蘭炭低溫熄焦余熱用于生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)規(guī)范

1蘭炭低溫熄焦余熱用于生物質(zhì)氣化制氫技術(shù)規(guī)范1.范圍本文件規(guī)定了蘭炭低溫熄焦余熱在生物質(zhì)氣化制氫的總體技術(shù)要求，包括技術(shù)的術(shù)語和定義、計(jì)算方法、測(cè)定方法、校驗(yàn)規(guī)則等技術(shù)要求。本文件適用于蘭炭低溫熄焦余熱在生物質(zhì)氣化制氫的參數(shù)測(cè)定。2.規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。所有引用文件及其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T25211-2023蘭炭產(chǎn)品分類及質(zhì)量要求GB29995-2013蘭炭單位產(chǎn)品能源消耗限額GB/T25212-2010蘭炭產(chǎn)品品種及等級(jí)劃分GB/T25211-2010蘭炭產(chǎn)品技術(shù)條件GB/T25210-2010蘭炭用煤技術(shù)條件GB/T25862-2010制冷與空調(diào)用同軸套管式換熱器GB/T23133-2008家用電冰箱蒸發(fā)器3.術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1高溫蘭炭的換熱理論Semi-cokeHeattransfertheory用于計(jì)算高溫蘭炭與換熱器壁面、煙氣流之間的傳熱量。換熱理論包括以下三個(gè)部分：半焦對(duì)壁面當(dāng)量熱導(dǎo)的貢獻(xiàn)；煙氣流對(duì)管壁面換熱的貢獻(xiàn)；三是高溫半焦對(duì)壁面輻射換熱貢獻(xiàn)，所涉及的換熱系數(shù)由這三部分組成，即：ht,e=hg,e+hr,e+λR（1）滿足上述三個(gè)子換熱過程，則蘭炭高溫余熱被換熱器內(nèi)工質(zhì)、煙氣流回收利用。3.2熱平衡理論Heatbalancetheory2用于計(jì)算高溫蘭炭與煙氣流、換熱管壁面之間的熱量傳遞。高溫半焦釋放的余熱主要包括看兩部分，被蒸發(fā)器中的冷卻水吸收的一部分，被流過熄焦池的煙氣流吸收的一部分。因此，在熄焦池中的能量平衡可以寫為：g（2）3.3煙氣的換熱理論GasHeattransfertheory用于計(jì)算熄焦池內(nèi)煙氣繞流高溫蘭炭、換熱器壁面的傳熱量。換熱理論包括以下三個(gè)部分：煙氣與換熱管壁面的對(duì)流換熱、煙氣與換熱管壁的導(dǎo)熱、煙氣與換熱管壁的輻射三個(gè)部分，所涉及的換熱吸收由以下三部分組成：即：ht,gcr,gcc,gc+λg/Dc（3）指含有待計(jì)算參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3.4余熱回收率計(jì)算模型Wasteheatrecoveryratemodel用于計(jì)算煙氣和水對(duì)高溫蘭炭余熱的利用效率。余熱回收率被定義為以下兩個(gè)部分：蒸汽回收的半焦余熱、煙氣回收的半焦余熱兩個(gè)部分，所涉及的計(jì)算方法如下：即：指含有待計(jì)算參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3.5節(jié)能率計(jì)算模型Wasteheatrecoveryratemodel用于計(jì)算高溫蘭炭余熱用于生物質(zhì)氣化制氫的節(jié)能效果，定義節(jié)能率為：過熱蒸汽和CO2氣流攜,o0%指含有待計(jì)算參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3.6符號(hào)h_____換熱系數(shù)，W·K-1·m-2hr____輻射換熱系數(shù)，W·K-1·m-23A____面積，m2Cp____常壓比熱容，J·K-1·kg-1D____直徑，mDR____當(dāng)量直徑，mm____質(zhì)量流率，kg·s-1Q_____換熱率，Wt____溫度，℃ΔT____對(duì)數(shù)平均溫差℃ts____蒸汽的飽和溫度，℃ξ___節(jié)能率η____余熱回收率____熱導(dǎo)，____熱導(dǎo)，W·m-1·K-1____當(dāng)量熱導(dǎo)，W·m-2·K-1RλR3.7下標(biāo)co____半焦ei_____蒸發(fā)器入口eo____蒸發(fā)器出口g_____煙氣qi____熄焦池入口qo____熄焦池出口4s_____過熱器so____過熱器出口w____壁面4.