煤炭气化工艺--气化炉试题答案 - 图文

一、填空题 1、气化炉

2、移动床(又叫固定床)、沸腾床(叫流化床)、气流床和熔融床 3、空气煤气 4、混合煤气

5、常压气化炉、加压气化炉 、固态排渣气化炉、液态排渣气化炉。 6、加煤系统、气化反应部分、排灰系统。 7、水套、内璧衬里

8、物理和化学变化、煤气、灰渣

9、空气、氧气、水蒸气(称为气化剂)和气化时形成的煤气、燃料和燃料气化后形成的固体如灰渣等 10、固定床 11、气流床

12、非均相反应、均相反应

13、气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程、气化剂被燃料颗粒的表面吸附、气化剂、与碳的表面化学反应、产物分子的脱附、产物分子从颗粒表面扩散到气流主体 14、煤的干燥、干馏、热解、主要的化学反应

15、水蒸气、被煤吸附的少量的一氧化碳和二氧化碳等。 16、小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。 17、燃烧反应、还原反应

18、移动床上部的加煤装置、气化剂、逆流流动

19、空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层， 20、流态化 21、并流

22、空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气

23、炉上部有加煤机构、中部为炉身、下部有除灰机构和气化剂的入炉装置。

24、炉算、灰盘、排灰刀和风箱等 25、加煤机构和破黏装置。 26、U·G·I型水煤气发生炉。 27、焦炭或无烟煤，炉顶、炉底、灰渣

28、用冷却水对煤气进行有效的洗涤，使煤气得到最终冷却、除尘和干燥。 29、煤气发生炉内氧化层的温度、1000～1200℃、950～1050℃、1150℃ 30、氧化层和还原层 31、液态排渣和气态排渣

32、炉体、夹套、布煤器和搅拌器、炉算、灰锁和煤锁等

33、水蒸气，灰熔点，熔融状态。1100～1500℃，大，大，无残碳。 34、煤的气化，粗煤气的净化，煤气组成的调整处理。

35、煤的气化、煤气的净化部分，燃气与蒸汽联合循环发电部分，气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回收装置) ，燃气轮机发电系统，蒸汽轮机发电系统、废热回收锅炉等。

36、分子数减小、分子数增大或不变

37、气化的原料粒度小．相应的传热面积大，传热效率高，气化效率和气化强度明显提高。

38、煤的预处理、气化、气化产物显热的利用、煤气的除尘和冷却等 39、气流床

40、水煤浆进料、淬冷型、和全热回收型

41、煤浆的制备和输送、气化和废热回收、煤气的冷却和净化等。 42、水煤浆的浓度、粉煤粒度、氧煤比和气化炉操作压力等。

43、煤在熔融的渣、金属或盐浴中直接接触蒸汽、空气(或氧气)而气化的方法。 二、名词解释

1、所谓气化强度，即单位时间、单位气化炉截面积上处理的原料煤质量或产生的煤气量。

2、气化炉单台生产能力是指单位时间内，一台炉子能生产的煤气量。它主要与炉子的直

径大小、气化强度和原料煤的产气率有关

3、所谓的气化效率是指所制得的煤气热值和所使用的燃料热值之吃．用公式表示为：

式中

——气化效率，％；

Q`——lkg煤所制得煤气的热值，kJ/ kg； Q——1kg煤所提供的热值．kJ/ kg；

4、煤气产率是指每千克燃料(煤或焦炭)在气化后转化为煤气的体积，它也是重要的技术经薪指标之一．

5、煤气单耗，定义为每生产单位体积的煤气需要消耗的燃料质量，以kg／m3计。 6、水蒸气的消耗量是指气化1kg煤所消耗蒸汽的量．水蒸气消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同而引起的。

