煤气发生炉毕业论文

1、煤气发生炉毕业论文 煤气发生炉毕业论文 题目煤气发生炉生产设计 系别化工系 专业化学工程与工艺 煤气发生炉毕业论文 目目录录 1 1发生炉煤气概况发生炉煤气概况 2 2 2 2发生炉煤气分类发生炉煤气分类 2 2 2 21 1空气煤气空气煤气 2 2 2 22 2水煤气发生炉煤气水煤气发生炉煤气 2 2 2 23 3混合发生炉煤气混合发生炉煤气 2 2 3 3发生炉煤气的工艺流程发生炉煤气的工艺流程 3 3 4 4反应过程原理及化学反应反应过程原理及化学反应 4 4 4 41 1炉内料层性质变化炉内料层性质变化 4 4 4 42 2化学反应化学反应 5 5 5 5技术指标技术指标 6 6 5

2、51 1煤气质量指标煤气质量指标 6 6 5 52 2炉内气化各层次要求炉内气化各层次要求 6 6 6 6煤质量要求煤质量要求 6 6 6 61 1煤的粒度，机械强度及热稳定性煤的粒度，机械强度及热稳定性 6 6 6 62 2灰分、灰熔点及结渣性灰分、灰熔点及结渣性 7 7 7 7衡算实例衡算实例 8 8 7 71 1已知的原始数据已知的原始数据 8 8 7 72 2物料衡算物料衡算 8 8 7 73 3热量衡算热量衡算 1111 7 73 31 1供热方供热方 1111 7 73 32 2付热方付热方 1212 7 74 4气化效率气化效率 1313 7 75 5热效率热效率 1313 8

3、8安全知识安全知识 1414 参考文献参考文献 1515 致谢致谢.15.15 煤气发生炉毕业论文 1 1 发生炉煤气概况发生炉煤气概况 发生炉煤气是以固体燃料（以煤为主）气化而得到的一种气体，其主要用于 治金、机械、陶瓷、玻璃、化工和电子工业等方面可作燃料气，合成原料气，目 前有些矿区及远离城市的工业企业的居民作为民用气（但必须采用安全措施） ， 使用发生炉煤气后既能消除烟尘污染，改善环境卫生，又能节约能源，提高产品 质量和产量，减轻劳动强度，降低经济成本，效果比较显著。 煤的气化过程是一热化学过程， 是煤或煤焦与气化剂 （空气， 氧气， 水蒸气， 氢等） 在高温下发生化学反应将煤或煤焦中有

4、机物转变为煤气的过程。该过程是 在高温、 高压下进行的一个复杂的多相物理化学过程。通过煤炭气化方法可以利 用煤中所含的几乎全部有机物质，是获得基本有机化学工业原料的重要途径。 煤气是指气化剂通过炽热固体燃料层时， 所含游离氧或结合氧将燃料中的碳 转化成可燃性气体。 2 2 发生炉煤气分类发生炉煤气分类 根据使用气化剂和热值不同可分下列三种： 2 21 1 空气煤气发生炉煤气空气煤气发生炉煤气 采用纯空气鼓风为气化剂透入煤气发生炉内与煤反应所获得的煤气称空气 煤气，但气化过程中气化层温度达 15001700，对气化有利，可强化生产提高 生产率， 但对使用煤中灰分熔点大大超过而造成严重结渣， 防碍

5、发生炉正常操作， 因而气化效率低，煤气热值低，一般为 3.764.6MJ/m 3。而且炉出温度高，目前 工业上很少用。 2 22 2 水煤气发生炉煤气水煤气发生炉煤气 气化过程以水蒸汽（HO）为气化剂经过赤热的焦炭层使水蒸气（ HO）分解， 而获得的煤气称水煤气，其煤气中可燃所主要由H和 CO 组成，煤气热值高 10.456MJ/ m3 ，但是气化热效率为 54%，即只有一半热量是用于制造煤气，要求热 值高和作为合成原料气使用。 2 23 3 混合发生炉煤气混合发生炉煤气 为了克服空气煤气的缺点，在以空气为气化剂中加入适当水蒸气，以空气， 水蒸气两种混合介质作为气化剂进入煤气发生炉与热炭发生热

