【導讀】向化工型轉變是我國煤炭利用技術的長遠之計。項正向著良好的方向蓬勃發(fā)展。是作為重要的化工原料氣而存在的?，F(xiàn)在火熱的碳一化學工業(yè)就是在合成氣。的基礎上發(fā)展起來的。如F—T合成汽油、制氨、制甲醇、煤氣甲烷化、甲。醇制醋酸、合成精細化學品和新材料……劑，吹入熾熱碳層分解制取合成氣的工藝，日產量。氣可為較大規(guī)模的甲醇生產提供原料氣。移動床氣化需要用塊煤為原料，且煤粒盡量均勻。為CO、CO2、H2等氣體，殘渣以熔渣形式排出氣化爐。噴入熔池內，池內熔融物保持高速旋轉。此時，氣液固三相密切接觸，在高。溫條件下完成反應，生成CO和H2為主要成分的煤氣。本設計采用陽泉無煙煤，它的各項指標均符合上述要求。度降至230oC后由煙囪排出放空。蒸汽由爐底吹入，將爐內及管道內殘留吹風氣由煙囪吹出。蒸汽由爐頂進入爐內，生成的煤氣由爐底導出，經下吹集?？諝鈴臓t底吹入爐內，將爐內剩余煤氣至上吹流向吹入水煤氣系統(tǒng)。好，因為這樣，可使灰渣中的含碳量降低。

　　

【正文】 545oC（扣除內外保溫管道損失 5oC） （ 6）吹風氣出口溫度： 230oC （ 7）吹風氣壓力： 103kpa（絕） （ 8）產汽壓力： 290kpa（絕） （ 9）軟水溫度： 30oC 軟水總固體 150PPm 排污水總固體 2020PPm。 按吹風氣計算廢熱鍋爐的生產能力 設新軟水加入量 xkg，產汽量 ykg。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 37 頁 熱量平衡 進項：（ 1）干吹風氣熱焓 Q1=545=（ 2）吹風氣中水汽熱焓 Q2==（ 3）軟水焓 Q3=30x= 共 計 （ +） kJ/h 出項：（ 4）干吹風氣焓 Q4=230= （ 5）蒸汽焓 Q5=2704ykJ/h （ 6）吹風氣中水汽焓 Q6=2933=（ 7）排污水焓 Q7=502（ xy） kJ/h （ 8）熱損失 (取入熱的 3%) Q8=（ +） 3% 共計 （ ++2202y） kJ/h 平衡： + =++2202y 即 =+2202y ① 總固體平衡 150x=2020(xy) 1850x2020y=0 ② 由 ① 和 ② 式得： x=y=即：軟水加入量： 蒸汽產量： 排水量： － = 爐體規(guī)格的確定 采用火管式，列管六角形排列，管束間留十字形排污通道。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 38 頁 吹風氣的平均溫度 t=221 tt ?= 2230545? = 吹風氣平均體積流量： V= 273 ? 36001 =火管采用 φ76，初選氣體流速 19m/s。 則管子根數(shù)： n=udV24?= 1 0190 7 2???? 即 411 根 管間距取 90mm，管板填充率取 90%。 故 D=?n== 以管板直徑 2200mm 作圖，按六角形排列法排出管子數(shù) 411 根，管板折邊取 100mm，于是爐體內壁直徑為 2400mm，如圖二所示。 核算流速 u=ndV24?= 4 1 10 7 2???? 結果與假設接近，可行。 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 39 頁 圖二 廢熱鍋爐管板管數(shù)的確定 傳熱系數(shù)的計算 管內傳熱系數(shù) ?內 的計算 （ 1）火管總截面積 A=n4? d i2=4114? = （ 2）氣體質量流速 G=M? n 總 /s? h=36001 =s （ 3）吹風氣混合粘度，雷諾數(shù) 吹風氣的定性溫度 t= 221 tt ? = 2230545? = 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 40 頁 下各組分氣體的粘度如下表： 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 N2 H2S H2O mPas 百分比 % 按平方根規(guī)律計算混合吹風氣的粘度： μ= iiiii MyMy ?? ? ? =( 2 + 28 + 44 + 32 +28 +16 +34 +18 )/100 = i iyM?? =(2 +28 + 44 + 32 + 28 + 16 2+34 +18 )/100 = 故 μ=s=105Pas 所以 Re=?Gd= 10???