ICS13.030.10 CCSF10/19 团 体 标 准 T/CI519—2024 兰炭低温熄焦余热用于生物质气化制氢 技术规范 Technicalspecificationsfortheapplicationofsemi-cokewasteheatinthe hydrogenproductionfromthebiomassgasification 2024-09-18发布 2024-09-18实施 中国国际科技促进会发布 中国标准出版社出版 全国团体标准信息平台 全国团体标准信息平台 目 次 前言 Ⅲ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 兰炭低温熄焦余热回收用于生物质气化制氢的计算原理 2 …………………………………………… 4.1 设备 2 ………………………………………………………………………………………………… 4.2 换热参数传递流程 2 ………………………………………………………………………………… 4.3 基于传热理论的计算原理 3 ………………………………………………………………………… 4.4 悬吊管和过热器计算 3 ……………………………………………………………………………… 4.5 余热回收率计算模型 5 ……………………………………………………………………………… 4.6 节能率计算模型 5 …………………………………………………………………………………… 5 适用条件 6 ………………………………………………………………………………………………… 5.1 装置参数 6 …………………………………………………………………………………………… 5.2 生物质气化炉的选型 6 ……………………………………………………………………………… 5.3 悬吊管和过热器选材 6 ……………………………………………………………………………… 5.4 生物质气化参数 6 …………………………………………………………………………………… 6 计算程序 6 ………………………………………………………………………………………………… 6.1 计算要求 6 …………………………………………………………………………………………… 6.2 设备布置和尺寸的给定 6 …………………………………………………………………………… 6.3 悬吊管的换热计算 6 ………………………………………………………………………………… 6.4 过热器中的换热计算 7 ……………………………………………………………………………… 7 工艺流程 8 ………………………………………………………………………………………………… ⅠT/CI519—2024 全国团体标准信息平台 前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由邵阳学院提出。 本文件由中国国际科技促进会归口。 本文件起草单位:邵阳学院、榆林学院、西安交通大学、海口图腾新能源应用研发有限公司、神木市 兴义源物资贸易有限公司、榆林市天龙镁业有限责任公司、府谷县新田镁合金有限责任公司、陕西双翼 煤化科技实业有限公司、湖南楚境科技有限公司、桂林航天工业学院、陕西联风气体科技有限公司。 本文件主要起草人:张俊霞、孙志勇、王进仕、王泽华、胡广涛、赵全斌、王憨鹰、韩小渠、李国杰、 邱斌斌、王亚斌、刘凤霞、杨鹏、苏海波、冯利军、蒋作佩、王斌武、宋小鹏、高燕。 ⅢT/CI519—2024 全国团体标准信息平台 兰炭低温熄焦余热用于生物质气化制氢 技术规范 1 范围 本文件规定了兰炭低温熄焦余热在生物质气化制氢的总体技术要求,描述了技术的计算方法、运行 方法、工艺流程要求。 本文件适用于兰炭低温熄焦余热在生物质气化制氢的参数计算和装置设计。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件的必不可少的条款。其中,注日期的引用 文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用 于本文件。 GB/T150.4 压力容器 第4部分:制造、检验和验收 GB/T4830 工业自动化仪表 气源压力范围和质量 GB16171 炼焦化学工业污染物排放标准 GB16297 大气污染物综合排放标准 GB/T25211 兰炭产品分类及质量要求 GB/T25862 制冷与空调用同轴套管式换热器 GB/Z41390 工业自动化仪表用电源电压 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 兰炭低温熄焦余热 wasteheatfromsemicokequenchingtoatmospheretemperature 内热式直立式炭化炉内所生产的兰炭出炉时所拥有的余热。 