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1、学生毕业设计（论文）题目：50万吨/年煤气化工艺设计摘要煤气是重要的化工产品与原料，它广泛用于合成氨、民用燃气、工业用气乃至发电,有着巨大的市场潜力。随着世界石油资源的减少和煤气化生产成本时减少，发展使用煤气化等新的替代燃料，己成为一种趋势。中国是资源和能源相对匾乏的国家，少气，缺油，但煤炭资源相对丰富，发展煤制气，以煤替代石油，是国家能源安全的需要，也是化学工业高速发展的需求。本课题通过对国内外几种煤气化工艺流程的对比，最后选择高压法煤气化制备煤气的SheIl工艺生产流程。最后设计出Shell气化炉的基本尺寸；并对反映过程进行了物料衡算、热量衡算。核心词：煤气化；Shell气化炉；物料衡算，
2、；热量衡算论文类型：工程设计ABSTRACTGasisanimportantchemicalproductsandrawmaterials,itiswidelyusedinsyntheticammonia,civilandindustrialgas,gas,electricity,andhasahugemarketpotential.Withtheworldofpetroleumresourcesandreduceproductioncostofcoalgasification,thedevelopmentofanewalternativefuelusecoalgasification,etc
3、,hasbecomeatrend.Chinaisrelativelyshortofenergyresourceslikegasandoil,butrelativelyrichofcoal,sodevelopmentofcoaltogas,butpetroleumisnationalenergysafetyneeds,aswellaschemicalindustry.Shellgasificationischesdefianlybycontrastingseveredgasification,peocessathomeandabroad.Massbalanceandheatbalanceofga
4、sificationprocessarecalculated.Thetechnoloyicaldimensionsofshellgasifieraredesigned.Keywords：Coalgasification；ShellGasifier；Massbalance；HeatbalanceThesis:EngineeringDesign1绪论11.1 煤气化过程原理11.2 国内外煤气化发展的现状和趋势11.3 SHE1.1.煤气化工艺21.4 本课题研究B重要内容52 SHE1.1.煤气化错误!未定义书签。2.1 选择SHE1.1.煤气化的因素错误!未定义书签。2.2 工艺流程图72.3
5、 SHE1.1.气化工艺的重要设备错误!未定义书签。2.4 SHE1.1.气化过程中的化学反映92.5 气化反映的物料、热量衡算错误!未定义书签。2.5.1 气化反映日勺物料衡算错误!未定义书签。2.5.2 气化反映的热量衡算错误!未定义书签。2.6 50万吨煤气化产物分析错误!未定义书签。3 SHE1.1.气化炉的设计错误!未定义书签。3.1 SHE1.1.气化炉错误!未定义书签。3.2 SHE1.1.炉体工艺尺寸计算错误!未定义书签。4总结错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。1绪论中国煤炭的储量和开采都位于世界前列，煤炭B转化和合理运用，涉及煤的气化,对中国无
