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  煤炭气化技术自1839年俄国第一台空气鼓风液态排渣气化炉问世以来，至今已有100多年的历史。我国的煤炭气化技术起步较晚，上世纪50年代初期，为了适应国民经济恢复和发展的需要，借鉴苏、美40年代末期的设计，开始自制常压固定床煤气发生炉煤气化设备。经过几十年的实践，通过一直在改进，在加煤、排灰、气化工艺的自动控制等方面取得了可喜的进步。

  在山东冶金、耐材系统，因所用窑炉对煤气的洁净度要求不高，发生炉煤气较多应用单段炉热煤气及两段炉热脱焦油煤气。本章针对这一特点，重点介绍单段炉热煤气站及两段炉热脱焦油煤气站的工艺流程和各种设备的结构特点。

  热煤气是煤气由发生炉出来后只经过粗略除尘，便直接送往用户。一般在用户对煤气含尘量要求不高、距离较近的窑炉使用。其特点是，系统最简单，投资少，能充分的利用煤气的显热和焦油的化学热。但煤气不能远距离输送，且宜堵塞管路、烧嘴，一旦堵塞，不便清理。

  冷煤气是煤气出炉后，经过冷却、除尘、除焦油并经加压后的冷净煤气，系统很复杂，但煤气质量高，输送距离远，应用场景范围比较广，能适应任何窑炉的要求。

  热发生炉煤气站工艺流程为：按使用上的要求外购的烟煤或无烟煤在煤场经破碎、筛分后运至上煤系统，通过输送皮带、电动葫芦或爬梯等形式，间歇的将煤送到加煤机构，加入到炉内。在煤气炉内，粒煤与由鼓风机带入的汽、风混合物进行气化反应。生成的出炉脏煤气，其温度约400～600℃，经过旋风除尘器除去粒度较大的粉尘后，通过带内衬砖（或保温）和排灰斗的热煤气管道直接送往窑炉。

  两段炉热脱焦油煤气站工艺流程为：原料煤在煤场进行破碎、筛分后，符合工艺技术要求粒度的中块煤，经上煤系统加入到煤仓中，再经加煤机构间歇地进入煤气炉内，煤受到来自气化层的热煤气加热脱除水分及挥发分成为低温干馏半焦。半焦下行至气化层（还原层和氧化层），与由炉底进入的空气和水蒸汽进行气化反应，生成发生炉煤气，下部的灰渣从煤气炉灰盘经大灰刀排出。部分煤气经过包围干馏层的火道引出，成为下段煤气，其出口温度根据不同炉型约为400～600℃，煤气压力为1.5～4.5kPa，经过底部旋风除尘器除去颗粒较大的灰尘后进入煤气总管。另一部分煤气进入干馏层，与干馏煤气混合后从两段炉顶部引出，称为上段18

  煤气，其出口温度约为100～150℃，煤气压力约为1～3.5kPa。上段煤气经旋风除油器除去带出物和大颗粒焦油，进入电捕焦油器脱除焦油后在煤气总管与下段煤气混合得热脱焦油煤气供用户。由于工艺的原因，挥发分较高的弱粘结性烟煤非常适合两段式煤气发生炉。

  常压固定床混合煤气发生炉在我国是一种使用最广泛的气化设备，国内常用的大致有Д型炉篦湿式排灰的混合煤气发生炉、W-G型干式排灰的混合煤气发生炉、两段式煤气发生炉等几种。表2-1是山东冶金机械厂生产的部分煤气发生炉的技术性能参数。

  Д型的煤气发生炉其炉篦形状与俄文字母“Д”相似而因此命名。3BD煤气炉属于“Д”型炉的一种，是在原3AД-135煤气炉基础上由山东冶金机械厂改进而成，下面通过介绍3BD型煤气炉，了解“Д”型炉的结构型式特点。

  这类炉型由上、中、下三部分所组成。上部包括加煤机、炉盖、探火孔等主要部件。中部包括炉体、水夹套，碎渣圈、小灰刀等。

  下部包括炉篦、灰盘及其传动装置、排灰刀、鼓风箱等。炉体水夹套由四个支柱支撑在基础上，其中一个支柱是活动支柱，可以拆下，以便更换炉篦、灰盘。在灰盘、鼓风箱处设有水封，以保证炉子的气密性。灰盘水封还起到防爆作用，当炉内发生爆炸事故时，能够最终靠灰盘水封泄压。

