鲁奇工艺加压气化基础——刘凯.ppt
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1、龚 靡 沽 届 逛 砂 割 悬 酞 裴 炊 秸 势 贪 犯 流 褐 庚 脑 卵 蛊 苹 牌 左 骇 淘 鉴 垄 网 绎 砂 叁 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁奇加压气化的基础知识 第一节 煤的生成与分类 煤是含碳、氢元素为主的固体矿物燃料,它还含有氧、硫、氮 等元素,其是千百万年前远古时代植物残骸经地质作用转变而成的 可燃性生物岩,燃烧时产生大量热量。 一、煤的生成: 我们都知道煤是远古时代植物残骸经地质作用转变而成的。而 煤的生成、大量堆积却还需具备一定的条件: 诲 榆 阮 卤 桑 零 师 肮 狸 垣 鹏 壤 床 棺 塑 舀
2、 险 组 穆 簧 纫 约 描 距 再 硫 盒 缕 丛 攀 囚 谩 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 1、高等植物的发生、发展是煤生成的首要条件 2、陆地上有均匀的温度和潮湿的气候,适宜于陆生植物一代一代地繁茂地生 长。 3、地形的起伏形成大的沼泽地带,有利于植物群的发展及残骸堆积在水中。 4、地形的运行使有可能保存植物残骸,并转变到沉积状态。 在具备以上条件的前提下,古代植物转变成煤经过了一系列演变过程,大 致可分为两个阶段: 第一阶段 泥炭化阶段: 此阶段植物不断繁殖、生长、死亡,其残骸堆积在水中之后,在细菌的作用 下进行分解;堆
3、积在下面的完全与空气隔绝,植物残骸的菌作用就依靠本身含有 的氧,发生氧化分解,发生去羧基、脱水等作用,放出二氧化碳、水及甲烷,形 成一种凝胶状的物质。这种残留物的碳含量相对增加,而氧和氢含量则趋于减小 。植物残骸经过这些变化以后,改变了原来的形态和结构,变成含水分很高的棕 色物质,这种物质称为泥炭或称为泥煤。 煤的生成与分类 堵 元 泊 庭 猛 蘑 准 崖 兄 施 贰 押 簇 它 疡 忆 宾 淡 压 肉 涯 筷 笆 理 瘫 娶 钙 携 泡 姿 年 港 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 第二阶段 煤化阶段 由于地壳的下沉、泥炭层被埋复
4、于地下,当在泥炭层上面形成 了岩石顶板即进入了成煤的第二阶段煤化阶段,此阶段根据作 用的因素及所发生的不同又可分为成岩作用阶段和变化作用阶段。 (1)成岩作用阶段: 若地壳的下沉速度和植物生长的速度互相配合,将形成很厚的 泥炭层,以后便可能形成很厚的煤层。 煤的生成与分类 入 拽 枫 闹 贮 诡 去 秽 遏 哼 癸 能 袋 瘸 含 阀 堕 洞 铝 绳 圣 卜 洱 盼 究 架 恼 筷 宦 执 纯 伙 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 但是,地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积的速度, ,于是水层复盖过厚,影响植物生长,泥炭堆积中断,代
5、之以粘土、沙石的堆积,因此在泥炭层上面形成了岩层, 称为顶板。此时,若地壳下沉速度逐渐变慢,又造就了植 物生长、繁殖及植物残骸堆积的条件,则泥炭层的顶板仅 仅变成了泥炭内部的矸石夹层,以后将形成含有夹矸层的 煤层。在漫长的地质年代里,埋复泥炭受着顶板和上复岩 层的压力作用,发生了变紧、失水,胶体老化、硬结等物 理化学变化,同时,埋复泥炭的化学组成也发生了相当缓 慢的变化。这一切变化使得埋复炭最后变成了比重较大、 较致密的黑褐色褐煤。从无定形的泥炭转变为这种具有岩 石特征的过程,成为成岩作用阶段。 煤的生成与分类 习 署 应 割 夯 安 瞎 卢 连 喧 姓 瀑 颗 摘 救 永 蔚 漫 坚 冉 次
6、 痉 瞥 注 玉 锡 穆 暗 颧 孪 惮 嘛 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 (2)变质作用阶段: 当地壳继续下沉和顶板加厚时,由于地热和顶板压力的提高,使 得煤的变化逐渐脱离了成岩作用范畴,进入变质作用阶段。 变质作用阶段是指在褐煤形成以后,沉降到地壳内很深的地方, 受高温高压的影响改变了原来的性质和结构的过程。 在变质因素的作用下,煤发生了物理、化学变化。变质作用的结 果,煤中宫能团含量、挥发分产生率逐渐减小,碳含量逐渐增高, 氢和氧含量逐渐减小,热稳定性有所提高。 在自然中,从植物转变成煤的过程是一个由低级的发展过程,也 由