3.2 兰炭低温熄焦余热回收装置 deviceforrecoveringwasteheatfromsemicokequenchingtoatmos- pheretemperature 内热式直立式炭化炉的熄焦池内放置悬吊管,并通入CO2气体,借助悬吊管、灼热兰炭粒子、CO2 气流之间的辐射换热、对流换热、导热换热来吸收兰炭低温熄焦余热的装置。 3.3 悬吊管 suspensiontube 悬挂在内热式直立式炭化炉的熄焦池顶部落炭孔板上的蒸发管,其设计依据压力容器的国家标准 GB/T150.4和GB/T25862。 3.4 CO2气流 CO2flow 兰炭在生产过程中所产生的废气(俗称荒煤气)或烟气中通过吸收再生后提取出来的纯度不低于 1T/CI519—2024 全国团体标准信息平台 93%的CO2气体。 3.5 过热器 super-heater 采用高温CO2气流过热饱和蒸汽的设备,其设计依据压力容器的国家标准GB/T150.4—2024和 GB/T25862。 4 兰炭低温熄焦余热回收用于生物质气化制氢的计算原理 4.1 设备 基于换热原理考虑选择三种设备:悬吊管、过热器、气化炉。其中涉及悬吊管、过热器出口的蒸汽参 数、CO2气流参数,属于待计算参数,利用迭代法通过假设逐步计算校核来达到控制最终输出参数的目 的。因此,须在进行参数计算前确定三个设备之间的热质量传递关系,包括每个设备的输入参数、输出 参数、参数传递流程。 4.2 换热参数传递流程 4.2.1 基于换热理论的参数传递流程见图1。熄焦池内灼热的兰炭的质量流量mCO、CO2气流质量流 量、悬吊管中水质量流量和压力P,以及三者的初始温度等参数影响着悬吊管中水蒸气的产量,从悬吊 管产出的饱和水蒸汽和来自熄焦池中的高温CO2气流作为过热器的初始参数,同理,从过热器产出的 过热蒸汽和高温CO2气流是气化炉内气氛流的初始参数,决定着气化炉尺寸和规模、生物质用量,最终 影响着H2产量和节能效果。 a) 通过调节通入悬吊管中的给水流量和压力来调节悬吊管吸热量和过热器内饱和蒸汽吸热 量,使得进入生物质气化炉内水蒸汽参数可控。 b) 通过调节通入熄焦池内的CO2气流进气量,来影响悬吊管吸收的热量。 4.2.2 以上参数调节可采用压力表、流量计、截止阀、球阀等实现,这些阀门的安装和工作应符合国家 标准GB/Z41390和GB/T4830。 图1 基于热质传递的换热流程 2T/CI519—2024 全国团体标准信息平台 4.3 基于传热理论的计算原理 4.3.1 灼热兰炭的换热理论 用于计算灼热兰炭与悬吊管壁面、CO2气流之间的传热量。换热理论包括以下三个部分: a) 灼热兰炭对悬吊管壁面的当量热导贡献; b) CO2气流对悬吊管壁面的换热贡献; c) 灼热兰炭对悬吊管壁面的辐射换热贡献,所涉及的换热系数由这三部分组成: ht,e=hg,e+hr,e+λR …………………………(1) 式中: ht,e———蒸发管的总换热系数(W·K-1·m-2); hg,e———CO2气流与悬吊管之间的对流换热系数(W·K-1·m-2); hr,e———兰炭与蒸发管之间的辐射换热系数(W·K-1·m-2); λR———当量热导(W·m-2·K-1)。 满足上述三个子换热过程,则兰炭的高温余热被悬吊管内工质、CO2气流回收利用。 4.3.2 热平衡理论 用于计算灼热的兰炭与CO2气流、悬吊管壁面之间的热量传递。灼热的兰炭释放的余热主要包括 两部分,被悬吊管中的冷却水吸收的一部分,被通入熄焦池的CO2气流吸收的一部分。因此,在熄焦池 中的能量平衡可以写为: Qco=Qg,q+Qc …………………………(2) 式中: Qco———兰炭的换热率(W); Qg,q———熄焦池内CO2气流的换热量(W); Qc———悬吊管内冷却水所吸收的热量(W)。 4.3.3 CO2的换热理论 用于计算熄焦池内CO2气流绕流灼热兰炭、悬吊管壁面的传热量。换热理论包括以下三个部分: CO2气流与悬吊管壁面的对流换热、CO2气流与悬吊管壁面的导热、CO2气流与悬吊管壁面的辐射三个 部分,所涉及的换热系数由以下三部分组成: ht,gc=hr,gc+hc,gc+λg/Dc …………………………(3) 式中: h