D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.04.002 北京钢铁学院学报 1985年第4期 蒸汽通人粉煤流化床时煤的气化 传输原理教研室张先播张洪 摘要 本文重点讨论了粉煤流化床内蒸汽使煤气化时气化温度、流化速度及料层高度 三因态对煤气产率、蒸汽分解率、容积气化强度及煤气质量诸气化指标的影响。实 验中测取了不同实验条件下煤气成份和温度在流化床中的纵向分布。 一、前 言 煤炭气化工艺的开拓至少已有一个半世纪的历史了。气化方式多种多样。近年来，流态 化气化法受到极大的重视。 五十至六十年代主要对流化气化法进行可行性研究。从七十年代开始，才对该法影响气 化的各因素进行深入的研究。 Fredersdorff)粗略地讨论了流化床中所发生的气化反应类型及反应速率。Wen() 进一步研究了气化反应速率的表示式，并在此基础上建立了求解气化过程各参数的数学模 型。Johnson3.)和onJensen1详细地研究了流化床气化过程的反应动力学问题，提出 了一些经验和半经验公式。一直到最近仍有人在不断探讨如何更准确地表达气化反应的速 率。Pulsifer in和Martin【s-]研究了气化温度和压力两个因素对气化过程的影响，重点 描述了这两个因素对煤气组成的影响，但基本上未作解释。1981年天津市政工程设计院也简 略地讨论了流化床中操作因素对气化过程的影响。 本文研究的目的是为了验证前人的某些尚有争议的结论，并对过去未州以解释的实验现 象作出较为合理的解释，同时，根据实际气化过程的需要，研究某些新因素对气化过程的影 响。 本文重点讨论了粉煤流化床内蒸汽使煤气化时气化温度、流化速度及料层高度三因素对 煤气产率、蒸汽分解率、容积气化强度及煤气质量诸气化指标的影响，测取了不同实验条件 下煤气成分和温度在流化床中的纵向分布。 二、实验过程 实验流程见图1。高位水箱中的水经转子流量计计量后进入直流式蒸汽发生器，发生器 具有自我平衡性能，即随着进水量的增，发生器内水位上升，蒸发面积加大，蒸发量也随 之加大，直至蒸发量与进水量相平衡，从而将蒸汽量的计量转花为液体水量的计量。从发生 器出来的饱和蒸汽进入电加热的蒸汽过热器，可将蒸汽过热至400℃以上。过热后的蒸汽进 6
北京钢铁 学院学报 年 第 期 蒸汽通人粉煤流化床时煤的气化 传输原理教研 室 张先樱 张 洪 摘 要 本 文重 点讨论 了粉煤流化床 内蒸汽使煤 气 化 时气化 温度 、 流 化速度及 料层 高度 三 因态对煤 气产率 、 蒸汽分 解率 、 容积 气化 强度及煤 气质量诸 气 化指标 的影 响 。 实 验 中测取 了不 同实验条件下煤气成份 和 温度在流 化床 中的纵 向分布 。 一 、 前 、 一 口 ，， ， 户 口 煤炭气化工艺 的 开拓至 少 已有一个半世 纪的历 史 了 。 气化方式 多种 多样 。 近年来 ， 流态 化气化法受 到极大的重 视 。 五十至 六十年代主 要对流 化气化法进行可 行性研 究 。 从七十年代开始 ， 才对 该法影响气 化的 各因素进行 深入 的研 究 。 ’ 粗略地讨论了流 化床 中所发生的 气化反应 类型及反应速 率 。 ’ 进一 步研 究 了气化反应速 率的表示式 ， 并 在此 基础 上建立 了求 解气化过程 各参数的数学模 型 。 咚 ’ 毛 和 。 叫 详细地研 究 了流化床气化过程 的反应 动力学 问题 ， 提 出 了一 些经验和半经验公式 。 一直到最近仍有人 在不断 探 讨如 何 更准确 地表达气 化 反应 的速 率 。 和 汇“ 一 研 究 了气化温度 和压 力两个 因素对 气化过程 的 影响 ， 重点 描述了这两个因素对煤气组成的影响 ， 但基本 上未作解释 。 年天津市政工程 设计院也简 略地讨论 了流化床中操作因素对气化过程 的影响 。 本文研 究的 目的是 为了验证前人 的 某 些尚有争议的 结论 ， 并对过去未加 以解释 的实验现 象作出较为合理的解释 ， 同时 ， 根据实际 气化过程 的需 要 ， 研 究某 些新 因素对气化过程 的影 响 。 