【正文】 ） 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=。 核算流速 u=ndV24?= 2 ??=結(jié)果與假設(shè)接近，可行。 產(chǎn)氣及耗水量的計(jì)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(jì)算基準(zhǔn)?！?） 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(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 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(jì) 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(xiàng)目 熱量， kJ 支出項(xiàng)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(jì) 3810376 共計(jì) 3810376 總過(guò)程計(jì)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。 下行煤氣產(chǎn)量為 ： － = m3。其氣體流向同一次上吹階段。 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(jiàn)，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。現(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(lái)的。 煤炭氣化自從 1839 年俄國(guó)第一臺(tái)空氣鼓風(fēng)液態(tài)排渣氣化爐問(wèn)世以來(lái)，至今已有 100多年的歷史了，自上世紀(jì) 70 年代起，世界各國(guó)廣泛開(kāi)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(dòng)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。待熱量消耗至一定程度時(shí)，制氣階段結(jié)束，再次向料層吹風(fēng)，如此循環(huán)，即可。 循環(huán)時(shí)間的分配 合成氣生產(chǎn)工作循環(huán)的各個(gè)階段的時(shí)間分配隨原料的性質(zhì)和工藝操作的具體要求而定，采用 180s 的工作循環(huán)。 上行煤氣中 水汽 量為 ： = kg。 （ 1） φ3000 氣爐 此爐每小時(shí)產(chǎn)水煤氣 6000~7500 要 n 臺(tái)水煤氣爐，則 n=740087500= （ 2） φ2740 氣爐 此爐每小時(shí) 產(chǎn)水煤氣 6000~6500 要 n 臺(tái)水煤氣爐，則 n=650087500= 綜合比較，選用 φ300 水煤氣發(fā)生爐 十四 臺(tái)， 十二開(kāi)二備。 合計(jì)： 559x+2165y 平衡： 90486+=559x+2165y 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 22 433x+2165y=90486…………… ① （ 2）總固體平衡 150x=2021(x－ y) 1850x－ 2021y=0……………………… ② （ 3）解方程式 ① 、 ② 得 x= kg y= kg 即每 100kg 燃料：副產(chǎn)蒸汽 消耗軟水 排污水 － = 過(guò)熱 除塵 器的設(shè)計(jì) 過(guò)熱 除塵 器的作用及設(shè)計(jì)原則 從煤氣爐出來(lái)的 上行水煤氣溫度較高， 500 oC，且?guī)в写罅康幕覊m，必須進(jìn)行脫除，過(guò)熱 除塵 器的作用就是脫塵，并用水蒸氣將水煤氣降溫，同時(shí)回收熱量，過(guò)熱水蒸氣，為水煤氣反應(yīng)創(chuàng)造條件。s 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 25 Re=?Gd= ??=3096410000 故蒸汽在管內(nèi)呈湍流狀態(tài)，選定條件合適。oC)=(m2 外? = 對(duì)? == W/(m2 則管子根數(shù)： n=udV24?= 2 ??= 取 494 根 管間距取 100 mm，管板填充率取 90%。s 為 20oC 下水的 黏 度） 即氣體屬低 黏 度流體，且氣體在管內(nèi) 呈湍流狀態(tài)， Re10000， Pr120,流體被冷卻 ，則 n=。 結(jié)論 因已考慮了最大熱負(fù)荷，故不需再加安全系數(shù)，換熱面積取 136m2，管內(nèi)給熱系數(shù)遠(yuǎn)低于管外給熱系數(shù)，故傳熱面積應(yīng)以管內(nèi)徑計(jì)算。hoC) = ?? =(kg 已知條件 （ 1）吹風(fēng)氣流量： 41871Nm3/h（干） （ 2）每標(biāo)準(zhǔn)立方米干吹風(fēng)氣中水汽含量： （ 3）濕吹風(fēng)氣成分及流量 成分 H2 CO CO2 O2 N2 CH4 H2S H2O 共計(jì) Nm3/h kmol/h 百分比 % （ 4）濕吹風(fēng)氣的平均分子量 M=（ 2+28+44+32+28+16+34+18） 101 = kg/mol （ 5）吹風(fēng)氣進(jìn)口溫度： 545oC（扣除內(nèi)外保溫管道損失 5oC） （ 6）吹風(fēng)氣出口溫度： 230oC （ 7）吹風(fēng)氣壓力： （絕） （ 8）產(chǎn)汽壓力： 2kgf/cm （ 9）軟水溫度： 30oC 軟水總固體 150ppm 排污水總固體 2021ppm。oC)= kJ/(kgs （ 103Pa D=?n= 2186?