年產(chǎn)10萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

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1、 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第46頁 1 緒論 8 1.1 煤氣化發(fā)展史 8 1.2 煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢 8 2 生產(chǎn)方法的選擇及論證 9 2.1 生產(chǎn)方法的介紹 9 2.1.1 固定床氣化法 9 2.1.2 流化床氣化 9 2.1.3 氣流床氣化 10 2.1.4 熔浴床氣化 10 2.2 生產(chǎn)方案的選擇及論證 10 3 常壓固定床間歇?dú)饣?11 3.1 半水煤氣定義 11 3.2 固定床氣化法的特點(diǎn) 11 3.3 生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇 11 3.4 半水煤氣制氣原理 12 3.5 發(fā)生爐

2、內(nèi)燃料分布情況 13 3.6 各主要設(shè)備的作用 13 3.6.1 煤氣發(fā)生爐 13 3.6.2 燃燒室 14 3.6.3 廢熱鍋爐 15 3.6.4 洗氣箱 15 3.6.5洗滌塔 15 3.6.6 煙囪 15 3.6.7 自動(dòng)機(jī) 15 3.7 間歇式制半水煤氣的工藝條件 15 3.8 生產(chǎn)流程的選擇及論證 16 3.9 間歇式氣化的工作循環(huán) 17 3.10 間歇式制半水煤氣工藝流程 18 4 工藝計(jì)算 19 4.1 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 19 4.2 物料及熱量衡算 20 4.3制氣階段的計(jì)算 23 4.3.1 物料衡算 23 4.3.2

3、 熱量衡算 25 4.4 總過程計(jì)算 27 4.5 配氣計(jì)算 29 4.6 消耗定額 30 4.7 吹凈時(shí)間核算 30 4.8 廢熱鍋爐的熱量衡算 31 4.9 夾套鍋爐的物料及熱量衡算 35 5 設(shè)備計(jì)算 36 5.1 煤氣爐指標(biāo)計(jì)算 36 5.2 煤氣臺(tái)數(shù)的確定 37 5.3 空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型及臺(tái)數(shù)確定 37 6 各設(shè)備的選型及工藝指標(biāo) 38 6.1 Φ3米U.G.I型煤氣發(fā)生爐的工藝指標(biāo) 38 6.2 燃料室的工藝指標(biāo) 38 6.3 洗氣箱工藝指標(biāo) 39 6.4索爾維式廢熱鍋爐工藝指標(biāo) 39 6.5填料式洗滌塔工藝指標(biāo) 40 6.6 煤氣發(fā)生爐自動(dòng)加煤機(jī)

4、工藝指標(biāo) 40 6.7 10000m3螺旋式氣柜的工藝指標(biāo) 41 6.8 集塵器 41 7 車間布置簡述 42 8 安全技術(shù)與節(jié)能 42 8.1 安全技術(shù) 42 8.2 節(jié)能 43 9.1 人員工資 44 9.2 總投資計(jì)算 44 9.3 成本計(jì)算 46 參考文獻(xiàn) 47 致 謝 48  年產(chǎn)10萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì) 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)老師： 摘要 本設(shè)計(jì)時(shí)年產(chǎn)能力為10萬噸合成氨造氣工段（合成氨所需原料氣---半水煤氣）的初步工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇制氣法。根據(jù)株化集團(tuán)合成氨廠現(xiàn)場實(shí)習(xí)及有關(guān)文獻(xiàn)資料，完成物料、熱量的計(jì)算。此設(shè)計(jì)配有

5、設(shè)計(jì)說明書一份，圖紙三張。 說明書內(nèi)容：1.煤造氣的發(fā)展及發(fā)展趨勢；2.造氣工段的生產(chǎn)原理，流程選擇及生產(chǎn)方法的論證與選擇；3.物料衡算、熱量 衡算；4.主要設(shè)備的計(jì)算及選型；5.安全技術(shù)及節(jié)能；6.技術(shù)經(jīng)濟(jì). 三張圖紙：1.帶控制點(diǎn)的物料流程圖；2.設(shè)備平面布置圖；3.發(fā)生爐工藝裝配圖。 關(guān)鍵詞：合成；氨；半水煤氣；工藝；設(shè)計(jì) The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 100000T/a Chemical engineering and techniques Chen

6、Chao Guide Teacher Liu Hexiu Abstract：This design is a primary design about the synthesis of ammonia 100000T/year techniques accidence contrive. The design owns the process of producing semi-water gas. The design completed the calculation of material and heat quantity according to relevant date.

7、During the design period an instruction and four serials of diagram have been worked out. The instruction includes: 1. The development history of producing coal gas and the developing trend. 2. The production way of producing semi-water gas、demonstrating and the choosing ,factory chamber plan. 3

8、. The calculation of material and the calculation of heat quantity. 4. The designing and technological calculation about the main equipments. 5. Safety and saving energy. 6. Economic estimate. Four serious of diagram includes: 1. 100000T/Y ammonia process technique flow heat with controlled poi

9、nt. 2. The factory chamber plan diagram. 3. The factory spare picture. 4. The main equipment installing picture. Key words: synthesis; ammonia、semi-water gas、technology design. 前 言 本設(shè)計(jì)說明書是年產(chǎn)10萬噸合成氨廠造氣工段的初步設(shè)計(jì)。 氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。首先，制成含H2和CO等組

10、分的煤氣，然后，采用各種凈化方法，除去氣體中的灰塵、H2S、有機(jī)硫化物、CO、CO2等有害雜質(zhì)，以獲得符合氨合成要求的潔凈的1：3的氮?dú)浠旌蠚猓詈?，氮?dú)浠旌蠚饨?jīng)過壓縮至15Mpa以上，借助催化劑合成氨。 我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占很大比重。煤的氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最主要的方面，并已獲得廣泛的應(yīng)用。煤氣化提供潔凈的可以管道輸送的氣體燃料。當(dāng)前城鎮(zhèn)及大中型企業(yè)要求實(shí)現(xiàn)煤氣化的迫切性越來越大，至今以合成氣為原料的合成含氮、含氧化物、烴類及燃料的C化學(xué)技術(shù)已經(jīng)獲得相當(dāng)成功，并且這方面的開發(fā)活動(dòng)至今仍方興未衰。目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。煤氣化在各方面的應(yīng)用都依賴于煤氣化技術(shù)的發(fā)展，這