本文重点讨论 了粉 煤流化床内蒸 汽使煤气化 时气化温度 、 流化速度及 料层 高度 三 因素对 煤气产 率 、 蒸 汽分解率 、 容积 气化强度 及煤气 质量诸 气化指标 的影响 ， 测取 了不 同实验条件 下煤气成分 和温度 在流化床 中的纵 向分布 。 二 、 实验过程 实验流程见 图 。 高位 水箱 中的 水经 转子 流量计计量后 进入 直流式蒸汽发生器 ， 发生器 具有 自我平衡性能 ， 即随着进 水量 的 增加 ， 发生 器 内水 位上升 ， 蒸发面积 加大 ， 蒸发量 也随 之加大 ， 直至蒸发量 与进 水量相 平衡 ， 从而将蒸汽量 的 计量 转 化力液 体水量 的计量 。 从发生 器 出来的饱 和蒸汽进入 电加热 的蒸 汽过 热器 ， 可 将蒸汽过 热 至 ℃ 以 上 。 过 热后 的蒸汽进 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．04．002
入风箱，使流速均匀化后再进入气化炉与宋中煤粒子发生气化反应。产生的煤气及未分解的 蒸汽通过煤气引出管进入喷淋洗气筒进行清洗和冷却，清洁的煤气通过容积式煤气流量计计 量后放散。 水 ·调 热翠 进谋 一正 接 h器 设散 0 图1实验流程图 1-水箱，2-转子流量计，3-蒸汽发生器；4-汽水分离器，5-蒸汽过热器， 6-气化炉炉体；7-自动电子电位差计：8-气相色谱仪，9-进煤口及煤气 引出，10-喷淋洗气筒，11-水封槽，12-煤气流量计；13-动图仪表， 14-U型管压力表 小型实验用蒸汽气化炉炉型目前尚没有一种较为满意的炉型。这次实验中，通过反复试 验摸索，并参考其它炉型，采用了炉体外部电加热形式以保证气化反应的连续进行（见图 2)。这种加热形式易于控制和调节。为增加单位床层体积的加热面积，气化炉做成二维形 状：21mm×220mm×320mm。布风板采用嵌入式以提高气密性，其开孔率为8.5%。 为了测量床层内纵向温度分布，沿着流化床的纵向设置了一组热电偶，其热端分别置于 离布风板20mm、50mm、100mm、200mm处，采用电子电位差计自动记录各点温度值。 在从布风板向上2/3料层高度处，另设置了一热电偶，采用XCT显示仪表连续监视及电子电 位差计自动记录，以便于及时控制工况的稳定，并以此温度作为特征炉温度。 流化速度受两个因素影响，即蒸汽过热温度和蒸发量。为便于控制，实验中将蒸汽过热 温度稳定在420~460℃之间，这样便可通过调节发生器的进水量来达到控制流化速度的目 的。在这次实验中所选取的流化指数较低，为1,2~2.0之间。实验测得850℃下临界流化速 度为0.53m/s。 在实验中，通过控制进煤量，使床内料层高度在整个实验过程中不超过规定的范围。 流化床内取煤气样装置见图3。在取样管前装有一陶瓷纤维过滤头，它能将煤粉挡住而 让煤气通过。煤气进入洗气瓶冷却下来后用医用注射器抽取，当然，也会有极少量的极细的 炭微粒通过过滤头，但又被其后的洗气瓶所捕获，从而保证了所抽取的煤气样的清洁。用气 相色谱仪分析气样。但在色谱分析过程，由于操作上的原因（如进样量重复性不好），易
入 风 箱 ， 使流速均匀化后 再进入 气化炉与床中煤粒子 发生 气化反应 。 产生的煤气及未分解的 蒸汽通过煤气 引出管进入 喷淋洗 气筒进 行清洗和 冷却 ， 清洁 的煤气 通过 容积式 煤气流量计计 量 后 放散 。 勺 月示 生 ， 「日 图 实验 流程 图 一 水箱 一 转子流量 计， 一 蒸汽 发生器 一 汽 水分 离器 一 蒸汽过 热器， 一 气化炉炉体 一 自动 电子 电位 差 计 一 气相 色谱 仪 一 进煤 口 及 煤 气 引 出， 一 喷淋 洗气筒， 一 水封槽 一 煤气流量 计 一 动圈仪 表， 一 型 管压 力表 小型实验 用蒸汽气化炉炉型 目前尚没 有一种较为满意的炉型 。 