7、气化温度一般指煤气发生炉内氧化层的温度。

所谓的气化强度是指单位时间、单位炉截面积上所气化的燃料量。

8、料层高度：气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层的总高度即为料层高度。

9、气化炉出来的煤气称粗煤气，净化后的煤气称为净煤气。 10、汽氧比是指气化剂中水蒸气和氧气的组成比例。 三、简答题

1、提高控制步骤的速度对于整个宏观速度有什么重要意义? 答：气固相非均相反应，其反应过程有五个过程组成：

即①气化剂向燃料颗粒表面的外扩散过程； ② 气化剂被燃料颗粒的表面吸附；

③ 吸附的气化剂和燃料颗粒表面上的碳进行表面化学反应； ④生成的产物分子从颗粒表面脱附下来；

⑤产物分子从颗粒的表面通过气膜扩散到气流主体。

这些过程对煤炭气化过程的速度往往有不同的影响，由这些过程共同决定的气化速度通常称为宏观反应速度，而忽略其他过程的影响，只考虑第三步其表面化学反应的速度叫做本征动力学速度。在这五个过程中，若其中某一步进行的最慢，而其他步骤向对该步来讲速度很大，因而宏观反应速度就由这一步来决定，该步骤就称为控制步骤。它是确定和调整工艺条件的重要依据。 2、压力和温度影响可逆反应的基本规律是什么?

答：如果反应是吸热的(如上述碳与水蒸气的反应)， kp随T的升高而增大；反之，对于放热反应，kp随T的增大而减小。这也就是说，对于吸热反应，提高温度有利于化学反应向生成产物的方向进行；对于放热反应，则降低温度有利于向生成产物的方向进行。

就压力对气化过程的平衡髟响而言，基本的规律是：对反应后体积增加(即分子数增

加)的反应，随着压力的增加，产物的平衡含量是减少的；反之，对于体积减少的反应加压有利于产物的生成。

3、影响煤热解的主要因素有哪些?

答：在绝热情况下将煤加热进行物理化学变化的过程为煤热解过程，煤的热解结果生成三类分子：小分子(气体)、中等分子(焦油)、大分子(半焦)。

就单纯热解作用的气态而言．煤气热值随煤中挥发分的增加而增加，随煤的变质程度的加深氢气含量增加而烃类和二氧化碳含量减少。煤中的氧含量增加时，煤气中二氧化碳和水含量增加。煤气的平均分子量则随热解的温度升高而下降．即随温度的升高大分子变小，煤气数量增加。

4、根据燃料在炉内的运动状况可以将气化炉分为哪几类?

答：根据燃料在炉内的运动状况来分类的方式应用比较广泛，相应的气化炉有移动床(固定床)、沸腾床(流化床)、气流床和熔融床。

5、简述移动床气化炉的燃料分层情况，并说明各层的主要作用。

答：炉内料层：当炉料装好进行气化时，以空气作为气化剂，或以空气(氧气、富氧空气)与水蒸气作为气化剂时，炉内料层可分为六个层带，自上而下分别为：空层、干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。

灰渣层

灰渣层中的灰是煤炭气化后的固体残渣，煤灰堆积在炉底的气体分布板上具有以下

三

个

方

面

的

作

用： ①由于灰渣结构疏松并含有许多孔隙，对气化剂在炉内的均匀分布有一定的好处。

②煤灰的温度比刚人炉的气化剂温度高，可使气化剂预热。

③灰层上面的氧化层温度很高，有了灰层的保护，避免了和气体分布板的直接接触，故能起到保护分布板的作用。 氧化层

也称燃烧层或火层，是煤炭气化的重要反应区域，从灰渣中升上来的预热气化剂与煤接触发生燃烧反应．产生的热量是维持气化炉正常操作的必要条件。 还原层

在氧化层的上面是还原层，赤热的炭具有很强的夺取水蒸气和二氧化碳中的氧而与之化台的能力，水(当气化剂中用蒸汽时)或二氧化碳发生还原反应而生成相应的氧气和一氧化碳，还原层也因此而得名。 ? 干馏层

