利用工业废气生产低热值工业煤气的方法及其转换器

摘要

本发明涉及低热值工业煤气的生产，把某些设备(各种窑炉)产生的可利用工业废气引入到另一种可使CO2转化为CO的设备内的生产低热值煤气的方法及其转换器。具体为：将CO2+CO的体积含量不低于25％的工业废气引入装有炽热碳层的转化器内，碳层的温度为800～950℃，同时在转化器内通入空气和水蒸气，每100标米3的工业废气，需通入55～150标米3的空气和4.5～3.45标米3的水蒸气。本发明的优点如下：结构简单，连接容易，占地面积小；投资少，见效快；可行性高，节约能源，有利于环境保护。

说明书

技术领域

本发明涉及低热值工业煤气的生产，具体地说把某些设备(各种窑炉)产生的可利用工业废气引入到另一种可使CO₂转化为CO的设备内的生产低热值煤气的方法及其转换器。

背景技术

工业废气中含有可回收的热能与化学能所占有的比例较大，并含有大量的灭烬和炭颗粒物，回收其温度在500℃以上的热能和化学能，同时产生上述废气的各种窑炉，其CO₂的排放已造成大气的温室效应；消除对环境的污染多年来一直是环保工作者力求解决的问题。

直接燃烧固体、液体和气体燃料的石灰窑炉等，含有大量的CO₂(石灰窑炉中CO₂的含量在35％以上)，不仅浪费能源也严重污染环境。回收其热能与化学能也是很必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节约能源、有利于环境保护的利用工业废气生产低热值工业煤气的方法及其转换器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

将CO₂+CO的体积含量不低于25％的工业废气引入装有炽热碳层的转化器内，碳层的温度为800～950℃，同时在转化器内通入空气和水蒸气，每100标米³的工业废气，需通入55～150标米³的空气和4.5～3.45标米³的水蒸气。

所述引入过程是通过把排出产生可利用工业废气的设备连通在可转换CO₂为CO的转换器上；所述的工业废气为冲天炉烟气或直接燃烧固体、液体和气体燃料的石灰石窑炉、玻璃窑炉、水泥窑炉等排出的工业废气；碳层的温度最好为850～950℃。

本发明利用现有的煤气生产技术，把一种排出可利用废气的设备，连通在另一种可转换CO₂为CO的设备上。如：采用引风机通过保温耐热铸铁管道(或耐热陶瓷管)把冲天炉烟气从转化器下部引入其内，使烟气中的CO₂与其内的炽热碳层进行气化反应，，得到煤气；为了提高煤气的热值，往转化器内引入一定量的水蒸汽进行水煤气反应，，增加了煤气中的H₂含量，从而提高热值；转化器内的炭层需通入一定量的空气，空气量的多少控制在使转化器内的炭不完全燃烧为前提，由于处在不完全燃烧的状况下，不单会产生CO，也不会使烟气中原有的CO烧掉，同时也会使器内温度控制在850～950℃左右，空气的通入量一般控制在理论空气需要量的70％左右。(注：对用煤硫含量高的，烟气从转化器上部引入煤气从下部引出为逆火式转化器)

本发明在煤气发生炉的基础上，为适应利用工业废气生产低热值煤气的需要而设计的转化器，其具体结构为：包括转化器筒体、转盘及布气器；转化器筒体为下端开口的筒形结构，封头上设有加料门，上缘设有煤气出口；转盘置于转化器筒体的下端，转盘的周边设有容水槽，转盘与转化器筒体之间的排渣空隙通过水密封；转盘下部与转动机构相连；布气器经(穿过)转盘在转化器筒体的下部中心位置；布气器外接烟气进口管、蒸汽管路、空气管路。

所述转化器筒体下部为水夹套，水夹套外接自来水管道；水、汽分离器，通过水蒸汽管路和循环水管路与水夹套相连，水、汽分离器通过蒸汽管路与布气器相连接；转化器筒体上端封头上设有热电偶测温计、通条孔和安全阀，筒体下端设有点火孔，侧壁上设有观察孔。