6、交换及化学反应， 所生成的煤气称为混合发生炉煤气。 水蒸气通入炉内，不但解决气化过程中结渣，由于水蒸气（ HO）分解反应 出（H）和（CH）高热值成分，煤气热值可提高到 5.44 MJ/m 3。 煤气发生炉毕业论文 3 3 发生炉煤气的工艺流程（热煤气流程）发生炉煤气的工艺流程（热煤气流程） （1） 煤气发生炉整个工艺流程无冷却装置，煤气发生炉气化产生的煤气直 接作为燃料气，称热煤气流程。 （2）该工艺流程的优点： 1）不但利用了煤气燃料热，也利用了煤气的显热，提高了热量利用率； 2）工艺设备简单，投资少，管理较为简单，安全生产可靠性好； 3）除水封用水外无其它污水，不需水处理设施，环境污染较

7、轻； 4）生产费用低。 图 1 热煤气站工艺流程图 煤气发生炉毕业论文 4 4 反应过程原理及化学反应反应过程原理及化学反应 4 41 1 炉内料层性质变化炉内料层性质变化 图 2 煤气发生炉内料层性质变化 4 42 2 化学反应化学反应 1 1）氧化层主要气化反应：）氧化层主要气化反应： C+OCO +394.1MJ/mol 2C+ O2CO +220.8MJ/mol 在此层中，差不多所有的氧(O)都已消耗，而且只有二氧化炭(CO )形成， 由于放出大量的热温度最高，通常约为 11001200 2 2）第一还原层：）第一还原层： 在这一层中，高热气体通过煤层时，发生下列反应： C+ HOCO

8、+ H -135.0MJ/mol C+ HOCO + H -96.6MJ/mol C+CO 2CO -173.3MJ/mol 在第一还原层中水蒸气（HO）被还原分解，而二氧化炭(CO )也绝大部分 被还原分解，但该层较薄约为(100200mm)，由于反应过程为吸热，所以该层温 度有所下降温度约为(8001100)。 3 3）第二还原层：）第二还原层： 在这层中进行以下反应： C+ CO 2CO -173.3MJ/mol CO + HOCO+ H +38.4MJ/mol 此时没有 HO 被 C 直接分解，全部还原分解量也不多，在这一层中主要是高 煤气发生炉毕业论文 热气体将本身之显热传给进入该层

9、的煤。 4 4）空层：）空层： 在此层中常发生以下反应，以致减少煤气热值。 2COCO+C +162.4MJ/mol 减少煤气热值。决定生成气体停留时间及炉顶温度。 5 5 技术指标：技术指标： 5 51 1 煤气质量指标：煤气质量指标： （1）CO（一氧化碳） 24% （2）H（氢气） 60% 6 62 2 灰分、灰熔点及结渣性灰分、灰熔点及结渣性 煤炭气化过程中产生的灰，是由各种矿物组成，灰分在气化过程中基本上 是惰性物质，经气化形成灰渣，灰分含量过高影响炉内气化率，能源消耗增加， 煤气质量也受到影响，根据我国煤的分布情况， 设计规定常压固定床煤气发生炉 气化用煤灰分比例小于 25%。 煤

10、在气化过程中氧化层希望有较高的温度，因为温度越高气化还原速度越 快，水蒸气分解率也越高，煤气热值高，生产能力也可提高，然而这一温度受到 灰熔点的限制，氧化层温度过高灰渣熔化结块，导致阻碍气化剂上升，并造成出 渣困难的不良后果。从而破坏炉内正常气化，严重时停炉处理。 灰分中主要含有二氧化硅（SiO） ，三氧化二铝（AlO） ，三氧化二铁（Fe O） ，氧化钙（CaO） ，氧化镁（MgO）等，般认为铁，钙，镁等化合物多，灰熔点 下降易结渣。硅，铝氧化物高灰熔点高不易结渣。可按下式判断灰熔点的高低。 K K 值大于 5 时为难熔性灰 SiO 2 Al 2O3 Fe 2O3 CaO MgO K 值在

