自固體流態(tài)化技術(shù)發(fā)展以后，溫克勒(F.Winkler)首先將流態(tài)化技術(shù)應(yīng)用于小顆粒煤的氣化，開發(fā)了流化床(或稱沸騰床)氣化法。由于流化床氣化采用的原料煤顆粒較細(xì)(0～10mm)，氣化劑流速很高，爐內(nèi)煤料處于劇烈的攪動(dòng)和不斷返混的流化狀態(tài)，爐床內(nèi)溫度均勻，氣固相接觸良好，有利于氣固反應(yīng)速率的提高。流化床氣化技術(shù)自1926年開發(fā)以來得到了迅速發(fā)展和不斷提高。
2.4.1 常壓流化床氣化原理
流化床氣化采用0～10mm的小顆粒煤作為氣化原料。氣化劑同時(shí)作為流化介質(zhì)，通過氣化爐內(nèi)的氣體分布板(爐箅)自下而上經(jīng)過床層。根據(jù)所用原料的粒度分布和性質(zhì)，控制氣化劑的流速，使床內(nèi)的原料煤全部處于流化狀態(tài)，在劇烈的攪動(dòng)和返混中，煤粒和氣化劑充分接觸，同時(shí)進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)和熱量傳遞。利用碳燃燒放出的熱量，提供給煤粒進(jìn)行干燥、干餾和氣化。生成的煤氣在離開流化床床層時(shí)，夾帶著大量細(xì)小顆粒(包括70％的灰粒和部分未完全氣化的炭粒)由爐頂離開氣化爐。部分密度較重的渣粒由爐底排灰機(jī)構(gòu)排出。
在流化床氣化爐內(nèi)，主要進(jìn)行的反應(yīng)有：碳的燃燒反應(yīng)、二氧化碳還原反應(yīng)、水蒸氣分解反應(yīng)及水煤氣變換反應(yīng)等，見式(2)、式(3)、式(4)、式(8)及式(10)。
2.4.2 常壓流化床(溫克勒爐)氣化工藝
溫克勒氣化工藝是最早的以褐煤為原料的常壓流化床氣化工藝，在德國的萊納(Leuna)建成第一臺(tái)工業(yè)爐。以后，在氣化爐及廢熱鍋爐的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了不斷的開發(fā)和改進(jìn)，但其基本原理沒有變化。
2.4.2.1 溫克勒氣化爐
圖5-39為溫克勒氣化爐的示意圖。由圖可見，該爐是一個(gè)高大的圓筒形容器。它在結(jié)構(gòu)和功能上可分為兩大部分：下部的圓錐部分為流化床，上部的圓筒部分為懸浮床，其高度約為下部流化床高度的6～10倍。
將0～10mm的原料煤由螺旋加料器加入圓錐部分的腰部。一般沿簡體的圓周設(shè)置二個(gè)或三個(gè)進(jìn)口，互成180°或120°。
溫克勒爐采用的爐箅安裝在圓錐體部分，爐箅直徑比上部爐膛的圓柱形部分的直徑小，鼓風(fēng)氣流沿垂直于爐箅的平面進(jìn)入爐內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)為床層中的顆粒進(jìn)行正規(guī)和均勻的循環(huán)創(chuàng)造了良好條件。當(dāng)灰渣直接落在爐箅平面上時(shí)，雖可借刮灰板將灰刮去，但難以徹底清除。灰渣在爐箅上的堆積，往往會(huì)引起結(jié)渣現(xiàn)象，因而限制了爐溫的提高，同時(shí)也不利于氣化劑的均勻分布。
氧氣(空氣)和水蒸氣作為氣化劑自爐箅下部供入，或由不同高度的噴嘴環(huán)輸入爐中。通過調(diào)整氣化介質(zhì)的流速和組成來控制流化床溫度不超過灰的軟化點(diǎn)。富含灰分的較大粒子，由于其密度大于煤粒，均沉積在流化床底部，由螺旋排灰機(jī)排出。在溫克勒爐中，30％左右的灰分由床底部排出，其余由氣流從爐頂夾帶而出。
為提高氣化效率和適應(yīng)氣化活性較低的煤，在氣化爐中部適當(dāng)?shù)母叨纫攵螝饣瘎�，在接近于灰熔點(diǎn)的溫度下操作，使氣流中所帶的炭粒得到充分氣化。
廢熱鍋爐安裝在氣化爐頂部附近，由沿內(nèi)壁配置的水冷管組成。產(chǎn)品氣由于廢熱鍋爐的
冷卻作用，使熔融灰粒在此重新固化。
2.4.2....