=10000 則氣體在管內呈湍流狀態(tài)，選定條件合適。 （ 4）吹風氣的混合導熱系數(shù) 下各組分氣體的導熱系數(shù)如下表： 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 N2 H2S H2O W/(moC) 按以下公式計算 λ： λ= 33 iiiii MyMy ?? ? 3iiyM?? （ 32 +328 +344 +332 + 328 +316 +334 +318 ） /100 = 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 41 頁 3i i iyM? ?? （ 32 +328 +344 + 332 +328 +316 +334 +318 ） /100 = λ=(moC) （ 5）吹風氣的混合平均熱熔 下各組分氣體的熱容如下表： 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 N2 H2S H2O kcal/(m3oC) cp=? iiCpy =(+++++0.48++)/100 =(m3oC) = 8 6 3 9 ?? =(kgoC) (6)管內傳熱系數(shù) Pr= ??pc = 35 ?? ??? = 又 μ=105Pas1032Pas （ 103Pas 為 20oC 下水的粘度） 即氣體屬低粘度流體，且氣體在管內呈湍流狀態(tài)， Re1000， Pr120,流體被冷卻 n=。 對? = id? = 5 1 1 0 4 6 ??? =(m2oC) 由于輻射傳熱系數(shù) 輻射? 對流? 所以 內? = 對? =(m2oC) 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 42 頁 管外傳熱系數(shù) ?外 的計算 管外為沸水，可用下式計算管外傳熱系數(shù) 外? 外? =3 pq 其中 q—單位面積熱負荷， kcal/(m2h oC) p—壓力（絕對）， atm（ 1atm=） 鍋爐熱負荷 Q=進吹風氣焓 出吹風氣焓 =－（ +） =假設鍋爐傳熱面積為 640m2 q= ? =(m2h) 外? = 50 03 ?????? ???=(m2hoC) =(m2h oC)=(m2oC) 總傳熱系數(shù)的計算 管道污垢熱阻 R=R 內 +R 外 =（ +） 104=104(m2oC)/W 查表知無縫鋼管導熱系數(shù) λ=(moC) 管子厚度 δ= K=???? ??? R外內111 =11 1 4 ???? ? =(m2oC) = (m2hoC) 換熱面積的校驗 (1)平均溫差 Δtm Δtm= ( 54 5 12 0. 2) ( 23 0 12 0. 2)54 5 12 0. 2ln23 0 12 0. 2? ? ???= = —2 kgf/cm2下飽和蒸汽的溫度 (2)換熱面積 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 43 頁 換熱面積 A=mtKQ? = ? = 誤差 640 ? 100%=% 與假設接近，可行。 換熱面積的計算應先假定一個值，然后按照上面的方法進行校驗，若誤差較大，則重新假定，直至誤差在允許范圍內。本次設計進行了多次假設，由于過程復雜，故只列出了最后一次的假設過程。 結論 因已考慮了最大熱負荷，故不需再加安全系數(shù)，換熱面積取 725m2，管內給熱系數(shù)遠低于管外給熱系數(shù)，故傳熱面積應以管內徑計算。 爐管高度 H= 640 ?? =（取 7m） 鍋爐規(guī)格為： 爐 體內徑： φ2400mm 爐管： φ76， 411 根 有效高度： 7m 洗氣箱的設計 洗氣箱的作用及設計原則 上行煤氣和下行煤氣經初步處理后來到洗氣箱，此時溫度分別大約是230 oC、 200 oC，還應進行降溫；另仍帶有不少的灰塵，應當進一步除塵。