煤氣化爐

煤氣化爐有兩種概念，一種是煤產氣爐即煤氣發生爐也叫煤氣發生器，是將煤作為氣化燃料進行可燃氣體製造的爐子。另外一種概念是一種利用煤氣進行燃燒的鍋爐或者各種加熱燃燒爐稱為煤氣化爐。還有一種鍋爐稱為煤氣一體化鍋爐是一種燃煤鍋爐，利用煤氣發生爐的特性將鍋爐增加受熱面積和燃燒室，除了燃煤層提供鍋爐熱源外其產生的可燃氣通過特殊設計配風可在燃氣室進行充分燃燒，實際上是鍋爐和煤氣發生爐的結合的一種新型環保鍋爐。根據煤的性質和對煤氣產品的要求有多種氣化爐型式。分為固定床（移動床）、沸騰床和氣流床等形式。

按煤在氣化爐內的運動方式分為固定床（移動床）、沸騰床和氣流床等形式；按氣化操作壓力分常壓氣化和加壓氣化；按進料方式分固體進料和漿液進料；按排渣方式分固體排渣和熔融排渣等各種設計。

典型的工業化煤氣化爐型有：UGI爐、魯奇爐、溫克勒爐（Winkler）、德士克爐(Texaco)和道化學煤氣化爐(Dow Chemical)。正在研究開發的爐型有十幾種。

以美國聯合氣體改進公司命名的煤氣化爐，是一種常壓固定床煤氣化設備。原料通常採用無煙煤或焦炭，其特點是可以採用不同的操作方式（連續或間歇）和氣化劑，製取空氣煤氣、半水煤氣或水煤氣。

爐子為直立圓筒形結構（圖1）。爐體用鋼板製成，下部設有水夾套以回收熱量、副產蒸汽，上部內襯耐火材料，爐底設轉動爐篦排灰。氣化劑可以從底部或頂部進入爐內，生成氣相應地從頂部或底部引出。因採用固定床反應，要求氣化原料具有一定塊度，以免堵塞煤層或氣流分佈不勻而影響操作。

煤氣化爐

UGI爐用空氣生產空氣煤氣或以富氧空氣生產半水煤氣時，可採用連續式操作方法，即氣化劑從底部連續進入氣化爐，生成氣從頂部引出。以空氣、蒸汽為氣化劑製取半水煤氣或水煤氣時，都採用間歇式操作方法。在中國，除少數用連續式操作生產發生爐煤氣（即空氣煤氣）外，絕大部分用間歇式操作生產半水煤氣或水煤氣。

UGI爐的優點是設備結構簡單，易於操作，一般不需用氧氣作氣化劑，熱效率較高。缺點是生產強度低，每平方米爐膛面積的半水煤氣發生量約1000m3/h,對煤種要求比較嚴格，採用間歇操作時工藝管道比較複雜。

德國魯奇煤和石油技術公司在1926年開發的一種加壓移動床煤氣化設備。特點是煤和氣化劑（蒸汽和氧氣）在爐中逆流接觸，煤在爐中停留時間1～3h，壓力2.0～3.0MPa。適宜於氣化活性較高，塊度3～30mm的褐煤、弱粘結性煤等。

魯奇煤氣化爐為立式圓筒形結構（圖2），爐體由耐熱鋼板製成，有水夾套副產蒸汽。煤自上而下移動先後經歷乾燥、乾餾、氣化、部分氧化和燃燒等幾個區域，最後變成灰渣由轉動爐柵排入灰斗，再減至常壓排出。氣化劑則由下而上通過煤床，在部分氧化和燃燒區與該區的煤層反應放熱，達到最高溫度點並將熱量提供氣化、乾餾和乾燥用。粗煤氣最後從爐頂引出爐外。煤層最高溫度點必須控制在煤的灰熔點以下。煤的灰熔點的高低決定了氣化劑H2O/O2比例的大小。高溫區的氣體含有二氧化碳、一氧化碳和蒸汽，進入氣化區進行吸熱氣化反應，再進入乾餾區，最後通過乾燥區出爐。粗煤氣出爐溫度一般在250～500℃之間。

魯奇爐由於出爐氣帶有大量水分和煤焦油、苯和酚等，冷凝和洗滌下來的污水處理系統比較複雜。生成氣的組成(體積%)約為：氫37～39、一氧化碳17～18、二氧化碳32、甲烷8～10,經加工處理可用作城市煤氣及合成氣（見彩圖）。魯奇爐是採用加壓氣化技術的一種爐型，氣化強度高。目前共有近200多台工業裝置，用於生產合成氣的只有中國的9台。魯奇爐現已發展到MarkIV型，爐徑為4.1m,每台產氣量可達60000m3/h，已應用於美國、中國和南非。

煤氣化爐

正在開發的魯奇新爐型有：MK+，操作壓力6MPa，5m直徑，17m高；魯奇-魯爾-100型煤氣化爐，操作壓力為9MPa，兩段出氣；英國煤氣公司和魯奇公司共同開發的BGL爐，採用熔融排渣技術，降低蒸汽用量，提高氣化強度並可將生成氣中的焦油、苯、酚和煤粉等噴入爐中回爐氣化。

