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(chǎn)設(shè)計(jì) 系 別 化工系 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 目 錄1 發(fā)生爐煤氣概況········································22 發(fā)生

2、爐煤氣分類········································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、····················23 發(fā)生爐煤氣的工藝流程····························

6、;······34 反應(yīng)過(guò)程原理及化學(xué)反應(yīng)································441 爐內(nèi)料層性質(zhì)變化·······

7、83;······························442 化學(xué)反應(yīng)··················&

8、#183;···························55 技術(shù)指標(biāo)·····················

9、·························651 煤氣質(zhì)量指標(biāo)·······················&#

10、183;··················652 爐內(nèi)氣化各層次要求·····························&

11、#183;·····66 煤質(zhì)量要求···········································

12、;661 煤的粒度，機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性·························662 灰分、灰熔點(diǎn)及結(jié)渣性···················

13、83;·············77 衡算實(shí)例···································&#

14、183;·········871 已知的原始數(shù)據(jù)······································

15、83;872 物料衡算·············································873 熱量衡算··

16、;···········································11731 供熱方·····&#

17、183;·········································11732 付熱方·······

18、;········································1274 氣化效率········&#

19、183;····································1375 熱效率············

20、···································138 安全知識(shí)·············

21、3;·······························14參考文獻(xiàn)·················

22、3;····························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(jī)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(yuǎn)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

23、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(zhì)量和產(chǎn)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低經(jīng)濟(jì)成本，效果比較顯著。 煤的氣化過(guò)程是一熱化學(xué)過(guò)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(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^(guò)程。該過(guò)程是在高溫、高壓下進(jìn)行的一個(gè)復(fù)雜的多相物理化學(xué)過(guò)程。通過(guò)煤炭氣化方法可以利用煤中所含的幾乎全部有機(jī)物質(zhì)，是獲得基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)原料的重要途徑。 煤氣是指氣化劑通過(guò)熾熱固體燃料層時(shí)，所含游離氧或結(jié)合氧將燃料中的碳轉(zhuǎn)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(fēng)為氣化劑透入煤氣發(fā)生爐內(nèi)與煤反應(yīng)所獲得

24、的煤氣稱空氣煤氣，但氣化過(guò)程中氣化層溫度達(dá)15001700，對(duì)氣化有利，可強(qiáng)化生產(chǎn)提高生產(chǎn)率，但對(duì)使用煤中灰分熔點(diǎn)大大超過(guò)而造成嚴(yán)重結(jié)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(guò)程以水蒸汽（HO）為氣化劑經(jīng)過(guò)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(diǎn)，在以空氣為氣化劑中加入適當(dāng)水蒸氣，以空氣，水蒸氣

25、兩種混合介質(zhì)作為氣化劑進(jìn)入煤氣發(fā)生爐與熱炭發(fā)生熱交換及化學(xué)反應(yīng)，所生成的煤氣稱為混合發(fā)生爐煤氣。水蒸氣通入爐內(nèi)，不但解決氣化過(guò)程中結(jié)渣，由于水蒸氣（HO）分解反應(yīng)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(gè)工藝流程無(wú)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(diǎn)：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(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，管理較為簡(jiǎn)單，安全生產(chǎn)可靠性好；3）除水封用水外無(wú)其它污水，不需水處理設(shè)施，環(huán)境污染較輕；4）生產(chǎn)費(fèi)用低。 圖1熱煤氣站工藝

26、流程圖4 反應(yīng)過(guò)程原理及化學(xué)反應(yīng)41爐內(nèi)料層性質(zhì)變化圖2煤氣發(fā)生爐內(nèi)料層性質(zhì)變化42化學(xué)反應(yīng)1）氧化層主要?dú)饣磻?yīng)：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(guò)煤層時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：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

27、為(100200mm)，由于反應(yīng)過(guò)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(jìn)行以下反應(yīng)：C+ CO2CO -173.3MJ/molCO + HOCO+ H +38.4MJ/mol此時(shí)沒(méi)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(jìn)入該層的煤。4）空層： 在此層中常發(fā)生以下反應(yīng)，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(shí)間及爐頂溫度。5 技術(shù)指標(biāo)：51煤氣質(zhì)量指標(biāo)：（1）CO（一氧化碳） >24%（2）H（氫氣） <17%（3）O（氧氣） <0.6%（

