江苏大学课程设计气化炉计算说明书word(仅供参考)

1、 江苏大学课程设计气化炉计算说明书word(仅供参考)其中涉及到的物料平衡和能量平衡参考：江苏大学课程设计气化炉计算说明书excel(已上传到百度文库)一：气化炉本体主要参数的设计计算初步设计该上吸式气化炉消耗的原料为G=600kg/h.初步确认气化强度为200kg/血h)原料工业分析(wt.%,ar)元素分析(wt.%,ar)LHVMVAFCCHNSO*(MJ/kg)树皮3.0980.204.0012.7150.305.830.110.0736.6018.011.实际气化所需空气量VA由树皮的元素分析可知木屑中主要含有C、H、O而N、S的含量可以忽略不计，贝V：a、碳完全燃烧的反应：C+O2

2、=CO212kg22.4m31kg碳完全燃烧需要1866N氧气。b、氢燃烧的反应：4H+O2=2H204.032kg22.4m31kg氢燃烧需要5.55N氧气。因为原料中已经含有氧0,相当于1kg原料已经供给OX22.4/32=0.7ON氧气，氧气占空气的21，所以生物质原料完全燃烧所需的空气量：1V=021(1.866C+5.55H-O.7O)式中V物料完全燃烧所需的理论空气量m3/kgC物料中碳元素含量%H物料中氢元素含量%o物料中氧元素含量%因此，可得1V=0-21(1.866C+5.55H-0.70)vz厶JL1=0_21(1.866x50.30%+5.55x5.83%-0.7x36.

3、60%)=4.790(m3/kg)V为理论上的木屑完全燃烧所需的空气量，考虑到实际过程中的空气泄漏或供给不足等因素，加入过量空气系数a，取a=1.2，保证分配的二次通风使气化气得到完全燃烧。因此，实际需要通入的空气量VV=aV=1.2X4.790=5.748(m3/kg)因此，总的进气量为5.748因此，总的进气量为5.748m3/kg*含廉由上图取理论最佳当量比&为0.3，计算实际气化所需空气量：VA=e*V=0.28*5.748=1.609m3/kg可燃气流量q空气(气化剂)中含量79%左右，气化生物质产生的燃气中含量为55%左右，考虑到在该气化反应中N几乎很少发生反应，据此，拟燃气流量是

4、气化剂(空气)流量的1.44倍，2则可燃气流量q为：q=G*VA*1.44=600*1.609*1.44=1390m3/h产气率VGV=q/G=1390/600=2.317(m3/kg)4.燃气成分定为：燃气成分COCO2H2CH4CH26O2N228%4%6.50%5%0.50%1%55%til对井于质尿密ri/Icjj/m1)co26.Q212.&32,02抚09012.7310.79CHi隔04a71739.74珮BlCrH30.0?1.352ftft.636174GH*送氐055ft,C3C()E44.012S.0IL250CJi33.00L4Z9燃气的低位发热量为：Q=12.63x2

5、8%+10.79x6.5%+35.81x5%+63.74x0.5%=6.347MJ/imG,net气化炉效率为：n=(QXV)/LHV=(6.347X2.317)/18.01=82%G,netG热功率PP=Qxq/3600=6869X1390/3600=2652(KW)G,net炉膛截面积S=600/200=3Cm2)炉膛截面直径DD=、：4G/(兀xQ)=J4x600/(3.14x200)=l.955m取2m满炉加料，拟定气化炉连续运行时间T=6h炉膛的原料高度LL=GxT/(Sxp)=600 x6/(3x300)=4(m)式中：p一生物质原料在炉膛中的堆积密度,由于使用的原料是树皮，取p=

6、300kg/m3气化炉内筒的高度系数0n物料在炉内应有足够的滞留时间，这与燃烧层的高度及物料与气流运动有关，要保证生物质原料气化耗尽。剩下的残灰体积小于燃料体积，设P为原料气化体积收缩率，H为气化炉内筒实际高度，则在加料次数为n次时，实际可加进的燃料高度L为L=H+Hpi+Hp2+Hpn-1=HG-pn）/（1一p）=Hpn记p=G-pn)/(ip)为气化炉内筒的高度系数。n参考有关文献和经验，生物质原料气化的收缩率P取0.4,由此可得:P=1，P=1.4，P=1.56,P=1.624,P=1.6496,12345内筒高度h气化炉加满原料后，经过一段时间运行，原料耗尽，在不排灰的情况下，可再次