干馏层位于还原层的上部，气体在还原层释放大量的热量，进入干馏层时温度已经不太高了，气化剂中的氧气已基本耗尽，煤在这个过程历经低温干馏，煤中的

舍量为5％～30％，超过此范围，必须干燥脱水，否则干馏段吸热太大而影响正常生产。

间歇式两段煤气炉生成气的有效成分较多，既可作原料气，也可以作燃料气，还可以怍为中小城市的城市煤气。

2l、煤气发生站常见的工艺流程有哪几种? 比较常见的工艺流程分为下述三种形式。 (1)热煤气流程

(2)无焦油回收的冷煤气流程

(3)有焦油回收的冷煤气流程

22、简述有焦油回收系统的冷煤气流程。

当气化烟煤和褐煤时气化过程中产生的大量焦油蒸气会随同煤气一起排出。这种焦油冷凝下来会堵塞煤气管道和设备，所以必须从煤气中除去。

原料煤经过粗碎、破碎、筛分等准备阶段，输送到气化炉厂房上部的炉顶煤仓，经过给料机落人气化炉的炉内，与炉底鼓人的气化剂反应。

气化产生的煤气由煤气炉出来后，首先进A．ig,竖管，煤气被增湿降温到85～90°C在此除去大部分粉尘和部分粒子较大的焦油雾，但细小的焦油雾滴难以去除，所以煤气进一步送人除油雾效率较高的电捕焦油器脱除，然后进入洗涤塔使煤气去湿降温到35°C左右，经排送机加压后进一步除雾，净化后的煤气送给用户。 23、简述电捕焦油器的除尘原理。

静电除粉尘和焦油效率较高，内部为直立式管束状结构，每个圆管中央悬挂一根放电极，管壁作为沉降极，下端设有储油槽。在每个放电极和接地的沉降极之问，建立一个高压强电场。当煤气通过强电场时，由于电离使煤气中大部分粉尘和焦油雾滴带上负电，而向圆管壁(相当于正极)移动，碰撞后放电而黏附在上面，逐渐积聚沉淀而向下流动，煤气经两极放电后由电捕焦油器导出。

24、什么是气化温度，它对气化过程有何影响？ 气化温度一般指煤气发生炉内氧化层的温度。

气化温度的太小直接影响煤气成分、煤气热值气化效率和气化强度。 25、饱和温度和蒸汽含量有什么关系?

气化剂的饱和温度提高，则进人炉内的气化剂中水蒸气盼含量增大、空气的含量减少；

26、太高或太低的饱和温度对气化过程有什么影响?

气化剂的饱和温度太低，则其中水蒸气的含量很小、空气的含量很大因而氧化反应增多而制气反应减少从而造成煤气产量和质量的下降；

气化剂的饱和温度过高，则其中水蒸气的含量很大、空气的含量很小，温度下降从而也会抑制制气反应的发生。

27、如何通过调节饱和温度来调节气化炉的火层温度?

当炉温偏高时，提高气化剂的饱和温度，增加水蒸气的含量，空气中的氧气不足，则主要进行生成CO的反应，放热较少气化温度下降；相反当炉温偏低时，适当降低气化剂的入炉饱和温度，氧气充足，主要进行的是生成CO2的反应，热效应大，气化温度上升。

28、影响气化温度的主要因素有哪些？

气化剂的饱和温度、原料煤的粒度、水分、灰分、灰熔点等。 29、什么是气化炉的料层高度?

气化炉内，灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层的总高度即为料层高度。 30、影响混合煤气发生炉水蒸气分解率的因素有哪些? 水蒸气的分解率除了和气化温度有关外，还与其消耗量有关。

31、间歇制取水煤气的吹风阶段，炉内温度如何影响吹风气中CO和C02的含量?

当燃料层的温度低时，吹风气中C02含量增多，吹风气中C0减少，因为低温有利于燃烧反应，不利于制气反应。

32、水煤气发生炉的主要工艺指标有哪些?

