【正文】 定，采用 180s 的工作循環(huán)。 （ 2）蒸汽吹凈階段 蒸汽由爐底吹入，將爐內(nèi)及管道內(nèi)殘留吹 風(fēng)氣由煙囪吹出。待熱量消耗至一定程度時，制氣階段結(jié)束，再次向料層吹風(fēng)，如此循環(huán)，即可。爐型選用 φ 2260mm的 UGI 水煤氣爐。 煤炭氣化自從 1839 年俄國第一臺空氣鼓風(fēng)液態(tài)排渣氣化爐問世以來，至今已有 100多年的歷史了，自上世紀(jì) 70 年代起，世界各國廣泛開展了煤氣化研究，按煤在氣化爐中的流體力學(xué)條件，氣化方法可分為： （ 1） 移動床氣化 也稱固定床氣化，由于煤粒在氣化爐中逐漸往下移而得名。相反我國的石油等其它重要的一次能源明顯不足，一方面，作為及其重要的能源物資和化工原料，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油需求日益高漲，但國內(nèi)石油的開采利用逐漸趨于遞減模式而不得不轉(zhuǎn)向國外 進(jìn)口，耗費(fèi)大量外匯，給國家的各個方面都帶來不便?，F(xiàn)在火熱的碳一化學(xué)工業(yè)就是在合成氣的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 （ 4）熔融床氣化 俗稱浴床氣化或熔融流態(tài)床氣化，其特點(diǎn)是有一溫度較高中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 2 （ 1600~1700℃ ） 且高度穩(wěn)定的熔池，粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入熔池內(nèi)，池內(nèi)熔融物保持高速旋轉(zhuǎn)。 工藝流程 基本原理 水煤氣生產(chǎn)的主要反應(yīng)是水蒸氣與碳的反應(yīng)： C+H2O（ g） CO+H2 △ H=－ C+2H2O（ g） CO2+2H2 △ H=－ 可見，水煤氣生產(chǎn)關(guān)鍵是水蒸氣的分解，而水蒸氣的分解需要由外界提供熱量。循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，使制成的煤氣持續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)。其氣體流向同一次上吹階段。 目標(biāo)數(shù)據(jù) 目標(biāo)數(shù)據(jù)即為收到基和干燥基數(shù)據(jù)，根據(jù)《煤化學(xué)》有以下轉(zhuǎn)換公式： 以 X 代表 S， A， C， H， N， Q。 下行煤氣產(chǎn)量為 ： － = m3。 總蒸汽耗量為 ： 2= kg 上吹蒸汽分解率為 ： 100%=%?！?） Q5= 500 + 200 =142246 kJ （ 6）水煤氣中水汽熱焓 Q6 水汽 500℃ ， i= kJ/kg 200℃ ， i=Q6= + =313975kJ （ 7）帶出物的化學(xué)熱 氣體 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S 200℃ 500℃ 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 14 Q7=122424 kJ （ 8）帶出物的物理熱 Q8=4 550 =2772 kJ （ 9）灰渣化學(xué)熱 Q9=135636kJ （ 10）灰渣物理熱 Q10=3567kJ （ 11）爐壁熱損失（取原料發(fā)熱量的 7%） Q11=2585300 =180971 kJ 共計 3810376 kJ 故需從料層中吸取的熱量 QB=3810376－ 3169954=640422 kJ 制氣效率： B??314 100% = 640 42 2582 55 4258 53 00 290 87 85 ?? 100%=% 制氣階段的熱平衡表 收入項目 熱量， kJ 支出項目 熱量， kJ Q1 2585300 Q4 2908785 Q2 2100 Q5 142246 Q3 582554 Q6 313975 QB 640422 Q7 122424 Q8 2772 Q9 135636 Q10 3567 Q11 180971 共計 3810376 共計 3810376 總過程計算 原料使用分配 設(shè) 100 kg 原料中，制氣消耗 x kg，則吹風(fēng)消耗（ 100－ x） kg 640422x=875715（ 100－ x） x= kg 所以， 100 kg 原料中， kg 用于制氣， kg 消耗于吹風(fēng)階段。 