11、主要因?yàn)槊簹饣h(huán)節(jié)往往在總投資及生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的比重。 我國合成氨工業(yè)原料路線是煤汽油并舉，以煤為主。合成產(chǎn)量60%以上是以煤為原料，全國現(xiàn)有1000多家大中小型以煤為原料的合成氨廠。隨著油價(jià)的不斷上漲，今后將停止以油為原料的新設(shè)備建設(shè)，并要求進(jìn)行以煤代油的技術(shù)改造。 本說明書是在工藝和設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)上加以工藝論證及選擇而編制的。主要內(nèi)容包括：緒論、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求、生產(chǎn)方案，生產(chǎn)流程的選擇及論證、制氣生產(chǎn)原理、工藝指標(biāo)、設(shè)備計(jì)算及選型、設(shè)備投資及成本估算。此外，隨書附有煤氣發(fā)生爐裝配圖、造氣工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖、造氣工段平面及立面布置圖。

12、 1 緒論 1.1 煤氣化發(fā)展史 煤炭氣化，是以煤或焦碳為原料，用氧氣（空氣、富氧或純氧）水蒸汽或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或焦碳中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過程。煤炭氣化包括煤的熱解、氣化和燃燒3部分。煤炭氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w稱氣化煤氣。氣化煤氣可用于城市煤氣、工業(yè)燃?xì)夂突ぴ蠚饧奥?lián)合循環(huán)發(fā)電等。 煤炭氣化至今已有150多年的歷史。19世紀(jì)50年代第一臺(tái)階梯式爐篦的西門子煤氣化發(fā)生爐正式誕生，20世紀(jì)20年代研制成功沸騰床氣化爐（1926年溫克勒氣化爐），30年代出現(xiàn)了加壓氣化技術(shù)，50年代出現(xiàn)了氣流夾帶床粉煤氣化技術(shù)。50年代后期，由于

13、石油、天然氣工業(yè)的興起，煤制氣技術(shù)的開發(fā)研究工作受到?jīng)_擊。70年代初，世界范圍內(nèi)發(fā)生了“石油危機(jī)”，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家又重新重視煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，各種新型的氣化方法和氣化爐型應(yīng)運(yùn)而生。其種類繁多，方式各異。 現(xiàn)今，煤氣化所制得煤氣，主要用于如下幾方面：（1）生產(chǎn)燃料煤氣：（2）生產(chǎn)合成氣：（3）生產(chǎn)還原氣或氫：（4）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。 1.2 煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢 當(dāng)前國內(nèi)外煤完全氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢，概括地可以歸納出如下幾點(diǎn)： （1）氣化向大型化方向發(fā)展，因?yàn)榇笮突梢蕴岣邌挝辉O(shè)備的生產(chǎn)能力： （2）使用氧氣為氣化劑，提高煤氣化爐的操作溫度： （3）提高煤氣化操作壓力，幾乎各種類型的新開發(fā)的氣

14、化爐都采用加壓氣化的工藝； （4）擴(kuò)大氣化煤種的范圍，隨著采煤機(jī)械化和水力采煤技術(shù)的發(fā)展，原煤中的碎煤產(chǎn)率越來越多，為了適應(yīng)這種趨勢，一些新開發(fā)的新氣化方法都用碎煤或粉煤氣化； （5）開發(fā)利用無污染的氣化方法，許多開發(fā)的氣化方法，都考慮了在工藝過程中消除或減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生。 總之，由于各國自然資源和社會(huì)條件的不同，具體的能源政策也各不相同，但可以預(yù)料在21世紀(jì)煤炭仍將成為世界的主要能源之一。對(duì)于我國來說，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，掌握和運(yùn)用國內(nèi)外的先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，對(duì)加快我國實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化有著重要的意義。 2 生產(chǎn)方法的選擇及論證

15、 2.1 生產(chǎn)方法的介紹： 煤氣化犯法按不同的分類有多種，分?jǐn)⑷缦拢? 1.按制取煤氣的熱值分類為（1）制取低熱值煤氣方法，煤氣熱值低于8347kJ/m3；（2）制取中熱值煤氣方法，煤氣熱值16747~334948347kJ/m3；（3）制取高熱值煤氣方法，煤氣熱值高于334948347kJ/m3。 2.按供熱方式分類，氣化過程的供熱方式有（1）部分氣化方法；（2）間接供熱；（3）由平行進(jìn)行的反應(yīng)器直接供熱；（4）熱載體 供熱。 3.按反應(yīng)器的形式分類，氣化方法有（1）移動(dòng)床（固定床）；（2）流化床；（3）氣流床；（4）熔融床。 本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方法來分別簡要介紹各種方法。 2

16、.1.1 固定床氣化法 煤的固定床氣化是以塊煤為原料。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程進(jìn)行得很完全，灰渣中殘?zhí)忌?，產(chǎn)物氣體的顯熱中的相當(dāng)部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預(yù)熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。這是一種理想的完全氣化方式。 （1）固定床常壓氣化 此方法比較簡單，但對(duì)煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點(diǎn)的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣-水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。 （2）固定床加壓氣化 固定床加壓氣化最成熟的爐型是魯奇爐。它和常壓移動(dòng)床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)床。所不同的是采用氧氣-水蒸汽或

17、空氣-水蒸汽為氣化劑，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃的濕度條件下連續(xù)氣化方法。 2.1.2 流化床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。 （1）溫克勒法 溫克勒法是最早開發(fā)的流化方法，在常壓下，把煤粒度為0-8mm的褐煤、弱粘結(jié)性煙煤或焦碳經(jīng)給煤機(jī)加入到氣化爐內(nèi)。在爐底部通入空氣或氧氣作介質(zhì)，沒與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑發(fā)生反應(yīng)。 （2）高溫溫克勒法 將含水分85~12%的褐煤輸入到充壓至0.98Mpa的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)給煤機(jī)加入氣化