  每台煤气炉附带一台蒸汽汇集器，汇集器与炉体水夹套之间的连接管路不能装设任何隔断装置。汇集器将炉体水夹套产生的蒸汽汇集起来，经过汽水分离后，热水通过管道流回水夹套循环使用，蒸汽则供煤气站使用。炉体水夹套与汇集器构成的汽水循环原理是：低温的软化水进入蒸汽汇集器，然后由下降管流到炉体水夹套的下部，在水夹套内的水由于受到炉膛内料层传过来的热量而升温，在水夹套内产生了蒸汽和水的混合物。因汽水混合物比重较小，水的比重较大，汽水混合物由上升管进入到蒸汽汇集器，水由下降管进入到水夹套，因而形成汽水的自然循环。

  1．炉篦传动装置 2.灰盘 3.炉篦装置 4.炉体 5.炉盖 6.加煤机构

  3BD煤气炉水夹套是在原3AД-135炉型半水夹套基础上改成全水夹套，炉盖用耐火砖或其它耐火材料砌成。改进后，水夹套受热面积增大，产生的蒸汽增多，能够完全满足煤气发生炉本身的蒸汽需要量，并且消除了原炉衬表面挂渣现象。

  水夹套分能承受压力的容器型和常压型两种，是由20mm钢板制作而成的内、外壳与上下封头焊接而成。水夹套顶部有八个蒸汽上升管，汽、水混合物经上升管上升到蒸汽汇集器中进行汽、水分离。在接近水夹套底部处有两处进水管，汇集器中分离的水从进水管进入到水夹套内。水夹套中部开设一个炉腔人孔，供点炉、维修时使用。水夹套下部还设有排污管，以便及时排除水夹套内的污垢。

  22 免受灰渣的磨损，下部插入灰盘水中而形成水封。当炉篦转动时，炉篦与碎渣圈的内壁做相对运动，使大块灰渣破碎。碎渣圈下部装有2～5把小灰刀，可以把灰渣从炉内排出到灰盘内。

  灰盘与涡轮固定在一起，下部以其环形导轨座落在环形底座的钢球上，灰盘转动时钢球在上、下凹槽形导轨内滚动，以减少摩擦力。灰盘由钢板制作而成，内壁表面凸出的斜筋用于帮助大灰刀排灰。灰盘与碎渣圈共同组成灰盘水封。固定不动的大灰刀焊接在炉体及碎渣圈上，其下端插入灰盘水中，其水平夹角为30～400，灰盘转动时，灰盘中的灰渣沿着灰刀的斜面被排出。

  炉篦是煤气发生炉的最重要的部件之一，其性能的优劣，对于在燃料层中建立正常稳定的气化过程有着很重要的作用。炉篦除支撑炉内燃料层外，其最大的作用是均匀分布气化剂，破碎炉渣和排出炉渣。Д型炉篦由1～6号炉条组成，表面呈鱼鳞状，底部锥体上有8条镰刀形的排灰刮刀，炉篦与炉体偏心150mm 。炉篦回转时，由于炉篦的偏心布置以及炉篦表面鳞片的推动作用，使炉渣时而上升时而下降，始终处于振荡和前进的运动中，这样可使炉渣层松动，并对炉渣进行破碎。灰渣在自重和炉篦推力的作用下移向碎渣圈和炉篦底座之间的排灰间隙，

  各层炉篦之间形成布风间隙，Д型炉篦能使气化剂沿整个炉膛截面均匀进入，而且炉篦间隙出口与炉篦运动方向相反，所以风口不会被灰渣堵塞。鼓风箱与炉篦下部水封圈组成炉底水封。

  探火孔是煤气炉的重要部件之一，探火孔均匀地分布在炉盖或炉体上。探火孔的作用是：

  1．通过探火孔对燃料层表明上进行观察，及时作出调整炉况及对燃料层进行深层调整。

  2．用钎子探火炉内各层次的温度及分布情况，用以指导煤气炉的操作。 对探火孔的要求是：操作时蒸汽幕要封住炉内压力，使煤气不外泄；不工作时，密封面要有良好的密封性能；操作时，保证钎子能插到炉篦各处。探火孔有几种型式，包括塞式、水封式、外锥面密封式等。图2-5为塞式探火孔的结构图。