6、论目前和长远都具有重要的意义。煤的气化重要生成一氧化碳、氢气及甲烷，灰分形成废渣排出。煤气化的好处是可在燃烧前脱除气态硫和氮组分，是一种煤的高效运用方式，同步也是环境和谐的能源，提高煤气化效率是本课题的目的。1.1 煤气化过程原理煤气化过程是个热化学过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气等做气化剂（气化介质），在高温条件下通过化学反映或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化技术的目的是为了提高各类气化炉B生产能力，同步持续和高效地生产不同构成的煤气，涉及都市民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工燃料气，并要避免污染环境。1.2 国内外煤气化发展日勺现状和趋势目前国外煤
7、气化炉开发正在向加压、大容量方向发展，单台气化炉解决煤量从几吨/天发展至2600td,4（X）0-5000tdB气化炉也完毕概念设计。气化用煤从最初的只能运用不黏煤，到目前几乎可以气化从褐煤、不黏和黏结日勺煤到无烟煤所有的煤种。不同日勺气化炉可以使用从块煤到粉煤等不同粒度的煤，碳转化率最高已不小于99%,气化效率超过80%。国外目前近常用的气化放法重要有：IGCC电厂中采用TeXaCo、She11、PrenfI0、Destec、KRW等气化技术,荷兰Buggenum电厂/、J253MW发电来自于一台日解决煤2500t左右的Shell气化炉，电厂发电效率43%。ShelI公司已具有设计单台煤解决
8、能力5000团以适应600MW废热IGCC机组的气化炉系统。目前国内B煤气化技术有些已达到世界领先水来，例如：水煤浆气化技术、采用壳牌干粉煤气化技术生产合成氨、鲁奇炉等。些外煤气化妆置不仅仅用于合成氨生产，并且还可以用于甲醇生产、合成醋酸、制备便宜氢气、煤气发电、民用等，IGCC加氢工艺，煤液化、地下煤气技术B开发和研发使B高效、低耗、无污染B煤气化工艺技术是发展煤化工0前提。煤气化技术的发展对中国日勺煤矿工业发展前景可观，因此在煤资源相对丰富0国内，开发更先进0煤气化技术意义更加重大。国内于20世纪30年代40年代引进UGl炉，50年代改烧无烟煤，重要用于制氨和甲醇。针对UGl炉工艺的缺陷（
9、如煤种限制、环保、气化强度和效率），国内从60年代初至今曾研发过多种气化工艺，而实现工业化的只有碎煤加压气化（1.Urgi）、水煤浆气化（TeXaCO）和灰熔聚流化床气化，即将工业化0有干粉加压气化（Shell）。总体来说，目前国内外对煤气化研究概况重要有如下三种：（1）固定床比较：国外比较出名的常压固定床/移动床气化工艺有：A型及威尔曼-格鲁夏（W-G）发生炉、两段煤气化发生炉、意大利的UG1.型水煤气炉、波兰和法国的两段式水煤气炉等；国内比较出名的固定床/移动床气化工艺有：常压固定床煤气发生炉气化、常压固定水煤气气化、加压固定床鲁奇气化；固定床的长处：工艺简朴、操作以便；投资少、建设快；热
10、效率高、碳转化率高；耗氧量低。固定床的缺陷：对煤种有一定规定，煤的黏结性不能太强，规定使用块煤；副产焦油、酚难于水，导致污染；单炉产气量低于其他炉型“汽（2）流化床比较：国外重要的气流床有：常压WinkIer气化工艺、高温克勒气化工艺、U-GaS气化工艺、KRW气化工艺；国内流化床技术有：常压流化床气化技术、加压流化床气化技术。流化床的长处：床层内温度均匀，便于调控；原料煤粒度适应范畴广；加料除灰以便；能对的地调节流化速度和精确加料；煤和气化剂接触较好，气化效率高。流化床日勺缺陷：碳转化率和热效率均较低；带出物多，导致环境污染较大；由于煤气出炉时温度较高，热效率低于固定床气化；灰渣含碳量较高；
11、对原料有一定的规定。（3）气流床气化工艺比较：国外气流床气化工艺有：德士古气化工艺（TeXaCo）、DeSteCt气化工艺、KT气化工艺、PrenfIO气化工艺、SheII加压气流床气化工艺、GSP气化工艺；国内气流床气化工艺有：KT气化炉、德士古气化炉（TeXaCo）、SheII加压气化炉。气流床气化日勺长处：合用于任何性质0煤种；单位炉容积产气量大；炉型简朴；无焦油和酚产生，对环境污染小；灰渣含碳低。气流床气化的J缺陷：需要先进的控制技术和设备；原料需干燥、粉碎，动力消耗较大，在气流输送煤时对管道磨损较大；操作温度高，煤气带出热量多，如不回收，热效率要受到影响；重要产品中一氧化碳含量高，不