18、爐內(nèi)。白云石、石灰石或石灰經(jīng)給料機(jī)輸入爐內(nèi)。沒與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發(fā)生氣化反應(yīng)。粗煤氣由氣化爐上方逸出進(jìn)入第一旋風(fēng)分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環(huán)返回氣化爐。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器，在此分離出的細(xì)顆粒通過密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵。煤氣經(jīng)廢熱鍋爐生產(chǎn)水蒸氣以回收余熱，然后經(jīng)水洗塔進(jìn)一步冷卻和除 （3）灰團(tuán)聚氣化法 它是在流化床中導(dǎo)入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態(tài)下在錐形床層中相互熔聚而粘結(jié)成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內(nèi)。它與固態(tài)排渣相比，降低了灰渣的碳損失。 （4）加氫氣化法 所謂的流化床氣化就是煤氣

19、化過程中汽化劑（蒸汽和氧）將煤或煤漿帶入氣化爐進(jìn)行氣的方 2.1.3 氣流床氣化 所謂加氫氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含H2的氣體作為氣化劑，生成富含CH4的煤氣化方法，其總反應(yīng)方程式可表示為：煤＋H2→CH4＋焦 （1）K—T法 此法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法，它采用干法進(jìn)料技術(shù)，因在常壓下操作，存在問題較多。它是1948年德國海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。 （2）德士平古法 它是一種濕法（水煤漿）進(jìn)料的加壓氣化工藝。氣化爐是由美國德平古石油公司所屬德平古開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。 2.1.4 熔浴床氣化 50年代熔浴床煤氣氣化方法開始

20、得到開發(fā)。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。下面分別介紹這3類床的某些制氣方法。 （1）羅米方法 此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡式和雙簡式兩種爐型。此方法的特點(diǎn)是：（1）適用于各種固體或液體燃料；（2）氣體溫度高；（3）氣體強(qiáng)度高。 （2）覬洛格法 此法為—加壓熔浴氣化法。它是在熔融的Na2CO2鹽浴內(nèi)進(jìn)行，熔融的Na2CO2對(duì)煤與蒸汽的反應(yīng)具有強(qiáng)烈的催化作用，在較低溫度下就可獲得很快的反應(yīng)速度。此法目前尚處于開發(fā)研究階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，關(guān)鍵在于氣化爐。 （3）ATGAS熔鐵床氣化法 ATGAS法的實(shí)質(zhì)是把煤粉與石灰石、蒸汽氧（或空氣）一起吹到熔鐵內(nèi)，使煤的揮發(fā)份逸出，殘留

21、的碳溶解在熔鐵中被氣化。此法效率高，有害物質(zhì)少，氣化反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。煤種適用范圍廣，且氣化爐結(jié)構(gòu)簡單。因此，此工藝被認(rèn)為有可能放大到工業(yè)化生產(chǎn)。 2.2 生產(chǎn)方案的選擇及論證 與固定床氣化相比其它氣化方法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）氣化能力大；（2）氣化用煤廣；（3）生產(chǎn)靈活性強(qiáng)，開停車容易；（4）碳轉(zhuǎn)化率高；（5）環(huán)境污染小。但是如果采用這些方法不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大。這對(duì)我國氨需求量大而技術(shù)又相對(duì)落后而且資金短缺這一基本國情是不相符的。所以，雖然固定床其工藝較其它氣化工藝有其不足之處且工藝較為落后。但其氣化工藝較之其它工藝更成熟。根據(jù)我國基本國慶及當(dāng)?shù)?/p>

22、情況本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣ā? 3 常壓固定床間歇?dú)饣? 3.1 半水煤氣定義 半水煤氣是以水蒸氣為主加入適量的空氣為氣化劑與赤熱的炭反應(yīng)，所生成的煤氣稱為半水煤氣，它是合成氨的原料氣，其成分中CO2+H2一般在68%左右。用于合成氨的半水煤氣要求氫氮比為3：1。 3.2 固定床氣化法的特點(diǎn) 固定床氣化法其煤氣發(fā)生爐的排渣和加料不是連續(xù)的，而是間斷的排渣和加料，其致密的煤層在氣化過程中是靜止不動(dòng)的，隨著氣化反應(yīng)的進(jìn)行，以溫度化分的各區(qū)域?qū)⒅饾u上移，必須經(jīng)過間歇排渣和加炭后各區(qū)域才恢復(fù)到原來的位置。 3.3 生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇 間歇法生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的要求： （1

23、）對(duì)水分的要求 燃料中水分含量過高，會(huì)影響煤氣發(fā)生爐的氣化效率，在氣化過程中因水分蒸發(fā)吸熱造成爐溫下降使燃料消耗增加，爐子操作條件惡化，影響水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，要求入爐煤的水分含量小于3～5%。 （2）對(duì)揮發(fā)份的要求 燃料中如果揮發(fā)份含量高，則由于甲烷和焦油的含水兩增加而不僅會(huì)增加動(dòng)力燃料消耗，而且降低爐子的制氣能力影響氨的產(chǎn)量。因此，要求燃料中揮發(fā)份較低為宜。 （3）對(duì)灰份的要求 煤中含灰分其主要成份為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂等無機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)的含量對(duì)灰份有決定性影響?；曳莞叩娜剂?，不僅增加運(yùn)輸費(fèi)用，而且使氣化條件變得復(fù)雜，所以要求燃料中灰份較低為宜。 （4

24、）對(duì)硫份的要求 煤中的硫份在氣化過程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)管道有腐蝕作用，而且會(huì)使催化劑中毒。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程 特點(diǎn)，對(duì)含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去。 （5）對(duì)化學(xué)活性的要求 化學(xué)活性高的燃料，有利于氣體物質(zhì)和氣化率的提高。至于對(duì)氣化效率的影響，則因所選用的煤氣發(fā)生爐爐型不同而有所差異。 （6）對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求 機(jī)械強(qiáng)度高，以免燃料在爐內(nèi)或上料過程中受碰撞和擠壓而發(fā)生碎裂，機(jī)械強(qiáng)度低會(huì)使?fàn)t內(nèi)阻力和氣體帶出物增加，氣化能力下降，消耗增高。 （7）對(duì)熱穩(wěn)定性要求 熱穩(wěn)定性是指燃料在受高溫后粉碎的程度。熱穩(wěn)定性差的燃料，不僅增加炭阻力和氣體帶出物

