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焦炉煤气干熄焦基础研究及新技术的开发

关注热度:202   来源:新能源学术论文  作者:王丽秀
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【摘要】:干熄焦技术是一个重大节能减排项目,随着节能减排有关政策要求的实施,干熄焦技术在我国逐步推广应用。该技术相对湿熄焦有三大优点:节约能源、提高焦炭质量和保护环境。而目前干熄焦技术通常使用氮气,需配套复杂昂贵的空分设备,本论文提出了采用焦炉煤气进行熄焦,主要研究了采用焦炉煤气热载体时干熄炉内的床层压降和传热效果,并与氮气的相比较,从定性和定量上分析了床层压降的影响因素。另外本论文还开发了新型干熄焦技术及装置——组合式干熄焦技术和分段干熄焦技术。主要研究成果如下: 1、气体流量在6m3/h时,采用焦炉煤气熄焦其床层压降比N2的小46%。 2、研究出焦炭床层压降与焦块粒度、床层空隙率、气体量、气体密度和气体粘度等因素有关;同一气体进行熄焦时,床层压降随着气体进气量的增大而增大,随焦块粒度的增大而减小。进气量6m3/h时,各气体下的床层压降与气体密度大小关系一致,说明床层压降受气体密度影响较大。 3、建立了焦炉煤气干熄炉内床层压降数学模型,根据实验数据对数学模型进行数值模拟,研究出焦炉煤气热载体小型干熄焦装置的流体阻力计算式:并将该式与Ergun经验式对比,得出该计算式比Ergun经验式更适用。 4、本文对焦炉煤气干熄焦进行了热平衡研究,为干熄焦装置的运行提供了依据;对焦炉煤气干熄焦进行了熄焦时间研究,发现其大约是氮气熄焦的69.5%,熄焦时间大大缩短。 5、研究开发了组合式干熄焦技术,该装置由熄焦罐座(1-5个)、连接管道、接熄焦罐和罐车构成,代替了现有单台大型熄焦设备,省去了提升框架等复杂的输入设备,降低了投资;研发的接熄焦罐既是接焦设备,又是熄焦设备,在组合式干熄焦装置中并列设置,根据需要可多可少,适应生产能力弹性大,通过简单的组合,能够适应60-100万吨焦化厂,也可适应500-1000万吨级的焦化厂。总之,该技术是将低温换热介质的氮气或还原性气体(H2、CO和CH4的混合气,如焦炉煤气)输入两个以上的接熄焦罐中,通过调节连接管阀门,将焦炭温度降至250℃,同时换热介质加热到800-950℃由出气管输出,工艺过程简便,可操作性强。 6、提出了分段干熄焦技术,将干熄炉从上至下依次设计为预存段、气化冷却段、过渡段、物理冷却段和排料段五段,将水蒸汽通入气化冷却段,焦炉煤气通入物理换热段,使大部分高温焦炭的热量用于水煤气反应,从而可以生产更多的水煤气;利用上述熄焦技术,每熄1t焦炭,水蒸汽和焦炉煤气共需1060.2m3,是需氮气量(1551.5m3)的68.33%,气料比降低31.7%;其中需水蒸汽55.2m3,消耗碳23.8kg,产生气化气99.6m3。总之,该技术高效利用焦炭的高温热量,并将其转化为合成气,并具有回收焦炭显热和提高焦炭质量的特点,是集水煤气制造和冷却高温焦炭为一体的干熄焦新技术。
【关键词】:干熄焦 床层压降 焦炉煤气 新干熄焦技术
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ520.6
【目录】:
  • 摘要3-6
  • ABSTRACT6-9
  • 目录9-13
  • 符号说明13-14
  • 第一章 文献综述14-30
  • 1.1 引言14-15
  • 1.2 干熄焦技术概况15-19
  • 1.2.1 干熄焦原理15
  • 1.2.2 干熄焦工艺流程15-17
  • 1.2.3 干熄焦技术特点17-19
  • 1.3 国内外干熄焦技术的发展及经济效益分析19-23
  • 1.3.1 国外干熄焦技术的发展19-21
  • 1.3.2 国内干熄焦技术的发展21-22
  • 1.3.3 干熄焦的经济效益分析22-23
  • 1.4 我国干熄焦技术存在的问题术及发展趋势23-24
