H2O=CO2+2H2-90.2kJ        （5）C+H2O=CO+H2-131.4kJ        （6）（2）煤炭干燥和低温热解反应       首先是煤的干燥脱气过程，随着温度的逐渐升高，煤中的水分被蒸发（120℃之前）出来，然后是煤结构中不稳定官能团的破坏和附在物质的脱附，放出气态物质，最后是煤的解聚和热分解反应过程，煤粘结并转化形成半焦。过程产物除半焦外，还有焦油和CH4、CnHm、H2、CO、CO2、H2S、水汽等物质。2.1.2两段炉造气过程（1）煤气发生炉内固态物质行程  

5、     通过加煤机将储煤仓中的煤分批次注入煤气发生炉内，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，在此经历干燥及低温热解过程。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。经过干燥和热解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       作为气化剂的空气和水蒸汽自炉底鼓入炉内，在1100

6、－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。煤气分两部分向上运行，其中一部分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，进行上面叙述的热解和干燥的过程，同时产生一部分以烷烃类高热值气体为主的干馏煤气。这部分上行煤气及热解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。2.2煤气净化与输送        两

7、段式煤气发生炉的炉出煤气温度较高，杂质含量较多，需要经过净化、冷却后，输送至用气点燃用，煤气净化、冷却和输送工艺一般如图1所示。       上段煤气离开煤气炉经过上段煤气初级净化系统，除去煤气携带的焦油和粉尘，下段煤气经下段煤气初级净化冷却系统除尘、降温后与上段煤气混合。混合后的煤气通过煤气深度净化冷却系统进行深度处理，除去煤气中的细小粉尘和部分焦油，并冷凝出含酚废水和少量轻油，最后经煤气增压系统送至用气点。3.两段发生炉煤气中水的来源3.1水的入项3.1.1造气过程水的入项（1）煤中的水       根据

8、其结合状态区分，煤中的水分可分为游离水和结晶水两种，游离水又分“外在水分”和“内在水分”，“外在水分”受外界湿度环境影响较大。游离水一般在105-110℃左右，经1-2h的干燥后从煤中逸出，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。煤中的游离水和结晶水，在两段式煤气发生炉的干馏段上部被干燥析出，以气态形式混入煤气中。（2）气化剂中的水       水蒸气作为气化剂的组成部分，其中大部分参与煤的气化反