25、，而且會(huì)堵塞爐膛和系統(tǒng)管道，增加動(dòng)力消耗，影響制氣產(chǎn)量。 （8）對(duì)粘結(jié)性的要求 粘結(jié)性是煤在高溫下干餾粘結(jié)的性能，粘結(jié)性較強(qiáng)的原料煤，氣化過程中煤相互粘結(jié)后生成焦，破壞燃料的透氣性，妨礙氣化劑的均勻分布，影響氣體成分和制氣產(chǎn)量。所以要求煤的粘結(jié)性較低為宜。 （9）對(duì)燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先對(duì)煤種要求是無煙煤，其次對(duì)粒度則要求采用塊煤和粉煤的成型，特別以23~50mm的粒度最好。 總之，對(duì)間歇式生產(chǎn)水煤氣，若要使生產(chǎn)取得良好的氣化指標(biāo)，應(yīng)采用熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)、粒度均勻、水分較少、灰分和揮發(fā)分不高，灰分熔點(diǎn)較高的原料，本設(shè)計(jì)采用無煙塊煤。 3.4 半水煤氣制氣原理

26、 固體燃料的氣化過程實(shí)際上主要是碳與氧的反應(yīng)和碳與蒸汽的反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)稱為固體燃料的氣化反應(yīng)。 表1 以空氣為氣化劑主要反應(yīng)方程 序號(hào) 反應(yīng)方程式 1 C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2） 2 C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2） 3 C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2） 4 2C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2 表2 以水蒸汽為氣化劑主要反應(yīng)方程式 序號(hào) 反應(yīng)方程式 1 C＋H2O（汽）=CO＋H2 2 C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2 3 CO＋2H2O（汽）=CO2＋

27、H2 4 2H2＋O2=2H2O（汽） 5 C＋H2=CH4 6 CO＋3H2=CH4＋H2O 7 CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽） 在氣化爐燃燒層中，炭與空氣幾水蒸汽的混合物相互作用時(shí)的產(chǎn)物稱為半水煤氣，其化學(xué)反應(yīng)按下列方程式進(jìn)行：2C＋O2＋3.76N2=2CO2＋3.76N2 C＋H2O（汽）=CO＋H2 這種煤氣的組成由上列兩反應(yīng)的熱平衡條件決定。由于半水煤氣是生產(chǎn)合成氨的原料氣，因此，要求入爐蒸汽與空氣（習(xí)慣上稱為氮空氣）比例恰當(dāng)以滿足半水煤氣中（CO＋H2）：N2=3要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中要求半水煤氣（CO＋H2）：N2≧3.2。 3.5 發(fā)生爐內(nèi)燃料

28、分布情況 在煤氣發(fā)生爐中固體燃料氣化過程，燃料與氣化呈相反方向和順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣化劑經(jīng)過燃料層時(shí)，進(jìn)行燃料的氣化反應(yīng)，同時(shí)伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的5個(gè)區(qū)層 （1） 干燥層 新加入的燃料由于下層高溫燃料和爐壁的輻射熱以及下面的高溫氣流的導(dǎo)熱，使燃料中的水分蒸發(fā)，形成干燥層，干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。 （2） 干餾層 干燥層下面溫度較高，燃料中的水分蒸發(fā)至差不多后，在高溫條件下，燃料便發(fā)生分解，放出揮發(fā)分，燃料本身也逐漸碳化，干餾層厚度小于干燥層。 灰渣層 氧化層 干餾層 干燥層 還原層 圖1燃料層分區(qū)示意

29、圖 （3）還原層 氣化劑從下面進(jìn)入碳層氧化區(qū)中已含有各種氣體成分，而在還原層里，主要進(jìn)行CO的還原反應(yīng)。 （4）氧化層 在這里層中，從下面來的空氣與彈反應(yīng)，生成碳的氧化物，因?yàn)檠趸俣容^快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時(shí)，在該層中還進(jìn)行碳與水蒸汽的氧化反應(yīng)。一般將還原層和氧化層通稱之為氣化區(qū)。 （5）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護(hù)爐。 必須指出，各層之間并沒有嚴(yán)格的界限，即沒有明顯的分層，各層高度隨燃料的種類性質(zhì)和氣化條件不同而異。見表3 3.6 各主要設(shè)備的作用 3.6.1 煤氣發(fā)生爐 在間歇法工藝中，用于生產(chǎn)半水煤氣的

30、發(fā)生爐主要為UGI水煤氣爐。我自行設(shè)計(jì)和制造了爐徑為Φ1500，Φ2260，Φ3000，Φ3600。等一系列半水煤氣爐，他們的結(jié)構(gòu)與UGI半水煤氣爐基本相同。 水煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)大致分為五個(gè)部分，起各部分的作用分?jǐn)⑷缦拢? （1）爐體 爐殼由鋼板焊制，上部襯有耐火磚和保溫磚硅藻磚，使?fàn)t殼免受高溫的損害。外面包有石棉制品隔熱保溫襯鑄剛護(hù)圈，內(nèi)部襯有耐火磚和隔熱層。 （2）夾套鍋爐 夾套鍋爐傳熱面積約為19m2。外壁包有石棉制品隔熱保溫層，防止熱量損失，夾套鍋爐的作用主要是降低氧化層溫度，以防止熔渣粘壁并副產(chǎn)蒸汽，夾套鍋爐兩側(cè)設(shè)有探火孔，用于測量火層，了解火層分布和溫度情況上部裝有液位計(jì)，

