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1、山 東 理 工 大 學(xué) 教 案 第 30 次課教學(xué)課型:理論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容(注明:* 重點(diǎn) # 難點(diǎn) ):第五章 固體燃料的氣化過(guò)程及設(shè)備一、發(fā)生爐煤氣的種類(lèi)(1) 空氣煤氣(2) 水煤氣(3) 混合煤氣二、氣化過(guò)程教學(xué)目的要求:了解發(fā)生爐煤氣的種類(lèi)及氣化過(guò)程教學(xué)方法和教學(xué)手段:講授討論、思考題、作業(yè):參考資料:沈慧賢,胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1996注:教師講稿附后第五章 固體燃料的氣化過(guò)程與設(shè)備煤的燃燒方式:(1)直接燃燒:缺點(diǎn):燃燒容易產(chǎn)生不完全,熱利用低,造成能源浪費(fèi),污染嚴(yán)重,不易控制;(2)半煤氣燃燒:一部分直接燃燒,一
2、部分氣化后再燃燒;(3)全煤氣燃燒:全部氣化后燃燒,效率高,易實(shí)現(xiàn)溫度控制。一、 發(fā)生爐煤氣的種類(lèi)氣化過(guò)程需要?dú)饣瘎?,常用的氣化劑有空氣、水蒸氣、空?水蒸氣,根據(jù)氣化劑的不同將發(fā)生爐煤氣分為:空氣煤氣、水煤氣、混合煤氣。(1) 空氣煤氣氣化劑:空氣所進(jìn)行的反應(yīng):C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2+Q CO2+C=2COQ所以綜合反應(yīng)為 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+Q理想空氣煤氣(純炭與空氣反應(yīng))的廢氣組成為:CO2=N2(%)=產(chǎn)氣率:每單位氣化用煤轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾捏w積,單位Nm3/kg 理想空氣煤氣的產(chǎn)氣率V= Nm3/kg制取空氣煤氣的過(guò)程存在溫度:由于C+O2
3、反應(yīng),氧化層溫度高,會(huì)使灰分軟,成熔融狀態(tài)(結(jié)渣)。影響正常氣化過(guò)程的進(jìn)行。(2) 水煤氣:氣化劑:水蒸汽主要反應(yīng): C+H2O=CO+H2Q (5-4)C+2H2O=CO2+2H2Q (5-5)CCO2=2COQCOH2O= CO2+H2Q從反應(yīng)平衡式可以看出,吹氣階段反應(yīng)多屬吸熱反應(yīng),要維持窯爐內(nèi)的溫度,需要源源不斷供入熱蒸汽。為了產(chǎn)生熱量,工業(yè)上常采用間歇式送風(fēng)法:空氣 發(fā)生爐煤氣煤氣 即:當(dāng)需要熱時(shí),通入空氣,使反應(yīng)C+O2=CO2放熱,當(dāng)溫度高到要求時(shí),停止空氣,供入蒸汽開(kāi)始造汽,前者為吹氣階段,后者為吹汽(制)汽階段,構(gòu)成水煤氣工藝的基本循環(huán)。 缺點(diǎn):水煤氣熱值比空煤氣高,但對(duì)原料
4、的要求苛刻,采用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤或焦炭,操作復(fù)雜,故一般的硅酸鹽窯爐不采用水煤氣。(3) 混合煤氣氣化劑:空氣水蒸汽利用 C+O2=CO2反應(yīng)提供熱量,利用CO2與H2O反應(yīng)造氣,混合煤氣。理想混合煤氣產(chǎn)率:反應(yīng):2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2+246388KJ/kmol (與氧反應(yīng)) C+H2O=CO+H2118798 kJ/kmol一個(gè)反應(yīng)為放熱,一個(gè)反應(yīng)為吸熱,恰好能維持爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定,放熱能使 kmol的炭與水反應(yīng)。故反應(yīng)的總體積為: 2 + 3.76 + 2.07 + 2.07=9.9kmol CO N2 CO H2 所以理想混合發(fā)生爐煤氣的組成為:CO: H2: N2:從
5、組成中可以看出CO、H2 所占比例為62%,所以混合煤氣的熱值比較高產(chǎn)氣率:V= 對(duì)比空氣煤氣,誰(shuí)煤氣,混合煤氣產(chǎn)氣率最小,但是由于含CO、H2的比例高,故熱值最大。二、 氣化過(guò)程(以混發(fā)生爐煤氣為例)圖5-11-加煤口 2-釬孔 3-煤氣出口 4-爐篦 5-水封 6-灰盤(pán) 7-空層 8-干燥干餾層 9-第二還原層 10-第一還原層 11-氧化層 12-灰層 13-氣化劑進(jìn)口在各個(gè)層內(nèi)進(jìn)行反應(yīng):1、氧化層(火層) C+O2=CO2 放熱反應(yīng),溫度:110012002、第一還原層 C+H2O=CO2+H2 C+H2O=CO+H2 C+2H2O=CO2+2H2 吸熱反應(yīng),溫度:800-11003、