本发明具有如下优点：

1.结构简单，连接容易，占地面积小。转盘和布气器为整体式铸造而成，安全，制造方便。该转化器是对形成规模的有大量烟气的企业而设计的，如果只有一座小型炉，排烟不多，工作时间又短的企业，可以用简式的转化器；该种转化器可以省去转动装置(人工除渣而不需动力)，或用简式转盘；若为间断的生产，转化器内的煤或焦炭在运行中基本不用加料(一次性加料)；甚至对有些冲天炉如果强度允许，可以把转化器直接安装在同中心的冲天炉上方；引出煤气可现场使用(当然也可以储存)。

2.投资少，见效快。本发明的关键在于两种设备的连通及其连通后的制气；该方法对产生废气设备的要求只是在其加料过程中是封闭的，尽量减少烟气逸出大气，因为两设备连通，从而省去了产生废气设备的排烟装置，降低了成本，建设周期短，易于投产。

3.可行性高，节约能源。本发明操作简单、维修方便、劳动强度低，与现有的煤气炉相比，省去了大量碳(燃烧成CO₂再气化的部分)，节约劳动力；既减少或消除工业污染(如：解决冲天炉、各种炉窑污染的公害)，又回收了烟气中大部分的化学能和热能。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图；其中：33为窑炉，34为转化器，35为窑烟气出口管道。

图2为本发明转化器结构示意图；其中：1为加料门，2为煤气出口管，3为烟气进口管，4为烟气闸门，5为蒸汽管路，6为蒸汽截止阀，7为观察孔，8为通条孔，9为水夹套，10为液位计，11为点火孔，12为支腿，13为煤气管路阀门，14为空气管路，15为空气阀门，16为鼓风机，17为空气流量表，18为蒸汽流量表，19为转动机构，20为布气器，21为转盘，22为密封机构，23为水蒸汽管路，24为水、汽分离器，25为水蒸汽泄压阀，26为循环水管路，27为自来水阀门，28为安全阀，29为热电偶测度计，30为支耳，31为封头，32为自来水管路。

图3为本发明布气器结构示意图；其中：20-1为上部圆锥体，20-2从里往外渐缩气孔，20-3为布气器体，20-4为上部空心轴，20-5为下部密封空心轴，20-6为滚珠。

具体实施方式

本发明采用的转化器的特点为：

1.为使烟气在转化器内充分进行气化反应和水煤气反应，使各部位的炭与烟气中的CO₂更好地接触，在转化器内下部设有一个中央布气器，其作用是减少混合气中的氧和水蒸汽只与器壁附近的炭进行局部反应，而使反应均匀和完全；布气器在不同的高度上(见图3)开有均布的气孔，能使空气、烟气和水蒸汽混合气在转化器内与炭进行反应，从而保持转化器内在不同高度上和径向上温度梯度不能过大，保持温度场和浓度场上基本均匀。

2.转化器高径比不小于3∶1，从而拉长了混合气在转化器内的流经时间，让反应更为充分的进行，因为气化反应需要时间，而且要比水煤气反应来得慢，目的也是均衡各反应的充分进行，使其在有限范围内有限的空气、水蒸汽供量下，使各反应达到最高限。

布气器的特点：

1.布气均衡：(1)各孔均为由内向外(具体尺寸视单位时间混合气的流量而定)渐缩孔，所以混合气径向穿过炭层能力强，从而消除气化和水煤气反应的“缓死区”；(2)开孔总面积略小混合气进入管的横截面积，提高各气孔的气体的流速，使混合气可以伸向器壁。

2.布气器直径下部占转化器直径的2/3左右的尺寸，消除了水夹套器壁附近的低反应区。

3.布气器高径比为1∶2左右，其材料为高铝耐热铸铁，在1000℃环境下工作无变形和超鳞现象；布气器的开孔均布，气流分布均匀，均衡气化，有利反应，混合气对布气器起到冷却作用。

