煤气发生站设计(design of producer gas station)

以固体燃料气化方法生产煤气的设施设计。固体燃料(煤、焦炭)在高温下与气化剂(空气、氧气、水蒸汽)在煤气发生炉内互相作用，制取煤气的过程称为固体燃料气化。用不同的气化原料和气化剂可制得不同成分和热值的煤气(如空气煤气、混合发生炉煤气、富氧煤气、蒸汽氧气煤气、水煤气和二重水煤气等)。

按气化方法，煤气发生炉分为固定床、流化床和气流床三种；按操作压力又分为常压气化和压力气化两种。中国冶金工厂多采用常压固定床煤气发生炉，以无烟煤、烟煤或褐煤为气化原料，以空气一蒸汽为气化剂，生产混合发生炉煤气，作为冶金工厂、特殊钢厂的气体燃料。有时根据冶炼和加热工艺的特殊需要(如作为冶金还原气和要求煤气热值较高时)也采用无烟煤或焦炭为气化原料，以蒸汽为气化剂生产水煤气。

煤气发生站设计内容主要包括：气化原料与气化指标的选择确定、气化方法选择、煤气发生炉选型和煤气发生站相关设施确定与布置。

气化原料质量要求 通常采用无烟煤、烟煤、褐煤和焦炭。作为气化原料，应经过气化试验或实际气化生产证明适于气化时方可使用。不同的炉型和气化方法对气化原料的要求不同，常压固定床煤气发生炉对气化原料的一般质量要求为：(1)粒度分级。无烟煤(焦炭)为6．0～13mm、13～25mm和25—50mm。烟煤(褐煤)为13～25mm、25～50mm、25～80mm和50～100mm。

(2)块煤下限率：25～50mm和25～80mm粒度级不大于18％，50～100mm粒度级不大于15％。

(3)含矸率。一级小于2％；二级2％～3％。

(4)灰分(干基)。一级不大于18％；二级大于18％至24％。

(5)全硫(干基)。不大于2％。

(6)煤灰软化温度(ST)。当灰分(干基)不大于18％时，ST不低于1150℃；当灰分(干基)大于18％至20％时，ST不低于1250℃。

(7)热稳定性(Rw+6)大于60％。

(8)抗碎强度(>25mm)大于60％。

(9)胶质层厚度(Y)。发生炉无搅拌装置时Y=12mm；发生炉有搅拌装置时Y=16mm。

(10)低热值(应用基)。无烟煤大于23MJ／kg，烟煤大于21MJ／kg。

气化指标 常压固定床煤气发生炉的主要气化指标见表。

煤气站 冶金工厂的煤气站按不同原料和工艺分为：热煤气站、无烟煤冷煤气站、烟煤冷煤气站、两段炉冷煤气站和水煤气站五种。

(1)热煤气站。气化原料主要用烟煤，制得的煤气中含有焦油，煤气温度在500℃左右，不经冷却，经旋风除尘器除尘后，通过盘形阀和热煤气管道(内有砖衬)直接送往邻近的煤气用户。由于煤气不经冷却，故可以利用煤气的显热和其中焦油的燃烧热。这种流程工艺设备简单，热效率较高，基建费用少，但不适用于远距离输送(一般管道长度不宜超过80m)和要求对煤气进行调节控制的场合。

(2)无烟煤冷煤气站。气化原料用无烟煤或焦炭，制得的煤气不含或含少量的焦油。气化流程见图，粗煤气经竖管、洗涤塔清洗和冷却再经煤气加压机加压和除滴器除去水滴。具有一定压力的净煤气通过冷煤气管道送往煤气用户。由于煤气经过净化，故便于用户进行调节控制。

(3)烟煤冷煤气站。气化原料为烟煤或褐煤，制得的煤气中含有焦油。粗煤气经竖管洗涤后进入半净煤气管道，通过隔离水封进入静电捕焦油器清除焦油，然后再经洗涤塔清洗冷却成为净煤气。净煤气经过煤气加压机和除滴器后通过冷煤气管道送往煤气用户。该流程回收的焦油质量较差，难于利用，含酚污水也难于处理。

(4)两段炉冷煤气站。气化原料为烟煤或褐煤。煤气发生炉上段为干馏段，下段为气化段，上、下段所产生的煤气分别引出发生炉。上段煤气中含有轻质焦油，经过旋风除尘器和静电捕焦油器除去灰尘和焦油，然后经间接冷却器冷却；下段煤气几乎不含焦油，经竖管洗涤后再经间接冷却器(或洗涤塔)冷却。上、下两段煤气汇合后经煤气加压机和除滴器，有时根据需要，在间接冷却器后，在煤气加压机前，设第二级静电捕焦油器。净煤气通过冷煤气管道送往煤气用户。该流程回收的焦油质量较好，容易处理和利用。由于上段煤气采用间接冷却，故循环水不受焦油和酚的污染。

(5)水煤气站。气化原料为无烟煤或焦炭。水煤气生产过程为间歇式操作，有鼓风升温和蒸汽制气两个过程周期性交替进行。通常，每个周期分为鼓风、蒸汽吹净、上吹制气、下吹制气、二次上制气和空气吹净6个阶段。制得的煤气经集尘器除去灰尘，经废热锅炉回收余热，再经过洗气箱和洗涤塔清洗冷却后进入缓冲气柜。净煤气通过管道送往煤气用户。水煤气的热值较高，且其中CO和H2含量在80％以上，可作冶金还原气。但该流程设备复杂，气化效率低，煤气成本高。

煤气发生炉选型 根据生产煤气的种类和气化原料而定。无烟煤、焦炭和不粘结烟煤宜选用无搅拌装置的煤气发生炉(如w—G炉和3AⅡ一21炉)；弱粘结烟煤和褐煤宜选用有搅拌装置的煤气发生炉(如威尔曼炉和3AⅡ一13炉)。两段煤气发生炉适用于气化不粘结或弱粘结烟煤和褐煤。生产水煤气采用专用的水煤气发生炉。

煤气发生炉的台数，一般每5台或5台以下宜另设1台备用。

煤气发生站的组成与布置 煤气发生站一般由原料储运和破碎筛分，煤气发生，灰渣排出，煤气净化和加压，煤气储存和输送，供排水和污水处理，水蒸气和鼓风供应以及副产品和能量回收等生产设施以及机修、检验和煤气防护等辅助设施组成。

煤气发生站宜设在工厂主要建筑物夏季最小频率风向的上风侧，靠近主要煤气用户的地方，并便于煤、灰渣、焦油和焦油渣的贮存和运输。煤气发生炉厂房与空气鼓风机、煤气加压机厂房宜分开布置。煤气发生炉宜采用单排布置。煤气净化和储存设备一般均露天设置。煤场、循环水设施和焦油回收设施宜布置在煤气发生炉厂房和空气鼓风机、煤气加压机厂房的夏季主导风向的下风侧。