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文檔簡介
1、煤氣發(fā)生爐畢業(yè)論文題目 煤氣發(fā)生爐生產設計 系 別 化工系 專 業(yè) 化學工程與工藝 目 錄1 發(fā)生爐煤氣概況········································22 發(fā)生爐
2、煤氣分類········································221 空氣煤氣········
3、······································222 水煤氣發(fā)生爐煤氣··········
4、····························223 混合發(fā)生爐煤氣····················&
5、#183;···················23 發(fā)生爐煤氣的工藝流程····························
6、······34 反應過程原理及化學反應································441 爐內料層性質變化·······
7、3;······························442 化學反應··················
8、183;···························55 技術指標·····················&
9、#183;························651 煤氣質量指標·······················
10、83;··················652 爐內氣化各層次要求·····························
11、183;·····66 煤質量要求···········································
12、661 煤的粒度,機械強度及熱穩(wěn)定性·························662 灰分、灰熔點及結渣性···················
13、3;·············77 衡算實例···································
14、83;·········871 已知的原始數(shù)據(jù)······································
15、3;872 物料衡算·············································873 熱量衡算··
16、···········································11731 供熱方·····
17、83;·········································11732 付熱方·······
18、········································1274 氣化效率········
19、83;····································1375 熱效率············&
20、#183;··································138 安全知識··············
21、;·······························14參考文獻··················
22、;····························15 致謝.151 發(fā)生爐煤氣概況發(fā)生爐煤氣是以固體燃料(以煤為主)氣化而得到的一種氣體,其主要用于治金、機械、陶瓷、玻璃、化工和電子工業(yè)等方面可作燃料氣,合成原料氣,目前有些礦區(qū)及遠離城市的工業(yè)企業(yè)的居民作為民用氣(但必須采用安全措施),使用發(fā)生爐煤氣后既能消