4.根据煤种的不同，烟气的CO₂和CO含量的不同，单位时间烟气的产量不等问题，转化器与布气器的高度之比，直径之比会有改变，出气孔分布下多上少。

如图1所示，组装转化器，将管路连通，进行煤气生产操作；

工艺流程

一.准备阶段：首先是装料，煤或焦炭最好经预处理，对堆积场的煤或焦炭粒度最好是在16～30mm范围之内，再小的可以混成球，用石灰(加入重量含量一般为0.5～1％)作粘结剂的炭化处理，加入转化器内，在没有煤气的条件下，从加料口1放入可以点燃炭层的木柴后，装入焦炭或煤，其高度不超过煤气出口2的下缘(开始时装料，最好避免原料直接冲击布气器；)，装料后，关闭加料口、烟气管路3的闸阀4、水蒸汽管路5的截止阀6、两侧对称布置的在水夹套止方100mm处观察孔7、顶部180°对称设置的二个通条孔8；开始充水，在水夹套9(水夹套9由锅炉钢板按压力容器制造)的高度不低于3/4，充水时打开自来水管上的截止阀27，打开泄压阀25，由液位计10来显示其充水高度。

二.点火阶段：此时进气管只通入空气，从位于水夹套下部的点火孔11点燃木柴(也可用煤气)，木柴着火后，封闭点火孔11，打开煤气出口管路上的阀门13后部的引风机，并从处于开启状态的阀门15通过空气管路14由鼓风机16鼓入空气(不进入水蒸汽和烟气)，炭层开始燃烧，由观察孔7看到发红(着火)的炭层达到布气器上端时，开始制气；转化器上部封头上有安全阀28，防止煤气出口2管路出现故障时泄气，保证运行安全。

应注意的是：转化器应该在烟气产生之前点火，提前燃烧起来，使器内温度能与烟气进行气化和水煤气反应。

三.制气阶段：打开烟气闸阀4和水蒸汽阀门6，由蒸汽管路5引入的水蒸汽进入烟气进口管3；空气是由空气管路14引入，空气管路14上设有空气计量表17和空气阀门15，外接鼓风机16；蒸汽由水夹套9产生后由水蒸汽管路23进入汽包(简式水、汽分离器)24后再与烟气进口管3相连；蒸汽和空气需求量控制，由转化器内燃烧情况来调解，由流量表18和17控制水蒸汽和空气流量，通入混合气后；

水蒸汽进入烟气管道，并进入转化器，制气开始一段时间后，开启转动机构19，布气器20在滚珠的支撑下转动，转盘21与布气器为刚性连接为一整体(对直径很大的转化器)，对转化器直径小的为一整体。灰渣从水封处排出器外。布气器与烟气管路之间的运动副采用橡胶石棉缠绕的密封结构22，进入正常运转。

水夹套内的水受热产生蒸汽，由其上部水蒸汽管路23进入汽包24，为防止水蒸汽过多、压力过高，有泄压阀门25保障，水、汽分离器24和水夹套9相通，循环水由循环水管路26联通，水的消耗由循环水管路26与自来水管路相连，由阀门27控制，并由液位计10来显示，防止烧干。为保障转化器安全运行，在其顶部设有安全阀门28，一旦系统出现过压现象自动泄压。顶部的热电偶温度计29，可以显示出煤气的出口温度和顶部温度。

转化器体是由4个焊在水夹套外的支耳30通过下方的4个支腿12支撑在地面上的，是沿周向均布的。

制气过程煤或焦炭的燃烧产生灰渣，由转盘21经过水封排出，随着制气的进行，转化器内可能会有结渣、搭棚等现象，这样可以通过通条孔8用通条捅开；观察转化器内的燃烧情况可以通过观察孔7观视，并可由插入热电偶测温；转化器上部由耐火砖砌成，各开口均设有封口盖，观察孔两排，在不同高度上每排两孔，对称布置。