31、水位自動(dòng)調(diào)節(jié)器和安全閥等附件。 （3）底盤 底盤和爐殼通過大法蘭連成一體，用紫銅薄板包石棉布填料密封。底盤底部有氣體中心管與吹風(fēng)和下吹管線呈倒Y型連接，中心管下部裝有通風(fēng)閥和清理門。底盤兩側(cè)有灰斗，底盤上沒有溢流排污管和水封桶，可以排泄冷凝水和油污，并防止氣體外透，起安全作用。 （4）機(jī)械除灰裝置 包括能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的灰盤和爐條及固定不動(dòng)的會(huì)犁?；依绻潭ㄔ诔龌铱谏希盟c旋轉(zhuǎn)灰盤之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以減弱機(jī)械磨損。 （5）傳動(dòng)裝置 機(jī)械除灰裝置的旋轉(zhuǎn)是由電機(jī)提供動(dòng)力。通過減速箱蝸桿、蝸輪來完成的。傳動(dòng)裝置附有注油器，以減弱機(jī)械磨損。 表3 發(fā)生爐內(nèi)情況 區(qū)域 區(qū)域名稱用途及進(jìn)行的過

32、程 化學(xué)反應(yīng) Ⅰ 灰渣層 分配氣化劑，防止?fàn)t蓖受高溫的影響，在本區(qū)域中，借灰渣預(yù)熱氣化劑。 最終反應(yīng)： C＋O2＋3.76N2=CO2＋3.76N2 2C＋O2＋3.76N2=2CO＋3.76N2 Ⅱ 氧化層（燃燒層） 碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出熱量。 CO2＋C=2CO H2O＋C=CO＋H2 2H2O＋C=CO2＋2H2 Ⅲ 還原區(qū) 二氧化碳還原成一氧化碳或水蒸氣分解為氫，燃料依靠熱的氣體而被預(yù)熱。 Ⅳ 干餾區(qū) 燃料依靠熱氣體換熱進(jìn)行分解，并析出下列物質(zhì)：1水分；2醋酸、甲醇、甲醛及苯酚；3樹脂；4氣體（CO、CO2、H2S、C

33、H4、C2H4、氨氮和氫）。 Ⅴ 干燥區(qū) 依靠氣體的顯熱來蒸發(fā)燃料中的水分 Ⅵ 自由空間 起聚積煤氣的作用。 有時(shí)，煤氣中部分一氧化碳與蒸汽進(jìn)行反應(yīng)： H2O＋CO=CO2＋H2 3.6.2 燃燒室 燃燒室的上部都呈錐行，中部為柱體，內(nèi)襯有耐火磚及蓄熱用的格子磚。燃燒室的作用： （1）向吹風(fēng)氣添加二次空氣，使其中的CO等可燃物在其中燃燒，所生成的熱量被積蓄在格子磚內(nèi)。 （2）利用所蓄積的熱量，預(yù)熱下吹蒸汽和加氮空氣，提高 氣體的入爐溫度，提高分解率。 （3）除去煤氣中的細(xì)灰，以減少對(duì)廢熱鍋爐的損害。 氣體從下部入口切線方向進(jìn)室，避免直接沖撞室壁，以

34、減少對(duì)耐火磚的磨損，并使氣體在室內(nèi)分布均勻。燃燒室的頂蓋起著泄壓作用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸時(shí)，爆炸壓力超過蓋子彈簧的作用力，蓋子張開，降低壓力，避免設(shè)備損壞。 3.6.3 廢熱鍋爐 廢熱鍋爐主要用于回收吹風(fēng)氣和上行半水煤氣的顯熱，生產(chǎn)0.49-1。18Mpa的蒸汽，為制氣和其他用途提供一部分蒸汽來源。 煤氣生產(chǎn)中常用火管立式廢熱鍋爐，爐體為一直立的圓筒，用鋼板焊接，兩頭裝有鋼板封頭，內(nèi)部裝有若干根無縫鋼管。高溫氣從上而下與管間的水進(jìn)行逆流熱交換，汽水混合物從上循環(huán)管進(jìn)入氣包產(chǎn)生蒸汽。分離下來的 水及向氣泡補(bǔ)充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。進(jìn)爐氣體一般為500~700℃出爐后可降

35、至200℃左右。 由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時(shí)，鍋爐爐體傾斜7，用以促進(jìn)對(duì)流，使熱交換效率提高。 3.6.4 洗氣箱 洗氣箱的作用是防止水封以后的煤氣倒回煤氣爐和空氣發(fā)生爆炸，并兼冷卻除塵的作用。 洗氣箱的外行是一個(gè)具有圓筒行容器。半水煤氣進(jìn)口管浸入水面以下75~125mm，水至箱頂加入，不斷地從錐體部分的溢流管溢出。以保持一定的水面，起到安全水封的作用。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。 進(jìn)洗氣箱的煤氣溫度約200℃，出氣溫度為70℃左右，洗氣箱的冷卻水用量大，其冷卻作用主要靠水的蒸發(fā)，煤氣主要因失去顯熱而降溫。出洗氣箱

36、的煤氣已被飽和。 3.6.5洗滌塔 洗滌塔的作用是冷卻（降溫），冷凝（蒸汽）和除塵，它可采用噴塔，也可采用填料塔，其外形一般為柱形。煤氣由下部入塔，由上部出塔。由于進(jìn)塔煤氣被水汽飽和。所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。 3.6.6 煙囪 煙囪也是煤氣生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，其主要作用是排放廢氣，另還兼有封和除塵的作用。 3.6.7 自動(dòng)機(jī) 自動(dòng)機(jī)的作用在于通過自動(dòng)機(jī)的程序控制，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 自動(dòng)機(jī)把高壓水按時(shí)送到煤氣爐各系統(tǒng)各個(gè)自動(dòng)液壓閥門，是閥門按照工藝循環(huán)的要求準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)備啟動(dòng)，準(zhǔn)確控制和調(diào)節(jié)，保證

37、生產(chǎn)穩(wěn)定和安全。 3.7 間歇式制半水煤氣的工藝條件 選擇生產(chǎn)工藝條件時(shí)，要求氣化效率高，爐子生產(chǎn)強(qiáng)度大，煤氣質(zhì)量好，氣化效率指制得半水煤氣所具有的熱值與制氣投入的熱量之比。投入的熱量包括氣化所消耗的燃料熱值和氣化劑帶入的熱量（后者主要指蒸汽的潛熱）。他是用來表示氣化過程中的熱能利用率。氣化效率高，燃料利用率高，生產(chǎn)成本低。氣化效率用X表示： X=Q半/(Q燃＋Q蒸)100% 式中：Q半----------半水煤氣的熱值 Q燃-------------------消耗燃料的熱值 Q蒸-------------------消耗蒸汽的熱值 生產(chǎn)強(qiáng)度是指每平方米