23、除煙塵污染,改善環(huán)境衛(wèi)生,又能節(jié)約能源,提高產品質量和產量,減輕勞動強度,降低經濟成本,效果比較顯著。 煤的氣化過程是一熱化學過程,是煤或煤焦與氣化劑(空氣,氧氣,水蒸氣,氫等)在高溫下發(fā)生化學反應將煤或煤焦中有機物轉變?yōu)槊簹獾倪^程。該過程是在高溫、高壓下進行的一個復雜的多相物理化學過程。通過煤炭氣化方法可以利用煤中所含的幾乎全部有機物質,是獲得基本有機化學工業(yè)原料的重要途徑。 煤氣是指氣化劑通過熾熱固體燃料層時,所含游離氧或結合氧將燃料中的碳轉化成可燃性氣體。2 發(fā)生爐煤氣分類根據(jù)使用氣化劑和熱值不同可分下列三種:21空氣煤氣發(fā)生爐煤氣采用純空氣鼓風為氣化劑透入煤氣發(fā)生爐內與煤反應所獲得的煤
24、氣稱空氣煤氣,但氣化過程中氣化層溫度達15001700,對氣化有利,可強化生產提高生產率,但對使用煤中灰分熔點大大超過而造成嚴重結渣,防礙發(fā)生爐正常操作,因而氣化效率低,煤氣熱值低,一般為3.764.6MJ/。而且爐出溫度高,目前工業(yè)上很少用。22水煤氣發(fā)生爐煤氣氣化過程以水蒸汽(HO)為氣化劑經過赤熱的焦炭層使水蒸氣(HO)分解,而獲得的煤氣稱水煤氣,其煤氣中可燃所主要由H和CO組成,煤氣熱值高10.456MJ/,但是氣化熱效率為54%,即只有一半熱量是用于制造煤氣,要求熱值高和作為合成原料氣使用。23混合發(fā)生爐煤氣為了克服空氣煤氣的缺點,在以空氣為氣化劑中加入適當水蒸氣,以空氣,水蒸氣兩種
25、混合介質作為氣化劑進入煤氣發(fā)生爐與熱炭發(fā)生熱交換及化學反應,所生成的煤氣稱為混合發(fā)生爐煤氣。水蒸氣通入爐內,不但解決氣化過程中結渣,由于水蒸氣(HO)分解反應出(H)和(CH)高熱值成分,煤氣熱值可提高到5.44 MJ/。3 發(fā)生爐煤氣的工藝流程(熱煤氣流程) (1) 煤氣發(fā)生爐整個工藝流程無冷卻裝置,煤氣發(fā)生爐氣化產生的煤氣直接作為燃料氣,稱熱煤氣流程。(2)該工藝流程的優(yōu)點:1)不但利用了煤氣燃料熱,也利用了煤氣的顯熱,提高了熱量利用率;2)工藝設備簡單,投資少,管理較為簡單,安全生產可靠性好;3)除水封用水外無其它污水,不需水處理設施,環(huán)境污染較輕;4)生產費用低。圖1熱煤氣站工藝流程圖
26、4 反應過程原理及化學反應41爐內料層性質變化圖2煤氣發(fā)生爐內料層性質變化42化學反應1)氧化層主要氣化反應:C+OCO +394.1MJ/mol2C+ O2CO +220.8MJ/mol在此層中,差不多所有的氧(O)都已消耗,而且只有二氧化炭(CO)形成,由于放出大量的熱溫度最高,通常約為110012002)第一還原層:在這一層中,高熱氣體通過煤層時,發(fā)生下列反應:C+ HOCO+ H-135.0MJ/molC+ HOCO + H-96.6MJ/molC+CO2CO -173.3MJ/mol在第一還原層中水蒸氣(HO)被還原分解,而二氧化炭(CO)也絕大部分被還原分解,但該層較薄約為(100
27、200mm),由于反應過程為吸熱,所以該層溫度有所下降溫度約為(8001100)。3)第二還原層:在這層中進行以下反應:C+ CO2CO -173.3MJ/molCO + HOCO+ H +38.4MJ/mol此時沒有HO被C直接分解,全部還原分解量也不多,在這一層中主要是高熱氣體將本身之顯熱傳給進入該層的煤。4)空層: 在此層中常發(fā)生以下反應,以致減少煤氣熱值。2COCO+C +162.4MJ/mol減少煤氣熱值。決定生成氣體停留時間及爐頂溫度。5 技術指標:51煤氣質量指標:(1)CO(一氧化碳) >24%(2)H(氫氣) <17%(3)O(氧氣) <0.6%(4)CH(