这 次实验 中 ， 通过反复试 验摸 索 ， 并参考其 它炉型 ， 采 用 了炉体外部 电加 热形式 以 保证气化反 应 的连续 进行 见 图 。 这种加热形式 易于 控 制 和调节 。 为增加单位床层 体积 的加热面 积 ， 气化炉做成二维形 状 只 。 布风板 采用嵌入 式 以 提高气 密性 ， 其 开孔 率为 。 为了测量 床层 内纵 向温度 分布 ， 沿着 流化床的纵 向设 置 了一 组热 电偶 ， 其热端分别 置于 离布风 板 、 、 、 处 ， 采用 电子 电位差计 自动记 录 各点 温度值 。 在从布风 板 向上 料层高度 处 ， 另设置 了一热 电偶 ， 采用 显示 仪表连续监视 及 电子 电 位差计 自动记录 ， 以便 于 及 时控 制工 况的稳定 ， 并 以 此温度 作为特 征炉温度 。 流 化速度 受 两个 因素影响 ， 即蒸 汽过 热 温度 和蒸发量 。 为便于控 制 ， 实验 中将蒸 汽过热 温度 稳定 在 ℃ 之 间 ， 这 样便可 通过调 节发 生器的进 水量 来达到控 制 流化速度的 目 的 。 在这次实验 中所选取 的流 化指数较低 ， 为 之 间 。 实验测 得 ℃下 临界流 化速 度 为 。 在实验 中 ， 通过控 制进煤量 ， 使床 内料层 高度 在整个实验过程 中不 超过规定 的范围 。 流化床 内取 煤 气样装 置见 图 。 在取 样管前装 有一 陶瓷纤 维过 滤头 ， 它 能 将煤粉挡住而 让煤气通过 。 煤气进入洗气瓶冷却下 来后 用医用注射器 抽取 ， 当然 ， 也会有极少量 的极细 的 炭微粒通过过 滤头 ， 但 又被其后 的洗 气瓶所捕获 ， 从而保证 了所抽取 的煤 气样 的清洁 。 用气 相 色谱仪分析气样 。 但 在色谱分析 过程 犷 ， 由于操 作 上的原 因 如 进 样量 重 复性不好 ， 易
上法兰 炉体腔 接调 接调 压器~ 压器 电炉盘 下法兰 布风板 风箱法兰 风箱 图2炉体结构示意图 注射器 洗气瓶 胶管 取样管 陶瓷纤维取样买 图3流化床内取气样系统 8
炉体 壁 接调 器调 压 器 上 法兰 电炉 盘 下法兰 布风 板 风 箱法 兰 风 箱 图 炉体结构示意图 注射器 洗气瓶 取样甘 肖决纤维取样头 图 流 化床 内取 气样 系统
产生较大的系统误差。为此，我们在数据处理过程采用归一化对分析结果进行修正。 令C:'为修正前气样中组分的百分含量，C:为修正后的百分含量，则有修正公式： C1=K.C,' 式中K为修正系数， K=- 1 C 11 采用该式进行修正，可以大大减小操作因素引起的系统误差。 在我们的实验条件下，CH。含量较少，往往易被误差所掩盖。因此在以后的叙述中， 不讨论甲烷含量的变化。 实验选用的煤种为京西无烟煤，其粒度范围为0.8~2.0mm,发热值为4036kca1/kg, 工业分析结果见表1。 表1 原煤的工业分析结果 固定碳 水 分 挥发分 灰 分 52.5% 5.84% 5.50% 36.2% 三、实验结果与讨论 1.流化速度在气化过程中的效应 我们在不同的炉温条件下，测量了不同流化速度下的煤气生成量，其中一组工况数据见 图4。从图中可以看到，流化速度的变化对煤气产率的影响是不显著的。图5是流化速度对 煤气成分的影响，也可以认为在实验条件下，流化速度对煤气成分几乎没有影响，也就说是 气化反应属于反应动力学控制区内。增加流化速度也就是增加炉内水蒸汽的分压，因而水蒸 汽分压的增加对气化反应速率无甚影响。由此可见，气化速率表达式中可以不关联水蒸汽分 压这一项。随着流化速度的增加，由于煤气生成量没有多大变化，故过剃蒸汽量逐渐增加， 从而蒸汽分解率随流化速度的增加而降低。 百分」 T=900'C H=170mm h=100mm 含量 煤气 产率1 (%) (升1分) 50 4.0 ·一Hz% 40F A一C0% 3.0 30 A——C02% 2.0 20 1.0 4 10 公 0.60.70,80.91.01.1流化速度 mis 0.60.70.80.91.01.1流化速度 ms 图4流化速度对煤气产率的影响 图5流化速度对床内煤气成分的影响 9