12、经甲烷化，不能当都市煤气使用。由此可以看出煤气化趋向更高效、更清洁、热损较小B方向发展。1.3 ShelI煤气化工艺目前国内外比较公认的、先进气化工艺即Shen气化工艺。如下为Shen气化工艺流程B进展、工艺流程框图、煤质对气化B影响和ShelI煤气化日勺评价指标。shell气化工艺流程的进展：shell煤气化是shell公司开发时具有独特技术日勺第二代煤气化工艺。shell公司在渣油气化技术获得工业化成功经验B基本上，于1972年开始从事煤气化研究。1978年第一套中试装置在德国汉堡建成并投入运营。1987年在美国休斯敦建成的投煤量250td-400tdB示范装置投产。1993年在荷兰由J丹
13、姆克勒电厂建成投煤量t/dB大型煤气化妆置。该装置用于联合循环发电，为单系列操作，装置动工率达95%以上。通过3年示范运营已于1998年正式交付顾客。生产操作数据表白煤气化工艺指标达到预期目B,SheH煤气化技术是先进成熟日勺。工艺流程框图：硫盐图1.1SheH煤气工艺流程框图煤质对Shell气化0影响因素重要有：水分、灰分、挥发分、硫分、煤粒度、灰熔点和结渣网。(1)水分含量对气化B影响煤的水分涉及游离水和结晶水，游离水又可分为外在水分和内在水分。外在水分是指附着于煤0颗粒表面0水膜或大0毛细孔(直径10-5Cm)中0水分，其蒸汽压与纯水的蒸汽压相似，在常温下就很容易失去。内在水分是指吸附或
14、凝聚在煤颗粒内部毛细孔(直径MgOTiO2、Na2OK2O等酸性和碱性的化学组分构成，一般酸性组分高于碱性组分，(Fe2O3+CaOMgO+K2O+Na2O)(SiO2+Al2O3+TiO2)0比值称为碱酸比。煤灰是煤中的!惰性物质，其含量和构成对气化反映自身影响不大，但灰分高B煤在气化过程中产生的灰渣量增长，势必带走部分潜热（碳）和显热，使煤的热效率减少。且煤中灰分含量越高，原煤运送成本越大,气化煤耗氧耗越高，气化炉和灰渣解决系统负荷越重，严重时会影响气化炉H正常运营。煤灰中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，导致气化炉渣阀排渣不畅或堵塞。Shell煤气化炉采用水冷壁构造，运用煤气化反映初
15、期熔融飞壁上形成固体渣层使膜式壁与炉膛隔离，以减少热量损失，同步在故障期间热负荷变化大时一方面导致固体渣层被熔化或者加厚，从而保护炉壁免受损坏。如果煤中灰分含量太低，固体保护渣层形成不好，使气化炉的热损变大，冷煤气效率减少，并且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉使用寿命。尽管ShelI煤气化工艺对煤灰含量规定不是很严格（煤灰含量可高达30%以上）,中原大化集团有限责任公司根据预选煤的状况，其设备设计按无水基煤灰含量25.5%（收到基23.5%）B煤进行设计。根据荷兰DEMKO1.EC电厂实际运营经验，该工艺最优化的煤灰含量为9%19%,当煤中灰分含量低于8%时，中压蒸汽量将会增长，也就表白膜式壁
16、固体保护渣层极也许形成不抱负，将浮现不是盼望日勺运营状况。因此,当飞灰含量低于8%时，建议执行飞灰强制循环作业。如果投产后实际煤灰含量偏高设计值较多，限制气化炉负荷H瓶颈将是除灰和除渣系统B解决能力网。（3）挥发分对气化的影响煤样在隔绝空气H条件下加热至一定温度并恒温一定期间，煤中受热分解析出B有机质即为挥发分。挥发分与水不同,它不是煤中0固有物质，而是在特定条件下煤受热后挥发出B有机质及其分解B产物,其数量和成分随加热条件而变化。煤的挥发分对Shell煤气化工艺B影响挥发分是煤加热后挥发出的有机质及其分解产物，能大体代表煤的变质限度。一般而言，挥发分越高，煤化限度越浅，煤质越轻,反映活性越好