28、4）CH（甲烷） 2%（5）低位發(fā)熱值 >5233 MJ/（6）灰渣含炭量 <20%52爐內(nèi)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(yīng)保持穩(wěn)定，溫度調(diào)節(jié)通過(guò)軟化水，嚴(yán)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(zhì)量要求61 煤的粒度，機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性：爐內(nèi)氣化用煤要求粒度均勻，但是由于煤性質(zhì)差異，有的煤經(jīng)篩分后，輸送過(guò)程中受到

29、各種形式的撞擊和向爐內(nèi)給煤時(shí)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(biāo)來(lái)衡量和評(píng)價(jià)煤質(zhì)，該指標(biāo)稱為煤的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)塊煤進(jìn)入煤氣發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)時(shí)，困煤粒內(nèi)外有溫度差產(chǎn)生熱傳遞，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間煤粒溫度升高，煤粒內(nèi)水蒸氣蒸發(fā)和有機(jī)質(zhì)揮發(fā)，煤內(nèi)無(wú)機(jī)質(zhì)碳酸鹽分解，二氧化碳逸出時(shí)煤塊裂開(kāi)，使煤粒變小，另一原因煤受熱時(shí)外先熱，內(nèi)后熱，煤粒內(nèi)外存在一定溫度差，因氣化內(nèi)在膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力大于煤粒強(qiáng)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(zhì)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(shí)出現(xiàn)風(fēng)洞、結(jié)渣、表面溫

30、度高，煤氣中帶出物多，煤氣質(zhì)量低，生產(chǎn)能力下降，因此在選擇氣化原料煤時(shí)，要求塊度均勻，并且有較好的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。煤的熱穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度，粒度的三個(gè)物理性質(zhì)，都是以粒度為中心，其互相關(guān)系如下：煤粒度一般粒度要求：無(wú)煙煤 613 mm 1325 mm 2550 mm焦炭 613 mm 1325 mm 煙煤 1325 mm 2550 mm 50100 mm對(duì)機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性的質(zhì)量要求：機(jī)械強(qiáng)度>60%熱穩(wěn)定性（ST+6）>60%62灰分、灰熔點(diǎn)及結(jié)渣性煤炭氣化過(guò)程中產(chǎn)生的灰，是由各種礦物組成，灰分在氣化過(guò)程中基本上是惰性物質(zhì)，經(jīng)氣化形成灰渣，灰分含量過(guò)高影響爐內(nèi)氣化率，能源消耗增

31、加，煤氣質(zhì)量也受到影響，根據(jù)我國(guó)煤的分布情況，設(shè)計(jì)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(guò)程中氧化層希望有較高的溫度，因?yàn)闇囟仍礁邭饣€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(diǎn)的限制，氧化層溫度過(guò)高灰渣熔化結(jié)塊，導(dǎo)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(nèi)正常氣化，嚴(yán)重時(shí)停爐處理。灰分中主要含有二氧化硅（SiO），三氧化二鋁（AlO），三氧化二鐵（FeO），氧化鈣（CaO），氧化鎂（MgO）等，般認(rèn)為鐵，鈣，鎂等化合物多，灰熔點(diǎn)下降易結(jié)渣。硅，鋁氧化物高灰熔點(diǎn)高不易結(jié)渣。可按下式判斷灰熔點(diǎn)的高低。K值大于5時(shí)為難熔

32、性灰K值在15之間時(shí)為中等熔融性灰K值小于1時(shí)為易熔化性灰7 衡算實(shí)例以太原大同煤為原料的混合煤氣發(fā)生爐實(shí)際計(jì)算過(guò)程如下：已知的化驗(yàn)數(shù)據(jù) 71無(wú)煙煤的工業(yè)分析：M=5.0% ； A=11 .0% ； 無(wú)煙煤的元素分析：； ； ； 干發(fā)生爐煤氣組成： 焦油產(chǎn)率：無(wú)煙煤炭氣化的焦油產(chǎn)率可忽略不計(jì)；灰渣含碳量。；帶出物產(chǎn)率取為燃料的2%；帶出物組成（質(zhì)量分?jǐn)?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(jì)算基礎(chǔ)。由于生產(chǎn)上的各種數(shù)據(jù)是以不同的標(biāo)準(zhǔn)給出的，因而在物料衡算時(shí)需將其換算為同一標(biāo)準(zhǔn)。1） 基準(zhǔn)換算，將干燥基灰分A換算為收到基灰分；由干燥