产生较大的 系统误 差 。 为此 ， 我们 在数据处理 过程 采用归一 化对 分析 结果进 行修正 。 令 产 为修正前气样 中 组分 的百分 含量 ， 为修 正后 的 百分 含量 ， 则 有修正公式 ， 产 式 中 为修正 系数 ， 一了竺‘ 艺 、 ， 采用 该式进 行 修正 ， 可 以大大减小操 作因素 引起 的 系统误 差 。 在我们 的实验 条件下 ， ‘ 含量 较少 ， 往往 易被误 差所掩盖 。 因 此 在 以后 的叙述 中 ， 不讨论 甲烷 含量 的变化 。 实验选 用的煤种为 京西无 烟煤 ， 其粒度 范围为 ， 发热值 为 ， 工 业分析 结果见 表 。 表 原煤 的工 业分析 结果 固 定 碳 挥 发 分 灰 分 。 三 、 实验 结 果 与讨论 流化速度在气化过 程 中的效应 我们 在不 同的炉温条件下 ， 测 量 了不 同流 化速度下 的煤气生成量 ， 其 中一 组工况数据见 图 。 从 图 中可 以 看到 ， 流 化速度 的变化对煤气产 率的影响是 不显著 的 。 图 是 流 化速度对 煤气成分 的影响 ， 也可 以认为在实验条件下 ， 流化速度对煤气成分 几乎没有影响 ， 也就说是 气化反应属 于反应 动 力学控 制 区 内 。 增加 流化速度 也就是 增加炉 内水蒸汽的分压 ， 因而水蒸 汽分压 的 增加对气化反应速 率无甚 影响 。 由此可见 ， 气化速 率表达式 中可 以不关联 水蒸汽分 压 这一 项 。 随着 流 化速度 的 增加 ， 由于煤 气生 成量 没 有多大变化 ， 故过剩蒸汽量 逐 渐 一 增加 ， 从而蒸汽 分解 率随流 化速度的 增加而 降低 。 二 “ 飞“ 百含创分它量 煤气 产 率 升 分 吸 尧 ， · ， － 心 － 叱 么 △ 鑫 乙 流化速 度 。 。 流 化 速度 凡 图 流 化速度对煤 气产率的影响 图 流 化速度对床 内煤气成分 的影响
2.流化床内温度分布 我们测取了流化宋内纵向温度分布。表2及表3是其中二组数据。从表中可见流化宋内 上下温差有100℃以上，在宋层底部温度梯度较大而在离布风板100mm以上温度梯度已很 小，其原因是蒸汽入炉温度低于床温。尽管流化床内热交换比较剧烈，但毕竟将蒸汽温度升 至炉温是需要一定时间，这样在床层纵向便会产生温度梯度。 表2 流化床内纵向各点温度 实验条件 t炉=950℃，H=200mm, U=0.82m/s 床层高度mm 20 50 100 200 温度 ℃ 850 900 950 970 表3 流化床内纵向各点温度 实验条件 t炉=850℃，H=200mm,U=0.82m/s 宋层高度mm 20 50 100 200 温度℃ 730 800 850 860 另外，在煤中有时会混入一些煤矸石沉于床底使流化不良，同样也会产生床内纵向温度 分布。 3.温度在气化过程中的效应 随气化温度的提高，煤气产率相应增加，其实验数据见图6。可以看到，温度对煤气产 率的影响是极其显著的。即是说气化反应速率对气化温度的变化很为敏感，几乎每增加50℃， 煤气产率就增加约1.5倍。图7是蒸汽分 煤气， 流量1 解率受炉温的影响。随气化温度的增加， (升/分： 煤气产率及蒸汽分解率均呈指数形式急剧 G0f 增加。根据实验数据，我们可以计算出单 0 位容积床层的气化强度随温度的增加也是 呈指数关系增加的。这也证明气化反应是 处于反应动力学控制，并且气化速率与温 30 度的关系有可能用指数关系来加以描述。 20 为了考察温度对煤气质量究竞有何影 10 响，在料层高为170mm、不同的温度水 平下，于离布风板250mm的料面上方取 650070800850900950温度（℃） 气样进行分析，结果见图8。从图中可以 看到，在900℃以下时，随着炉温的升 图6温度对煤气产率的影响 高，H2%逐渐下降，CO%逐渐上升。在 900℃以后，H2%有所回升而CO%有所下降。在整个过程中，C0,%随温度的变化不显著， 但总起来看，CO,%略微有些下降趋势。但从绝对量上来看，H:量总是大于CO的量。 气化反应主要是指下述几个独立反应： 10