四.收尾阶段：烟气停止供应时，打开自来水阀门27和水蒸汽泄压阀25，关闭其余所有阀门，往水夹套内供水，残留的蒸汽由水蒸汽泄压阀25放出后，关闭水蒸汽泄压阀25、自来水阀门27，打开观察孔7，用自来水由观察孔7往转化器内喷水，停止浇水后关上观察孔，断绝空气。

实施例1  利用冲天炉烟气生产煤气

热平衡计算：以温度为500℃、100标米³冲天炉废气为例，CO₂＝15％，CO＝11％，N₂＝74％。

生产煤气耗炭量由八部分组成：1)参与气化反应不燃烧的炭；2)气化反应吸热、补充热量耗炭；3)参与水煤气反应不燃烧的耗炭；4)吸热的水煤气反应补充热量的耗炭；5)总热损耗需炭；6)烟气由室温提升到900℃的耗炭；7)所用的造气原料焦炭或者煤由室温升到900℃的耗炭；8)通入空气由25℃～900℃的耗炭。分别计算如下：

(一)热支出：

100标米³冲炉炉废气中N₂＝74％，CO₂＝15％，CO＝11％；废气中各成分含量：N₂＝74标米³，CO₂＝15标米³，CO＝11标米³。

1.气化反应的耗炭量，转化率按65％

可转化的CO₂为15×65％＝9.75标米³

合质量为9.75×1.7973＝17.52kg——CO₂

式中1.7973Kg/标米³——CO₂重度

每转化1kg CO₂用炭为12/44＝0.2727kg——C

现有17.52kg CO₂，需炭为17.52×0.2727＝4.78kg——C  (1)

2.气化反应吸热需要炭

——16.2×10⁴kg

每转化1kg CO₂吸热为16.2×10⁴/44＝3.68×10³

有17.52kg CO₂

则需热为17.52kg CO₂×3.68＝64.473×10³KJ

这部分热量由燃烧炭补充，使转化器内温度保持在平均温度为900℃的工况下，进入转化器内的氧气应该与炭进行不完全燃烧，又可防止烟气中原有的CO不烧掉。

平均每公斤炭发热量：

完全燃烧占70％，C+O₂＝CO+40.9×10⁴KJ

即40.9×10⁴/12×70％＝2.3858×10⁴KJ/0.7KJ——炭

不完全燃料占30％，2C+O₂＝2CO+24.5×10⁴KJ

即24.5×10⁴/24×30％＝0.3602×10⁴KJ/0.3kg——C

每公斤炭的发热量为2.3858+0.3602＝2.692×10⁴KJ

需炭6.4473/2.692＝2.39kg——C                 (2)

3.100标米³烟气由500℃提升到平均温度900℃所需热量

Q_气＝[(V_N2·C_N2)+(V_CO2·C_CO2)+(V_CO·C_CO)]×(900-500)

   ＝[(74×1.085)+(15×1.076)+(11×1.088)]×400

   ＝108.2×400

   ＝43283KJ

折合炭燃烧生成30％CO和70％CO₂的发热量为2.692KJ/kg；V_i-各组份体积，C_i-各组份比热

43283KJ/2.692×10⁴KJ＝1.60kg——C                      (3)

4.水煤气反应需炭

(1)参与反应(不燃烧)需炭量为

设在煤气中含H₂为2.6标米³

H₂O(汽)+C＝CO+H₂--123×10³KJ

2.6标米³H₂的摩尔数为2.6/22.4＝0.116摩尔

水蒸汽也为0.116摩尔，为0.116×22.4＝2.6标米³——H₂O

水蒸汽质量为2.6×0.589＝1.53kg 0.589kg/M³-H₂O(汽)在100℃的重度

需炭1.53×12/18＝1.03kg                                  (4)