洗氣箱的水位必須對煤氣進氣管實現(xiàn)液封，如此即可以除塵，還可以通過洗氣箱中水的蒸發(fā)降低煤氣的溫度，出洗氣箱的煤氣溫度為 75 oC。另洗氣箱的存在可以提高煤氣在洗滌塔中的洗滌效果，并在熱備爐時防止氣柜煤氣倒流回爐與空氣混合發(fā)生爆炸。 洗氣箱的設計關鍵在 于洗滌水的加入量和蒸發(fā)水的確定，即為加入的洗滌水量必須大于蒸發(fā)水量，防止洗氣箱水位的不斷下降，但也不可過大，過大則水位不斷上升，影響正常生產。最佳狀態(tài)就是加入量比蒸發(fā)量大一點，能保證正常的溢流即可。 已知條件 上行煤氣進口溫度： 230oC 下行煤氣進口溫度： 200oC 出洗氣箱氣體溫度： 75oC 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 44 頁 冷卻水進口溫度： 30oC 冷卻水出口溫度： 50oC 氣體出口壓力： 1000mmH2O 進出氣管規(guī)格： φ7206mm 液封進氣管高度： 100mm 上行煤氣流量： 下行煤氣流量： 8200Nm3 洗滌水用量： 1505kg/h(設定 ) 洗氣箱直徑的確定 ? ? 02202 44 PdhdD i?? ?? 式中 D—洗氣箱直徑， m； di—進氣管內徑， m； do—進氣管外徑， m； h—進氣管水封高度， m； Po—洗氣箱出口壓力， mH2O（ 1mH2O=）； 即 ? ?2 2 20 . 7 2 0 . 1 0 . 7 2 2 0 . 0 1 1 . 044D??? ? ? ? ? ? ?（ ） D=（取洗氣箱直徑為 ） 洗滌水用量的確定 由于煤氣發(fā)生爐是間歇操作，則通過洗氣箱的氣量隨制氣循環(huán)中 各階段的不同而變化，為保證冷卻效果，應以最大氣體流量進行計算，而上吹制氣階段的氣體流量最大，故用上吹制氣過程的參數(shù)計算。另用下行煤氣參數(shù)校驗即可。 上行煤氣流量 上行煤氣中水汽流量 =取冷卻水用量為 1505kg/h 上行煤氣參數(shù)計算洗滌水用量 （ 1）、進洗氣箱上行煤氣熱焓 230oC 煤氣中各組分的熱容如下表（ kcal/(m3oC) 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S kcal/(m3oC) cp=? iiCpy 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 45 頁 =+++++ =(m3oC) Q1=230= Q2== Q3=301505=189043kJ/h 合計 （ 2）、出洗氣箱上行煤氣熱焓 75oC 煤氣中各組分的熱容如下表（ kcal/(m3oC)） 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S kcal/(m3oC) cp=? iiCpy =++++5+ =(m3oC) Q1=75= Q2=（ +W） =(+)kJ/h 式中 —75oC 過熱蒸汽焓， kJ/kg W—冷卻水中蒸發(fā)量， kg/h Q3=50（ 1505W） =－ 合計 (10242086+)kJ/h 平衡： =10242086+ W=因為洗氣箱是利用水的蒸發(fā)而帶走熱量的，蒸發(fā)的水量應該少于洗滌水的加入量，故假設洗滌水用量為 1505kg/h 合理。 (3)出洗氣箱上行煤氣量 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 46 頁 出洗氣箱氣體中水汽含量： +=出洗氣箱上行煤氣流量： + 18 ? = 根據(jù)下行煤氣 參數(shù) 校核洗滌水用量 出煤氣爐下行煤氣流量。 干氣： 8200Nm3/h=水汽： 8200=4100kg/h=(1)進洗氣箱下行煤氣熱焓 200oC 煤氣中各組分的熱容如下表（ kcal/(m3oC) 成分 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S kcal/(m3oC) cp= ? iiCpy =++++2+ =(m3oC) Q1=8200200=