17、，对气化反映越有利。但由于SheII煤气化采用高温气化，气体在炉内的停留时间比较短，因此气固之间B扩散反映是控制碳转化B重要因素，因而对煤粉粒度规定较高，而对挥发分及反映活性规定不是很严格。（4）硫分对气化的影响煤中硫分以天然硫化物、有机硫和硫酸盐形式浮现，有机硫也许占总量B20%80%O煤中硫在气化环境中形成H2S和COS,随合成气进入后系统，如果硫含量过高，会给后工序的煤气净化及脱硫带来承当，并直接影响煤气净化系统设备的材料选择、投资成本及运营成本。因此，对煤中硫含量的选择，应结合净化妆置的设计及投资综合考虑网。(5)粒度对气化的影响煤的粒度在气化过程中占有非常重要的地位。由于粒度的不同，
18、将直接影响到气化炉的运营负荷、煤气和焦油B主率以及气化时B各项消耗指标。一般，不同B煤种在不同气化炉里进行时，对其粒度aJ规定不同样。煤和灰分都是热的不良导体，导热系数小,传热速度慢，因此粒度的大小对传热过程的影响较大，进而影响焦油的产率。粒度越大,传热越慢，煤粒内外温差越大，煤内焦油蒸气的扩散和停留时间增长，焦油的热分解加剧。煤粒太小时会使气化效率下降。因此要根据煤种和炉型选择不同时粒加以气化阳(6)燃料的灰熔点和结渣对气化的影响煤中灰分含量和成分虽然对煤气化反映自身影响不大，但还必须保证合适B煤渣流动(粘度),因此灰分，特别是灰提成分，对所规定的JShell气化温度有主导影响。Shell煤
19、气化属熔渣、气流床气化，为保证灰分熔化、气化炉排渣顺畅，气化操作温度要高于Tl(MrC150选用T温度低的煤对SheIl煤气化排渣有利，最佳选用中低灰熔点的煤。如果煤灰熔点温度过高，势必规定提高气化温度，影响气化炉的运营经济性，也不利于排渣。故对高灰熔点的煤，可以通过添加助熔剂调节煤灰的碱酸比例以变化煤日勺熔融特性，从而保证气化炉的正常运营。对助熔剂及加入量0选择，要结合煤灰构成进行旧。SheH煤气化技术评价重要有：(I)Shell气化炉B煤气中CO和H2含量远不小于Texaco煤气,而CO2和H2O却远不不小于TeXaeO煤气。由于可燃气成分较高，其冷煤气效率较高(约80%83%),构成/J
20、IGCC电站发电效率也较高(43%1.HV)。而水煤浆进料的J冷煤气效率一般仅为74%77%o构成BIGCC效率也较低(41%1.HV)1121.(2)由于煤气中水分含量较少(2.0%),Shell气化炉构成BIGCC因常温净化而损失的热煤气能量较小，而水煤浆进料的煤气中一般都具有16.8%左右的水分，那么当热煤气冷却到常温时，必然损失大量的显热和潜热。水煤浆进料气化工艺对高温净化B需求更迫切。(3)Shell气化炉时喷嘴和水冷壁寿命较长，在Demkolec电站合计运营100ooh以上未见损坏，气化炉H可用率已达到95%。(4)由于采用干法进料，气化过程的氧耗比水煤浆进料少，煤气中BC02含量
21、也远不不小于水煤浆进料的煤气。对于相似容量的气化炉，Shell气化所需的空分站可不不小于15%25%(5)采用干灰再循环，提高了碳的转化率(可达到99%)。(6)干法进料系统与水煤浆相比要复杂得多，操作和保护也要严格得多。进料系统的防爆和防泄漏问题十分核心。进料系统的占地和造价比水煤浆大。此外，干法进料系统的粉尘排放远不小于水煤浆进料系统。(7)由于Shell气化炉采用4个(或更多)喷嘴运营，易于在低负荷和高负荷下运营，操作B灵活性大，实现大型化日勺也许性大。据简介，Shell气化炉B最低负荷可达到25%,即一种喷嘴运营。(8)Shell气化炉运营过程中最重要的控制参数如下：气化炉出口温度；合
22、成气冷却器进口温度；煤气成分；蒸汽H参数(流量、温度、压力)；炉渣的排出量及外观状况。(9)气化炉日勺变负荷率每分钟不小于5%,IGCC日勺变负荷率每分钟接近3%2】。1.4 本课题研究的)重要内容干煤粉加压气化(Shell炉)，从本质上来说SheIl炉就是加压操作日勺KT炉，国外研究开发已有50近年的历史(从KT炉算起)。Shen气化技术采用干燥方式，用氮气将煤粉送到气化炉，最后生成合成气，即一氧化碳和氢的混合物。Shell煤气化的目的J是为了更加高效、清洁地运用煤资源。如合成气中具有原煤中约80%日勺能量，此外15%B有效能量以蒸汽0形式获得。整个气化过程只有5%0能量流失。合成气可以用来
