煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)設計(CYT)

1、湄洲灣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）湄洲灣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）課題名稱 煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)設計 系 別 化工系 專 業(yè) 化學工程與工藝 年 級 04 姓 名 陳元添 學 號 0403020404 指導教師 李仲青 林芳 2007年 6月 5日目 錄1 發(fā)生爐煤氣概況22 發(fā)生爐煤氣分類221 空氣煤氣222 水煤氣發(fā)生爐煤氣223 混合發(fā)生爐煤氣23 發(fā)生爐煤氣的工藝流程34 反應過程原理及化學反應441 爐內料層性質變化442 化學反應55 技術指標651 煤氣質量指標652 爐內氣化各層次要求66 煤質量要求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77 衡算實例8

2、71 已知的原始數(shù)據(jù)872 物料衡算873 熱量衡算11731 供熱方11732 付熱方1274 氣化效率1375 熱效率138 安全知識14參考文獻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)生爐煤氣后既能消除煙塵污染，改善環(huán)境衛(wèi)生，又能節(jié)約能源，提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，減輕勞動強度，降低經(jīng)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)

3、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(chǎn)提高生產(chǎn)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

4、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(jīng)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

5、，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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)費用低。 圖1熱煤氣站工藝流程圖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/m

6、ol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(100200mm)，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

7、+ 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） 5233 mj/（6）灰渣含炭量 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(chǎn)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(jīng)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，

8、煤氣質量也受到影響，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(chǎn)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

9、k值在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(chǎn)率：無煙煤炭氣化的焦油產(chǎn)率可忽略不計；灰渣含碳量。；帶出物產(chǎn)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(chǎn)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

10、基（daf）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(chǎn)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(chǎn)率，%（占收到基表示的原料質量）0.15,kg/kg；2帶出物產(chǎn)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(chǎn)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

11、的氮全部轉入煤氣中，由此可計算空氣的消耗量。100kg煤所產(chǎn)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(chǎn)率。濕煤氣的產(chǎn)率為干煤氣的體積和煤氣中的水分體積之和，計算式如

12、下： 式中 濕煤氣產(chǎn)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

13、化爐的總熱量為供熱方（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(chǎn)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

14、；=5442.8419=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，k

15、j/(kg) ；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(chǎn)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(chǎn)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

16、熱值就愈大，因此氣化效率提高。75熱效率一般指生成物的熱值與可回收的熱值之和占所供給的總熱值之比，計算式如下：8 安全知識煤氣是一種易燃、易爆、有毒的氣體，因此在生產(chǎn)過程中必須注意安全。81煤氣毒性煤氣中二氧化碳，氮氣和氫氣是窒息性氣體，當空氣中含有一定量二氧化碳，氮氣，氫氣時，使空氣中的氧含量相對減少，人在這環(huán)境中工作，由于氧不足，逐漸引起呼吸困難，產(chǎn)生頭痛、胸悶、引起缺氧中毒，若不及時離開該環(huán)境，最后會窒息死亡。煤氣中硫化氫是臭味難聞的有毒氣體，雖然煤氣中含最較少，但空氣中的硫化氫含量超過0.01mg/l時，使人產(chǎn)生嘔吐，呼吸道疼痛，惡心而昏迷。當空氣中硫化氫濃度高達到1mg/l時，人只要

17、吸入幾口，會突然休克，最后死亡。但是當吸入一氧化碳人體時，一氧化碳與血液中的紅血球發(fā)生化學反應，生成碳氧紅血素，不但結合堅固而無輸氧能力，新陳代謝作用逐漸減少到中斷，由于人體缺少氧氣，出現(xiàn)頭痛、惡心、嘔吐、全身四肢無力，呼吸困難，精神不振，疲乏無力，掙扎不動，當人體繼續(xù)吸入一氧化碳，紅色球相應減少，減到為零時，就完全喪失了輸氧功能，最后停止呼吸而死亡。一氧化碳中毒程度與人體素質，一氧化碳濃度及接觸時間有關，根據(jù)中毒程度不同，一般可分輕，中，重度中毒：輕度中毒：稍有缺氧、呼吸困難、頭痛、耳鳴、四肢無力。中度中毒：缺氧嚴重，呼吸困難，神經(jīng)系統(tǒng)障礙，痙攣、昏迷狀態(tài)，全身不能動彈。重度中毒：接近停供氧

18、氣，進入昏迷狀態(tài)或休克，停止呼吸而死亡。82煤氣爆炸煤氣與空氣混合在設備中遇到明火發(fā)生爆炸，屬化學爆炸，空氣與煤氣混合及形成爆炸混合物，在密閉設備或管道內遇到明火，產(chǎn)生劇烈的化學反應，放出大量熱能，從而使密閉設備內反應生成物的體積急劇膨脹，溫度和壓力突然增加，則產(chǎn)生爆發(fā)波，若密閉設備或管道的體積無法擴展，壓力又無法泄出時，則發(fā)生爆破，反之，若爆炸混合物生成后遇明火，由于可燃物低，不能使混合物加熱到爆炸溫度，就使燃燒停止，而不發(fā)生爆炸，為此爆炸必須具備下列三條件：一、 密閉設備或管道（或小空間）；二、 有助燃物和煤氣混合，并達到一定的比例（下限或上限之間的某一比例）；三、 具有外來火源或自燃條件。附錄：參考文獻1發(fā)生爐煤氣安全操作太原重機煤氣設備工程公司5132郭崇濤煤化學化學工業(yè)出版社/200335383郭樹才煤化工工藝學化學工業(yè)出版社/19914杜琳文煤氣化工藝的選擇4252