蘭炭余熱回收用于生物質(zhì)氣化制氫的計(jì)算原理基于換熱原理考慮選擇三種設(shè)備：蒸發(fā)器、過熱器、氣化爐。其中涉及蒸發(fā)器、過熱器出口的蒸汽參數(shù)、煙氣參數(shù)，屬于待計(jì)算參數(shù)，利用迭代法通過假設(shè)逐步計(jì)算校核來達(dá)到控制最終輸出參數(shù)的目的。因此，須在進(jìn)行參數(shù)計(jì)算前確定三個(gè)設(shè)備之間的熱質(zhì)量傳遞關(guān)系，包括每個(gè)設(shè)備的輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、參數(shù)傳遞流程。4.1換熱參數(shù)傳遞流程基于換熱理論的參數(shù)傳遞流程見圖1。圖1基于熱質(zhì)傳遞的換熱流程4.2基于傳熱理論的計(jì)算原理定義蒸發(fā)管壁換熱量為：定義煙氣流換熱量為：Qg,net=Qg,co-Qg,e（7）選取煙氣流作為觀測(cè)對(duì)象，推導(dǎo)出煙氣吸收半焦余熱、煙氣釋放給蒸發(fā)管熱量計(jì)算模型：5Qg,cocoht,gtco-tg)-tgQg,eg,e-tg可以看出，式中不包含蒸汽流量。因此，在已指換熱量的情況下，可將蒸發(fā)管換熱量指定為參考換熱量，就可以用該換熱量來計(jì)算所獲得蒸汽量，其估計(jì)方程如下：p,c進(jìn)一步，結(jié)合式以上參數(shù)可得半焦終溫：t=t-Qco-Qg,t=t-co,qoco,qico,qoco,qimC根據(jù)熱平衡理論和煙氣換熱理論，上述模型還可參考用于計(jì)算過熱器換熱量，其計(jì)算模型為：=AsKsΔTs可獲得蒸汽的終溫為：vp,vQsg,somCg,qogp,g（12）（13）（14）合理假設(shè)，生物質(zhì)氣化制氫過程所需熱量由水蒸氣和高溫?zé)煔饬魈峁?，生物質(zhì)氣化熱用下列模型來計(jì)算：dTdτbCpdTdτpdτ（15）水蒸氣所引起的氫氣產(chǎn)量用下列模型計(jì)算：m（16）mb=(18C/12)(S/C)o（16）由此可用式（5）獲得節(jié)能率。5.適用條件上述方法適用于高溫蘭炭或高溫爐渣余熱回收用于生物質(zhì)氣化制氫的節(jié)能計(jì)算。使用前6須完成換熱設(shè)備的布置和氣化爐型參數(shù)的確定。6.計(jì)算程序6.1概述組成蘭炭低溫熄焦余熱用于生物質(zhì)氣化制氫的關(guān)鍵參數(shù)確定及計(jì)算的迭代程序應(yīng)嚴(yán)格按照先假設(shè)后逐級(jí)參數(shù)傳遞的步驟進(jìn)行。6.2設(shè)備布置和尺寸的給定余熱回收利用設(shè)備按照GB/T23133-2008家用電冰箱蒸發(fā)器和GB/T25862-2010制冷與空調(diào)用同軸套管式換熱器的基本設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。6.3蒸發(fā)器內(nèi)的換熱計(jì)算計(jì)算時(shí)，考慮將管壁和蘭炭、煙氣之間的換熱速率用綜合換熱系數(shù)來表達(dá)，它包括蒸Dlne,oD,Dlne,oD,相應(yīng)的計(jì)算流程圖為1]-1（17）7圖2蒸發(fā)器與蘭炭、煙氣之間的換熱計(jì)算流程收斂需要滿足如下條件(熱平衡下蒸發(fā)器得熱量-傳熱下蒸發(fā)器得熱量)/熱平衡下蒸發(fā)器得熱量<=0.5%(18)6.4過熱器中的換熱計(jì)算計(jì)算時(shí)，考慮將管壁和煙氣、管壁與蒸汽、穿過管