煤氣發(fā)生爐畢業(yè)論文

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