6、第二還原層 CO2+C=CO 4、干餾層(干燥層) 揮發(fā)分溢出,煤背干燥,溫度:500-800山 東 理 工 大 學(xué) 教 案 第 31 次課教學(xué)課型:理論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容(注明:* 重點(diǎn) # 難點(diǎn) ):三、 氣化指標(biāo)四、 發(fā)生爐爐的爐型及構(gòu)造五、 煤氣的凈化1、熱臟煤氣的凈化教學(xué)目的要求:了解氣化指標(biāo)、發(fā)生爐爐的爐型及構(gòu)造以及熱臟煤氣的凈化過(guò)程教學(xué)方法和教學(xué)手段:講授討論、思考題、作業(yè):參考資料:沈慧賢,胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1996注:教師講稿附后三、氣化指標(biāo)1、 產(chǎn)氣率:指氣化每單位氣化用煤轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾捏w積,單位Nm3/kg,又
7、稱(chēng)氣化率。2、 氣化強(qiáng)度:?jiǎn)挝粫r(shí)間在單位截面上所氣化的煤量(化煤量)kg/m2.h 生產(chǎn)能力=氣化強(qiáng)度×橫截面積3、 比消耗量:氣化單位質(zhì)量煤所消耗的氣化劑用量4、 氣化過(guò)程的熱量(1) 氣化煤的化學(xué)熱(2) 蒸汽帶入的熱量(3) 煤氣的化學(xué)熱(4) 熱煤氣所含的熱量(5) 焦油化學(xué)熱5、 氣化效率:?jiǎn)挝毁|(zhì)量的煤的發(fā)熱量轉(zhuǎn)化為煤氣發(fā)熱量的百分?jǐn)?shù)。6、 熱效率:又稱(chēng)為熱量利用程度,7、 提高氣化用煤的途徑:,進(jìn)行預(yù)處理,把煤加工程型煤,可以采用多種煤配比,對(duì)于粘結(jié)性差的煤可以適當(dāng)?shù)募尤胝辰Y(jié)劑。優(yōu)點(diǎn):(1)擴(kuò)大了煤的應(yīng)用范圍(2) 用配煤技術(shù),節(jié)省煙煤(3) 改善氣體流動(dòng),便于操作(4)
8、 加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑可以調(diào)整灰分軟化溫度缺點(diǎn):型煤需要一定成本四、發(fā)生爐爐型及構(gòu)造 結(jié)合圖5-(6a)主要構(gòu)造包括:爐身、攪拌裝置、風(fēng)氣帽、排灰裝置、送料裝置 爐身:造氣空腔 攪拌裝置:打碎大的焦塊,破除焦拱,灰渣塊加煤裝置:送煤 風(fēng)氣帽:分配氣化劑,打碎渣,實(shí)現(xiàn)連續(xù)均勻的排灰五、煤氣的凈化從發(fā)生爐出來(lái)的煤氣含有各種的雜質(zhì):灰塵、煤塵、焦油、醋酸、硫化氫、氨氣及水蒸氣,需要凈化一一除去。1、 熱臟煤氣的凈化工藝流程 放散 除塵 盤(pán)形閥管道 窯爐使用 存煙斗(1) 除塵:圖5-10為旋風(fēng)除塵器。圖5-10旋風(fēng)除塵器工作原理: 煤氣沿切線方向進(jìn)入旋風(fēng)筒后,圍繞旋風(fēng)筒作圓周運(yùn)動(dòng),由于離心力的作用,煤氣
9、中得塵粒被拋向器壁,與器壁碰撞后失去速度而沉降,被凈化的煤氣經(jīng)旋風(fēng)筒上升由出口排出。山 東 理 工 大 學(xué) 教 案 第 32 次課教學(xué)課型:理論課 實(shí)驗(yàn)課 習(xí)題課 實(shí)踐課 技能課 其它主要教學(xué)內(nèi)容(注明:* 重點(diǎn) # 難點(diǎn) ):2、 冷煤氣的凈化六、氣化方法的新進(jìn)展教學(xué)目的要求:了解冷煤氣的凈化過(guò)程以及氣化方法的新進(jìn)展教學(xué)方法和教學(xué)手段:講授討論、思考題、作業(yè):參考資料:沈慧賢,胡道和. 硅酸鹽熱工工程. 武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1996注:教師講稿附后(2) 盤(pán)形閥:控制發(fā)生爐煤氣與管道之間煤氣的流動(dòng)(3) 存煙斗:存放塵土及焦油,缺點(diǎn):不能加壓,實(shí)現(xiàn)增速運(yùn)輸。2、冷煤氣的凈化洗滌除焦油除硫凈化焦油量較少的冷煤氣流程:發(fā)生爐冷卻器(換熱器) 洗滌塔 排風(fēng)機(jī) 用戶 預(yù)冷+除塵 冷卻+除塵 凈化焦油量較多的冷煤氣流程: 發(fā)生爐冷卻器(換熱器) 焦油凈化裝置 洗滌塔 排送機(jī) 用戶 預(yù)冷+除塵 冷卻+除塵注意:煤氣凈化用水應(yīng)該采用循環(huán)水,循環(huán)使用,因?yàn)樗械谋?、酚?lèi)等物質(zhì)會(huì)危害人體健康,嚴(yán)禁與生活用水混合。六、氣化方法的新進(jìn)展介紹幾種新的氣化方法:流化床、汽化床等新型爐1、 兩段式發(fā)生爐圖5-14特點(diǎn):兩段式發(fā)生爐的干燥層、干餾層較長(zhǎng),發(fā)生爐的爐膛可以分為兩個(gè)區(qū)域:位于上端的為干餾段,位于下段的為氣化段,氣化過(guò)程中,煤的干餾與氣化時(shí)分開(kāi)進(jìn)行的。煤氣
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