一流化床 内沮 度分布 我们侧取 了流化床内纵 向温度分布 。 表 及 表 是 其 中二 组数据 。 从表 中可见 流化床内 上下温差 有 ℃ 以 上 ， 在床层底部温 度梯度 较大 而在离布风 板 以 上温度梯度 已很 小 ， 其原 因是 蒸汽入 炉温度低 于 床温 。 尽 管流化床内热 交换 比较剧 烈 ， 但毕竟将蒸 汽温度 升 至 炉温是需要一定 时间 ， 这样在床层纵 向便会产生 温度梯度 。 表 流化床内纵 向各点温度 实验条件 炉 ℃ ， ， 床层高度 温 度 ℃ “ 塑 。 。 ，口一口﹄一 一们︸甘︸ 一城份︵ 表 实验条件 流 化床内纵向各点 温度 炉 ℃ ， 二 ， 床层 高度 温 度 ℃ 另外 ， 在煤 中有 时会混入一 些煤歼石沉 于 床底使流化不 良 ， 同样也会产生 床内纵 向温度 分布 。 沮 度在气 化过程 中的效应 随气化温度 的提高 ， 煤气产 率相应增加 ， 其实验数据见 图 。 可 以 看到 ， 温度 对煤气产 率的影响是极其显著的 。 即是说气 化反应速 率对 气 化温度 的变化很 为敏感 ， 几乎每增加 ℃ ， 煤气产 率就 增加约 倍 。 图 是蒸汽分 解率受炉温 的影响 。 随气化温度的增加 ， 谋气产率 及蒸汽分解率均呈 指数形式急剧 增加 。 根据 实验数据 ， 我们 可 以计算 出单 位容积 床层 的气化强度随温度 的 增加也是 呈 指数关系增加 的 。 这也证 明气化反应是 处 于反应 动力学控 制 ， 并且气化速率 与温 度 的关系有可 能用 指数关系来加 以描述 。 为 了考察温度对煤气质量究竟有何影 响 ， 在料层高 为 、 不 同的温度 水 平下 ， 于 离布风板 的 料面 上方取 气样进行 分析 ， 结果见 图 。 从图 中可 以 看到 ， 在 。 ℃ 以 下 时 ， 随着 炉温 的升 高 ， 逐 渐下降 ， 逐渐 上升 。 在 煤气 流 量 升 分〕 ‘ 一产产 下 。 温度 ℃ 图 温度对煤 气产率的影响 ℃ 以后 ， 有所回升而 有所下 降 。 在整个过程 中 ， 随温度 的变化不显著 ， 但 总起来看 ， 略微 有些下 降趋势 。 但 从绝对量 上来看 ， 量 总是大于 口的量 。 气化反应主 要是 指下述 几个独立反应
蒸气分 解串} (%) 40 30 10 0 700 750 80U 50 900 950温按（℃） 图7温度对蒸汽分解率的影响 百分 H=170mm 含敏 h :250mm ·-fH2% (6) 一C0% a—C02% 60 40t 20 700 800 8509050 图8温度对煤气成分的影响 (1).C+H20=C0+H2 (2)C+2H,O=CO2+2H2 (3)C+2H2=CH4 (4)C0+H2O=CO2+H2 其中反应(3)生完的甲烷量很小，暂不予考虑。反应(4)没有达到平衡（据实验数 据计算)，并随温度的升高，反应速率有所降低。相对而言，反应(1)及反应(2)构成 了气化反应的主体。反应(1)生成的CO及H,摩尔数相同，但由于反应(2)的存在使得 H:摩尔量要大于C○的摩尔量。总起来说，反应(1)在气化过程中比反应(2)更重要。在 低温下，尽管从绝对量上讲H2的摩尔量要大一些，在增加同样的温度时，H:的增加倍数反 11
蒸汽分 解 串 了 知 图 温度 七 温 度对蒸汽分 解率的影 响 二 二 － 乡 ， － 乡二 八 一 肠 一一 尸 一 一 洲了 口一 喊 一 、 、 羚一尸 舀一 一 一 ‘ 班 戏励脸 卜 切 了石“ 。 、 。 ，。 。 ， 。 。 图 温度对煤 气成分 的影响 · 壬 ‘ 其 中反应 生完的 甲烷 量很 小 ， 暂 不予考虑 。 反 应 没有达 到平衡 据实验数 据计算 ， 并随温度的升高 ， 反 应速 率有所降低 。 相 对而言 ， 反 应 及反 应 构成 了气化反 应 的主体 。 反应 生 成的 及 摩尔数相 同 ， 但 由于反 应 的 存在使得 摩尔量 要大于 的摩尔量 。 总起来说 ， 反应 在气化过程 中比反 应 更重 要 。 在 低温下 ， 尽 管 从绝对量 上讲 的摩尔量 要大一 些 ， 在增加 同样 的温度 时 ， 的 增加倍数反