7、量变到质变的过程。如下表所示: 煤的生成与分类 苦 琳 贤 乡 难 芽 房 背 况 秆 术 哑 阜 扛 公 洱 庇 洋 问 溉 并 慢 拟 被 昂 炊 赠 肺 绚 菊 吃 钠 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 植物及煤的组成成分 煤种元素分析族组成分析 CH O 纤维素 木质素 腐植 酸 树木50 64440-6020-30_ 泥炭60-705-625-350-156-4040-60 褐煤70-805-615-250-302-31-85 烟煤80-904-55-15_ 无烟煤 90-981-31-3_ _ 今 嫁 冒 六 穗 萝 琉
8、 有 釜 果 苞 敞 韭 变 尺 窖 莽 奢 颗 旭 寻 奴 迷 病 叼 峻 颊 颗 系 滑 点 遥 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 从植物及各种煤的组成成分,随着煤化程度的增高,煤中碳含量 增加;氢、氧含量减小。成煤过程是一个碳逐渐增加的过程。 二、煤的分类 煤是重要的能源和工业原料,为了使煤炭资源得到合理的利用, 有计划地对煤炭资源进行开发和利用,合理地对煤进行分类便具有 重要的科学意义和经济意义。 1、煤的分类指标: 煤的分类指标要能反应出煤的煤化程度与工艺性质之间的关系。 目前作为实用分类指标仍采用可燃基挥发分作为分类的主
9、要指标, 再补充几个表征工艺性质的指标。 煤的生成与分类 蛮 得 贩 搭 慌 叼 利 庆 迹 欠 祭 根 烁 冶 翅 态 佳 稍 泪 絮 陀 眺 劣 钻 认 蝎 帝 汰 统 所 窥 唾 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 (1)挥发分:和煤中有机质的组成和性质有密切的关系,它能 大致地代表煤的煤化度。 (2)煤的胶资层厚度:其在一定程度上能说明煤的粘结性。 (3)自由膨胀序数:它尚能在一定程度上说明煤的粘结性。 (4)葛金指数:其对煤的结焦性区分能力广,对挥发分接近而 粘结不同的煤都能加以区分。 (5)罗加指数:是一个粘结性指标,它对
10、低、中等粘结的煤有 较强的区分能力。 (6)奥加膨胀度:其对强粘结性煤的区分能力较好。 煤的生成与分类 省 捧 讥 磊 膏 拈 苫 漠 氦 咆 亿 纵 涎 写 膀 年 溪 荷 专 淖 炒 犹 代 氖 嗽 肆 慨 挺 榜 挫 钩 嚷 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 第二节 煤的工业分析和元素分析 一、煤的工业分析 煤的工业分析也叫煤的技术分析,工业分析的项目包括煤的水 分、灰分、挥发分及固定碳。其中水分和灰分是煤的无机组分;挥 发分和固定碳取决于有机质的组成和性质,通过对煤的工业分析可 合理使用煤种,且起到指导生产的作用。 煤的工业
11、分析 舵 忠 报 挡 劈 倪 桃 丘 澳 奶 繁 哭 境 拉 走 爵 怯 济 作 累 老 猩 扫 较 还 橡 水 饵 揪 讹 省 割 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 1、水分(W) 从水分在煤中存在的状态来看,水分可分为外在水分和内在水分。附着 在煤颗粒表面或大毛细管(直径105cm)的水,称为外在水分。将煤在空 气中风干时,这类水分就不断蒸发,一直到其中的蒸汽压与空气的湿度达到 平衡为止,此时失去的水分就是外在水分,以“WWZ”表示,失去了外在水分 的煤称为风干煤或分析用煤。吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水,( 直径 10-
12、5cm)中的水,成为内在水分。内在水分主要以物理化学的方式与 煤质相连结,它的蒸汽压比纯水的蒸汽压小,因而在常温下,这部分水分不 易除去。除上述水分外,煤中还有结晶水和化学水,在煤的工业分析中,只 测定游离水(外在水分和内在水分)而不测定结晶水和化学水。 煤的工业分析 融 脖 复 窑 拄 册 菌 盎 痒 忆 孕 甘 究 斑 现 峙 积 校 鞍 骇 跨 屿 澄 绕 剪 足 段 垣 累 絮 反 古 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 在煤的工业分析中所测定的水分,分为原煤全水分(若 来样符合应用煤状况,则称为应用煤水分)和分析煤样的 水分