23、制造纯氢，生产合成氨、甲醇、含氧化合物，以及尿素及合成氢燃料等衍生物。该合成气还可用于电厂供热、蒸汽和发电0燃料，并可作为都市用气。本论文研究的重要内容是50万吨/年煤气化工艺设计。通过对SheH煤气化工艺的选择，重要设备0简介，根据气化过程中物料、热量0衡算并设计出气化炉0尺寸。2shell煤气化2.1选择Shell煤气化的J因素选择Sheu煤气化的因素如下：(1)原料煤种适应性广：烟煤、褐煤和石油焦均可气化。对煤的灰熔融性适应范畴宽，虽然高灰分、高水分、高含硫量的煤种也能适应。(2)单系列能力强：Shen煤气化已投入运营的单台炉气化压力：3.0Mpa下，日解决煤量达:t/do目前更大规模的
24、装置正在工业化。(3)热效率高：SheII煤气化冷煤气效率约83%,其他15%热能被回收为中压或高压蒸汽，总的热效率约为98%左右。(4)气化效率高：SheH煤气化温度约1600,碳转化率可达99%左右，产品气体干净，不含重燃，甲烷含量低，煤气中有效气体成分可达90%o(5)氧耗量低：SheII煤气化氧耗量比水煤浆气化工艺低15%25%,因而配套B空分装置投资相对减少。(6)炉壁冷却：煤气化炉炉壁冷却采用水冷膜式壁构造，并采用挂渣措施保护气化炉壁。无耐火砖衬里，维护量较少。气化炉内无传动部件，运转周期长，无需备炉。(7)烧嘴：煤气化炉烧嘴及控制系统安全可靠。烧嘴设计寿命为8000h,已有150
25、Oh运营记录。荷兰DemkOIeC电厂使用烧嘴己经4年。气化操作采用先进B控制系统，设有必要B安全联锁，使气化操作始终处在最佳状态运营。(8)排渣：煤气化炉高温排出的熔渣经激冷后成玻璃状颗粒，性质稳定，对环境几乎没有影响。气化污水中含氟化物少，易解决。2.2工艺流程图Shell煤气化工简述：原料煤输送至磨煤机，磨煤机把原料煤粉碎至合适有效B气化尺寸(质量分数为90%的颗粒不不小于100m),煤粉碎的同步用惰性气体干燥，把蒸发后的水蒸气带走，经内部分离器分级后,合格0煤粉被收集在沉降池里，气化所需要的氧气由空气装置提供，空分装置来0氮气经压缩后为输煤系统提供低压氮气和高压氮气。干燥后0合格0煤粉
26、被氮气输送至煤加压及供料系统，如需要，加压后0煤粉、氧气和蒸汽可以通过成对喷嘴进入气化炉，气化炉的操作压力为3.0MPa4.0MPa,反映温度高达14(XrC1700C,熔渣自气化炉B下部流出，与水接触，形成固体颗粒通过灰锁排出。温度为14(XrC的出口气体与冷激气混合后，降至900。进入废锅，经废热锅炉回收热量，合成气温度降至250C,再经陶瓷过滤器将合成气中的粉尘降至3mgm35mgm3,进入水洗塔,使合成气中B粉尘含量进一步降至1mg11P送后工序。图2.1Shen煤气工艺流程图2. 3shell气化工艺的重要设备(1)煤粉制备和送料系统煤粉制备和送料系统：Shell煤气化工艺采用干煤粉
27、进料系统。原煤的干燥和磨煤系统与常规电站基本相似，但送料系统是高压於JN2气浓相输送。与水煤浆不同，整个系统必须采用防爆措施。经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中0水分不不小于2%,然后进入磨煤机中被制成煤粉。对烟煤，煤粉细度R90一般为20%30%,磨煤机是在常压下运营，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入2级加压锁斗系统。再用高压N2气，以较高B固气比将煤粉送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度)混合并与蒸汽一起进入气化炉反映“叫（2）气化炉由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的混合物，在气化炉内迅速发气愤化反映，气化炉温度维持在1400-1600,这个温度使煤中B碳所