而还小于CO的增加倍数。在图8上就表现为CO%随温度增加而有所增加，H:%则有所下 降，随温度的升高，这两个反应的速率均有所增加，但反应(2)速增加超过反应（1）， 这样在单位时间内生成的H:的摩尔量就越来越多，使H2的增加倍数逐渐提高，逐渐接近 CO的增加倍数值。在图8中就显示出H,%的下降逐渐平缓，而CO的上升也逐渐缓慢。当 温度超过900℃以后，反应(2)速率终于增加到能使H2的增加倍数大于CO的增加倍数。 这样在图8中表现为H2%有所上升而CO%则有所下降。 由图8中数据计算可知，随温度的增加，煤气的热值是有所增加的。 图9与图10是不同温度下床层纵向煤气成分的分布。从图中可以看到，低温下沿宋层向 上，H,%逐渐有所下降，而CO%与CO2%逐渐有所上升，但在高温情况下，各成分在不同 高度处趋于一致。 百分 T 800C H=170 mm 百分 T±9501I=170mm 含量 含量 (%) (%) 50 4-C02% 40 。一H2% ￥一C0% 40F ·一H2% 30 b一C0:% 30 1,- t一C0% 20 20 10 10 ，。, 5前10015的200250h(mm) 50100150200250h(1m) 图9床内煤气成分纵向分布 图10床内煤气成分纵向分布 我们将图9与图8比较，就可以看到这两张图很相似。它表明正是流化床内的温度分布 导致了煤气成分的浓度分布。床层底部温度低，相应于H2%较高而CO%较低。在高温下， 床层上部温度超过900℃，故随温度升高H:%又有所升高，而此时床层下部温度不足900℃， 故随温度升高H,%反而有所下降。这样一来就造成浓度梯度的均匀化，如图10。 4.料层高度在气化过程中的效应 随料层高度的增加，煤气产率及蒸汽分解率是呈线性增加的（见图11及图12）。料层高 度的变化对容积气化强度没有影响，即对化学反应速率没有影响，只是由于料层高度增加， 蒸汽在炉内的停留时间相对延长，而使煤气产率及蒸汽分解率有所增加。 在h=250mm处，我们测取了煤气成分在不同料层高度下的变化情况，实验结果见图 13。随料层的加高，出口煤气中H2%及CO%均略有所下降，而C0,%略有上升。因料层高 度增加，虽对反应速率没有影响，但反应物的数量是增加的，即是说反应(1)与反应(2) 按一定比例同步增加。由于CO:的基数比H:及CO的基数小很多（据实验数据分析所得）， 这样C02略微增加一些也有可能使其增加倍数高于其它组分的增加倍数，造成图13中的现 象。 由于H:%及CO%略有下降，故煤气热值随料层加高也有所降低。 12
而还 小于 的增加倍数 。 在图 上就 表现 为 随温度增加 而有所 增加 ， 则 有所 下 降 ， 随温度的升高 ， 这 两个反 应 的速 率均有所增加 ， 但反 应 速 率增加超过反应 ， 这 样在单位时间 内生 成的 的摩尔量就 越 来越 多 ， 使 的增加倍数逐渐提高 ， 逐渐接近 的增加倍数值 。 在图 中就显示 出 的下降逐渐平缓 ， 而 的 上升也逐渐 缓慢 。 当 温度超过 ℃ 以后 ， 反应 速 率终于增加到能使 的 增加倍 数大于 的增加倍 数 。 这样在图 中表现为 有所 上升而 已 则 有所下 降 。 由图 中数据计算可 知 ， 随温度的增加 ， 煤气的热值是 有所 增加的 。 图 与图 是 不 同温度下 床层纵 向煤气成分 的分布 。 从图 中可 以看到 ， 低 温下沿 床层 向 上 ， 逐渐有所 下降 ， 而 与 逐渐有所 上升 ， 但 在高温情况下 ， 各成分 在不 同 高度处 趋于一 致 。 