煤炭气化工艺--气化炉试题答案

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，煤中的挥发分发生裂解．产生甲烷、烯烃和焦油等物质，它们受热成为气态而进入干燥层。干馏区生成的煤气中因为含有较多的甲烷，因而煤气的热值高，可以提高煤气的热值，但也产生硫化氢和焦油等杂质。干燥层干燥层位于干馏层的上面，上升的热煤气与刚人炉的燃料在这一层相遇并进行换热，燃料中的水分受热蒸发。空层空层即燃料层的上部，炉体内的自由区，其主要作用是汇集煤气，并使炉内生成的还原层气体和干馏段生成的气体混合均匀。由于空层的自由截面积增大·使得煤气的速度大大降低，气体夹带的颗粒返回床层，减小粉尘的带出量。6、什么是沸腾床气化?沸腾床气化和移动床气化相比较，有什么优点?答：在固定床阶段，燃料是以很小的速度下移，与气化剂逆流接触。当气流速度加快到一定程度时，床层膨胀，颗粒被气流悬浮起来。当床层内的颗粒全部悬浮起来而又不被带出气化炉，这种气化方法即为流化床(沸腾床)气化工艺。和固定床相比较，流化床的特点是气化的原料粒度小．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。7、为什么煤的黏结性对气流床气化过程没有太大影响?答：由于煤料悬浮在气流中，随气流并流运动，煤粒的干燥、热解、气化等过程瞬间完成，煤粒被气流隔开，所以煤粒基本上是单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，所以煤的黏结性、机械强度、热稳定性等对气化过程不起作用，原则上几乎可以气化任何煤种。8、发生炉煤气分为哪几类?答：发生炉煤气根据使用气化剂和煤气的热值不同，一般可以分为空气煤气、混合煤气、水煤气、半水煤气等。9、为什么实际混合煤气组成与理想混合煤气组成有一定的差别，答：首先，气化的燃料不是纯碳，里面含有挥发分、灰分、水分等杂质，且气化过程也不可能达到平衡，碳也不可能完全气化，二氧化碳不可能完全还原，因而煤气中的一氧化碳和氢气的含量比理想情况的数值要低。再者，混合煤气的组成与料层高度有关实际制得的混合煤气除有一氧化碳、氢气、二氧化碳和氨气外，还含有干馏产生的一定量的高热值甲烷及一些其他的碳氢化合物，以及一定量的硫化氢、氨气及水蒸气等。另外，进人气化炉内的水蒸气实际反应温度较低，蒸汽的分解率较低，因此，蒸汽分解产生的氢气和一氧化碳较理论值低，但由于于馏段生成部分氢气的补充，最终煤气的组成视具体情况而定。对于实际煤气的热值而言，由于干馏段生成的甲烷等化合物热值高，反而实际煤气的热值较理想煤气的热值高一些。10、什么是水煤气，什么是半水煤气，有何区别?答、典型的制取水煤气的方法是煤的燃烧和水蒸气的分解分开交替进行，可制得(H2+CO)与(N2)之比在15.8～23.1左右的水煤气。在合成氨工业上需配入适量的氮气，使得(H2+CO)和(N2)之比约为3.2左右，称为半水煤气。11、比较空气煤气、混合煤气和水煤气的热值大小．并简单说明其理由。答、热值由大到小的顺序：水煤气〉混合煤气〉空气煤气。理由如下：水煤气的主要组成是CO和H2，热值高；混合煤气的主要组成也是CO和H2，但里面含有较多的N2，故热值低于水煤气；空气煤气中的H2少，氮气多，CO的含量与混合煤气的差不多，故热值低于混合煤气。12、3M-2l型煤气发生炉的主要结构包括哪几个部分?3M-2l型气化炉的主体结构由四部分组成．即炉上部有加煤机构、中部为炉身、下部有除灰机构和气化剂的入炉装置。13、煤气发生炉设水夹套的目的是什么?水夹套是炉体的重要组成部分，由于强放热反应使得氧化段温度很高，一般在100O℃以上。加设水夹套的作用一是回收热量，产生一定压力的水蒸气供气化或探火孔汽封使用；另一方面．可以防止气化炉局部过热而损坏。14、炉箅的主要作用是什么？炉箅的主要作用作用是支撑炉内总料层的重量，使气化剂在炉内均匀分布，与碎渣圈一起对灰渣进行破碎、移动和下落。15、3M-21型和3M-13型两种气化炉的主要区别是什么?3M-13型和3M-21型的结构及操作指标基本相同，不同的是加煤机构和破黏装置。16、简述制取水煤气的工作循环。间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个过程组成的。在实际生产过程中，还包含一些辅助过程，共同构成一个工作循环。第一阶段为吹风阶段：吹入空气，提高燃料层的温度，空气由阀门1进人发生炉，燃烧后的吹风气由阀门4、5后经过烟囱排出，或去余热回收系统。第二阶段为水蒸气吹净阶段：阀门1关闭，阀门2打开，水蒸气由发生炉下部进入，将残余吹风气经阀门4、5排至烟囱，以免吹风气混入水煤气系统，此阶段时间很短。如不需要得到纯水煤气时，例如制取台成氨原料气．该阶段也可取消。第三阶段为一次上吹制气阶段：水蒸气仍由阀门2进入发生炉底部，在炉内进行气化反应，此时，炉内下部温度降低而上部温度较高，制得的水煤气经阀门4、6(阀门5关闭)后，进入水煤气的净化和冷却系统，然后进入气体储罐。第四阶段为下吹制气阶段：关闭阀门2、4，打开阔门3、7，水蒸气由阀门3进入气化炉后，由上而下经过煤层进行制气，制得的水煤气经过阀门7后由阀门6去净化冷却系统。该阶段使燃料层温度趋于平衡。第五阶段为二次上吹制气阶段：阀门位置与气流路线同第三阶段。主要作用是将炉底部的煤气吹净，为吹入空气做准备。第六阶段为空气吹净阶段：切断阀门7，停止向炉内通入水