空氣鼓風(fēng)機(jī) （ 1）選型 空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型原則是空氣鼓風(fēng)機(jī)要能滿足爐子的最大用量，且留有一定的余量。 產(chǎn)氣及耗水量的計算 設(shè)進(jìn)口軟水量為 x kg，產(chǎn) 氣量為 y kg，以 100 kg 原料為計算基準(zhǔn)。 則過熱除塵器以上行煤氣各參數(shù)進(jìn)行計算。 核算流速 u=ndV24?= 2 ??=結(jié)果與假設(shè)接近，可行。oC) 則管內(nèi)平均導(dǎo)熱系數(shù)： λ=(ms 為 20oC 下水的 黏 度） 即蒸汽屬低 黏 度流體，且蒸汽在管內(nèi)呈湍流狀態(tài)， Re10000， Pr120,流體被加熱n=。s 12571— 上行煤氣摩爾 流量 15. 44— 上行煤氣平均分子量 (2)上行煤氣混合 黏 度 由天 津 大 學(xué) 版《化工原理》查得 495 3502?= 下各組分的 黏 度如下： 組成 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S H2O mPaoC) （ 5）管外傳熱系數(shù) Pr= ??pc = 5 ??? ? = 則 對? = ???? = W/(m2oC)/W 管道污垢熱阻 R=R 內(nèi) +R 外 =（ +） 104 =104(m2 按吹風(fēng)氣計算廢熱鍋爐的生產(chǎn)能力 設(shè)新軟水加入量 x kg，產(chǎn)汽量 y kg。s 百分比 % 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 32 按平方根規(guī)律計算混合吹風(fēng)氣的 黏 度： μ= iiiii MyMy ?? ? ? =( + + + + + + + )/100 = i iyM?? =( + + + + + + + )100106? =106 故 μ= 6?? = mPaoC) (6)管內(nèi)傳熱系數(shù) Pr= ??pc = 360 6 ???? ? = 又 μ=105Pah oC) p— 壓力（絕對）， atm（ 1atm=） 鍋爐熱負(fù)荷 Q=進(jìn) 口 吹風(fēng)氣焓 出 口 吹風(fēng)氣焓 =36410713－（ 13954348+） =20847585 kJ/h 假設(shè)鍋爐傳熱面積為 136m2 q= ? =6868kcal/(m2oC) 換熱面積的校驗 (1)平均溫差 Δtm Δtm= 3 32 3 0 3 35 4 5ln ) 3 32 3 0() 3 35 4 5(?? ???=217oC — kgf/cm2下飽和蒸汽的溫度 (2)換熱面積 換熱面積 A=mtKQ? = ? = 誤差 136 ? 100%=% 與假設(shè)接近，可 行。最佳狀態(tài)就是加入量比蒸發(fā)量大一點(diǎn)，能保證正常的溢流即可。本次設(shè)計進(jìn)行了多次假設(shè)，由于過程復(fù)雜，故只列出了最后一次的假設(shè)過程。hs （ 103Pas 所以 Re=?Gd= ???=18719 10000 則氣體在管內(nèi)呈湍流狀態(tài)，選定條件合適。 吹風(fēng)氣的平均溫度 t= 221 tt ? = 2230545? = 吹風(fēng)氣平均體積流量： V=41871 273 ? 36001 = m3/s 火管采用 φ76 mm 的無縫鋼管，初選氣體流速 15m/s。oC)， 管子厚度 δ= 所以 K=???? ??? R外內(nèi)111 =11 1 4 ???? ? =(m2oC) 由于有折流板，在折流和管束間，折流板和換熱器之間，總有一定間隙，部分流體短路，所以將所求 外? 按經(jīng)驗乘以一系數(shù) 。s (3)雷諾數(shù) Re 由于換熱管采取正方形排列，所以水力半徑可由下式求出： de= 22004( )4tdd??? = 44( 5 38 )4 4 38??? = 故 Re= ???=19439 由于 Re 位于 2103～ 1106之間，故可采用凱恩法求出 外? 。hoC)=(ms 查得 145oC 下水蒸氣的 黏 度為 ? =102 cp=105PaoC)）見下表： 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S cp 百分比 % Cp=+++++9= kcal/(m3 排污水焓： 559(x－ y) kJ 式中 559— (絕 )沸騰水的焓， kJ/kg。 