= 取 以管板直徑 1200mm 作圖，按直列法排出管子數(shù) 199 根，管板折邊取 100mm，于是爐體內(nèi)壁直徑為 1400mm，見(jiàn)圖示一。 已知條件 （ 1）煤氣爐散失熱量 180971kJ，其中夾套鍋爐回收 50%； （ 2）軟水進(jìn)口 30oC,總固體 150PPm； （ 3）排污水總固體 2021PPm； （ 4）鍋爐產(chǎn)氣壓 (絕 )飽和蒸汽。℃ ） = kJ/（ m3 上吹階段的氫平衡 收入： 原料帶入氫 = kg 蒸汽帶入氫 182 W= 91 W kg 共計(jì) （ + 9W ） kg 支出： 上行煤氣含氫 kg 煤氣中水汽含氫 182 X= kg 共計(jì) kg 氫平衡： + 9W = 9W = 下吹階段的氫平衡 收入： 原料帶入氫 （ 1－ ） =－ kg 水蒸氣帶入氫 182 W=91 W kg 共計(jì) （ － + 9W ） kg 支出： 下行煤氣含氫 （ － X） =－ kg 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 12 煤氣中水汽含氫 182（ － X） =－ kg 共計(jì) （ － ） kg 氫平衡 － +9W=－ 9W=－ 由上吹階段和下吹階段的氫平衡方程解得： X= m3 W= kg 由此得到： 上行煤氣產(chǎn)量為 ： m3。 （ 5）二次上吹 經(jīng)過(guò)蒸汽下吹 后，煤氣爐的底部和管線充滿了水煤氣，此時(shí)若直接通空氣則有爆炸的危險(xiǎn)，為安全起見(jiàn)，下吹后還應(yīng)進(jìn)行一次上吹。 造氣工藝 工藝指標(biāo) 采用間歇法工藝生產(chǎn)水煤氣的原料要求必須具有低揮發(fā)分產(chǎn)率，一定的塊度，較高的機(jī)械強(qiáng)度，好的熱穩(wěn)定性，難結(jié)渣和適中的反應(yīng)性以及較高的灰熔點(diǎn)，具體指標(biāo)要求如下： 固定碳（干基） ≥70% 水分 7% 灰分（干基） 20% 揮發(fā)分（干基） 8% 硫分（干基） ≤1% 熱穩(wěn)定性 ≥60% 灰熔點(diǎn) 1250oC 機(jī)械強(qiáng)度（落下實(shí)驗(yàn)） ≥70% 塊度 25～ 75mm或 50～ 100mm 本設(shè)計(jì)采用 邯鄲 無(wú)煙煤，它的各項(xiàng)指標(biāo)均符合上述要求。而利用水煤氣發(fā)生爐制得的合成氣（ CO+H2）是作為重要的化工原料氣而存在的。移動(dòng)床氣化需 要用塊煤為原料，且煤粒盡量均勻。 流程說(shuō)明 本工段以 邯鄲 無(wú)煙煤為原料，以水蒸氣為氣化劑，通過(guò)固定床層間歇式氣化爐制成水煤氣。 吹風(fēng)階段的作用是積蓄盡可能多的熱量，為制氣準(zhǔn)備條件，因此要求吹風(fēng)后料層應(yīng)具有適當(dāng)?shù)母邷?，同時(shí)時(shí)間應(yīng)該盡量的短，以相對(duì)增加制氣階段的時(shí)間，吹風(fēng)時(shí)間一般占循環(huán)時(shí)間的 24%。 下行煤氣中 水汽 量為 ： = kg。 其技術(shù)指標(biāo)如下： 爐 膛 內(nèi) 徑 ： 爐 膛 面 積 ： 蒸汽水套受熱面積： 18m3 夾 套 蒸 汽壓 力： ~(1) 進(jìn) 風(fēng) 口 直 徑 ： 1060/760mm 煤 氣 出口直徑上口： 1060mm 煤氣出口直徑下口： 760mm 水 煤 氣 產(chǎn) 量 ： 7400Nm3/h 燃 料 層 高 度 ： 3500mm 焦 炭 消 耗 量 ： 4000kg/h 最 大 風(fēng) 壓 ： 1800mmH20(2) 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 ： 灰 盤(pán) 轉(zhuǎn) 速 ： ～ 外形尺寸 (長(zhǎng) 寬 高 ) ： 7235449711708 總重 (不包括耐火磚 ) ： 包 括 耐 火 磚 ： ~90t 注： （ 1） 1kg/cm2= （ 2） 1mmH2O= 水煤氣發(fā)生爐指標(biāo)計(jì)算 由于煤氣爐是間歇生產(chǎn)，因而實(shí)際的煤氣產(chǎn)量及空氣、蒸汽流量是多變的，在進(jìn)行緩沖氣柜之前的設(shè)備計(jì)算時(shí)，不能根據(jù)平均值 ,必須計(jì)算出煤氣爐的瞬時(shí)產(chǎn)氣量和原料消耗量。 因煤氣爐是間歇生產(chǎn)的，則過(guò)熱除塵器應(yīng)滿足其最大熱負(fù)荷。 管內(nèi)傳熱系數(shù) ?內(nèi)的計(jì)算 （ 1）管內(nèi)對(duì)流傳熱系數(shù) ?對(duì) 流 查得 180oC 過(guò)熱蒸汽導(dǎo)熱系數(shù) λ1=(mhoC) == kJ/(m2 故 D=?n== m 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 31 以管板直徑 2500 mm 作圖，按六角形排列法排出管子數(shù) 494 根，管板折邊取 100 mm，于是爐體內(nèi)壁直徑為 2700 mm，如圖二所示。 對(duì)? = id? = ?? =(m2 爐管高度 H= 725??? =（取 7m） 鍋爐規(guī)格為： 爐體內(nèi)徑： φ2700mm 爐管： φ76， 494 根 有效高度： 7m 洗氣箱的設(shè)計(jì) 洗氣箱的作用及設(shè)計(jì)原則 上行煤氣和下行煤氣經(jīng)初步處理后來(lái)到洗氣箱，此時(shí)溫度分別大約是 230 oC、 200 oC，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 35 還應(yīng)進(jìn)行降溫；另仍帶有不少的灰塵，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步除塵。oC)/ kJ 管子厚度 δ=