江苏大学课程设计气化炉计算说明书word(仅供参考)

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Φ为200kg/(m 2·h)1. 实际气化所需空气量V A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，则： a 、碳完全燃烧的反应：C + O 2= CO 212kg 22.4m 31kg 碳完全燃烧需要1．866N 氧气。

b 、氢燃烧的反应：4H + O 2 ＝ 2H 204.032kg 22.4m 31kg 氢燃烧需要5.55N 氧气。

因为原料中已经含有氧[O]，相当于1kg 原料已经供给[O]×22.4/32=0.7[O]N 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： = (1.866[C]+5.55[H]-O.7[O]) 式中 V ——物料完全燃烧所需的理论空气量 m 3/kgC ——物料中碳元素含量 %H ——物料中氢元素含量 %V 10.21O ——物料中氧元素含量 %因此，可得V= (1.866[C]+5.55[H]-O.7[0]) =(1.866×50.30％ +5.55×5.83％-O.7×36.60％) =4.790(/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α，取α=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V~V~=αV=1.2×4.790=5.748(3m /kg)因此，总的进气量为5.748/kg由上图取理论最佳当量比ε为0.3，计算实际气化所需空气量：V A =ε*V~=0.28*5.748=1.609m 3/kg2.可燃气流量q空气(气化剂)中N 2含量79％左右，气化生物质产生的燃气中N 2含量为55％左右，考虑到在该气化反应中N 2几乎很少发生反应，据此，拟燃气流量是气化剂(空气)流量的1.44倍，则可燃气流量q 为：q=G*V A *1.44=600*1.609*1.44=1390 m 3/h3.产气率 V GV G =/G =1390/600 =2.317(/kg)10.2110.213m 3m q 3m4.燃气成分定为：28% 4% 6.50% 5% 0.50% 1% 55%5.燃气的低位发热量为：Q G,net =12.63×28%+10.79×6.5%+35.81×5%+63.74×0.5%=6.347MJ/m 36.气化炉效率为：η=( Q G,net ×V G )/LHV=(6.347×2.317)/18.01=82% 7.热功率PP = Q G,net ×q /3600=6869×1390/3600=2652(KW)8.炉膛截面积SS /G φ==600/200=3()2m9.炉膛截面直径DD 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 /()G T S ρ=⨯⨯=600×6/(3×300)=4()m式中：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=300kg/m 310.气化炉内筒的高度系数n β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121n L H Hp Hp Hp -=+++⋅⋅⋅+ρρ()()1/1n H p p =--n H =β记n β=()()1/1n p p --为气化炉内筒的高度系数。

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：1β=1，2β=1.4，3β=1.56，4β=1.624，5β=1.6496,````````11.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2β=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：/n h L =β=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+M M =M G +M L +M C式中M M ——燃料消耗的气化剂质量 kg/kgM G ——燃料产生的干燃气质量 kg/kgM L ——燃料产生的液体质量 kg/kgM C ——燃料产生的残炭质量 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 =M A =1.293V A式中 M A ——燃料消耗的空气质量 kg/kgV A ——燃料消耗的空气体积 m 3/kg1.293——标准状态下空气的密度 kg/m 3燃料产生的燃气质量M G =ρG *V G式中 V G ——燃气产生的燃气体积 m 3/kgρG ——标准状态下燃气密度 kg/m 3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M L =M T +M W式中 M T ——燃料产生的焦油质量 kg/kgM W ——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一个难点。

各种气化工艺的焦油产率不同，对上吸式可取M T =0.05 kg/kg 。

燃料产生的燃气中水分M W ，可由氢的平衡求得。

1=ρG *V G +M T +M W +M c -（1.293V A +1.429V O +M S ）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C ar =i c ci G n C V ∑*4.22+70M T +C C *M C 式中 C ar ——燃料收到基碳元素成分 %C Ci ——燃气中第i 种含碳气体浓度 %n Ci ——燃气中第i 种含碳气体中碳的原子数C C ——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 ，CO 2，CH 4和C 2H 6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ηC ，容易写出24c 12(%%% 2.5%)22.4(298/273)%n m G CO CO CH C H V C η+++=⨯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 ar +M ar +100M S =4.229g V C Hi n Hi +100M W 式中 H ar ——燃料收到基氢元素成分 %M ar ——燃料收到基水分 %C Hi ——燃气中第i 中含氢气体浓度 %n Hi ——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H 2，CH 4，和C 2H 6。

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79V A =V G C N式中C N ——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A ar =（100—C C ）M C式中 A ar ——燃料收到基灰分 %综上计算，可得出：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Q ar +Q M =Q G +Q C +Q H +Q R式中Q ar ——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Q M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Q M =t 0 c p , A V A +t 0c p , O V O +I S M S式中 t 0——环境温度c p , A ——空气的等压平均比热容KJ/（m 3℃）c p , O ——氧气的等压平均比热容KJ/（m 3℃）I S ——水蒸气的焓燃气带出化学能Q GQ G =V G Q G ，net式中 Q G ，net ——燃气的低位残炭化学能损失Q CQ C =32866*C C *M C /100式中32866——碳的发热值 kJ/kg气体热Q H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P W ，P W 由下式计算P W =W G M V 804.011+式中0.804——标准状态下水蒸气密度 kg/m 3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Q H =,c 100G p i i W W V tC I M +∑ 式中 c p ，i ——燃气中第i 种气体的等压平均比热容 KJ/（m 3℃）t ——气化炉出口温度 ℃C i ——燃气中第i 种气体的浓度 %I W ——气化炉出口的水蒸气焓 kJ/kg散热损失Q R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Q R=q R F G式中q R——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当设备外表面温度等于或低于60℃时，取q R=1650kJ/（m3h）；当设备外表面温度高于60℃时，每高10℃，热流量提高550kJ/（m3h）综上计算，可得出：四：气化炉进气口尺寸计算进气口几何尺寸按下式计算：d=30式中G——生物质耗用量kg/hν——进气口中空气流速m/sV A ——气化所需空气量 m 3/kgn ——进气口个数d ——进气口直径 m经计算，喷嘴采用24个内径为0.1m 的钢管,沿圆周方向均匀分布,计算得到喷嘴中空气流速v 为1.5m/s 。