11、15 之间时为中等熔融性灰 K 值小于 1 时为易熔化性灰 煤气发生炉毕业论文 7 7 衡算实例衡算实例 以太原大同煤为原料的混合煤气发生炉实际计算过程如下： 已知的化验数据 7 71 1 无烟煤的工业分析：无烟煤的工业分析： M ar=5.0% ； Ad =11 .0% ；V daf 3.6% 无烟煤的元素分析： daf (C)93.0%； daf (H)2.0%； daf (O)2.3%； daf (S) 1.6% daf (N)1.0%； 干发生炉煤气组成： (CO 2 ) 5.5%(O 2 ) 0.2%(CmHn ) 0.0%(H 2 S) 0.17% (CO ) 27.5%(H 2

12、) 13.5%(CH 4 ) 0.5%(N 2 ) 52.6% 焦 油 产 率 ： 无 烟 煤 炭 气 化 的 焦 油 产 率 可 忽 略 不 计 ； 灰 渣 含 碳 量 ；带出物产率取为燃料的 2%；带出物组成（质量分数）为碳80%，(C F) 15% 。 灰 20%；煤气出口温度 500；气化剂饱和温度 55。 7 72 2 物料衡算物料衡算 以 100kg 的收到基煤为计算基础。 由于生产上的各种数据是以不同的标准给 出的，因而在物料衡算时需将其换算为同一标准。 1）基准换算，将干燥基灰分 A d 换算为收到基灰分A ar ； A ar A d 100 M ar 100 5.0 11.0

13、10.45% 100100 由干燥无灰基（daf）转变成收到基（ar）的转换系数为： K 100 M ar A ar 100 5.0 10.45 0.8455 100100 将所给的原料组成（干燥无灰基）换算为用收到基表示的组成（%）为： daf (C) 93.0% 0.8455 78.63 daf (H ) 2.0% 0.8455 1.69 daf (O) 2.3% 0.8455 1.94 daf (N ) 1.0% 0.8455 0.85 daf (S ) 1.7% 0.8455 1.44 A ar 10.45 煤气发生炉毕业论文 M ar 5.0 合计=100.00 2）干灰渣产率的计算

14、。原料中的灰分转入灰渣和带出物中，因而： A ar 10.45 20.2V a (10.15) V a 10.45 20.2 11.82 10.15 式中V a 灰渣产率，%（占收到基表示的原料质量） 0.15(C F ) 0.15,kg/kg； 2带出物产率，% 02带出物灰含量，kg/kg 。 3）以 100kg 收到基原料煤为基准，计算如下。 原料中的碳量为： m(C 1 ) 10078.63% 78.6kg 灰渣含碳量为： m(C 2 ) 100V A %C F 10011.82%15% 1.77kg 带出物中的含碳量为： m(C 3 ) 1002%80% 1.6kg 以 100m3煤

15、气为计算基准，则煤气中各组成分含碳量为： m(C CO 2) 100 5.5% 12 2.95kg 22.4 10027.5% m(C CO ) 12 14.73kg 22.4 1000.5% m(C CH4) 12 0.27kg 22.4 所以，每 100m3煤气中含碳量为： m(C 4 ) m(C CO2 ) m(C CO ) m(C CH4 ) 2.9514.730.27 17.95kg 由以上计算数据可求得干煤气产率为： V g m(C 4 )% m(C 1 )m(C 2 )m(C 3 ) 即 煤气发生炉毕业论文 V g m(C 1 )m(C 2 )m(C 3 )78.61.771.6