百分 刽以瓦量幻分 巴 含 量 一节 乙 － ▲ 一 ， 。 钱 － 卜 ‘ ‘ 口 图 床 内煤气成分 纵 向分布 图 床 内煤气成分 纵 向分布 我们 将图 与图 比较 ， 就可 以看到这 两张 图很 相似 。 它 表 明正是 流化床内的温度分布 导致 了煤气成分 的浓度分布 。 床层底部温度低 ， 相应 于 较高而 较低 。 在高温下 ， 床层 上部温度超过 ℃ ， 故随 温度升高 又有所升高 ， 而此 时床层下 部温度不足 ℃， 故随温度升高 反 而有所下 降 。 这 样一来就造成浓度 梯度的 均匀 化 ， 如 图 。 ’ 料层高度在气 化过 程 中的效应 随料层高度的增加 ， 煤气产率及蒸汽分解率是 呈线性 增加的 见 图 及 图 。 料层高 度的变化对 容积气化强度没有影响 ， 即对化学反应速率没有影响 ， 只是 由于料层高度增加 ， 蒸汽 在炉 内的停留时间相对延长 ， 而使煤气产率及蒸汽分解率有所 增加 。 在 二 处 ， 我们测取 了煤气成分 在不 同料层高度下 的变化情 况 ， 实验结果见 图 。 随料层 的加高 ， 出 口 煤气 中 及 均 略有所下 降 ， 而 略有上升 。 因料层 高 度增 加 ， 虽对反应 速率没 有影响 ， 但反应 物的数量 是 增加的 ， 即是 说反应 与反应 按一定 比例 同步增加 。 由于 的基数比 及 的 基数小很 多 据实验数据 分析所得 ， 这样 略微 增加一些也有可 能使其增加倍数高于其 它组分 的增加倍粼 ， 造成 图 中的现 象 。 由于 及 略有下 降 ， 故煤气热值随料层加高也有所降低
煤气 产 (升/分) 10 9 8 120 140 160 180 200 H（mm) 图11料层高度对煤气产率的影响 蒸气分 解来 (96) 10 8 10 0 4= 20014:· 图12 料层高度对蒸汽分解率的影响 百分 含量 T=850Ch=250n1m晾杆外 (%) 50 40 4一C0,6 30F ·一H26 4一C06 20 10 酒的的前 H mm 图13料层高度对煤气出口处成分的影响 13
煤气 产率 升 分 】 飞 一 图 料层 高度对煤 气产率 的影 响 蒸气 分 解 车 ‘ 肠 乙 之 刁 争 一 ‘ 国 一 孟 一 口 约 了 图 料层 高度对蒸汽分 解率的影响 百分 含 最 二 昨。 。 沁 川 取 样 朴 一、 一，卜 一 认 一 一 ‘ 、 ‘ 一 、 、 口‘ 一 。 书 一 一 勺 · 石 一 几仁 名。 叮 ， 、 。 、 图 料层 高度对煤 气 出 口 处成分 的影响
、结 论 在：我们的实验条件下，流化速度对煤气产率、容积气化强度的影响不显著，但直接影响 到蒸汽分解率的高低。增加炉内水蒸汽分压对气化速没有影响。 流化宋内由于疗在温度梯度，从而导致煤气成分沿床层纵向存在浓度梯度，说明流化床 内纵向气体返混量不大。 煤气产率、蒸汽分解及容积气化强度随炉温的增加面显指数形式急剧增加，说明气化 反应为动力学控制，气化速率有可能以指数形式米加以描述。温度对煤气质也有影啊，随 着温度升高煤气热值有所上升。 随料层的加高，煤气产及蒸（分解茶呈线性增加，煤气成分也略有变化，但变化幅度 不大。容积气化凝度不受料层高度的影响。 在分析过程中，应该采用绝对量来进行分析。因百分合量的变化只是表示各成分绝对 量间增加倍数的光系。 根据上述结论，在实际气化过程中，在保证正常流化操作下，可以适当地减小流化速度 以减少多余蒸汽的消耗，还可提高入炉蒸汽的温度以提高蒸汽分解率。 靠增加料层高度来增加蒸汽分解率及产气率是有一定限度的。 气化温度在900~950℃之间比较适宜。温度如太高不易于操作；温度太低影响煤气产 ,气化强度和蒸汽分解。 参考文献 (1)Fredersdorff Von,C.G:Chemistry of coal utilization,Ed.by Lo- wry,H.H.(1963). (2) Jensen,G.A.Ind.chem.process Des.Dev.14.