(2)吸热的水煤气反应需燃烧的炭量

从(1)可知水蒸汽质量为1.53kg，吸热123×10³/18×1.53＝10455KJ

折合炭质量为：10455/2.692×10⁴＝0.388kg                  (5)

5.所用炭由25℃提升到975℃需热用炭为炭_C，设总投入炭量为Xkg炭_C＝X×1.30×(900-25)/8140×4.18＝0.0334X                   (6)

＝0.0334×12.9＝0.34kg——C

式中：1.30KJ/kg-炭的比热

6.为转化器内炭不完全燃烧提供空气量由25～900℃需炭

从已计算不燃烧的炭量为：

气化反应为4.78，水煤气反应为1.03，共为4.78+1.03＝5.81kg

则参与燃烧的炭为(X-5.81)kg

炭_空＝(X-5.81)×8.88×70％×C_空×ρ_空×(t₂-t₁)/8140×4.18

    ＝(X-5.81)×8.88×0.7×1.180×1.005×875/8140×4.18

    ＝0.1895X-1.1                               (7)

    ＝0.1895×12.9-1.1

    ＝1.34kg——C

式中：1.180kg/m²、1.005KJ/m³·℃分别为空气的重度和比热

7.总热损失耗炭  炭_损

炭_埚＝(X-5.81)×0.12+(X-5.81)×0.12×0.12

    ＝0.12X-0.697+0.0144X-0.0836

    ＝0.1344X-0.78                               (8)

    ＝0.1344×12.9-0.78

    ＝0.95kg——C

总耗炭Xkg为各耗炭之和，即(1)+(2)+(3)+(4)+(5)+(6)+(7)+(8)

X＝4.78+2.39+1.60+1.03+0.388+0.0334X+0.1895X-1.1+0.1344X-0.78

 ＝0.3573X+8.308

X-0.3573X＝8.308

0.642X＝8.308    X＝12.9kg——C

将X代入(一)5中(6)式，6中(7)式，7中(8)式得上面各式耗炭。

(二)热收入

1.烟气带入CO：11％，则有11标米³                 (1)

2.CO₂转化：15％×65％＝9.75

∵每转化1M³ CO₂有2M³ CO，尚有15-9.75＝5.25标米³CO₂

∴转化为CO的体积为9.75×2＝19.5草药             (2)

3.投入炭量产生的CO₂和CO(供给70％理论空气量)

投入燃烧的炭为12.9-5.91＝6.99kg——C

供空气量为6.99×8.88×0.7＝43.44标米³

有V_N2-2＝0.582×79/21×22.4×0.7＝34.3标米³

其余的为CO₂+CO之和的体积

0.582×22.4×0.7＝9.13标米³

假设有70％为CO₂，30％为CO，则CO₂可转化的为9.13×70％×65％＝4.15标米³

∵每1M³ CO₂转化后为2M³ CO

∴CO有4.15×2＝8.30 CO标米³                        (3)

9.13×30％＝2.74标米CO                             (4)

尚有9.13×70％-4.15＝2.24标米³——CO₂未转化量

4.水煤气反应生成的CO

2.6标米³H₂为2.6/22.4＝0.116公斤分子，CO也为0.116公斤分子。

CO＝2.6标米³                                       (5)

5.温度为500℃，100标米³烟气带入潜热Q_潜

Q_潜＝(V_N2·C_N2+V_CO2·C_CO2+V_CO·C_CO)·(500-25)

   ＝(74×1.304+15×1.788+11×1.385)×475

   ＝65808.8KJ

式中：V_i-体积，C_N2、C_CO2、C_CO-分别表其比热

合炭：65808/8140×4.18＝1.934kg——C               (6)

6.2.6H标米³发热量：2.6×2810(H₂的热值)＝7306千卡

合炭：7306/8140＝0.89kg——C                       (7)