13、。水分用定量法测定,全水分测定结果按下式计算: WQW1+ G1/G(100-W1) v式中:WQ试样全水,; vW1试样在运输中损失的水分,; vG1试样干燥后的 失重,克; vG试样的重量,克。 煤的工业分析 者 磕 谍 横 呻 奖 绕 倔 腾 决 谴 鬼 斥 膳 侥 也 南 胰 扯 嚎 冉 趁 舵 谩 葫 纷 牙 绣 磷 皇 倔 胶 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 2、灰分(A) (1)煤中灰分的来源: 煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤 中矿物质在一定温度下产生一系列分解,化合等复杂反应 后剩下来的残渣。煤的灰分全
14、部来自煤中的矿物质,但它 的组成和重量与煤中矿物质不完全相同,因而确切地说, 煤的灰分应称为灰分产率。 煤中矿物质有不同的来源,一般可以分为以下三种: a、原生矿物质:它是由成煤植物本身所含有矿物质形 成,原生矿物质在煤中含量很少。 b、次生矿物质:它是在成煤过程中由外界混到煤层中 的矿物质形成。 煤的工业分析 援 尸 霹 衔 饯 换 大 柿 港 登 坊 奖 水 孜 疹 宙 诸 立 材 驴 垛 鬼 惨 仍 扎 瑰 硒 曹 舷 疗 蘸 乓 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 c、外来矿物质:它并不含于煤中,而是在采煤过程中混入煤中 的顶
15、板、底板、夹矸的矸石形成。 煤中的原生矿物质和次生矿物质的总和称为内在矿物质,内在 矿物质很难用选煤方法除去,来自内在矿物质的灰分。而外来矿物 质(称为外在矿物质)用洗选煤的方法比较容易除去。来自外在矿 物质的灰分称为外在灰分。 煤的灰分是一种废物,它不仅影响煤的热值,几乎在煤炭加工 利用的各种场合下都带来有害的影响。 (2)灰分的熔点: 灰熔点即指煤灰分加热至熔融流动状态时温度T3。 煤的工业分析 灿 蓟 赁 活 鹅 合 币 幢 攀 驱 嵌 祝 雾 缸 支 矿 躲 脱 缚 倒 是 弃 手 呛 扛 倚 苏 震 偶 炮 菱 要 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加
16、压 气 化 基 础 刘 凯 另外表示灰溶融特征的还有T1变形温度和T2软化温度。 若灰中Si02和Al203的比例越大,其熔化温度范围越高,而Fe203和MgO等碱性成 分比例越高,则熔化温度越低,可以用公式(SiO2+Al203)(Fe2O3+CaO+MgO)来表 示,该值越大,则灰熔点越高,灰分越难结渣,相反,则灰熔点越低,灰分越易 结渣。 3、挥发分(V) 煤的挥发分不是煤中的固有的物质,而是在特定条件下,煤的有机质受热分 解的产物。因此确切地说,该指标应称为挥发分产率。挥发分产率和煤中有机质 的组成和性质有密切的关系。随着煤化度的增高,挥发分产率逐渐减小。因为挥 发分能大致代表煤的变质
17、程度,同时又能根据挥发分产率和焦渣性状初步判断煤 的加工利用性质。所以挥发分产率是煤炭分类的重要指标之一。 煤的工业分析 滥 搅 腺 殖 祭 急 圣 颈 郭 糕 敷 坟 熙 嘱 涎 腰 磐 偶 狗 麻 秽 妨 硅 废 章 肯 帽 杂 风 契 搔 漓 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 1:水分: 煤中水分含量随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤含水多在5以 上。次烟煤和褐煤含水约1030.煤中水分和挥发份含量有关, 随挥发份降低而降低。气化用煤含水量越低越好,一般要求不超过 8 . 煤中水分高,会增加气化过程的热损失,降低煤气产率和气 化效
18、率,使用消耗定额增加。有资料认为,若灰分含量不超过10 ,则允许水含量达到35,但必须有足够高的燃料层使原料在进 入气化区时得到充分预热。 加压气化炉对炉温的要求比常压气化炉低, 而炉身一般比常压 气化炉高, 能提供较高的干燥层, 允许进炉煤的水分含量高。适 量的水分对加压气化是有好处的, 水分高的煤, 往往挥发分较高 , 在干馏阶段, 煤半焦形成时的气孔率大, 当其进入气化层时 ,反应气体通过内扩散进入固体内部时容易进行。因而, 气化的 速度加快, 生成的煤气质量也好。煤种的内在水分属固有特性, 但外在水分对气化炉经济运行影响较大。 固定床气化对煤的质量要求 牧 刹 魔 筑 律 酪 笋 劲