28、含B灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬冷后，变成一种玻璃态不可浸出的渣排出。粗煤气随气流上升到气化炉出口，通过一种过渡段，用除尘后的低温粗煤气（150左右）使高温热煤气急冷到900,然后进入对流式煤气冷却器。在有一定倾角B过渡段中，由于热煤气被骤冷，所含的J大部分熔融态灰渣凝固后落入气化炉底部。Shell气化炉的压力壳内布置垂直管膜式水冷壁，产生4.0MPa的中压蒸汽”引。向火侧有一层很薄的耐火涂层，当熔融态渣在上面流动时，起到保护水冷壁的作用U4（3）煤气冷却器粗热煤气在煤气冷却器中被进一步冷却到250左右。低温冷却段产生4.0MPaB中压蒸汽，这部分蒸汽与气化炉产生的中压蒸汽混合后，再与汽轮机
29、高压缸排汽一起再热成中压再热蒸汽。高温冷却段产生13MPa的高压蒸汽，它与余热锅炉里的高压蒸汽一起过热成主蒸汽1。（4）磨煤机原煤由落煤管进入两个碾磨部件的表面之间，在压紧力的作用下，受到挤压和碾磨而被粉碎成煤粉。由于碾磨部件的旋转，磨成的J煤粉被抛至风环处（装有均流导向叶片的环形热风通道称为风环）。热风以一定速度通过风环进入干燥空间，对煤粉进行干燥,并将其带入碾磨区上部的粗粉分离器中，经分离，不符合燃烧规定的J粗粉返回碾磨区重磨；合格的煤粉经粗粉分离器由于燥剂带出磨外，引至一次风管“31.（5）粉煤袋式收集器采用低压长袋喷吹脉冲方式，通过粉煤袋式收集器使循环气中固体颗粒含量低于10mgm3.
30、（6）热风炉装置给整个循环气系统提供热量，通过控制循环气的J温度在105-110之间，保证碾磨干燥后0粉煤水分含量不不小于2%0出气温度：258燃料气来源：动工时点火用1.PG、动工用柴油、正常运营为合成驰放气，同步有一种合成精制气作为备用热源。(7)环循风机要保证循环气从磨机中以一定的速度将煤粉送到的袋式收集器内，提供热风的内循环动力1。(8)煤仓煤通过磨煤机粉碎后来，再通过输送系统，进入到煤仓，以便煤粉下一步到气化炉。2. 4shell气化过程中的化学反映使用不同B气化剂可以制取不同种类的煤气，重要反映都相似。煤炭气化过程可分为均相和非均相反映两种类型。即非均相的气-固相反映和均相气-气反
31、映。生成煤气的构成取决于这些反映的综合过程。由于煤构造很复杂，其中具有碳、氢、氧和硫等多种元素，在讨论基本化学反映时，一般仅考虑煤中重要元素碳和在气化反映前发生的煤的干储或热解，即煤日勺气化过程仅有碳、水蒸气和氧参与，碳与气化剂之间发生一次反映,反映产物再与燃料中BV碳或其她气态产物之间发生二次反映。重要反映如下。一次反映：C+02C02-394.IkJdnolC+H2O-CO+H2+i35.OkJolC+1/202一CCMlo.4kJdnolC+2H20C02+2H2+96.6kJ4nolC+2H2CH4-84.3kJ4nolH2+V2-H2-245.3kJol二次反映：C+C022CO+1
32、73.3kJ4nol2CO+O2-2Co2-566.6kJ4nolCO+H2OH2+C2-38.4kolCO+3H2CH4+H2-219.3k10l3C+2H2OCH42CO+185.6kJ4nol2C+2H2OCH4+CO2+12.2IGHTK）I根据以上反映产物，煤炭气化过程可用下式表达：煤（高温、加压、气化剂）C+CH4+CO+CO2+H2+H2O2.5气化反映日勺物料、热量衡算地处陕北，这儿以褐煤为主，以大量的煤气化提供了便利的能源。褐煤是炭化限度较低的煤，其特点是发热量低（40%）,含游离腐植酸。空气中易风化碎裂，燃点低（270左右）。在气化过程中尽管每个过程B化学反映不尽相似，但它
33、们都遵循元素平衡的规律。加压衡算的环节和内容基本与常压B相似1221。气化过程进入气化炉内的碳，重要是指原料带入的碳；带出气化炉的碳，则涉及煤气、焦油、轻质油、酚、煤气吹出物和灰渣等几项。气化过程中氢B来源，涉及水蒸气和原料煤中B氢；带出气化炉B氢则涉及在煤气、焦油、轻质油、酚、氨和煤气中未分解B水蒸气。气化过程中氧B来源，一是原料中B化合氧（涉及所含水分中的氧），二是气化剂带入的氧（涉及水蒸气中的氧）；带出气化炉的氧，重要是生成煤气中的氧，以及焦油、轻质油中的微量氧P以100okg褐煤为计算基准，已知0原始数据如下。褐煤的工业分析：Mar=19.5%；Aa产27.3%；Var=28.2%;a