7、加入原料继续运行。这个过程理论上可进行无限多次，实际上只有开始几次加料有实用价值。取P2=1.4，当需要气化燃料高度为L=4m时，相应的气化炉内筒实际高度h为：h=L/Pn=4/1.4=2.857m考虑到气化炉点火时灰烬需要占用一定的空间，且要保证炉内的原料能够在一定的压力作用下稳定地下移，物料的顶部也需要一定的气流和加料空间，综上，设计中炉子内筒实际高度取h=4m。二：气化系统的物质平衡取进入系统的生物燃料量为1kg,对于物质质量相等，可以写作1+MM=MG+ML+MC式中Mm燃料消耗的气化剂质量kg/kgMG燃料产生的干燃气质量kg/kgML燃料产生的液体质量kg/kgMC燃料产生的残炭质

8、量kg/kg上式中各项物质质量分别计算如下：单位生物燃料消耗的气化剂质量：M=M=1.293VMAA式中MA燃料消耗的空气质量kg/kgVA燃料消耗的空气体积m3/kg1.293标准状态下空气的密度kg/m3燃料产生的燃气质量Mg=Pg*Vg式中VG燃气产生的燃气体积m3/kgPG标准状态下燃气密度kg/m3是每千克燃料产生干燃气量，称作燃气产气率燃料产生的液体质量气化中产生的液体由焦油和燃气中水分(冷却后凝出)两部分组成，即ML=MT+MW式中Mt燃料产生的焦油质量kg/kgMw燃料产生的水分质量kg/kg燃气经冷却后，焦油和水分凝出混合在一起，很难分别测量，而且从燃气彻底分离焦油和水分也是

9、一个难点。各种气化工艺的焦油产率不同，对上吸式可取MT=0.05kg/kg。燃料产生的燃气中水分MW，可由氢的平衡求得。“pg*Vg+Mt+Mw+Mc-(1,293Va+1,429Vo+Ms)对于碳，氢元素的平衡，理论上对于进入和离开气化系统的所有元素都应该平衡，但为工程目的只需要做碳，氢，氮，灰的平衡计算。1.碳平衡气化过程中碳的来源为燃料中所含的碳元素，生成物中的碳则包括燃气中的碳，焦油中的碳和残炭中的碳。进行碳平衡计算的目的是评价气化工艺的碳转化率，气化系统的碳平衡式为nci+70MT+CC*MCC=丄nci+70MT+CC*MC式中CarC.燃气中第i种含碳气体浓度式中CarC.燃气中

10、第i种含碳气体浓度CinCi燃气中第i种含碳气体中碳的原子数CC残炭中的含碳量%式中右边的三项分别是气化后转移到燃气，焦油和残炭的碳元素成分，其中第一项中含碳气体包括co,co2,ch4和c2h6对于气化工艺来说，希望尽可能多的碳元素转化到燃气中，因此定义燃气中碳元素质量占燃料中碳元素质量的百分比为气化工艺碳转换率nC，容易写出12(CO%+CO%+CH%+2.5CH%)22.4x(298/273)C%222.4x(298/273)C%碳转化率是生物质气化技术追求的重要指标，提高碳转化率的方法，一是降低焦油的产生量，二是降低残炭中的含碳量，这样可以尽可能增加燃气中碳元素所占的份额。应该指出碳转

11、化率并不代表气化效率，因为在燃气中还存在着不可燃烧的二氧化碳，他也计算在碳转化率中。2.氢平衡气化过程中氢的来源有燃料中所含有的氢元素，燃料中含有的水分和作为气化剂加入的水蒸气，生成物中的氢包括燃气中氢元素，以及燃气中水分，此处忽略焦油中的氢。因为燃气中的水分不容易测准，但对燃气的热平衡有较大影响，因此采用氢平衡的方法进行计算。气化系统的氢平衡式为9H+M+100M=ararS9H+M+100M=ararS2V4CHinHi+100M式中Har燃料收到基氢元素成分%Mar燃料收到基水分%CHi燃气中第i中含氢气体浓度%nHi燃气中第i中含氢气体中氢的原子数等式右边第一项中含有氢气体包括h2,c

12、h4,和c2h6。3.氮平衡气化过程中氮元素来源作为气化剂的空气,生成物中的氮全部存在于燃气中。气化反应中氮气是惰性气体,不参与反应。进行氮平衡计算的目的是在空气流量和燃气流量中已知一项是,计算出另一项,这在生物质气化计算中经常用到。气化系统的氮平衡式为79VA=VGcN式中CN燃气中的氮气浓度4.灰平衡气化过程中燃料的灰分也是惰性物质,气化后保留在残炭中。气化以后的残炭分为两部分,一部分在气化炉底部排出,另一部分细小的的颗粒会被气体携带。气体携带的颗粒物不容易准确测量,但其中所含的碳灰造成能量损失,这时常通过灰平衡的方法求取残炭量。气化系统的灰平衡式为Aar=（100Cc）MC式中Aar燃料