28、甲烷) 2%(5)低位發(fā)熱值 >5233 MJ/(6)灰渣含炭量 <20%52爐內氣化各層次要求(1)邊灰 200mm以上(以第二層爐條算起)(2)中間灰 200mm以上(以第一層爐條算起)(3)火層 100150mm(4)空層 根據(jù)爐型定(5)飽和溫度 5562注:飽和溫度應保持穩(wěn)定,溫度調節(jié)通過軟化水,嚴禁使用外供蒸氣。(6)煤氣出口溫度 450550(7)煤氣出口壓力 100250Pa(8)爐低壓力 9001200Pa6 常壓固定煤氣發(fā)生爐氣化用煤質量要求61 煤的粒度,機械強度及熱穩(wěn)定性:爐內氣化用煤要求粒度均勻,但是由于煤性質差異,有的煤經篩分后,輸送過程中受到各種形式的
29、撞擊和向爐內給煤時相互間擠壓等物理外力作用,煤的粒度變成不同程度小粒煤,以該物理指標來衡量和評價煤質,該指標稱為煤的機械強度。當塊煤進入煤氣發(fā)生爐內進行氣化反應時,困煤粒內外有溫度差產生熱傳遞,經過一定時間煤粒溫度升高,煤粒內水蒸氣蒸發(fā)和有機質揮發(fā),煤內無機質碳酸鹽分解,二氧化碳逸出時煤塊裂開,使煤粒變小,另一原因煤受熱時外先熱,內后熱,煤粒內外存在一定溫度差,因氣化內在膨脹產生內應力,當溫度應力大于煤粒強度則煤發(fā)生崩裂變小而且連續(xù)性出現(xiàn)。煤受熱后粒度發(fā)生變化的性質稱熱穩(wěn)定性。出現(xiàn)上述情況的煤粒變化,不利于煤氣發(fā)生爐氣化,造成氣流分布不均阻力增大,操作困難,有時出現(xiàn)風洞、結渣、表面溫度高,煤氣
30、中帶出物多,煤氣質量低,生產能力下降,因此在選擇氣化原料煤時,要求塊度均勻,并且有較好的機械強度和熱穩(wěn)定性。煤的熱穩(wěn)定性,機械強度,粒度的三個物理性質,都是以粒度為中心,其互相關系如下:煤粒度一般粒度要求:無煙煤 613 mm 1325 mm 2550 mm焦炭 613 mm 1325 mm 煙煤 1325 mm 2550 mm 50100 mm對機械強度與熱穩(wěn)定性的質量要求:機械強度>60%熱穩(wěn)定性(ST+6)>60%62灰分、灰熔點及結渣性煤炭氣化過程中產生的灰,是由各種礦物組成,灰分在氣化過程中基本上是惰性物質,經氣化形成灰渣,灰分含量過高影響爐內氣化率,能源消耗增加,煤氣質
31、量也受到影響,根據(jù)我國煤的分布情況,設計規(guī)定常壓固定床煤氣發(fā)生爐氣化用煤灰分比例小于25%。煤在氣化過程中氧化層希望有較高的溫度,因為溫度越高氣化還原速度越快,水蒸氣分解率也越高,煤氣熱值高,生產能力也可提高,然而這一溫度受到灰熔點的限制,氧化層溫度過高灰渣熔化結塊,導致阻礙氣化劑上升,并造成出渣困難的不良后果。從而破壞爐內正常氣化,嚴重時停爐處理?;曳种兄饕卸趸瑁⊿iO),三氧化二鋁(AlO),三氧化二鐵(FeO),氧化鈣(CaO),氧化鎂(MgO)等,般認為鐵,鈣,鎂等化合物多,灰熔點下降易結渣。硅,鋁氧化物高灰熔點高不易結渣??砂聪率脚袛嗷胰埸c的高低。K值大于5時為難熔性灰K值在
32、15之間時為中等熔融性灰K值小于1時為易熔化性灰7 衡算實例以太原大同煤為原料的混合煤氣發(fā)生爐實際計算過程如下:已知的化驗數(shù)據(jù) 71無煙煤的工業(yè)分析:M=5.0% ; A=11 .0% ;無煙煤的元素分析:; ; ; 干發(fā)生爐煤氣組成: 焦油產率:無煙煤炭氣化的焦油產率可忽略不計;灰渣含碳量。;帶出物產率取為燃料的2%;帶出物組成(質量分數(shù))為碳80%,灰20%;煤氣出口溫度500;氣化劑飽和溫度55。72物料衡算 以100kg的收到基煤為計算基礎。由于生產上的各種數(shù)據(jù)是以不同的標準給出的,因而在物料衡算時需將其換算為同一標準。1) 基準換算,將干燥基灰分A換算為收到基灰分;由干燥無灰基(da
33、f)轉變成收到基(ar)的轉換系數(shù)為: 將所給的原料組成(干燥無灰基)換算為用收到基表示的組成(%)為:合計=100.002) 干灰渣產率的計算。原料中的灰分轉入灰渣和帶出物中,因而:式中 灰渣產率,%(占收到基表示的原料質量)0.15,kg/kg;2帶出物產率,%02帶出物灰含量,kg/kg 。3) 以100kg收到基原料煤為基準,計算如下。原料中的碳量為:灰渣含碳量為:帶出物中的含碳量為:以100煤氣為計算基準,則煤氣中各組成分含碳量為:所以,每100煤氣中含碳量為:由以上計算數(shù)據(jù)可求得干煤氣產率為:即4) 氮平衡計算。氮在氣化過程中屬于惰性物質,不參加化學反應,因而原料中和空氣中的氮全部
