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气化炉主要参数的选取方法与原则

时间:2016-06-27 15:11:31  来源:  作者:
气化过程的好坏通常是用生成燃气的品质和热效率等指标来进行判断。气体的品质一般指气体中含有的co、h2、ch。等的多少,或者说发热值的大小。热效率一般指生成气体的发热值与加入系统的总的热量的比值。虽然气化指标与原料的理化特性、气化炉的结构有关,但主要还是取决丁气化炉的结构尺寸和操作条件。气化炉的炉型确定之后,就要进行参数设计。
(1)气化强度气化强度即气化炉单位时间内单位横截面积上气化的原料量,选定了气化强度,就可以确定气化炉的生产能力,即每小时的原料处理量。在整个反应过程中,还原区的反应速度是决定气化强度的主要因素。根据第三节的分析,还原区总反应速度主要受化学反应速度控制。因此,为了提高气化强度,应努力提高化学反应速度,如提高反应温度及反应物浓度等,但这些因素的提高又受限于原料的灰熔点,应综合考虑。固定床气化炉的气化强度一般为100—250kg/(m2.h)。
(2)气化炉直径气化炉直径是根据气化强度来确定的。选定了气化强度,就可计算出气化炉的直径。
(3)气化炉高度气化炉炉体的高度为炉内各反应层的高度之和再加上灰室与出气腔的高度。
在固定床下吸式气化炉中,干燥与热解热源来自下部氧化区的高温,主要依靠颗粒间和颗粒自身的导热,由于传热速度非常慢,事实上很多情况下,干燥与热解发生在接近于氧化区很小的高度上,特别是在连续加料的气化炉中,和燃烧几乎是同步进行的,沿高度上没有明显的层次划分,燃烧区上部的空间更多用于储存原料,保证燃烧区连续的燃料供应。在上吸式气化炉中,燃料干燥与热解所需热量一部分来自炙热炭层的导热,大部分是通过高温燃气经过料层时气固间的对流换热和颗粒自身的导热。实际气化过程中热传导时间是制约干燥热解反应的主要因素。显然,颗粒越大,导热系数越小,热量传导过程越长,则干燥热解层的高度就越大。另一方面,原料水分越大,其干燥所需热量越多,在炉内的停留时间就越长,周此原料水分也是影响干燥热解层高度的重要因素。通常当干燥热解层高度不够时,未经完全干馏的燃料进入气化层,就会冷却气化层并缩短其高度,从而进一步影响水蒸气及二氧化碳的还原,最终造成气体品质的下降。实际设计中,干燥热解层高度的选择要根据气化炉直径、原料粒度、水分、挥发分等因素综合考虑。在煤气化炉中,干燥热解层的高度范围是300~2000mm。
氧化区发生的燃烧反应一般都处于扩散区,即化学反应速度大大超过了氧的扩散速度,燃烧进行得十分剧烈,以至于空气中的氧一达到碳的表面,立刻被消耗,碳表面气体中的氧含量几乎等于零。因此氧化层的厚度很小,只有3~4个原料颗粒的当量直径。
还原层是以挥发分析出之后所剩余的以半焦为丰组成的高温炭层,其性质比较单一,反应层高度主要取决丁还原反应的速度,反应进行得越快,高度越小。其影响因素包括料层温度、半焦粒度、燃料反应活性等。实际生产中还原层的高度一般在200~500mm。燃用木材的imbert下吸式气化炉,喉口至炉排的高度为200—500mm。
灰室高度要根据气化炉规模、出灰形式以及适宜的进、排气空间等综合考虑。
(4)当量比 当量比一般是针对空气或氧气而言的,是指生物质在气化过程中所消耗的空气(氧气)量与完全燃烧所需要的理论空气(氧气)量之比,是气化过程的重要参数之一,一般用er表示。er大,说明气化过程消耗的氧量多,反应温度升高,有利于气化反应的进行,但燃烧的生物质比例增加,产生的二氧化碳数量增加,气体质量下降。由于原料与气化方式的不同,实际运行中,最佳er控制在0.25~0.33之间。er选定之后,就可根据气化剂的多少设计进风管布风方式。
(5)反应温度反应温度是影响气化指标好坏的最重要参数。温度升高,有利于还原反应的进行,气体热值提高,但也带来一些不良后果,如热损失增加、材料的耐热性提高,甚至结焦。因此,炉内反应温度须控制在燃料的灰熔点以下,一般而言,固定床气化炉的操作温度在800~1200℃。
对于反应温度还有一点必须加以注意,就是尽量保持料层温度的均一性,否则会因局部过热而引起结焦的危险。料层温度不均一,与气化炉的设计、布风有关,也与加料、出灰等操作形式密切相关。
(6)气流速度在气化炉中气流速度应保持在一定范围内,对于固定床气化炉,根据燃料性质的不同,其气流速度约为0.1—0.2m/s(以炉内的空横断而计算)。适当提高气化剂的进风速度,可以提高反应温度,增加气化强度,但气流速度过分增加,小但会增加燃料层的阻力及带出物损失,而且气流速度过快时,势必会相应减少气体与燃料的接触时间,从而使二氧化碳的还原作用变差。所以,在气化炉运行过程中应该使气流速度控制在一个合理范围内。
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