7.总收入

(1)CO的收入

11+19.5+8.3+2.74+2.6＝44.14标米³

合完全燃烧的炭量44.14×3018/8140＝16.3kg——C

(2)烟气带入热量合炭为1.93kg——C

(3)H₂＝2.6标米³发热量合炭为0.89kg——C

收入总炭量  16.3+1.93+0.89＝19.18kg——C

(4)净得炭：收入量-投放量＝19.18-12.9＝6.2kg——C

(三)热效率

η＝热收入/热支出×100％＝19.18/12.9×100％＝148.6％

一般煤气炉的热效在90％左右，取90％，则增加58.6个百分点。

100标米³烟气含炭量的计算

CO₂质量为15×1.7973＝26.9kg

CO质量为11×1.139＝12.52kg

CO₂有炭为X₁＝12/44×26.9＝7.33kg

CO有炭为12/28×12.52＝5.36kg

合计有7.33+5.36＝12.69kg

回收率为6.2/12.69×100％＝48.8％

式中1.7973kg/m³、1.139kg/m³分别为CO₂和CO的重度

(四)煤气的组分％数和热值

1.煤气总体积：V_N2+V_CO2+V_CO

总体积V＝V_N2-1+V_N2-2+V_CO2+V_CO2-1+V_CO2-2+V_CO

       ＝74+34.3+5.25+2.24+44.14

       ＝159.93标米³

其中：V_N2＝108.3标米³，V_CO2＝7.49标米³，V_CO＝44.14标米³

2.各组分％数

CO₂＝7.49/159.93×100％＝4.68％

N₂＝108.3/159.93×100％＝67.7％

CO＝44.1/159.93×100％＝27.5％

H₂＝2.6/159.93×100％＝1.3％

3.煤气热值

(1)CO的热值

27.5×3018×4.18÷100＝3469KJ

式中3018千卡/标米³——CO热值

(2)H₂＝2.6标米热值

1.3×2810×4.18/100＝152.6KJ

热值：3469+152.6＝3621KJ/标米³

相当空气煤气的低限热值。

诸多工业废气对环境的污染是严重的，大多数中小企业既不回收其热能又没消除污染，本发明可充分解决上述问题。就对铸造厂而言，剩下过小颗粒的焦沫还可以粘结成球，用来造气。

现以生产一吨铸铁为例，计算省能效果。

据资料，一吨焦炭可熔八吨铁水，每吨铁水用炭为1000×1000/8000＝125kg焦/吨铁水，焦炭含炭量为89％，炭的公斤分子数为(125×89％)/12＝9.27公斤分子，产生的CO₂公斤分子数也为9.27。

则CO₂体积为9.27×22.4＝207.6标米³

需要氧的公斤分子数也为9.72，则N₂的体积为22.4×9.72×79/21＝819标米³

总体积为207.6+819＝1026标米³

在实施例1中以100标米³烟气为计算单位，则125 kg焦炭产生1026标米³烟气

有1026/100＝10.26个100标米³烟气

在(二)·7·(4)中，每100标米³烟得6.2kg炭，则每吨铁水省炭为10.26×6.2＝63.6kg

理论计算每吨熔化铁水用焦炭为29.8kg(包括4.5％石灰石)，实际用125kg焦炭。多用了125-29.8＝95.2公斤焦炭，回收了63.6公斤焦炭，回收率为63.6/95.2×100％＝66.8％。

全国每年铸铁产量在千万吨，省焦炭是非常可观的。

特别指出的是气化反应，，从表面上看，投入的炭量燃烧的热量等于产物CO燃烧的热量加上反应吸收热量，但若深入计算，实际上不是这样。因为烟气有一定的温度，含有潜热，当然余热可用，另外若直接燃炭热效很低，其利用率只在20～30％，而气化热率效在90％左右。煤的利用率在55～60％左右。当然最重要的是烟气中的CO₂不是由煤气炉中来的，不是炉中的原料炭产生的，我们得到了CO₂中的炭。每公斤分子CO₂44公斤中的12公斤炭，所以是值得的。若从环保角度看更为有益。

