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系統(tǒng)思考實(shí)現(xiàn)造氣爐節(jié)能減排的極限—熱壁高效造氣爐的推廣原理-在線瀏覽

2025-06-04 08:13本頁面
  

【正文】 煤揮發(fā)分含量最低,一般≤10%,含碳量很高,灰分、水分等雜質(zhì)較少,因而發(fā)熱量高約在21000 ~ 32500kJ/kg,著火和燃燼都很困難。有些劣質(zhì)煤機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性差,但是化學(xué)活性好,就可以選用少部分冷熱強(qiáng)度高的塊煤或焦炭摻燒,這部分強(qiáng)度好的煤(焦),在爐膛里起骨架作用,有利于降低床層阻力和提高入爐風(fēng)量。—溫度煤的燃燒速度隨溫度的增加而很快增加,碳與氧進(jìn)行反應(yīng)的活化能,無煙煤為140~,煙煤為117~134 kJ/mol。可見活化能越大的煤種,提高溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響越大。固定床造氣爐一般要求最好操作在灰熔點(diǎn)T1和T2之間,在這個(gè)溫度下,以一些難熔灰渣為框架,一些易熔碳粒形成液滴均布在相當(dāng)于渣填料的框架中,此時(shí)氣固液接觸最為均勻傳質(zhì)反應(yīng)速度最快。—催化劑針對(duì)無煙煤活性不高的情況,除了采用提高溫度外,還可采用添加催化劑來解決。另外由于添加催化劑,燃料可以在較低的溫度下具備氣化反應(yīng)的活性,就可使氣化反應(yīng)盡快由動(dòng)力學(xué)控制轉(zhuǎn)入擴(kuò)散控制,提高制氣效率。煤自身也存在上述催化元素。實(shí)驗(yàn)證明,添加量一定時(shí),對(duì)于相同的陰離子,不同陽離子催化活性順序是Cs RbKNaBaLiSrCaMgBe,另有資料說明Cr Mn, Fe Ni, Co Ca, Zn Al,Cu K。實(shí)際應(yīng)用的催化劑往往不是單一組分,常由多種成分配合而成。另外加入的催化劑不能降低煤的灰熔點(diǎn)。微爆劑的加入量不能造成碳粒破碎嚴(yán)重,帶出物過大。腐植酸型煤的活性比碳化煤球、黃泥白泥煤球的活性高,主要原因?yàn)樵虾置夯钚院茫趾苌俳档托兔褐械墓潭ㄌ?,制作過程中加入了NaOH,形成的CONa鏈?zhǔn)呛芎玫拇呋Y(jié)構(gòu)。造氣工藝中,可分為碳的空氣燃燒貯熱同時(shí)產(chǎn)生吹風(fēng)氣、碳的蒸汽降溫氣化同時(shí)產(chǎn)生水煤氣兩個(gè)間歇交替過程。我們以碳的燃燒反應(yīng)為例來分析三個(gè)控制區(qū)的有關(guān)規(guī)律。1)當(dāng)kαk時(shí),折算反應(yīng)常數(shù)K≈k,式(11)變?yōu)? ωc≈βkC∞=βk0 exp (E/RT)C∞ 此時(shí)的燃燒狀態(tài)稱為動(dòng)力燃燒。在動(dòng)力燃燒狀態(tài)下,提高燃燒速度,強(qiáng)化燃燒過程最有效、最直接的辦法是提高燃燒的溫度條件T。2)當(dāng)kαk時(shí),折算反應(yīng)常數(shù)K≈αk。它的物理意義在于:在擴(kuò)散燃燒區(qū),碳燃燒速度ωc只決定于氧氣向碳表面的擴(kuò)散能力,而與燃料性質(zhì)、溫度條件幾乎無關(guān)。3)當(dāng)k≈αk時(shí),既化學(xué)反應(yīng)能力與氧氣擴(kuò)散能力處在同一數(shù)量級(jí)的情況下,此時(shí)燃燒強(qiáng)化的實(shí)現(xiàn)與k和αk兩者均有關(guān),無論提高k或者αK都可以收到強(qiáng)化燃燒的效果。碳與氧及碳與蒸汽的反應(yīng)中都可一分為二的有兩種控制阻力:化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制及擴(kuò)散控制。適于固定床間歇造氣強(qiáng)化反應(yīng)的措施主要有:1) 原料的選擇及摻混,必須兼顧原料的活性及灰融點(diǎn)。3) 增加擴(kuò)散反應(yīng)速率的措施主要有:適宜的顆粒直徑及合適氣速的增加。