16、 419m3/100kg(煤) m(C 4 )%17.95% 4） 氮平衡计算。 氮在气化过程中属于惰性物质，不参加化学反应，因而原料中和空气中 的氮全部转入煤气中，由此可计算空气的消耗量。 100kg 煤所产干煤气中的氮气为： V N2 V g 52.6% 41952.6% 220.4m3 原料带入的氮为： V N 100 N ar % 2 22.422.4 1000.85% 0.68m3 2828 空气的消耗量为： 220.40.68 278.2m3/kg(煤) 0.79 5）计算蒸汽的消耗的消耗量。由气化剂的饱和温度 55，查空气湿度图得 V K 水蒸气的含量为 0.148kg 水汽/m

17、 (干空气)，故水蒸气的消耗量为： V K 0.148 278 .2 0.148 0.412 kg 6）确定煤气中的水分含量。通过对氢平衡的计算，可以确定煤气中的水分 含量，进而可以求水蒸气的分解率。以 100kg 原料为计算基准，如下。 原料带入的氢量包括化合氢和煤中水分的氢，计算如下： m(H a ) m(H ar ) M ar 5.0 2 1.69 2 2.25kg 1818 气化剂中水蒸气的氢量为： m(H b) 100 0.412 2 4.58kg 18 转入煤气中的氢量为： m(H c ) V g (H 2 ) (H 2 S) (CH 4 ) (C 2 H 4 ) 22.4 419

18、 (13.5 0.17 20.5 0)% 4.58kg 2 5.49% 22.4 因此煤气中的水含量为： 2 m(H 2O) m(H a ) m(H b ) m(H c )18 V g 2 2.25 4.58 5.4918 0.028kg /m3(煤气) 4192 煤气发生炉毕业论文 18 水和氢气的换算系数。 2 7）煤气的产率。湿煤气的产率为干煤气的体积和煤气中的水分体积之和， 式中 计算式如下： V g V g V g 0.0288 0.833 419 4190.0288 4.33m3/kg(煤) 0.833 式中V g 湿煤气产率，m3/kg煤； 0833蒸汽密度，kg /m3。 8）

19、计 算 蒸 汽 分 解 率 。 以 气 化 100kg 煤 为基 准 ， 煤 气 中 的 水分 为 4190.288=12.07kg,其中由原料带入的水 5.0kg， 一般煤中 50%的氧转变 为 1.940.518/16=1.09kg 的水。因此，煤气中由气化剂带入的未分解 水蒸气为 12.07-5.0+1.09=5.98kg, 9）所以分解的水蒸气为 1000.412-5.98=35.22kg。 由此求得水蒸气的分解 率为 35.22/(1000.412)=85% 10） 计算煤气中各元素的质量组成： 12 CO 2 CO(CH 4 ) 2(C 2 H 4 )0.01V g 75.20kg

20、mC 22.4 2 H 2 H 2 S 2(CH 4 ) 2(C 2 H 4 )0.01V g 5.49kgmH 22.4 32 O 2 CO 2 0.5(CO)0.01V g 116.4kgmO 22.4 28 mNN 2 0.01V g 275.5kg 22.4 32 mSH 2 S0.01V g 1.02kg 22.4 7 73 3热量衡算热量衡算 (以 100kg 收到基煤为计算基准，按高热值计算。) 7 73 31 1 供热方供热方 在煤的气化过程中，引入气化炉的总热量为供热方（以Q 入 表示） ，由下 列几项组成。 第一项， 煤的发热量Q 1 ： Q 1 28386.5100 28

21、38650KJ 式中 28386.5无烟煤的高热值，kg/kg(煤)。 第二项， 煤带入的显热Q 2 煤气发生炉毕业论文 Q21.08820100 2176kJ 式中 1.008煤的比热容，kJ/(kg)； 20煤的温度，。 第三项， 气化用水蒸气和气封用水蒸气带入热Q 3 ； Q 3 2600 .7 41.2 2748 .5 2 112645 .8kJ 式中2600.7气化用水蒸气的焓，kJ/kg； 2748.5气封用表压为kg/cm2水蒸气的热焓， kJ/kg； 100kg 煤按消耗 2kg 蒸汽计算。 第四项， 气化用空气的显热Q 4 ； Q 4 1.008 55 358 .181985