13、收到基灰分%综上计算，可得出：物质质量的平衡Mm燃料消耗气化剂(空气的质星，kg/kg208%燃料产生的干燃气质量kg/kg2.7245Ml燃料产主的液体质Kgg0.27PMe燃料产生的磯炭质虽，kg/kg0.0855Va燃料消耗空气的体积，mMg1.609燃科产生的燃气体积mVkg2,317P苗标准状态下燃气的密度.kg/m31.176Mt燃料产生的焦油质屋.kg/kg005M血燃料产生的水分质量.kg/kg0.22碳平衡Qr燃料收到基碳元素成分.轨50.35燃气中第1种含碳气体CO浓度28口口燃气中第1种含碳气体中碳原子数15燃气中第2种含碳气体匚。2浓度崛4九2燃气中笫2种含碳气体中碳原

14、子数1(:口燃气中第3种含碳气休CHa浓度.%5g燃气中第2种含碳气体中碳原子数1Ost燃气中第4种含碳气体浓度，%0.5门3燃气中第却种含碳气体中碳原子数2Cc残炭中的含碳量州532圧碳转化率.%84氢平衡燃料收到基氢元素成分.牺5.83M押燃料收到基水分.3.095:燃气中第丄种含氢气体出浓度6.5n巴燃气中第1种含氨气体中氢原子数2匚吃燃弓中第2种含氢气体匚出浓度，弧5叱燃气中笫2种含氢气体中碳原子数4匚燃气中第3种含槪气休QH&浓度，%0.5门弟燃气中第总种含氢气体中碳原子数6氮平衡和顾平衡在上面三乍平衡中已经涉及到了三：气化系统的能量平衡生物质气化系统的能量平衡方程为Qar+QM=Q

15、G+QC+QH+QR式中Qar燃料的收到基热值，其余各项的计算方法如下气化剂带入能QM气化剂可以是空气，氧气和水蒸气，若空气和氧气未经预热，出于气化炉入口环境温度下，带入气化剂带入能的计算通式为QM=t0cp,AVA+t0cp,OVO+ISMS式中t0环境温度cA空气的等压平均比热容KJ/(m3C)p,Acp,O氧气的等压平均比热容KJ/(m3C)IS水蒸气的焓燃气带出化学能QgQG=VGQG，net式中Qg,net燃气的低位残炭化学能损失QCQC=32866*CC*MC/100式中32866碳的发热值kJ/kg气体热QH在查取气化炉出出口的水蒸气焓是需要知道热燃气中水蒸气分压PW，PW由下式

16、计算1Pw=V1+0.804-G-MW式中0.804标准状态下水蒸气密度kg/m3若忽略焦油冷凝放出的热量，气化炉出口热燃气带出的气体热包括干燃气气体显热和燃气中水分热量即Qh=100YCp,itCi+IwMw式中Cpi燃气中第i种气体的等压平均比热容KJ/(m3C)t气化炉出口温度CCi燃气中第i种气体的浓度%IW气化炉出口的水蒸气焓kJ/kg散热损失QR精确测试和计算气化系统各设备的散热损失是很复杂的，通常采用测量设备外表面温度的方法估算单位面积散热的热流量，然后根据设备外表面积计算散热损失，计算公式为qRqR式中qR单位面积散热热流量kJ/(m3h)F设备外表面积m2G燃料消耗量kg/h

17、当设备外表面温度等于或低于60C时，取qR=1650kJ/(m3h)；当设备外表面温度高于60C时，每高10C，热流量提高550kJ/(m3h)综上计算，可得出：能量平衡Q抑燃料收到基热值.kJ/kg18010Q附气化剂带入能.kJ/kgi622E环境温度，k298匚咔空气的等丘平均比叔kV(nvK)1.298Q右燃料带出化学能.kJ/kq14706Qc询燃气的低位热值.kJ/m36347Qf残炭化学能损失.kJ/kg1495Qh气体热.kJ/kg2362如燃气中的等丘平均比热容，1.302心燃气中CO?的等压平均比热容，1708恥燃气中出的等压平均比热容kJ/(m3K)1.29如燃气中CH的

18、等压平均比热容，kJ/(m3K)1.6415.撚气fC;H0的等压平均比热容，kJ/(m3K)2,064环.日燃气中6的等压平均比热容.1.319甩r燃賈中皿的等压平均比热容，kJ/(m3K)1.298t气化炉出口温度.k473G燃气中CO的浓度，黑28Q燃气中COg的浓度，霁45燃气中出的浓度，%6.55燃气中C出的浓度，5G燃气中%的浓度，%0.5G燃气中的浓度%1气中叫的浓度.%55匚气化炉出口的水蒸气焙.kJ/kg2880P训热燃气中水蒸气的分压r0.151散热损失Qr,kJ/kg69乐单位面积散热热流量.kj/fmh)1650F设备外表面积，m225G燃料消耗量，kg/h600四：气化炉进气口尺寸计算进气口几何尺寸按下式计算：d=丄厚v3