吹風(fēng)時間為 += 故在一個循環(huán)中，一臺鼓風(fēng)機(jī)可供應(yīng) = 臺煤氣爐。 預(yù)設(shè)日產(chǎn) 210 萬 合成氣廠 ,假定每天工作 24 小時 ,即 10000024=87500Nm3/h。 平均蒸汽分解率為 ： 100%=%。 下行煤氣占總產(chǎn)量比例為 ： 1－ %=%。 ad=6330kcal/kg （ 1） 干燥基數(shù)據(jù)： 由以上公式和已知數(shù)據(jù)，可得 ： Cd=CadadM?100100 = ? %=% Hd=HadadM?100100 = ? %=% 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 5 Nd=NadadM?100100 = ? %=% Ad=% ， St 制氣過程的六個階段采用微機(jī)油壓控制，通過微機(jī)控制油壓閥的關(guān)啟來實(shí)現(xiàn)流體的流向控制。經(jīng)過過熱除塵器 回收余熱后進(jìn)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生 ，而吹風(fēng)氣本身溫度降至 230oC 后由煙囪排出放空。吹風(fēng)階段即是將空氣吹入爐中， 與煤發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，熱量積蓄于料層內(nèi)，在制氣時，積蓄于料層內(nèi)的熱量使水蒸氣進(jìn)行分解反應(yīng)，生成水煤氣。 本廠采用移動床氣化法，該法氣化過程進(jìn)行比較完全，灰渣中殘?zhí)可?，氣化效率高，是一種理想的氣化方法。生產(chǎn)出的合成氣可為較大規(guī)模的甲醇生產(chǎn)提供原料氣。中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 日產(chǎn)量 10 萬 Nm3 氣化廠設(shè)計 1. 總論 設(shè)計依據(jù) （ 1）畢業(yè)實(shí)習(xí)任務(wù)書及畢業(yè)設(shè)計大綱 （ 2）參照 江蘇恒盛化肥 有限 公司 的工藝經(jīng)驗 （ 3） 導(dǎo)師 儲睿智 講師 的指導(dǎo) 造氣工藝論證 煤炭是我國儲量最豐富的能源資源，按目前的產(chǎn)量和已探明的儲量推算，我國煤炭資源可開采近百年，估計在可預(yù)期的時間里，煤在我國的能源結(jié)構(gòu)中還占據(jù)著主導(dǎo)地位。如 F— T 合成汽油、制 氨、制甲醇、煤氣甲烷化、甲醇制醋酸、合成精細(xì)化學(xué)品和新材料?? 據(jù)設(shè)計要求，本合成氣廠采用 邯鄲 無煙煤為氣化原料，水蒸氣作為氣化劑，吹入熾熱碳層分解制取合成氣的工藝，日產(chǎn)量 10 萬 Nm3。此時，氣液固三相密切接觸，在高溫條件下完成反應(yīng)，生成 CO 和 H2為主要成分的煤氣。本設(shè)計采用間歇送風(fēng)蓄熱法，分為兩個階段，吹風(fēng)階段和制氣階段。 每個循環(huán)六個階段具體流向如下： （ 1）吹風(fēng)階段 空氣 由鼓風(fēng)機(jī)從爐底進(jìn)入爐內(nèi)，生成吹風(fēng)氣，由爐頂排出。 （ 6） 空氣 吹凈階段 空氣從爐底吹入爐內(nèi)，將爐內(nèi)剩余煤氣至上吹流向吹入水煤氣系統(tǒng)。 Xd=XadadM?100100 ， Xar=Xad 100100 aradMM?? Xd=XararM?100100 ， Qgr 上行煤氣占總產(chǎn)量比例為 ： 100%=%。 下吹蒸汽分解率為 ： 100%=%。 生產(chǎn)指標(biāo)計算 每 100 kg 原料的生產(chǎn)指標(biāo)： 吹風(fēng)氣產(chǎn)量 = m3 水煤氣產(chǎn)量 = m3 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 15 空氣耗量 = m3 蒸汽耗量 = kg 總過程效率 ?100%=% 總過程熱效率316 99 54422 49 82 119 ?? ?100%=% 水煤氣制造 總 過程的物料平衡 （ 1）碳平衡 收入： 原料中碳 kg 支出： 水煤氣中碳 = kg 吹風(fēng)氣中碳 = kg 帶出物中碳 kg 灰渣中碳 kg 共計 kg （ 2）氫平衡 收入： 原料中氫 +182 = kg 空氣中 水汽 含氫 182 = kg 蒸汽含氫