34、r（三）=0.36%褐煤的元素分析：(jaf(C)=72.13%;daKH)=5.5%;Sdai(O)=19.70%；dai(N)=1.99%;dat(三)=0.68%换算为收到基：ar(C)=38.4%;ar（三）=2.93%;ar(0)=10.42%；ar(N)=1.09%；(Oar(三)=O.36%褐煤铝甑分析：(半焦)=74.98%;3(焦油)=6.50%;3(热解水)=11.04%；3(煤气及损失)=7.48%灰渣熔点/C:T=1380;T21400；T31420煤气构成如下。粗煤气：(CO2)=31.65%;(O2)=0.3%;(C2H4)=O.2%;(H2S)=0.15%;(CO
35、)=17.4%;(H2)=37.2%;(CH4)=12.1%;(N2)=1.0%高热值4kgi3):11903净煤气:(CO2)=2.0%;(O2)=0.5%;(C2H4)=O.3%;(CO)=24.95%;(H2)=53.35%;(CH4尸12.1%；(N2)=l.O%高热值XkgdrP)：7070焦油构成：(C)=80.0%;（三）=9.0%;(O)=8.7%;(N)=1.0%;(三)=1.3%轻质油构成：(C)=85.0%;（三）=15.0%副产品产率：(焦油)=396%；3(轻质油)=0.794%;(水溶性酚)=0.52%;3(氨)=0.66%气化条件如下：原料粒度：625mm0气化炉
36、操作压力：1.962.45MPa。气化炉操作温度：10001050。水蒸气、氧气压力：2.452.95MPa。水蒸气温度：450-500o煤气出炉温度：300。带出物料(占工作原料)：1%。灰渣碳含量：6%o在除去1%的带出物后100kg褐煤实际入炉的物料如下：mar(C)=38.02kg;Inar（三）=2.9kg；mar(O)=10.32kg；mar(N)=1.08kg；mar(三)=0.36kg;Mar=19.30kgAar=27.02kg在除去带出物损失后，副产品产率如下：焦油=3.92kg;轻质油=0.786kg;水溶性酚=0.515kg;氨=0.65kg2.5.1气化反映日勺物料衡
37、算气化反映的物料衡算重要有：(1)碳的衡算根据碳平衡计算求出粗煤气的产率，设粗煤气的产率为Vmykg(煤),计算如下叫粗煤气中的碳量计算如下：m(C)=1222.4100(CO2)+(CO)+(CH4)+2(C2H4)=0.005357(31.65%+17.4%+12.1%+20.2%)=0.3297kgdn3灰渣中排出B碳量计算如下。灰渣中的碳含量以6%计，硫含量以0.35%计，则灰渣的产量为：A=100Aa/(100-6-0.35)=10027.02/(100-6-0.35)=28.85kg从灰渣中排出的碳量为：M(Ca)=A6%=28.856%=1.73kg碳平衡计算带入气化炉0碳量，m
38、(C)=38.02kg带出气化炉的碳量涉及下面几项：煤气带出09碳量，m(C祖)=0.3297xlOoV租灰渣带出的碳量，m(CA)=1.73kg焦油带出的碳量，m(C)=3.920.8=3.136kg轻质油带出的碳量，m(Crj)=0.7860.85=0.668kg酚带出09碳量，m(C酚)=0.5157294=0.394kg根据碳平衡m(C入)=m(C出)得：38.02=32.97V相+1.73+3.136+0.668+0.394得粗煤气0产率为：V产(38.02-5.928)/32.97=0.973m3/kg(煤)(2)氢的衡算根据氢平衡来计算水蒸气日勺分解量。粗煤气中的氢量为：m(H气
39、)=(2/22.4100)(H2)+2(CH4)+m/2(CnHm)+(H2S)100V粗=0.00089337.2%+212.4%+20.2%+0.15%Jl000.973=5.384kg热解水耗氢量为：设煤中含氧量的50%生成热解水，则热解水的耗氢量为：m(H,H2)=0.510.322/16=0.645kg氢平衡的计算原料煤带入的氢量，m(HQ=2.9kg;待求的水蒸气带入的氢量设为，m(HQ；带入0氢量合计，m(H入)=2.9+H水；粗煤气带出氢量，m(H,j=5.384kg;焦油带出的氢量，m(H伤油)=3.92xO.O9=O.353kg;轻质油带出B氢量，m(H轻油)=0.785x