如增加水蒸汽进入量使煤气中的H₂和CH₄含量增加就会提高煤气热值。如有多个大型冲天炉，提高煤气热值，经净化可以形成规模，与城市煤气连网，作为城市煤气的补充。

实例2利用石灰窑烟气生产低热值煤气

本发明更适用于石灰窑烟气生产低热值煤气

一、石灰窑烟气的组分和100kg CaCO₃焙烧燃烧产物体积

1.焙烧100kg CaCO₃(恰是一个公斤分子)所耗炭 

吸热反应需炭为42520/8140＝5.22kg——C

8140大卡/kg——C炭的完全燃烧热值

假设CaCO₃无杂质和水分，5.22kg炭需要空气燃烧产生的烟气(燃烧产物)，从反应式可知反应物和生成物各为1公斤分子。

炭的公斤分子数为5.22/12＝0.435，CO₂也为0.435公斤分子

N₂公斤分子数：0.435×79/21＝1.636

则燃烧物体积为

(1.636+0.435)×22.4＝46.4标米³(标准状态下气体每公斤分子有22.4标米³)

这是燃料在窑内供给空气燃烧产生的体积，反应本身有1个公斤分子CO₂，

2.燃烧产物总体积为

46.4+22.4＝68.8标米³

其中CO₂体积：V_CO2-1＝0.435×22.4+22.4＝32.14标米³

N_2-1体积：V_N2-1＝0.435×22.4×79/21＝36.64标米³以上燃烧产物进入转化器。

二、热平衡计算

(一)热支出

1.气化反应吸热耗炭量

——16.2×10⁴KJ

每转化1kg CO₂吸热为16.2×10⁴/44＝3.68×10³KJ

可转化的CO₂体积为32.14×65％＝20.87标米³

可转化的体积为(20.87+4.85) 注：4.85从后面计算炭燃烧中得来。

质量为(20.87+4.85)×1.7973＝46.22kg——CO₂

吸热耗炭为(46.22×3.68×10³)/8140×4.18

        ＝170089.6/8140×4.18

        ＝4.99kg——C                                     (1)

(注：转化率为65％，根据西安冶金学院与东北工学院合编“冶金原理”，1961年8月中国工业出版社出版P22图1-9。西安交通大学许晋源，徐通模合编“燃烧学”，1980年12月机械工业出版社，P138图5-4。清华大学叶大钧编，1990年2月清华大学出版社出版“能源概论”P178。)

2.气化反应耗炭(不燃烧)，用在生成CO。

在本节1中可转化的CO₂质量为46.2kg，每转化1kg CO₂用炭为12/44＝0.2727kg，则用炭为46.2×0.2727＝12.6kg——C            (2)

3.供炭燃烧的空气提温到900℃耗炭

设总耗炭为X公斤，燃料部分为(X-12.6)公斤，空气提温需炭：

(X-12.6)×8.88×0.7×1.180×1.005×(900-25)/8140×4.18

＝(X-12.6)×0.1895

＝0.1895X-2.38                                              (3)

代入X为＝0.1895×2.03-2.38

       ＝1.6kg——C

70％供给理论空气需要量，1.180KJ/标米³-空气重度，1.005Kg/公斤·℃-空气比热；

4.投入总炭量提温到900℃耗炭

X·1.30×(900-25)/8140×4.18

＝0.0334X                                                 (4)

代入X为＝0.0344×21.03

＝0.702kg——C

5.投入炭量的燃烧部分在转化器内热损失耗炭

热效取88％(损失0.12)以“煤气设计手”中国建筑出版社出版，1986年12月中册P264；热效为91％；

(X-12.6)×0.12+(X-12.6)×0.12×0.12

＝0.12X-1.512+0.0144X-0.18

＝0.1344X-1.69                                           (5)