T 775℃時(shí),屬動(dòng)力學(xué)控制區(qū),T 900℃ 時(shí),屬擴(kuò)散控制區(qū)。對(duì)于碳與水蒸汽的反應(yīng)生成CO和H2,400℃ T 1000℃時(shí),屬動(dòng)力學(xué)控制區(qū);T 1100℃時(shí),屬擴(kuò)散控制區(qū),兩者之間屬于過渡控制區(qū)。一般可這樣認(rèn)為,碳的兩種氣化反應(yīng)在溫度低于1250K時(shí),反應(yīng)速度對(duì)溫度是敏感的,可認(rèn)為是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素起主要控制作用。根據(jù)對(duì)無煙煤的燃燒速度測(cè)定得知,無煙煤在600~800℃時(shí)才能開始緩慢著火,但是燃燒速度很慢,隨著溫度的上升燃燒速度加快??梢妼?duì)于氣化層區(qū)域溫度,最低要求是在大于無煙煤的燃點(diǎn)以上,以使煤粒著火后加速化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制到擴(kuò)散控制過程的轉(zhuǎn)換。使空氣、蒸汽和碳的兩種氣化反應(yīng)均處于擴(kuò)散控制之下,以達(dá)到高效燃燒貯熱高效蒸汽氣化。 目前用于生產(chǎn)甲醇、合成氨的水煤氣、半水煤氣固定床煤氣發(fā)生爐,其氣固反應(yīng)效率不很高,主要表現(xiàn)在:水夾套的水冷壁效應(yīng)導(dǎo)致爐渣里單塊小返焦中殘?zhí)几?;原料煤的活性不高造成爐渣里成型渣塊中的殘?zhí)几摺饣瘡?qiáng)度低;煤氣發(fā)生爐上行煤氣出口處于爐體的側(cè)面或爐頂?shù)膫?cè)面,這樣導(dǎo)致爐內(nèi)氣化劑在流通過程中分布不均勻,在吹風(fēng)或制氣過程中,爐內(nèi)部分碳層不能有效發(fā)揮作用,造成氣化效率的降低。水夾套的目的,一是降低爐壁處碳渣層的溫度,防止高溫結(jié)渣掛爐,二是保護(hù)爐下灰盤等設(shè)備不受高溫?fù)p壞,三是回收熱量副產(chǎn)蒸汽供煤氣發(fā)生爐制氣使用。固定床煤氣發(fā)生爐采用的制氣原料一般為無煙煤或無煙煤制成的型煤。所以,煤氣發(fā)生爐靠近水夾套地方有部分的碳渣層遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于著火溫度,經(jīng)實(shí)際測(cè)試由于水循環(huán)冷卻效應(yīng)導(dǎo)致水夾套內(nèi)周圍80mm環(huán)區(qū)處內(nèi)部的原料煤層溫度過低,不能很好的燃燒貯熱及氣化。在制氣階段,由于此區(qū)溫度低,水蒸汽不能很好地氣化,加上氣流本身存在的趨壁效應(yīng),導(dǎo)致此區(qū)的蒸汽分解率非常低,這也是目前造氣爐蒸汽分解率在40~60%的主要原因。應(yīng)該說明的是水夾套冷壁環(huán)區(qū)溫度是呈梯級(jí)的,靠壁面的地方溫度降低最多。環(huán)區(qū)還受到周圍碳?;鹧娴妮椛?,降低了水冷壁的影響,環(huán)區(qū)自身的碳粒表面也能在部分時(shí)間內(nèi)進(jìn)入擴(kuò)散控制,只是時(shí)間較短。解決水夾套冷壁效應(yīng)的方法,最早有的研究單位認(rèn)為,此區(qū)碳粒不能完全燃燒主要因?yàn)槿鄙倏諝?,于是采用增大爐柵底層布風(fēng)通道、在灰倉(cāng)中進(jìn)行二次布風(fēng)的措施,結(jié)果適得其反,造成爐渣殘?zhí)剂糠炊仙?。提溫至少?yīng)保證原料煤的燃點(diǎn)以上,無煙煤保證在600~800℃,最好同氣化層溫度一致工作在擴(kuò)散控制之下(1250K以上)??梢娬羝釡睾苡邢?,克服水冷壁效應(yīng)的作用也就不很明顯。有的單位擬對(duì)夾套內(nèi)采用熔鹽來控制提溫,熔鹽是由硝酸鉀、亞硝酸鈉及硝酸鈉的混合物,工作溫度350~530℃。以上幾種方法,都能或多或少減輕水夾套冷壁效應(yīng),但都不能徹底消除其低溫影響,主要因?yàn)槠涮釡睾苡邢?,不能保證到無煙煤的燃點(diǎn)600~800℃以上,更不能
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