38、爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以煤標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。煤氣質(zhì)量則根據(jù)生產(chǎn)要求以熱值或以指定成分要求來衡量。為了保存以上的要求，氣化過程的工藝條件有： 3.7.1 溫度 反應(yīng)溫度沿著燃料層高度而變化，其中氧化層溫度最高。操作溫度一般主要是指氧化層的溫度，簡稱爐溫。爐溫高，反應(yīng)速度快，蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。但爐溫高，吹風(fēng)氣中一氧化碳含量高，燃燒發(fā)熱少，熱損失大。此外，爐溫還受燃料及灰渣熔點(diǎn)的限制，高溫熔融將造成爐內(nèi)結(jié)疤。故爐溫通常應(yīng)比灰熔點(diǎn)低50℃左右，工業(yè)上采用爐溫范圍1000~1200℃。 3.7.2 吹風(fēng)速度 提高爐溫的主要手段是增加吹風(fēng)速度和延長吹風(fēng)時(shí)間。后者使制氣

39、時(shí)間縮短，不利于提高產(chǎn)量，而前者對(duì)制氣時(shí)間無影響，通過提高吹風(fēng)速度，迅速提高爐溫，縮短二氧化碳在還原層的停留時(shí)間。以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。吹風(fēng)速度以下不使炭層出現(xiàn)風(fēng)洞為限。 3.7.3 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤氣產(chǎn)量與質(zhì)量的重要手段之一。蒸汽流量越大，制氣時(shí)間愈長，則煤氣產(chǎn)量愈大。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。當(dāng)燃料活性好。爐溫高時(shí)，加大蒸汽流量可加快氣化反應(yīng)，煤氣產(chǎn)率和質(zhì)量也得到提高。但同時(shí)因燃料層溫下降快而應(yīng)縮短吹入蒸汽的時(shí)間。但燃料活性較低時(shí)，宜采用較小的蒸汽流量和較長的送入時(shí)間。 3.7.4 燃料層高度 在制氣階段，較高的燃料層將使水蒸汽停留時(shí)間加長

40、，而且燃料層溫度較為穩(wěn)定，有利于提高蒸汽分解率，但在吹風(fēng)階段，由于空氣與燃料接觸時(shí)間家長，吹風(fēng)氣中CO含量增加，更重要的是，過高的燃料層由于阻力增加，使輸送空氣的動(dòng)力消耗增加。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粒度較大、熱穩(wěn)定性較好的燃料，可采用較高的燃料層，但對(duì)顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。 3.7.5 循環(huán)時(shí)間 制氣過程一個(gè)循環(huán)時(shí)間包括五個(gè)階段時(shí)間，各階段的時(shí)間分配要根據(jù)燃料性質(zhì)，氣化劑配分比和煤氣組成的要求而定，一個(gè)循環(huán)時(shí)間短時(shí)，爐溫的波動(dòng)小，煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量也較穩(wěn)定，故循環(huán)時(shí)間不宜長，但氣化活化較低的燃料時(shí)，因反應(yīng)速度慢，應(yīng)采用較長的循環(huán)時(shí)間。 3.7.6 氣體成分 主要調(diào)節(jié)半水煤氣

41、中（H2+CO）與N2比值。方法是改變加氮?dú)猓蚋淖兛諝獯祪魰r(shí)間。在生產(chǎn)中還應(yīng)經(jīng)常注意保持半水煤氣中低的氧含量（≤0.5%），否則將引起后序工段的困難，氧含量過高還有爆炸的危險(xiǎn)。 3.8 生產(chǎn)流程的選擇及論證 根據(jù)水煤氣生產(chǎn)工藝流程中廢熱利用的程度，可分為五類： 1.不回收廢熱的流程： 吹風(fēng)直接放空，上下行煤氣直接進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)，故其熱效率差。一般為小型水煤氣站采 2.只利用吹氣特點(diǎn)持有熱的流程： 該流程在吹風(fēng)階段，將吹風(fēng)氣通過燃燒室，同時(shí)向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風(fēng)氣中的在燃燒室中燃燒，蓄熱，高溫燃燒后廢熱鍋爐的收熱量后放空。上行、下行煤氣直接進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)，不進(jìn)行熱量回

42、收。 3.利用吹氣持有熱和上行煤氣顯熱的流程 這是我國目前廣泛使用的一類流程，它可使大部分的廢熱得以回收利用。此流程適用于爐徑大于2740mm。 4.完全利用吹風(fēng)氣所持有熱及上、下行煤氣顯熱的流程 該流程與流程（3）的差別僅在于下行煤氣的顯熱亦于回收，廢熱的回收利用程度最高，廢熱鍋爐的溫度波動(dòng)較小，蒸發(fā)量也較穩(wěn)定。 5.增熱水煤氣流程 在水煤氣生產(chǎn)中，用油裂解來提高煤氣熱值的方法稱為增熱，它的熱值高達(dá)16.7到18.8MJ/m3。但CO含量高達(dá)30%以上，故它不宜單獨(dú)作為城市煤氣，但可作為城市煤氣的補(bǔ)充氣源以備調(diào)峰之用。 綜上所述，以（2）和（3）兩種流程為最佳，流程（4）效率高

43、于（3）、（4）中由于加了回收下行煤氣顯熱，使得閥門和管道增多，操作變得復(fù)雜，投資增加，且由于煤氣溫度不高于200℃，從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，流程（3）比流程（4）更為實(shí)用，本設(shè)計(jì)采用流程（3）。 3.9 間歇式氣化的工作循環(huán) 常壓固定床法制半水煤氣其工藝流程氣化過程按5個(gè)階段分別敘述如下： （1）吹風(fēng)階段 來自鼓風(fēng)機(jī)的加壓空氣送入煤氣發(fā)生爐底部，經(jīng)與燃料層燃燒放出大量的熱量儲(chǔ)存于炭層內(nèi)，生成吹風(fēng)氣由爐頂出，經(jīng)旋風(fēng)除塵 器除去灰塵后，進(jìn)入廢熱鍋爐的管間的水換熱，水受熱蒸汽產(chǎn)生的低壓蒸汽經(jīng)氣包蒸汽管道可供本爐制氣用。吹風(fēng)氣被冷卻降溫后出廢熱鍋爐，由煙囪放空。 （2）上吹制氣階段 蒸汽與加氮