(1975)470. 〔3) Johnson,J.L.:Coal Gasification.Ed.Massey,L.G.Acs.ser.131, (1974). (4)Johnson,J.L.Kinetics of coal gasification.(1979) (5)Martin,Schmal:Ind.chem.process.Des.Dev.21.(1982).258. (6)Martin,Schmal:Ind.chem.Process Des Dev.22.(1983).563. (7)Pulsifer,A.H.Coal processing by electrofluid.(1974). (8)Wen.C.Y.Optimzation of coal gasification process.(1972). 14
口 、 结 万色 在我们 的实验 条件下 ， 流化速度对 煤气产 率 、 容积 气 化 强度 的 影 响不 显著 ， 但 直接 影响 到蒸汽分解率的高低 。 增加 炉 内水蒸汽分压 对气 化速 率没有影 响 。 流化床 内由于 存 在温 度梯度 ， 从而 导致 煤气成 分沿 床层纵 向存 在浓度 梯 心 ， 说 明 流化床 内纵 向气体返混量 不大 。 煤气产 率 、 燕汽分解率及容积气化 强度随炉温 的 增加而呈 指数形式 急剧 增加 ， 说 明气 化 反应 为动力学控 制 ， 广飞化速 率有可 能 以 指数形式 来加 以 描述 。 温庭刘 一 煤气质星 也有影 咧 ， 随 着温度升高 煤气热 值 有所 上升 。 随料层 的 加高 ， 煤气产 率及蒸 汽 分 解 率呈线性 增加 ， 煤气 成分 也略有变化 ， 但 变 化幅度 不 大 。 容积 气 化强度不受 料层 高度 的影 响 。 在分析 过程 中 ， 应 该 采 用绝 对量 来进行分析 。 因为百分 含量 的变 化只 是 表示 各成分 绝对 量 间增加倍数的关系 。 根据 上述 结论 ， 在实际气 化过 程 中 ， 在保证 正常流化操作下 ， 可 以适 当地减小流化速度 以 减少 多余蒸汽的 消耗 还可 提高入炉蒸汽的温度 以提高蒸汽分 解率 。 靠增加料层 高度来增加蒸汽分解率及产 气 率是 有一定 限度的 。 气化温度 在 。 一 ℃ 之 间 比较适宜 。 温度如 太高 不 易于 操 作 温 度太低 影 响煤气产 率 ， 气化强度和蒸汽分 解率 。 参 考 文 献 ， ， ， 一 ， ， ， ， ， ， ， ， 产气一八︸ 、、户、尹沪 毛尹卫、 帕卿叻 〔 〕
TIIE GASIFICATION OF PULVERIZED COAL IN TIIE FLUIDIZED-BED BY STEAM Zhang Xianyao and Zhang Hong ABSTRACT The effect of changing the fluidized-bed temperature,fluidizing ve- locity and the bed height on performance is discussed in detail in this paper.Measured performance characteristics include gas rate,steam conversion,volumetric gasification intensity and gas quality. The distribution of contents of gas and the distribution of tempe- rature along the height of fluidized-bed are achieved under different ope- rating conditions, 15
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