34、轉入煤氣中,由此可計算空氣的消耗量。100kg煤所產干煤氣中的氮氣為:原料帶入的氮為:空氣的消耗量為:5) 計算蒸汽的消耗的消耗量。由氣化劑的飽和溫度55,查空氣濕度圖得水蒸氣的含量為0.148kg水汽/m (干空氣),故水蒸氣的消耗量為:6) 確定煤氣中的水分含量。通過對氫平衡的計算,可以確定煤氣中的水分含量,進而可以求水蒸氣的分解率。以100kg原料為計算基準,如下。原料帶入的氫量包括化合氫和煤中水分的氫,計算如下:氣化劑中水蒸氣的氫量為:轉入煤氣中的氫量為:因此煤氣中的水含量為:式中 水和氫氣的換算系數(shù)。7) 煤氣的產率。濕煤氣的產率為干煤氣的體積和煤氣中的水分體積之和,計算式如下: 式
35、中 濕煤氣產率,; 0833蒸汽密度, 。8) 計算蒸汽分解率。以氣化100kg煤為基準,煤氣中的水分為4190.288=12.07kg,其中由原料帶入的水5.0kg,一般煤中50%的氧轉變?yōu)?.940.518/16=1.09kg的水。因此,煤氣中由氣化劑帶入的未分解水蒸氣為12.07-5.0+1.09=5.98kg,9) 所以分解的水蒸氣為1000.412-5.98=35.22kg。由此求得水蒸氣的分解率為35.22/(1000.412)=85%10) 計算煤氣中各元素的質量組成:73 熱量衡算 (以100kg收到基煤為計算基準,按高熱值計算。)731 供熱方在煤的氣化過程中,引入氣化爐的總
36、熱量為供熱方(以表示),由下列幾項組成。第一項, 煤的發(fā)熱量: 式中 28386.5無煙煤的高熱值,kg/kg(煤)。第二項, 煤帶入的顯熱 式中 1.008煤的比熱容,kJ/(kg);煤的溫度,。第三項, 氣化用水蒸氣和氣封用水蒸氣帶入熱; 式中 氣化用水蒸氣的焓,kJ/kg;氣封用表壓為kg/cm水蒸氣的熱焓,kJ/kg;100kg煤按消耗2kg蒸汽計算。第四項, 氣化用空氣的顯熱;式中 1.008空氣的定壓熱容,kJ/(kg)。故總進入熱量Q為:732 付熱方 氣化反應后,生成的各項有效熱量與生產過程的所有熱損失之和,為熱量衡算的付熱方,由下列幾項組成。第五項, 干煤氣的發(fā)熱量;=544
37、2.8419=2280533.2KJ式中 5442.8干煤氣的高熱值,。第六項, 干煤氣的平均比熱值。=4191.374500=287853KJ式中 1.374 干煤氣的平均比熱容,kJ/(); 500煤氣出口溫度,。第七項, 煤氣中水分的熱含量:=348914.07=49090.2 KJ式中 3489煤氣在100kPa、500時所含水蒸氣的熱焓,kg/kg; 14.07煤氣中水蒸氣的含量(0.0288419+2=14.07),kg 。第八項, 帶出物的熱焓;=340451.6+0.8372500=55339KJ式中 34045碳的高熱值,kJ/kg ; 0.837帶出物的比熱容,kJ/(kg
38、) ;第九項, 灰渣的熱焓,灰渣排出溫度取400 ;=340451.77+11.820.857400=64311.5 kJ式中 0.857灰渣比熱容,kJ/(kg)。第十項, 發(fā)生爐夾套產生的蒸汽熱焓,假設全用于氣化過程則和相同第十一項, 其他熱損失,如向氣化爐四周空氣中散失的熱量,生產過程中設備的泄露等,在熱量衡算時由于難以計算,常歸并在一起由熱量平衡之差求得。付熱方總熱量計算方程為:74氣化效率氣化效率用生成物的熱值比原料的熱值,即:通常,氣化褐煤時,氣化效率約75%左右;氣化無煙煤時,一般為80%85%。這是由于煤中所含的揮發(fā)物愈少,則轉入焦油等油品類的熱值也愈少,轉換到煤氣的熱值就愈大,因此氣化效率提
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