33、無(wú)灰基（daf）轉(zhuǎn)變成收到基（ar）的轉(zhuǎn)換系數(shù)為： 將所給的原料組成（干燥無(wú)灰基）換算為用收到基表示的組成（%）為：合計(jì)=100.002） 干灰渣產(chǎn)率的計(jì)算。原料中的灰分轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhǔn)，計(jì)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(jì)算基準(zhǔn)，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(jì)算數(shù)據(jù)可求得干煤氣產(chǎn)率為：即4） 氮平衡計(jì)算。氮在氣化過(guò)程中屬于惰性物質(zhì)，不參加化學(xué)反應(yīng)，因而原料中和空

34、氣中的氮全部轉(zhuǎn)入煤氣中，由此可計(jì)算空氣的消耗量。100kg煤所產(chǎn)干煤氣中的氮?dú)鉃椋涸蠋氲牡獮椋嚎諝獾南牧繛椋?） 計(jì)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(guò)對(duì)氫平衡的計(jì)算，可以確定煤氣中的水分含量，進(jìn)而可以求水蒸氣的分解率。以100kg原料為計(jì)算基準(zhǔn)，如下。原料帶入的氫量包括化合氫和煤中水分的氫，計(jì)算如下：氣化劑中水蒸氣的氫量為：轉(zhuǎn)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(jì)算

35、式如下： 式中 濕煤氣產(chǎn)率，； 0833蒸汽密度， 。8） 計(jì)算蒸汽分解率。以氣化100kg煤為基準(zhǔn)，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(zhuǎn)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(jì)算煤氣中各元素的質(zhì)量組成：73 熱量衡算 (以100kg收到基煤為計(jì)算基準(zhǔn)，按高熱值計(jì)算。)731 供熱方在煤的氣化過(guò)程中，引

36、入氣化爐的總熱量為供熱方（以表示），由下列幾項(xiàng)組成。第一項(xiàng)， 煤的發(fā)熱量： 式中 28386.5無(wú)煙煤的高熱值，kg/kg(煤)。第二項(xiàng)， 煤帶入的顯熱 式中 1.008煤的比熱容，kJ/(kg)；煤的溫度，。第三項(xiàng)， 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(jì)算。第四項(xiàng)， 氣化用空氣的顯熱；式中 1.008空氣的定壓熱容，kJ/(kg)。故總進(jìn)入熱量Q為： 732 付熱方 氣化反應(yīng)后，生成的各項(xiàng)有效熱量與生產(chǎn)過(guò)程的所有熱損失之和，為熱量衡算的付熱方，由下列幾項(xiàng)組成。第五項(xiàng)， 干煤氣的發(fā)

37、熱量；=5442.8419=2280533.2KJ式中 5442.8干煤氣的高熱值，。第六項(xiàng)， 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(xiàng)， 煤氣中水分的熱含量：=348914.07=49090.2 KJ式中 3489煤氣在100kPa、500時(shí)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(xiàng)， 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

38、，kJ/(kg) ；第九項(xiàng)， 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(xiàng)， 發(fā)生爐夾套產(chǎn)生的蒸汽熱焓，假設(shè)全用于氣化過(guò)程則和相同第十一項(xiàng)， 其他熱損失，如向氣化爐四周空氣中散失的熱量，生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備的泄露等，在熱量衡算時(shí)由于難以計(jì)算，常歸并在一起由熱量平衡之差求得。付熱方總熱量計(jì)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(shí)，氣化效率約75%左右；氣化無(wú)煙煤時(shí)，一般為80%85%。這是由于煤中所含的揮發(fā)物愈少，則轉(zhuǎn)入焦油等油品類的熱值也愈少，轉(zhuǎn)換到煤氣的熱值就愈大，因此氣化效率