以德國人F.溫克勒命名的一種煤氣化爐型。1926年在德國工業化。特點是用氣化劑（氧和蒸汽）與煤以沸騰床方式進行氣化。原料煤要求粒徑小於1mm的在15%以下，大於10mm的在5%以下，並具有較高的活性，不粘結，灰熔點高於1100℃。常壓操作，溫度900～1000℃，煤在爐中停留時間0.5～1.0h。生成氣中不含焦油，但帶出的飛灰量很大。

溫克勒爐是立式圓筒形結構（圖3）。爐體用鋼板製成。煤用螺旋加料器從氣化爐沸騰層中部送入，氣化劑從下部通過固定爐柵吹入，在沸騰床上部二次吹入氣化劑，干灰從爐底排出。整個床層溫度均勻，但灰中未轉化的碳含量較高。改進的溫克勒爐將爐底改為無爐柵錐形結構，氣化劑由多個噴嘴射流噴入沸騰床內，改善了流態化的排灰工作狀況。

煤氣化爐

溫克勒爐以高活性煤如褐煤或某些煙煤為原料，生成氣的組成（體積%）為：氫35～46、一氧化碳30～40，二氧化碳13～25、甲烷1～2。多用於制氫、氨原料氣和燃料煤氣。

正在開發中的改進爐型是高溫溫克勒爐，它是在常規溫克勒爐的基礎上發展起來的加壓爐型。另一種加壓加氫氣化爐也是從溫克勒爐發展起來的，反應壓力12MPa，氣化溫度900℃，以2mm的煤粒在床層中進行沸騰加氫氣化，目的是生成甲烷以製造人造天然氣。

聯邦德國克虜伯-柯柏斯公司和工程師F.托策克1952年開發，是一種高溫氣流床熔融排渣煤氣化設備。採用氣-固相併流接觸，煤和氣化劑在爐內停留時間僅幾秒鐘，壓力為常壓，溫度大於1300℃。K-T煤氣化爐結構為卧式橄欖形（圖4），其上部有廢熱鍋爐（輻射傳熱的和對流傳熱的），利用餘熱副產蒸汽。殼體由鋼板製成，內襯耐火材料。煤粉通過螺旋加料或氣動加料與氣化劑混合，從爐子兩側或四側水平方向以射流形式噴入爐內，立即著火進行火焰反應。中心溫度可高達2000℃，爐內最低溫度控制在煤的灰熔點以上，以保證順利排渣。進料射流速度必須大於火焰傳播速度，以防回火。灰渣中的一半以熔渣形式從爐底渣口排入水封槽，另一半隨生成氣帶出爐外。生成氣出爐口時，先用水或蒸汽急冷到熔渣固化點(1000℃)以下，防止粘結在緊接爐出口的輻射鍋爐爐壁，然後進入對流鍋爐進一步回收廢熱，最後去除塵和氣體凈化系統。K-T煤氣化爐最關鍵的問題是爐襯耐火材料與煤的灰熔點和灰組成必須相適應，盡量減少熔渣對耐火材料的侵蝕作用。

K-T煤氣化爐用一般煤為原料時，生成氣的組成（體積%）大致為：氫31、一氧化碳58、二氧化碳10、甲烷0.1，不含焦油等乾餾產物，適宜作合成氨和甲醇等的原料氣和其他還原過程用的氣體。

美國德士古公司開發的一種加壓氣流床煤氣化設備（見彩圖）。1979年在聯邦德國完成工業操作試驗。其特點是把煤製成水煤漿送入氣化爐內同氣化劑進行高溫氣化反應。氣化溫度1200～1600℃，操作壓力4MPa，水煤漿中煤粉濃度約71%(質量)，煤粉中14～60%的粒度小於90μm，碳轉化率99%。

煤氣化爐

德士古煤氣化爐為直立圓筒形結構（圖5），主體分兩部分，上部為氣化室，下部為輻射廢熱鍋爐（或激冷部分），下接灰渣鎖斗。氧氣和水煤漿分別通過壓縮機和泵升壓后，由氣化爐頂的給料噴嘴進入爐內，在高溫下進行氣化反應。生成氣在廢熱鍋爐中激冷，初步降溫后從中部引出。氣化操作溫度控制在煤的灰熔點以上。灰渣通過灰渣鎖斗排出。由於採用高溫加壓操作，因此①氣化強度高；②生成氣壓力較高，節省後續工序的動力；③原料適應性廣，既可採用不同的煤種，也可使用煤加氫液化后的殘渣；④把固體煤製成水煤漿流體輸送，簡化了加壓進料裝置；⑤廢水中不含焦油和酚，環境污染不嚴重。

德士古K-T煤氣化爐的氣化溫度很高，又是併流操作，爐內熱效率較低，同時它以水煤漿進料，生成氣中二氧化碳含量高。因此，提高水煤漿中煤的濃度是這種氣化方法的重要環節。水煤漿中煤的濃度同煤的性質、粒度和粒度分佈有直接的關係。加入適宜的添加劑可降低水煤漿的粘度，從而得到較高濃度的水煤漿。

德士古煤氣化爐生成氣的組成（體積%）為：一氧化碳44～51、氫35～36、二氧化碳13～18、甲烷0.1適宜用作合成氨和碳一化學產品的原料氣。