水煤气发生炉的主要工艺指标有热效率、制气效率、气流速度、水蒸气用量、料层高度、循环时间。

33、加压气化有何优点？

①原料方面。加压气化所用的煤种有无烟煤、烟煤、褐煤等。煤的活性高，能在较低的温度下操作，降低氧耗，并能提高气化强度和煤气质量，因此煤的活性越高越好；加压气化也可以采用弱黏结性煤种，炉内需设搅拌破黏装置，依靠桨叶的转动，将结块打碎；由于气化温度降低，因而可以采用灰熔点较低的煤种；煤的粒度可选择2～20mm、燃料的水分可高达20％～30％、灰分高达30％也无碍于操作，这就扩大了煤种的使用范围．降低了制气成本；可以气化一些弱黏结性和稍强黏结性的煤；耗氧量低，在2 OMPa压力下仅为常压的1／3~2／3，压力提高后，耗氧量还可以降低。 ②生产过程方面。气化炉的生产能力高，以水分含量20％～25％的褐煤为原料，气化炉的气化强度在2500kg／(m2·h)左右，比一般的常压气化高4～6倍；所产煤气的压力高，可以缩小设备和管道的尺寸。

③气化产物方面。压力高的煤气易于净化处理。副产品的回收率高；通过改变气化压力和气化剂的汽氧比等条件，以及对煤气进行气化处理后，几乎可以制得H2／CO各种比例的化工合成原料气。

④煤气输送方面。可以降低动力消耗，便于远距离输送。 34、简进鲁奇炉的加煤过程。 加煤过程简述如下。

①煤锁在大气压下(此时煤锁下阀关，煤锁上阀开)，煤从煤斗经过给煤溜槽流入煤锁。

②煤锁充满后，关闭煤锁上阀。煤锁用煤气充压到和炉内压力相同。

③充压完毕，煤锁下阀开启，煤开始落入炉内，当煤锁空后，煤锁下阀关闭。 ④煤锁卸压，煤锁中的煤气送人煤锁气柜，残余的煤气由煤锁喷射器抽出，经过除

尘后捧入大气。煤锁上阀开启，新循环开始。

35、简述整体煤炭气化联合循环发电流程主要由哪两部分构成

该系统包括两大部分，第一部分是煤的气化、煤气的净化部分，第二部分是燃气与蒸汽联合循环发电部分。

? 第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备(包括硫的回

收装置)．

? 第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统，蒸汽轮机发电系统、废热回

收锅炉等。

36、压力提高对气化指标有什么影响？

高压对下列反应有利：

① 压力对氧气消耗量的影响

加压气化过程随压力的增大，甲烷的生成反应增加，由该反应提供给气化过程的热量亦增加。这样由碳燃烧提供的热量相对减少．因而氧气的消耗亦减少。 ② 压力对蒸汽消耗量的影响

加压蒸汽的消耗量比常压蒸汽的消耗量高2.5～3倍，原因有几个方面。一是加压时随甲烷的生成量增加，所消耗的氢气量增加，而氢气主要来源于水蒸气的分解。从上面的化学反应可知，加压气化不利于水蒸气的分解，因而只有通过增加水蒸气的加入量提高水蒸气的绝对分解量，来满足甲烷生成反应对氢气的需求。

另一方面，在实际生产中，控制炉温是通过水蒸气的加入量来实现的，这也加剧丁蒸汽消耗。

③ 压力对气化炉生产能力的影响

经过计算，加压气化炉的生产能力比常压气化炉的生产能力高p倍，例如，气化压力在2.5MPa左右时．其气化强度比常压气化炉约高4～5倍。

加压下气体密度大，气化反应的速度加快有助于生产能力的提高。加压气化的气

固接触时间长。一般加压气化料层高度较常压的大，因而加压气化具有较大的气固接触时间，这有利于碳的转化率的提高，使得生成的煤气质量较好。 ④ 压力对煤气产率的影响压力

随着压力的提高，粗煤气的产率是下降的，净煤气的产率下降得更快。这是由于气化过程的主要反应中，如C+H20?H2+CO，以及C+CO2?2CO等都是分子数增大的反应，提高气化压力，气化反应将向分子数减小的方向进行，即不利于氢气和一氧化碳的生成，因此煤气的产率是降低的。而加压使二氧化碳的含量增加，经过脱除二氧化碳后的净煤气的产率却下降。

I从以上的分析来看，总体讲，加压对煤的气化是有利的，尤其用来生产燃烧气(如城市煤气)，因为它的甲烷含量高。但加压气化对设备的要求较高， 37、温克勒气化炉为什么使用二次气化剂?