＝0.1344×21.03-1.69＝1.13kg——C

6.总投入X

X＝12.6+4.99+0.1895X-2.38+0.0334X+0.1344X-1.69

＝17.59+0.3573X-4.07

＝13.52+0.3573X

X-0.357X＝13.52

X＝21.03kg——C

将X值代入(3)、(4)、(5)，得各项耗炭。

(二)热收入

1.在一·2中有32.14标米³CO₂，在转化器转化率为65％，可转化的CO₂为32.14×65％＝20.87标米³

因为每1M³CO转化后为2M³CO

所以CO体积为20.87×2＝41.74标米³                       (1)

2.烟气进入转化器供空气炭在其内不完全燃烧产生CO₂和CO供空气为8.88×0.7×(20.37-12.2)＝6.216×8.17＝50.78标米³

其中：V_N2-2＝50.78×79％＝40.1标米³

V_CO-2+V_CO2-2＝50.78×21％＝10.66标米³

V_CO2＝10.66×70％＝7.46标米³

V_CO-2＝10.66×30％＝3.19标米³                          (2)

在7.46标米³中又有65％转为CO

7.46×65％＝4.85标米³

因为每1CO₂可转2M³CO

所以有CO为4.85×2＝9.69标米³CO                         (3)

注：CO₂的4.85标米³是在转化器内供空气后产生的，所以在(一)·1中加入。

3.100公斤CaCO₃热分解产生的烟气带入热量Q_烟

设出口温度为900℃，就地连通转化器，个例窑炉烟气温度更高，窑内温度高达3000℃。

Q_烟＝(V_CO2-1·C_CO2+V_N2-1·C_N2)×(t₂-t₁)

   ＝(32.14×2.0910+36.64×1.3547)×875

   ＝(67.22+49.66)×875

   ＝102252.5KJ

合炭为102252.5/8140×4.18＝3.0kg——C

式中2.0910kJ/m³℃、1.3547kJ/m³℃、分别为CO₂和N₂的比热；

4.总热收入

(1)CO的体积。在(二)·1·2中

41.74+3.19+9.69＝54.62标米³

合炭(完全燃烧值)54.62×3018/8140＝20.25kg——C

(2)烟气带入热量合炭为3.0kg

(3)总收入20.25+.30＝23.25kg——C

三、热效率

总热支出以炭量表示21.03kg

总收入以炭量表示23.25kg

η＝热收入/热支出＝23.25/21.03×100％＝110.5％

四、煤气组成及热值

1.各组分％数

N₂总体积V_N2＝36.64+40.1＝76.74标米³

CO₂总体积V_CO2＝(32.14-20.87)+(7.46-4.85)＝13.88标米³

CO总体积V_CO＝54.62标米³

2.煤气总体积

76.74+13.88+54.62＝145.24标米³

各组分％数N₂＝76.74/145.24×100％＝52.8％

          CO₂＝13.88/145.24×100％＝9.5％

          CO＝54.62/145.24×100％＝37.6％

3.煤气热值

37.6％×3018×4.18＝4743.3KJ/标米

相当于低热值煤气的高限(3762～4589KJ)，热效高于通常半水煤气炉91％热效的10个百分点。必须指出的是：

一、煤气热值由需求完全可提高，根据要求通入一定量的水蒸汽，使煤气中含有N₂或者CH₄。

二、就对石灰窑炉来讲，转化器就近安置在燃料进口和烟气出口之间，产生的煤气直接进入石灰窑炉与煤混在一起“热烧”。这样既可省去冷却、净化装置，也可以充分利用煤气热含量。

三、由于热效高，节省煤和炉渣的运输费用，但更为重要的是减少了CO₂的排放量。对一个企业来说，利用一次减少一次排放。以上两个实例计算过程中可能有误，但总的讲，回收可行，具有价值。