  塞式探火孔由塞子、外壳及喷嘴组成。塞子1和外壳2之间的密封锥面经过研磨，具有较好的密封性，以保证煤气不向外泄漏。操作时先打开蒸汽阀门，接通蒸汽，蒸汽通过外壳与喷嘴之间的约1mm

  24 幕，使炉内煤气不能通过汽幕外泄。若蒸汽量过大，则外部空气被蒸汽汽流大量吸入炉内，致使煤气中氧含量增多，严重时能引起爆炸。所以蒸汽量应以不向外泄漏煤气为准。并且不能同时打开2个以上探火孔，以免大量空气被吸入炉内而发生危险。

  由于探火时经常用钎子在探火孔座的锥面摩擦和撞击，易造成锥面划痕，从而泄漏煤气。为此有的煤气炉使用软密封式探火孔、外配合式探火孔等均取得较好效果。

  3BD 型煤气发生炉炉篦传动装置座落在炉体基础上，包括电磁调速电机、摆线针轮减速机、蜗杆座、蜗杆等部件，其装配简图如图2-6所示。

  采用这种传动方式，设备结构紧密相连，可实现直接连续传动，达到小循环出灰，保证炉内层次的稳定，使炉内气化均匀。

  3BD 型煤气炉加煤机结构包括插板阀、计量给煤器、计量锁气器和传动机构等部件组成。3M21煤气炉采用双钟罩式加煤，此二种加煤机均为机械式加煤。3BD 煤气炉加煤机采用双翻板式加煤，其结构见图2-7。

  翻板式加煤机的结构特点是，采用气动或液压传动，利用气缸或油缸带动翻板动作，减少了动作构件，易于维护、保养。

  对于φ3.0m 煤气站，目前上煤 系统多采用电动葫芦上煤，炉型较 小的煤气发生炉煤气站，如φ1.5m 、 φ2.0m 、φ2.4m 等较多采用爬梯方 式上煤，加煤机构多为手动双钟罩 式加煤机。其结构见图2-8。

  W –G 炉由料仓、料管、饱和空气 管路、上下炉体、灰斗、炉篦传动装置 等组成。W –G 型煤气炉主要技术性能 参数见表2-1，结构见图2-9。 图2-7 3BD 煤气炉加煤机结构

  料仓为一钢板焊接圆筒形容器，上盖装有一个圆盘形加煤阀，下底装有四个圆盘阀向四个料管加煤。每个料管由上、下二段组成，上段的下端活插在下段中，并以石棉绳密封。

  鼓风空气经过上炉体水夹套的水面，带着水夹套产生的蒸汽进入饱和空气管，在管内进一步混合均匀，再进入炉篦下部。饱和空气管除供空气和蒸汽均匀混合外，管下部还装有防爆孔，当炉内发生爆炸事故时，可通过防爆孔泄压。在饱和空气管上装有补充蒸汽入口，用于炉子启动时补充蒸汽以及运行中调节饱和温度。

  上炉体为一蒸汽水夹套，外壳上的溢流管使水夹套的水位稳定在炉顶夹层的一定高度上，使其呈全水夹套形式。下炉体为一钢板焊接圆筒，它是炉子的主要

  1。料仓 2.料管 3.饱和空气管路 4.上炉体 5.炉篦 6.下炉体 7.灰斗 8.探火孔 9.炉篦传动装置

  门及六个小炉门，煤气炉热备用时能打开大炉门进行自然通风，小炉门可用于局部清渣及点炉用。

  炉篦由固定在支架上的三层钢板及一个铸钢风帽组成。支架可绕炉篦主轴旋转，而主轴又固定在一个十字梁上。炉篦传动装置采用圆锥齿轮传动，特点是传动平稳、可靠。

  灰斗由上、下两部分所组成，并设有上、下两道阀门，上阀常开，下阀常闭。因干式出灰对环境影响较重，目前，W-G型炉出灰装置多改成湿式出灰，在灰斗底部加一水封，用铰笼形式将灰渣从水封中除出。