44、空氣一起自爐底送入，經(jīng)與灼熱的燃燒層反應(yīng)后，氣體層上移，爐溫下降，生成半水煤氣由爐頂引出除去帶出灰塵。進(jìn)入廢熱鍋爐回收氣體中的顯熱后進(jìn)入洗氣箱至洗氣塔洗凈和冷卻至常溫由洗氣塔上部引出送出氣柜。 （3）下吹制氣階段 蒸汽自爐頂送入，經(jīng)灼熱的氣化層反應(yīng)，氣化層下移，爐溫繼續(xù)下降，生成的水煤氣由爐底引出，因下行煤氣通過灰渣層降低溫度，不再進(jìn)入廢熱鍋爐直接進(jìn)入洗氣箱、洗氣塔洗凈降溫，由塔頂引出至氣柜。 （4）二次吹氣階段 基本同一次上吹制氣階段，但不加入氮空氣，其目的在于置換下部及管道中殘存的煤氣，防止爆炸現(xiàn)象。 （5）吹凈階段 其工藝流程同上吹制氣階段，但不用蒸汽而改用空氣，以回收系

45、統(tǒng)中的煤氣至氣柜。 以上5個(gè)階段的工作循環(huán)，由液壓或氣壓兩種形式自動(dòng)機(jī)控制，目前正在發(fā)展成微型程序制代替自動(dòng)機(jī)控制。 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向如圖所示。閥門開閉情況見表4 圖2 間歇制半水煤氣各階段氣體流向圖 表4 各階段閥門開啟情況 階段 閥門開閉情況 1 2 3 4 5 6 7 吹風(fēng) O X X O O X X 一次上吹 X O X O X O X 下吹 X X O X X O O 二次上吹 X O X O X O X 空氣吹凈 O X X O X O X 注：O---

46、閥門開啟：X------閥門關(guān)閉 3.10 間歇式制半水煤氣工藝流程 如附圖1所示，固體燃料由加料機(jī)從爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風(fēng)時(shí)，空氣鼓風(fēng)機(jī)自下而上通過燃料層，吹風(fēng)氣經(jīng)燃燒室及廢熱量后由煙囪放空。燃燒室中加入二次空氣，將吹風(fēng)氣中的可燃?xì)怏w燃燒，使室內(nèi)的格子蓄熱磚溫度升高。燃燒室蓋子具有安全閥作用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸時(shí)可泄壓，以減輕設(shè)備的破壞。蒸汽上吹制氣時(shí)，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經(jīng)洗氣箱及洗滌塔進(jìn)入氣柜。下吹制氣時(shí)，蒸汽從燃燒室頂部進(jìn)入，經(jīng)預(yù)熱后自上而下流經(jīng)燃料層。由于煤氣溫度較低，可直接由洗氣箱經(jīng)洗滌塔進(jìn)入氣柜。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同。空氣吹凈時(shí)，氣體經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、

47、洗氣箱和洗滌塔進(jìn)入氣柜，此時(shí)燃燒室不必加入二次空氣，在上、下吹制氣時(shí)，如配入加氮空氣，則其送入時(shí)間應(yīng)稍遲于水蒸汽的送入，并在蒸汽停送之前切斷，以避免空氣與煤氣相遇而發(fā)生爆炸。燃料氣化后，灰渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐蓖由刮刀刮入灰箱，定期排出爐外。 4 工藝計(jì)算 4.1 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 方法：實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算法 實(shí)際計(jì)算法是以實(shí)測煤氣組成為依據(jù)的計(jì)算法，采用此法計(jì)算時(shí)，首先將氣化煤進(jìn)行試燒，以得到準(zhǔn)確的煤氣組成分析數(shù)據(jù)。 已知條件的確定: 表5 入爐煤組成，重量% C H O N S A W 合計(jì) 78.13 1.32 0.43 0.77 0.5

48、1 13.24 5.6 100 燃燒熱值 28476kJ/㎏ 1. 吹風(fēng)氣組成，體積% 表6 吹風(fēng)氣組成， 體積% CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 16.55 0.35 6.56 3.34 0.76 72.45 100 0.85g/Nm3 2. 半水煤氣真正組成，體積% 表7 半水煤氣組成， 體積% CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 7.5 0.20 32.10 44 0.54 16.66 100 1.45g/Nm3 3.各物料進(jìn)出爐的溫度 空氣25℃;相對(duì)濕度

49、80%，空氣含水汽量0.0213kg（水汽）/kg（干汽）； 吹風(fēng)氣，上行煤氣流600℃；下吹煤氣200℃；灰渣200℃； 上行蒸汽120℃；飽和蒸汽的焓2730kJ/kg； 下吹蒸汽550℃；過熱蒸汽的焓3595kJ/kg； 3. 生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間%，時(shí)間（S） 表8 生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間 吹風(fēng) 上吹 下吹 二次上吹 吹凈 合計(jì) 26 26 36 8 4 100 46.8s 46.8s 64.8s 14.4s 7.2s 180s 5.計(jì)算基準(zhǔn)：100kg入爐燃料 6.帶出物數(shù)量及其組分 帶出物數(shù)量：2kg絕對(duì)干料 帶出物組分及各組分重量 表9

50、帶出物數(shù)量及其組分 元素 組成，重量% 各組分重量，kg C 82.5. 20.8250=1.65 H 1.66 20.0166=0.03 O 0.47 20.0047=0.01 N 0.80 20.008=0.02 S 0.57 20.0057=0.01 灰分 14.00 20.14=0.28 合計(jì) 100 2 帶出物熱值30030kJ/㎏ 摘自 鐘蘊(yùn)英、關(guān)夢嬪、崔開仁、王惠中編 .煤化學(xué). 7.灰渣組成及其各組分重量 灰渣組成。重量% C S 灰分 合計(jì) 14.60 0.3