  • 1.4.1 干熄焦存在的问题23-24
  • 1.4.2 干熄焦的发展趋势24
  • 1.5 干熄炉内流体力学与传热研究现状24-28
  • 1.5.1 前苏联对干熄炉内气体流动和传热方面的研究24-25
  • 1.5.2 日本对干熄炉内气体流动和传热方面的研究25-26
  • 1.5.3 国内对干熄炉内气体流动和传热方面的研究26-28
  • 1.6 课题研究的内容、背景与意义28-30
  • 1.6.1 课题研究背景与意义28-29
  • 1.6.2 课题研究内容29-30
  • 第二章 实验装置及实验过程30-42
  • 2.1 实验方案30-32
  • 2.1.1 实验目的30
  • 2.1.2 实验原料30
  • 2.1.3 实验仪器30-32
  • 2.2 焦炭床层压降的测定32-37
  • 2.2.1 实验装置及流程32-33
  • 2.2.2 实验过程及方法33
  • 2.2.3 颗粒床层的特性33-37
  • 2.3 焦炭导热系数的测定37-39
  • 2.3.1 技术指标37-38
  • 2.3.2 测量方法38
  • 2.3.3 测试结果38-39
  • 2.4 实验工艺参数的测定39-42
  • 2.4.1 气密性和爆炸性危险预防措施39
  • 2.4.2 流量的测量及流量校正39-42
  • 第三章 干熄炉内压力损失的实验研究42-52
  • 3.1 干熄炉床层压降理论计算42-43
  • 3.2 影响床层压降的因素研究43-45
  • 3.2.1 气体进气量对床层压降的影响43-44
  • 3.2.2 焦块粒度对床层压降的影响44-45
  • 3.2.3 不同的气体对床层压降的影响45
  • 3.3 实验方程的确定45-50
  • 3.3.1 数学模型的建立45-46
  • 3.3.2 —的函数关系46-48
  • 3.3.3 方程与ε关系的确定48-49
  • 3.3.4 方程关系式的确定49-50
  • 3.4 实验值与回归方程和经验方程的比较50-51
  • 3.5 本章小结51-52
  • 第四章 干熄炉内传热的研究52-62
  • 4.1 物料平衡及热量平衡计算52-55
  • 4.2 系统数学传热模型及边界条件55-56
  • 4.3 焦炭冷却时间的计算56-58
  • 4.3.1 焦炭的总传热系数计算56-57
  • 4.3.2 干熄炉冷却时间的计算57-58
  • 4.4 焦炭冷却时间的影响因素58-61
  • 4.4.1 气体流速对熄焦时间的影响58-59
  • 4.4.2 焦炭粒度对熄焦时间的影响59-60
  • 4.4.3 不同气体对冷却时间的影响60-61
  • 4.5 本章小结61-62
  • 第五章 组合式干熄焦技术62-70
  • 5.1 组合式干熄焦装置及工艺62-65
  • 5.1.1 熄焦装置62-64
  • 5.1.2 熄焦工艺过程64-65
  • 5.2 组合式熄焦的稳定系统65-66
  • 5.3 组合式熄焦的平面布置66
  • 5.4 组合式熄焦的适应性分析66-68
  • 5.5 组合式熄焦技术特点68-69
  • 5.6 本章小结69-70
  • 第六章 分段干熄焦技术70-76
  • 6.1 干熄焦装置及其结构70-72
  • 6.2 具体工艺流程72
  • 6.3 新技术冷却效果的分析72-74
  • 6.4 工艺技术特点74-75
  • 6.5 本章小结75-76
  • 第七章 结论与建议76-78
  • 7.1 主要结论76-77
  • 7.2 不足之处77
  • 7.3 工作建议77-78
  • 参考文献78-84
  • 附录84-88
  • 致谢88-90
  • 发表论文90


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关键词: 干熄焦

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