煤气发生炉常压固定床气化设计

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1、《煤化工工艺学》课程设计系别：化学与化学工程系专业：化学工程与工艺姓名：张学勇学号：111407156指导老师：丁明洁河南城建学院化学与化学工程系2011年1月27目录1.总论11.1概述11.2文献综述21.3任务依据42．工艺流程及设计方案的确定和说明82.1工艺流程的确定和说明82.2气化过程的工艺条件92.3操作条件93．工艺计算103.1已知直接测定和在煤气发生炉试验时所获原始数据103.2物料衡算103.3气化过程的热平衡计算.143.4气化效率。153.5热效率。154.主设备的工艺计算及

2、选型164.1设备选型原则164.2设备的相关计算165.附属设备的选型175.1旋风除尘器175.2燃烧装置235.3余热锅炉的应用246．收获与体会267．主要参考文献2727常压固定床煤气化工艺设计摘要本课程设计说明书的内容为常压固定床煤气化的设计过程，包括气化炉的基本气化原理，反应器内反应过程及固定床特点和对工艺流程的确定和说明，生产条件的确定和说明，气化炉的选择以及附属设备的选型等内容。进而深入了一层了解煤气化工艺，并得到化工工程设计的初步训练。本文从一定的层面上对常压固定床煤气化发生炉内部的

3、传热、传质过程进行了简要综述。关键词：常压固定床、煤气化发生炉、床层、炉壁、传热、传质、过程271.总论　1.1概述　20世纪70年代出现的石油危机，推动了煤炭利用技术的发展，其中包括煤的气化，液化和快速热解，尤其是煤的气化研究和试验工作发展迅速。当前，西方国家对美的气化技术研究仍主要用作技术储备。中国煤炭的储量和开采都位于世界前列，煤炭的转化和合理利用，包括煤的气化，对中国无论目前和长远都具有重要意义。80年代，美国的煤炭科学家们提出了洁净煤技术(cleancoaltechnology)的概念，旨在解

4、决煤直接燃烧带来的环境污染问题，同时提高煤炭的利用率。煤气化是一系列洁净煤技术中的一种，甚至被认为是最有前途的煤洁净利用技术，煤气化技术可以去除煤中存在的硫化物和氮化物，生成清洁的气体燃料，在工业领域有着极其广泛的应用。1.1.1煤气化的基本过程煤的气化过程是一个有热效应的化学反应过程，反应物是煤和气化剂。气化剂一般为空气、氧气、水蒸气或氢气。煤和气化剂按照一定的比例，在一定温度和压力条件下发生化学反应，煤中的可燃成分转化为气体燃料，即产品煤气，灰分则以灰渣的形式出。从包含的物理化学过程来看，煤的气化过

5、程包括以下几个阶段：干燥脱水，热解，挥发分和残余固定碳的气化反应。图示为典型的煤气化工艺流程。271.2文献综述固体燃料用气化剂进行热加工，得到可燃性气体的过程称为固体燃料的气化，又称为造气，所得的气体统称为气化煤气，用来与燃料进行气化反应的气体称为气化剂。常压固定床煤气发生炉，一般以块状无烟煤或焦煤等为原料，筛分范围为6-50mm，用蒸汽或蒸汽与空气的混合气体作气化剂，生产以一氧化碳和氢气为主要可燃成分的气化煤气。1.2.1煤气炉内燃料层的分层煤气炉内燃料层的分固体燃料的气化反应，按煤气炉内生产过程进

6、行的特性分为五层，干燥层——在燃料层顶部，燃料与热的煤接触，燃料中的水分得以蒸发；干馏层——在干燥层下面，由于温度条件与干馏炉相似，燃料发生热分解，放出挥发分及其它干馏产物变成焦炭，焦炭由干馏层转入气化层进行热化学反应；气化层——煤气炉内气化过程的主要区域，燃料中的炭和气化剂在此区域发生激烈的化学反应，鉴于反应条件的不同，气化层还可以分为氧化层和还原层：（1）氧化层：碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳和一氧化碳，并放出大量的热量。煤气的热化学反应所需的热量靠此来维持。氧化层温度一般维持在1100～1250℃

7、，这决定于原料煤灰熔点的高低。（2）还原层：还原层是生成主要可燃气体的区域，二氧化碳与灼热碳起作用，进行吸热化学反应，生产可燃的一氧化碳；水蒸气与灼热碳进行吸热化学反应，生成可燃的一氧化碳和氢气，同时吸收大量的热。灰渣层—气化后炉渣所形成的灰层，它能预热和均匀分布自炉底进入的气化剂，并起着保护炉条和灰盘的作用。燃料层里不同区层的高度，随燃料的种类、性质的差别和采用的气化剂、气化条件不同而异。而且，各区层之间没有明显的分界，往往是互相交错的。1.2.2固体燃料气化反应的基本原理　　固定床煤气发生炉制造燃气

8、，首先使得空气通过燃料层，碳与氧发生放热反应以提高温度。随后使蒸汽和空气混合通过燃料层，碳与蒸汽和氧气发生吸热和放热的混合反应以生成发生炉煤气。1.2.3以空气作为气化剂的气化反应空气从炉底经过，经灰渣层预热后到达氧化层，此时气体中的氧与炽热的碳接触，发生如下反应：2C+O2=2CO+221.2kJ272CO+O2=2CO2+566.0kJC+O2=CO2+393.8kJ气体往上升，到还原层，气体中的CO2与碳发生化学反应：CO2+C=2C