22、7.5kJ 式中 1.008空气的定压热容，kJ/(kg)。 故总进入热量 Q 为： Q Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 7 73 32 2 付热方付热方 气化反应后，生成的各项有效热量与生产过程的所有热损失之和， 为热量衡算的付热方Q，由下列几项组成。 第五项， 干煤气的发热量Q 1 ； =5442.8419=2280533.2KJQ 1 式中 5442.8干煤气的高热值，kg /m3。 第六项， 干煤气的平均比热值Q 2 。 =4191.374500=287853KJQ 2 式中 1.374 干煤气的平均比热容，kJ/(m3)； 500煤气出口温度，。 /第七项， 煤气中水分的热含量Q 3

23、 ： /=348914.07=49090.2 KJQ 3 式中 3489煤气在 100kPa、500时所含水蒸气的热焓，kg/kg； 煤气发生炉毕业论文 14.07煤气中水蒸气的含量（0.0288419+2=14.07） ，kg 。 第八项， 带出物的热焓Q 4 ； =340451.6+0.8372500=55339KJQ 4 式中 34045碳的高热值，kJ/kg ； 0.837带出物的比热容，kJ/(kg) ； 第九项， 灰渣的热焓Q 5 ，灰渣排出温度取 400 ； =340451.77+11.820.857400=64311.5 kJ Q 5 式中 0.857灰渣比热容，kJ/(kg)

24、。 第十项， 发生炉夹套产生的蒸汽热焓Q 6 ，假设全用于气化过程则和Q 3相同 第十一项， 其他热损失Q 7 ， 如向气化炉四周空气中散失的热量， 生产过程中 设备的泄露等，在热量衡算时由于难以计算，常归并在一起由 热量平衡之差求得。 付热方总热量计算方程为： Q 7 74 4 气化效率气化效率 Q i 1 7 i 气化效率用生成物的热值比原料的热值，即： Q 1 2280533 .2 80.33% Q 1 283650 通常， 气化褐煤时， 气化效率约75%左右； 气化无烟煤时， 一般为80%85%。 这是由于煤中所含的挥发物愈少，则转入焦油等油品类的热值也愈少，转换 到煤气的热值就愈大，

25、因此气化效率提高。 7 75 5 热效率热效率 一般指生成物的热值与可回收的热值之和占所供给的总热值之比，计算式 如下： Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 2280533 .2 287853 49090 .2 11265 .8 91.82% Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 2973329 煤气发生炉毕业论文 8 8 安全知识安全知识 煤气是一种易燃、易爆、有毒的气体，因此在生产过程中必须注意安全。 8 81 1 煤气毒性煤气毒性 煤气中二氧化碳， 氮气和氢气是窒息性气体， 当空气中含有一定量二氧化碳， 氮气，氢气时，使空气中的氧含量相对减少，人在这环境中工作，由于氧不足， 逐渐引起呼吸困难，产生

26、头痛、胸闷、引起缺氧中毒，若不及时离开该环境，最 后会窒息死亡。 煤气中硫化氢是臭味难闻的有毒气体，虽然煤气中含最较少，但空气中的硫 化氢含量超过 0.01mg/L 时，使人产生呕吐，呼吸道疼痛，恶心而昏迷。当空气 中硫化氢浓度高达到 1mg/L 时，人只要吸入几口，会突然休克，最后死亡。 但是当吸入一氧化碳人体时， 一氧化碳与血液中的红血球发生化学反应，生 成碳氧红血素，不但结合坚固而无输氧能力，新陈代谢作用逐渐减少到中断，由 于人体缺少氧气，出现头痛、恶心、呕吐、全身四肢无力，呼吸困难，精神不振， 疲乏无力， 挣扎不动， 当人体继续吸入一氧化碳， 红色球相应减少， 减到为零时， 就完全丧失了输氧功能，最后停止呼吸而死亡。一氧化碳中毒程度与人体素质， 一氧化碳浓度及接触时间有关， 根据