固体燃料的气化过程及设备
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山东理工大学教案
注:教师讲稿附后
第五章 固体燃料的气化过程与设备
煤的燃烧方式:(1)直接燃烧:缺点:燃烧容易产生不完全,热利用低,造成能源浪费,污染严重,不易控制;
(2)半煤气燃烧:一部分直接燃烧,一部分气化后再燃烧;
(3)全煤气燃烧:全部气化后燃烧,效率高,易实现温度控制。
一、发生炉煤气的种类
气化过程需要气化剂,常用的气化剂有空气、水蒸气、空气+水蒸气,根据气化剂的不
同将发生炉煤气分为:空气煤气、水煤气、混合煤气。
(1) 空气煤气
气化剂:空气
所进行的反应:C+O 2+3.76N 2=CO 2+3.76N 2+Q
CO 2+C=2CO -Q
所以综合反应为 2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+Q
理想空气煤气(纯炭与空气反应)的废气组成为:
CO 2=
%47.3%10076
.322=⨯+ N 2(%)=%3.65%10076.3276.3=⨯+ 产气率:每单位气化用煤转变为煤气的体积,单位Nm 3/kg
理想空气煤气的产气率V=38.512
24.22)76.32(=⨯⨯+ Nm 3/kg 制取空气煤气的过程存在温度:由于C+O 2反应,氧化层温度高,会使灰分软,成熔融状态(结渣)。影响正常气化过程的进行。
(2) 水煤气:
气化剂:水蒸汽
主要反应: C+H 2O=CO+H 2-Q (5-4)
C+2H 2O=CO 2+2H 2-Q (5-5)
C +CO 2=2CO -Q
CO +H 2O= CO 2+H 2+Q
从反应平衡式可以看出,吹气阶段反应多属吸热反应,要维持窑炉内的温度,需要
源源不断供入热蒸汽。
为了产生热量,工业上常采用间歇式送风法:
空气 ↘
→发生炉→煤气
煤气 ↗
即:当需要热时,通入空气,使反应C+O 2=CO 2放热,当温度高到要求时,停止空气,供入蒸汽开始造汽,前者为吹气阶段,后者为吹汽(制)汽阶段,构成水煤气工艺的基本循环。 缺点:水煤气热值比空煤气高,但对原料的要求苛刻,采用优质无烟煤或焦炭,操作复杂,故一般的硅酸盐窑炉不采用水煤气。
(3) 混合煤气
气化剂:空气+水蒸汽
利用 C+O 2=CO 2反应提供热量,利用CO 2与H 2O 反应造气,混合煤气。
理想混合煤气产率:
反应:2C+O 2+3.76N 2=2CO+3.76N 2+246388KJ/kmol (与氧反应)
C+H 2O=CO+H 2-118798 kJ/kmol 一个反应为放热,一个反应为吸热,恰好能维持炉内温度的稳定,放热能使
07.2118798
246388= kmol 的炭与水反应。 故反应的总体积为: 2 + 3.76 + 2.07 + 2.07=9.9kmol
CO N 2 CO H 2
所以理想混合发生炉煤气的组成为:CO :%1.41%1009
.907.22=⨯+ H 2:%9.20%1009
.907.2=⨯ N 2:%0.38%1009
.976.3=⨯ 从组成中可以看出CO 、H 2 所占比例为62%,所以混合煤气的热值比较高 产气率:V=
炭kg Nm /54.4%10007.224.229.93=⨯+⨯ 对比空气煤气,谁煤气,混合煤气产气率最小,但是由于含CO 、H 2的比例高,故热值
最大。
二、气化过程(以混发生炉煤气为例)
图5-1
1-加煤口 2-钎孔 3-煤气出口 4-炉篦 5-水封 6-灰盘 7-空层 8-干燥干馏层 9-第二还原层 10-第一还原层 11-氧化层 12-灰层
13-气化剂进口
在各个层内进行反应:
1、氧化层(火层) C+O 2=CO 2 放热反应,温度:1100-1200℃
2、第一还原层 C+H 2O=CO 2+H 2
C+H 2O=CO+H 2
C+2H 2O=CO 2+2H 2 吸热反应,温度:800-1100℃
3、第二还原层 CO 2+C=CO
4、干馏层(干燥层) 挥发分溢出,煤背干燥,温度:500-800℃
山东理工大学教案
注:教师讲稿附后
三、气化指标
1、 产气率:指气化每单位气化用煤转变为煤气的体积,单位Nm 3/kg ,又称气化率。
2、 气化强度:单位时间在单位截面上所气化的煤量(化煤量)kg/m 2.h
生产能力=气化强度×横截面积
3、 比消耗量:气化单位质量煤所消耗的气化剂用量
4、 气化过程的热量
(1) 气化煤的化学热
(2) 蒸汽带入的热量
(3) 煤气的化学热
(4) 热煤气所含的热量
(5) 焦油化学热
5、 气化效率:单位质量的煤的发热量转化为煤气发热量的百分数。
6、 热效率:又称为热量利用程度,%100 热收入项
热支出项 7、 提高气化用煤的途径:,进行预处理,把煤加工程型煤,可以采用多种煤配比,对
于粘结性差的煤可以适当的加入粘结剂。
优点:(1)扩大了煤的应用范围
(2) 用配煤技术,节省烟煤
(3) 改善气体流动,便于操作
(4) 加入适当的粘结剂可以调整灰分软化温度
缺点:型煤需要一定成本
四、发生炉炉型及构造
结合图5-(6a)
主要构造包括:炉身、搅拌装置、风气帽、排灰装置、送料装置
炉身:造气空腔 搅拌装置:打碎大的焦块,破除焦拱,灰渣块