  1．总料层比较高，气化区煤气的显热能被上部料层较多地吸收，煤气质量较好，炉出温度比一般单段炉低，空层很小，炉身高度得到充分利用。

  3．由于鼓风空气与蒸汽在水夹套上部空间内直接混合，所以省去一台蒸汽汇集器。

  4．炉底为金属封闭型，鼓风压力的提高不受灰盘水封高度限制，所以炉底鼓风压力高，气化强度高，煤气产量较大，还可通过小颗粒煤作为气化原料。

  两段式煤气发生炉已有几十年的发展史，是很成熟的炉型，自上世纪八十年代后，从国外引进了许多类型的不同直径的两段炉，大大地推动了国内两段炉的研制和应用。目前国内应用较多的炉型有φ2.0m、φ2.6m、φ3.0m、φ3.2m等几种。下面主要围绕φ3.2m炉型做一介绍。

  28 两段式煤气炉的工艺流程及气化机理，在本章第一节已做介绍，这里仅简要介绍φ3.2m 两段炉的主要结构，如图2-10所示。

  两段炉为高料层操作，炉内料层均匀稳定，正常情况下不会产生烧穿偏炉等弊病，因此其加煤机装置均采用间歇加煤。加煤机种类较多，如双滚筒式、双钟罩式等。φ3.2m 两段炉加煤机采用双滚筒式，其结构如图2-11所示。

  加煤机采用两路共4个旋转加煤阀，中间设置缓冲煤仓，滚筒与阀体之间的间隙用干油润滑与密封，加煤机上有两台多点式干油泵，间歇的向其间注入干油，因此加煤机密封性能好。加煤传动采取了液压控制，通过PC （可编程序控制器）设定好加煤程序控制加煤系统的运行，实现自动加煤。

  9.煤仓 10.中心管调节器 11.下段煤气出口 12.炉篦传动装置 13.鼓风箱

  入炉煤在干馏层须干馏完全，否则会造成下段煤气中将存在较多的焦油。在低温干馏层内的传热过程中，辐射、对流和传导三种传热方式均存在，但热量的传递主要是对流和热传导。根据热平衡可计算入炉煤低温干馏完全所需的热量，根据燃料的不同及燃料所含水分的不同，进入干馏层的煤气约占30～45％，燃料的含水分越高，干燥所需的热量越多，干馏所需时间也越长，进入干馏层的煤气量就越多。因此应采取一定的措施控制入炉煤的含水量。

  传统的两段炉干馏层内既有周壁耐火砖墙，砖墙中有立式通气道，又设纵向内隔墙，将干馏层分割成若干个干馏室。φ3.2m 两段炉没有纵向内隔墙，设置了一个用不锈钢制作的中心管，在上部有中心管调节器，用来调整下段煤气的上升流量。下段煤气出口下方有6个沿圆周均布的气流调节器，用以调节底部煤气的上升量，有利于煤气及炉温在整个截面上均匀分布。下段煤气出口设在干馏层的顶部。

  两段炉的气化层与单段炉基本相同，由水夹套和碎渣圈等组成。气化层上设有探火孔，用以探火气化层内各区燃料层的厚度和处理炉况，由于两段炉气化压力较高，故探火孔汽封蒸汽压力一般为0.294～0.326Mpa 。

  30 除灰装置由炉篦、水封灰盘及其传动装置组成。炉篦对高料层气化性能起着决定性的作用，它担负着均匀布风、碎渣和排灰的作用，多采用分散吹风炉篦，由几层鱼鳞状的炉条叠合而成，有的与炉体中心偏心安装，φ3.2m 两段炉炉篦由于本身碎渣能力强，其与炉体中心没有偏心安装。

