发生炉煤气

发生炉煤气是一种人工制备的可燃性气体燃料，通过将煤炭在煤气发生炉中进行不完全燃烧（限制炉底空气供给，避免煤完全燃尽）生成，核心成分为一氧化碳、氢气、氮气、二氧化碳等，广泛应用于工业加热等场景，是工业生产中重要的广谱燃料之一。
一、分类
根据制备时所用气化剂的不同，发生炉煤气主要分为两类，二者在热值和用途上存在明显差异，同时也常与其他同类煤气区分使用：
空气煤气：仅以空气为气化剂，与煤炭反应制得。其成分中氮气占比高达60%左右，可燃成分主要为一氧化碳，还含有少量二氧化碳和氢气，低位热值较低，约为3762～4598kJ/m³，多用于化学原料或煤气发动机燃料。
混合煤气：以空气和适量水蒸气的混合物为气化剂制得，是工业中最常用的类型。其可燃成分（一氧化碳、氢气）占比更高，氮气占比显著降低，低位热值提升至5016～6270kJ/m³，热值高于空气煤气，主要用于各类工业炉窑的加热环节。
此外，工业生产中还有以水蒸气为气化剂的水煤气、以水蒸气为主加适量空气的半水煤气等相关类型，其中水煤气的氢气和一氧化碳含量合计可达85%以上，热值更高，多用于化工原料等场景，与发生炉煤气形成互补使用。
二、生产原理与炉内分层反应
（一）核心生产原理
发生炉煤气的制备核心是“煤炭不完全燃烧与气化反应”：首先让空气通过煤气发生炉内的燃料层，碳与氧气发生放热反应，提升炉内温度；随后通入空气与水蒸气的混合气（或单一气化剂），碳与水蒸气、氧气发生吸热与放热结合的混合反应，最终生成包含可燃成分的发生炉煤气，整个过程中通过控制气化剂供给量，避免煤炭完全燃尽，确保一氧化碳等可燃成分的生成与留存。
（二）炉内燃料层分层
煤气发生炉内的煤炭与气化剂呈逆流运动，发生充分的化学反应和热量交换，自上而下形成6个明显的分层（部分分类将其合并为5层），各分层功能与反应特点不同，且分层之间无明显界限，相互交错：
灰渣层：位于炉体最下部，覆盖在炉篦子上，由煤炭燃烧后的灰渣组成。主要作用是保护炉篦和风帽，避免被高温烧坏；预热从炉底进入的气化剂（可将气化剂预热至300-450℃）；同时起到布风作用，使气化剂在炉膛内均匀分布，其厚度随操作条件略有波动。
氧化层（又称火层）：位于灰渣层上方，是气化过程的核心放热区域。从灰渣层上升的气化剂中的氧气，与炽热的碳发生剧烈燃烧反应，生成二氧化碳，并释放大量热量，为后续还原反应提供温度支撑。反应方程式为C+O₂→CO₂+热量，氧化层温度控制在1200℃左右（不超过煤的灰熔点），厚度约为100-200毫米，相当于燃料块度的3-4倍。
还原层：位于氧化层上方，是生成主要可燃气体的核心区域，温度约为800-1100℃，需吸收大量热量，热量来源于氧化层的放热反应。该层主要发生两个还原反应：一是二氧化碳与炽热碳反应，生成可燃的一氧化碳（CO₂+C→2CO+热量）；二是水蒸气与炽热碳反应，生成一氧化碳和氢气（H₂O+C→H₂+CO+热量、2H₂O+C→CO₂+2H₂+热量），这两个反应直接决定了发生炉煤气的可燃成分含量与热值水平。还原层可进一步分为两层，下部温度较高（950-1100℃）的为第一还原层，厚度约300-400毫米；上部温度较低（700-950℃）的为第二还原层，厚度约450毫米左右。
干馏层：位于还原层上方，温度约150-700℃。从还原层上升的热气体逐渐降温，煤炭在此层经历低温干馏过程，其中的挥发分发生裂解，生成甲烷、烯烃及焦油等物质，这些物质受热汽化后，成为发生炉煤气的组成部分。干馏层厚度随煤炭中挥发分含量及操作条件变化，一般不低于100毫米。
干燥层：位于干馏层上方，是燃料的面层，温度介于室温至150℃之间。刚进入炉内的煤炭与上升的热煤气在此发生热交换，煤炭中的水分受热蒸发，避免水分进入后续反应层影响反应效率，其厚度无稳定值，随操作条件波动。
空层：位于干燥层上方，是炉体内的自由区域，主要作用是汇集生成的煤气。部分情况下，煤气在此层短暂停留时，会发生少量副反应，如一氧化碳分解生成二氧化碳和炭黑等，对煤气成分产生轻微影响。