19、掏 质 道 侣 讫 赐 手 档 号 阳 逮 烛 琅 哀 文 芽 吭 矾 雏 拾 蛹 扔 滞 减 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 固定床气化对煤的质量要求 水分过高时,影响主要有以下几个方面: 水分过大,会导致筛分效果不好,堵塞筛板,且块煤 表面黏附末煤入炉后影响气化炉工况,还容易造成煤锁膨 料、挂壁,加煤不畅; 煤中水分过大,蒸发汽化所需热量增加,造成氧耗一 定程度增加; 原料煤雨雪季节防护不利,水分过高时,还可使煤气 水产量增加,增加污水处理费用。 怀 航 疤 藻 锚 辩 计 遣 店 超 魁 到 锑 绊 臼 憎 搏 现 从 鉴
20、商 数 征 盐 松 勘 砍 慕 产 抢 俩 睛 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 固定床气化对煤的质量要求 2:挥发份: 当工业煤气完全用作燃气时要求甲烷含量高、热值大,则可 选用挥发分较高的煤做原料,所得煤气中甲烷含量较大。当煤 气用作工业生产的合成气时,一般要求使用低挥发分、低硫的 无烟煤、半焦或焦炭。变质程度轻的煤种,生产的煤气焦油产 率高,含酚废水的处理量相应增加。对合成气来讲,甲烷可能 成为一种不利的气体。要求煤种挥发分小于 10%。 煤中挥发分变高,能造成副产品焦油和中油产率增大,粗煤 气中二氧化碳增加,粗煤气产率下降,
21、粗煤气耗块煤单耗随之 增加。煤中挥发分低,煤气产率增加,气化炉运行更为经济。 帆 蚀 龋 操 庐 螟 籍 眷 延 殆 辨 捏 韧 陌 贮 谜 促 许 管 疫 倦 坦 套 昨 顷 闽 智 笆 请 犬 孽 上 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 固定床气化对煤的质量要求 3:灰分及灰熔点: 灰分的组成多为钙、镁、铁的碳酸盐、钾、镁等硅铝酸 盐,钙、镁、铝、钠、钾等的硅酸盐,硫酸盐及硫化物, 钠盐及氧化亚铁等。气化用煤灰分越低越好。一般控制在 16以下, 一般要求灰熔点T2控制在 : 150 T 21 250 。 煤中矸石含量及灰分增加时,
22、 一是矿物质燃烧灰化时 要吸收热量, 大量排渣会带走气化反应的部分热量,气 化热效率降低;二是为防止气化炉结渣 要适当提高汽氧比 , 这样就降低了气化炉的操作温度, 影响了气化强度, 蒸汽分解率也会降低, 粗煤气产量减少,煤气水的产量 提高 。 树 绣 街 拼 仕 枪 焙 盯 秘 潜 米 氢 锹 柑 变 堤 荡 入 喂 脾 讣 寡 戌 靠 蓉 束 纪 哀 浆 谍 姜 氟 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 固定床气化对煤的质量要求 同时, 随着煤中矸石含量及灰分增加, 煤灰中FeO、 CaO、 MgO、 K 2 O 作为助熔剂 ,对结
23、渣起到促进作用,加剧 了设备磨损,一是炉篦刮刀、护板等部件,二是煤灰锁上下阀 运转周期缩短,设备检修频次增加,开停车频繁。 灰分过高时,影响气态反应物,反应产物扩散速度和热量 的传递速度,使气化反应总反应处于扩散状态,阻碍了固体表 面和内部气化反应的有效进行,碳核也会进入灰区,导致灰锁 温度升高,严重时导致各反应层紊乱,造成气化炉工况恶化。 棘 达 拭 憾 爸 植 建 语 拄 咽 泊 颠 芬 萝 簇 诗 椿 糕 烧 矢 饺 早 娘 透 菇 八 哄 营 咨 森 咱 瓷 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 鲁 奇 工 艺 加 压 气 化 基 础 刘 凯 固定床气化对煤的质量要求 4:固
24、定碳 影响煤的发热量的主要因素是固定碳,固定碳含量提高,则灰分、挥发分等 相应含量下降,有效成分增加,有利于制气。 但随着固定碳含量的升高,煤在鲁奇炉内就需要更多的氧气参与反应,若气 化反应氧气量一定且与煤的发热量不匹配时,由于固定碳含量升高,参与反应的 氧气不足,会造成炉内反应速度减慢,煤在炉内停留时间增长,导致各层拉长, 干馏层缩短,干燥层缩短或消失。 气化炉的工况表现为:粗煤气出口温度高,灰锁温度高,煤中的挥发分在干馏 层生成焦油的成分多(煤焦油生产约在320 开始,在 430 达到最大值),焦 油产量增加,剩余半焦减少,进入气化层后,生成 CO、 CO 2 、 H 2 、 CH 4 的
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