使用二次气化剂的目的是为了提高煤的气化教率和煤气质量。被煤气带出的粉煤和未分解的碳氢化合物，可以在二次气化剂吹入区的高温环境中进一步反应，从而使煤气中的一氧化碳含量增加、甲烷量减少。 38、高温温克勒气化工艺有什么优点?

除了保持常压温克勒气化炉的简单可靠、运行灵活、氧耗量低和不产生液态烃等优点外，主要采用了带出煤粒再循环回床层的做法，从而提高了碳的利用率。 39、什么是灰熔聚气化法，属于哪一种气化类型?

灰熔聚气化法也属于加压流化床气化工艺。所谓的灰熔聚是指在一定的工艺条件下煤被气化后，含碳量很少的灰分颗粒表面软化而未熔融的状态下，团聚成球形颗粒，当颗粒足够大时即向下沉降并从床层中分离出来。 40、K-T炉的喷嘴为什么对称设置?

两个稍向下倾斜的喷嘴相对设置，一方面可以使反应区内的反应物形成高度湍流，加速反应，同时火焰对喷而不直接冲刷炉墙，对炉墙有一定的保护作用。另一方面，在一个反应区未燃尽的喷出颗粒将在对面的火焰中被进一步气化，如果出现一个烧嘴临时堵塞时保证连续安全生产。

4l、德士古气化炉有哪两种类型，主要区别是什么?

德士古气化炉是一种以水煤浆进料的加压气流床气化装置,该炉有两种不同的炉型，根据粗煤气采用的冷却方法不同，可分为淬冷型和全热回收型.

两种炉型的比较：两种炉型下部合成气的冷却方式不同，但炉子上部气化段的气化工艺是相同的。

42、制取水煤浆有哪两种方法？

固体物料的研磨分为干法和湿法两大类。制取水煤浆时普遍采用的是湿法， 43、水煤浆的浓度对气化过程有什幺影响?

所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，该浓度与煤炭的质量、制浆的技术密切相关。

水煤浆浓度对气化过程的影响基本表现在几个方面。一般地，随着水煤浆浓度的提高，煤气中的有效成分增加，气化效率提高，氧气的消耗量下降. 44、在水媒浆中加入添加剂有什么意义?

在工业规模的条件下，煤浆黏度是一限制因素。为使煤装易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。

表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中。表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水端却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。

45、为什么德士古气化炉不适宜气化褐煤?

德士古气化的煤种范围较宽，一般情况下不适宜气化褐煤，由于褐煤的内在水分含量高，内孔表面大，吸水能力强，在成浆时，煤粒上吸附的水量多。因此，相同的浓度下自由流动的水相对减少，煤浆的黏度大，成浆困难。 46、熔融床对煤的粒度有没有特殊要求?

熔融床不同于固定床、流化床和气流床，对煤的粒度没有限制，可以用较粗的煤，也可以用粉煤，对强黏结煤甚至高灰煤和高硫煤都能气化，而且气化是在不太高的压力下进行。

47、煤气设备选择有哪些基本厚则？

(1)煤气用于工业原料或者燃料时，均应按最大需要量来配备气化设备，对于需要量渡动较大的用户，应有较大的裕量。

(2)煤气炉的台数按所需最大煤气量确定、单台炉的产量应按平均气化强度来计算。 (3)煤气发生炉应考虑备用炉，以便在检修或生产出现非正常情况时，不致影响整个生产过程。例如，某厂四台气化炉生产合成氨原料气，三开一备，最大限度在两台炉停车时开肩备用炉，仍能满足生产的要求。

(4)每台气化炉一般应配置竖管、洗涤塔、煤气排送机、字气鼓风机等设备。不同的煤气用途对净化和冷却要求不同，配置的冷却净化设备可能不同。 (5)鼓风机风量应按单台炉的最大瞬时风量来考虑，鼓风机应设备用。 (6)洗涤塔按最大通过气量来选择。 四、画图题

1、画出移动床内料层分布情况

2、画出有焦油回收系统的冷煤气流程

3、画出加压气化的有废热回收的制气工艺流程

4、画出常压温克勒气化工艺流程

5、画出高温温克勒气化工艺流程

6、画出德士古煤炭气化工艺流程

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