  灰盘的传动装置用液压缸拉动，在灰盘底部位置安装棘轮，在径向相对位置的两边各设一个液压缸，带动棘爪拉动灰盘转动。此种设置可通过电气控制实现自动除灰。

  两段炉规格的不同，生产厂商的不同，其加煤机构及除灰装置均不一样。图2-12所示为一种φ3.0m 两段式煤气发生炉结构图。

  这种结构的两段炉是在原φ3.0m“Д”型炉基础上做改造而成的，其气化层及灰盘传动机构与单段炉中Д型炉基本相同，增加了约5m 高的干馏层；干馏层不设纵向内隔墙，形成单一炭化室。在炉顶盖上有两个上段煤气出口，下段煤气出口与φ3.2m 两段炉比较位置靠下，因此其下段煤气出口温度较φ3.2m 煤气炉为高。两段炉还有其它的一些规格、型号，如φ2.0m 、φ2.4m 、φ2.6m 等，其结构不再详述。

  两段式煤气发生站一般自动化程度较高，可实现多种自动控制，这不但减轻了工人的劳动强度，而且对于煤气站的安全运行起到了有利的保障。两段炉自动控制系统最重要的包含：炉底饱和温度的自动调节、煤气站负荷自动调节、蒸汽汇集器水位自动调节、自动加煤控制、自动出灰控制以及各种电气的安全联锁控制等，各使用单位能够准确的通过经济技术条件合理选用。

  人工手动控制空气饱和温度，要求操作人员注意力集中，精神处于紧张状态，而且控制也不是很稳定、准确。采用饱和温度自动控制系统是测量炉底饱和温度，采用电动或气动调节阀调节蒸汽流量，通过电气控制调整阀门开大或关小而实现饱和温度的自动调节。采用此种方式能控制饱和温度在±0.5℃范围之内。

  蒸汽汇集器水位是煤气站操作中经常观察的项目，对煤气站的安全运行很重要。实现水位的自动调节对减少工人劳动强度、保障煤气站的安全很有必要。其调节动作为：蒸汽汇集器水位由双室平衡容器转换成差压信号，由差压变送器转变成直流电流信号，输入到电动操作器使电动执行器动作，通过调节阀的开、关实现水位自动调节。

  两段炉的加煤和出灰机构不同，其自动控制系统也不一样。对φ3.2m两段炉来说，由于加煤和出灰均采取了液压系统，其自动控制是采用了可编程序控制器，设定好加煤、出灰动作程序后。根据煤位计探火煤位情况控制液压缸动作来实现自动加煤。通过确定出灰间隔时间，实现出灰自动控制。

  为了保证煤气站安全运作，在电气系统设置了电气报警联锁装置。如电捕焦油器煤气出口压力极低报警、绝缘子箱温度低温报警、煤气排送机与鼓风机的联锁保护等。

  煤气站是一套很复杂的系统，其中除煤气发生炉外还有许多附属设备，包括煤处理设备、进化设施、煤气冷却设备（冷净煤气站）、各种阀类、各种各样的管道、各种仪表等，本节针对热煤气站使用的主要附属设备做介绍。

  旋风除尘器的结构型式很多，煤气工业采用的是最简单的单级旋风除尘器，因煤气温度高，其内部还要衬以耐火砖衬。为了更好的提高其分离能力，在结构上应该最大限度地考虑其合理性。

  当含尘气流以12～25m/s 的速度由进气管进入旋风除尘器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下，朝锥体流动，称为外旋气流。含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒 甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力而靠入口速度的动量和向下的重

  力沿壁面下落，进入排灰管。当气流到达锥体下端某一位置时，从除尘器中部由下反转而上，继续作螺旋形流动，即内旋气流。最后净化气体经上部排气管排出，一部分未被捕集的尘粒随气流逸出。旋风除尘器的除尘效率约为50～60％。