40、0.15=0.118kg；酚带出B氢量，m(Hft0=0.515694=0.033kg;氨带出H氢量，m(H)=0.65317=0.115kg；热解水带出的氢量，m(H)=0.645kg;带出B氢量合计，m(H出)二m(H气)+m(H供油)+m(H轻油)+m(Hft)+m(H氮)+m(H水)=6.648kg;由氢平衡，m(H入)=m(H出)；因此求得水蒸气带入气化炉氢量为，m(H水)=3.748kg;则，水蒸气B分解量为，m(H2O)=3.74818/2=33.732kgo氧的衡算通过氧日勺衡算，可以计算出单位原料的耗氧量。粗煤气中的氧量：m(O%)=32/22.41OO(O2)+(CO2)+
41、O.5(CO)100V粗=0.014286l0.3%+31.65%+0.5l7.4%1000.973=56.5kg氧平衡计算入方原料煤带入B氧，m(O)=10.32kg；已分解的水蒸气带入的氧，m(O分)=33.73xl618=29.982kg;设鼓风带入H氧，m(O)；带入B氧合计，m(O入)=m(O)+40.3020出方煤气带出的氧，m(Ot)=56.503kg;焦油带出B氧，m(O焦油)=3.92x0.087=O.341kg；酚带出B氧，m(Oft0=0.5151694=0.088kg;热解水带出B氧，m(O)=0.510.32=5.16kg；带出0氧合计，m(0H.)=m(O气)+m(
42、O焦油)+m(Oft0+m(O热解水)=62.092kg。根据氧平衡，m(O入)=m(Ohi)得：m(O/0+40.302=62.092kgm(O4)=21.79kg则氧气的耗量可以换算为：V(O2)=21.79/3222.4=15.25m3/100kg(煤)未分解水蒸气量的近似计算如下。取汽氧比为7kg水蒸气如3氧气，则入炉总水蒸气量为：G水=V(O2)7=15.257=107kg水蒸气/100kg(煤)以100kg入炉煤计算，入炉蒸气0分解状况如表2.1所示。表2.1入炉水蒸气的分解状况项目数值氢含量氧含量项目数值氢含量氧含量总水蒸气kg10711.88995.111未分解量/kg73.2
43、78.14165.129分解量kg33733.74829.982水蒸气分解率31.52(4)氮的衡算加压气化过程中，氮的来源除原料中含氮的部分外，用作气化剂的工业氧气中也要带进去一部分氮。而生成物中0氮，重要涉及在生成气中0氮及焦油和氨中的氮。通过计算，可以拟定工业氧气的纯度122)。入方原料煤带入的氮，m(NG=1.08kg;工业氧带入0氮设为，m(N凤)；合计，m(N)=1.08+m(N风)。出方煤气带出的氮，m(N.)=1/100(281000.973/22.4)=1.216kg;焦油带出0氮，m(Nt)=3.920.01=0.0392kg;氨带出的氮，m(Nm)=0.651417=0.
44、5353kg；合计,m(N出)=1.7905kg。根据氮平衡，m(N入)=m(N出)得：m(Nw,)=0.7105kg换算后得：V(N)=7105/2822.4=0.5684m3/100kg(IM)由此求得工业氧的纯度为：K=15.25/(15.25+0.5684)=96.5%将物料衡算的成果列成综合表如表2.2所示。表2.2气化过程物料衡算综合表项目m(C)/kgm（三）/kgm(O)/kgm(N)/kgm(三)/kgA/kgM/kg总质量Zkg原料煤38.42.9310.421.090.3627.219.5100入工业氧21.790.710522.5005分解H20(g)3.74829.9833.73未分解73.2773.27H20(g)方合计38.46.67862.1921.80050.3627.392.77229.5005干煤气32.0925.38456.5031.2160.2195.405