  一般旋风除尘器的直径越小，旋转半径越小，粉尘颗粒所受的离心力越大，除尘器的除尘效率越高。但是除尘器的直径应与煤气炉的生产能力相适应。

  除尘器的高度包括筒体和锥体两个部分。一般来说，筒体高，气流在除尘器里旋转圈数多，有利于尘粒的分离。

  煤气站使用的除尘器进口形式一般都会采用切向进口，进口管制成矩形使整个进口高度与器壁相切。一般矩形进口管高与宽之比为1.5～2。

  在一定范围内，排气管直径越小，则旋风除尘器的除尘效率越高，压力损失也越大。一般排气管直径控制在除尘器内径的一半左右。

  在一般气体中仅存在少量电子，这些电子不足以形成电流，因而在通常状态下的气体是不导电的绝缘体。然而当施加于放电极上的电压逐渐升高，一直到使原来在气体中存在的少量自由电子获得足够的能量而加速到很高的速度。这些电子与气体的中性分子相碰撞时，能将分子外圈的电子撞击出来，形成正离子和自由电子，这些电子又被加速和碰撞，由此多次重复而产生大量电子和正离子，使气体电离。当含尘或含油雾的气体通过电离空间时，粉尘或油雾粒子被强制荷（带）电，带电粒子在电场作用下向沉淀极运动，粘附在沉淀极上失去电荷而被收集，流动性好的焦油则自流而下。煤气生产中，电捕焦油器又称静电除油器。

  当加在电晕极上的电压超过一定值后，在电场中才会产生电流，这一电压叫做起晕电压。对于线–管式电捕焦油器，起晕电压约为25kV。一般电捕焦油器除油效率可达到95％以上，提高电晕极工作电压将会提高除油效率。

  电捕焦油器的型式很多，在发生炉煤气上应用最多的是管式。其主要型号及技术规格见表2-2。

  34 1．筒体用钢板卷制而成，锥形顶盖上有三个绝缘箱子，各装有一个绝缘瓷瓶，用来悬挂电晕极，绝缘子箱装有蒸汽水夹套和检查孔，用以检查和擦洗瓷瓶套管。其中一个绝缘子箱有一个接头带有一只穿墙套管，用以引进高压电源。筒体底部

  有平底和锥底两种，均有蒸汽伴热管以利于焦油顺利排出，焦油出口为防止煤气泄漏设有油封。

  2．沉淀极直径250mm,长4.0m ，共72根，固定在筒体的中部。沉淀极用2mm 厚钢板卷焊制成，管子要求整圆，焊缝在管子的内壁不允许凸出。组好的管子其中心线．电晕极悬挂在上部吊架上，分布在每根沉淀极的中心，电晕极的直径为2mm ，材料为镍铬钢丝，下部吊架悬挂在电晕极上，每根电晕极下部有一个约5kg 的重锤，保持电晕极与沉淀极钢管平行。

  4．在煤气进口的上方有两层气流分布板，因为煤气进口的流速很高，而要求在沉淀极管内的流速小于1m/S,煤气能否均匀分布地进入各沉淀极对电捕焦油的效率影响很大，因此设置气流分布板很重要。气流分布板有的用在钢板上钻孔制成，也有的用扁钢组焊而成。

  5．电捕焦是煤气站存在爆炸三要素的设备，因此操作中应严格按照操作规程进行，特别是要对煤气含氧量来控制，一般规定经化验煤气含氧量＜0.8％时才能送电。为避免爆炸时损坏设备和造成人员受伤或死亡，在电捕焦上均设置了防爆阀，用以在爆炸发生时泄压。

  1。煤气进口 2.气流分布板 3.筒体 4.下部吊架 5.电晕极线.绝缘子箱 11.煤气出口 12.防爆阀 13.焦油出口

  电捕焦的供电一般都会采用专用的高压硅整流设备，安装方法一般是自动控制柜设置在煤气站的电气控制室，而高压整流器安放在电捕焦的顶部。

  以备煤气压力突然升高超过额定最大压力时能起安全放散作用；另外在煤气炉点火或热备、停炉吹刷时作为放散阀用。一般φ3.0m 煤气发生炉的钟罩阀直径为 φ300mm ，其结构如图2-15所示。

  钟罩阀阀体为钟罩形，插入水封中，当煤气炉内压力超过额定值时会自动顶开钟罩，煤气通过放散管而逸出。

  盘形阀大多数都用在切断热发生炉煤气，有干式和湿式两种。阀体呈盘状，故名盘形阀。以手动或电动卷扬机通过钢丝绳带动阀杆而上、下移动。干式盘形阀的阀体落在阀座上，然后周围铺上沙子作为密封。湿式盘形阀则在阀座内加水，以水封来起密封作用。

  煤气站除去各种设备外，还有各种各样的管道将各设备做联接形成一套系统。煤气站有煤气、空气、饱和蒸汽、过热蒸汽、软化水、自来水、焦油等各种各样的管道。这些管道应按要求做防腐和保温。