51、85.2 100 灰渣重量（按灰分平衡計(jì)算），kg （13.24-0.28）0.852=15.2 灰渣各組分重量，kg C 15.20.146=2.2 S 15.20.003=0.05 灰分 15.20.852=12.95 合計(jì)：15.2 8.燃料氣化后轉(zhuǎn)入煤氣中的元素量，kg C 78.13－（1.65＋2.20）=74.28 H 1.32＋（5.62）/18－0.03=1.91 O 0.43＋（5.616）/18－0.01=5.40 N 0.77－0.02=0.75 S 0.51－（0.01＋0.05）=0.45

52、 合計(jì)：82.8 計(jì)算誤差==[100－（82.8＋15.2＋2）]/100100%=0% 4.2 物料及熱量衡算 吹風(fēng)階段的計(jì)算： （物料衡算）1. 每Nm3吹風(fēng)氣中含有的元素量，kg C [12（0.1655＋0.0656＋0.0076）]/22.4=0.128 H [2（0.0334＋0.00762）]/22.4＋0.000852/34=0.00438 O [32（0.0035＋0.1655＋0.06560.5）]/22.4=0.288 N 28/22.40.7245=0.906 S 0.0008532/34=0.0008 2. 由碳平衡計(jì)算吹

53、風(fēng)氣量：74.28/0.128=580Nm3 3. 由氮平衡計(jì)算空氣用量：[5800.906－（0.77－0.02）]/（0.7928/22.4）=530m3 空氣帶入水汽量 ： 5301.2930.0213=14.6（1.293為空氣密度） 4. 氫平衡（以千克計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)：a。燃料帶入氫量： 1.91 b．空氣中水蒸汽帶入氫量：14.62/18=1.62 合計(jì)： 3.53 出項(xiàng)： a.吹風(fēng)氣中含氫量：5800.00438=2.54 b.吹風(fēng)氣中水汽含量：3.53－2.54=0.99 合計(jì)：3.53 吹風(fēng)氣中水汽含量：0.9918/2=8.91 每標(biāo)準(zhǔn)m3吹風(fēng)

54、氣中水汽含量：8.91/580=0.0154 5．氧平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： a.燃料帶入氧量； 空氣中氧量： 5.40 b.空氣中含氧量： 5300.2132/22.4=159 c.空氣中水汽含氧量： 14.616/18=12.98 d.合計(jì)： 177.38 出項(xiàng)： a.吹風(fēng)氣中氧量：5800.288=167.04 b.吹風(fēng)氣中水汽含氧量：8.9116/18=7.92 c.合計(jì)：174.96 誤差：（177.38－174.96）/177.38100%=1.36% 6．硫平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)：燃料帶入硫量：0.45 出項(xiàng)：吹

55、風(fēng)氣中含硫量：5800.0008=0.46 誤差：（0.45－0.46）/0.45100%=2.2% 熱量衡算： 1. 進(jìn)項(xiàng)（以kJ計(jì)） （1）燃料熱值：10028476=2847600 （2）燃料顯熱：100251.05=2625（1.05為燃料的比熱）摘自郭樹才編.煤化工工藝學(xué). （3）干空氣顯熱：530251.30=17225（1.30為空氣的比熱） （4）空氣中水汽的焓：14.62562.84=37418 合計(jì)：2904868 2. 出項(xiàng)（以kJ計(jì)） （1）吹風(fēng)氣熱值：5801180.78=684852 1 m3吹風(fēng)氣熱值為：128100.0334＋12684

56、0.0656＋399840.0076=1180.78 （2） 干吹風(fēng)氣顯熱：5801.408600=489984 0.16552.066＋0.00351.420＋0.06561.360＋0.03341.302＋0.00762.255＋0.72451.352 =1.408kJ/ m3℃ （3）吹風(fēng)氣中水汽的焓：8.913696=32931（32931為600℃時(shí)過熱蒸汽的焓） （4）帶出物熱值：300302=60060 28164.6/（1－0.056）=29835.38 （5）帶出物顯熱：21.05600=1260（1.05為燃料的比熱）摘自《煤化學(xué)》 鐘蘊(yùn)英、關(guān)夢嬪、崔開仁

57、、王惠中編 （6）灰渣中可燃物熱值：34020220＋105000.05=75369 （34020，10500分別為碳和硫的發(fā)熱值） （7）灰渣顯熱：15.20.94200=2858 （0.94為灰渣的比熱） （8）熱損失（取燃料發(fā)熱量的8%） 28476000.08=227808 （1）～（8）合計(jì)：1575121 （9）積蓄在煤層中的熱量：2904868－1575121=1329747 3．吹風(fēng)效率：1329747/2847600100%=46.6% 4. 熱量平衡表： 表10熱量平衡表（kJ） 進(jìn)項(xiàng) 出項(xiàng) 燃料熱值 2847600 吹風(fēng)氣熱值

58、684852 燃料顯熱 2625 干吹風(fēng)氣顯熱 489984 干空氣顯熱 17225 吹風(fēng)氣中水汽的焓32931 空氣中水汽的焓 37418 帶出物熱值 60060 帶出物顯熱 12600 灰渣中可燃物熱值 75369 灰渣顯熱 2858 熱損失 227808 積蓄在煤層中的熱量 132974 合計(jì) 2904868 合計(jì) 2904868 4.3制氣階段的計(jì)算（以100kg入爐燃料為基準(zhǔn)） 4.3.1 物料衡算 1.每Nm3半水煤氣中含有的元素量，kg C=12/22.4（0.075＋0.321＋0.00

59、54）=0.215 H=2/22.4（0.43＋20.005）＋2/340.00145=0.0390 O=32/22.4（0.002＋0.075＋0.3210.5）=0.340 N=28/22.40.1666=0.2083 S=32/340.00145=0.00136 2.由碳平衡計(jì)算半水煤氣產(chǎn)量： 74.28/0.215=344N m3 3.由氮平衡計(jì)算氮空氣用量： （3440.2083－0.75）/（0.7928/22.4）=72N m3 氮空氣中含水汽量： 721.2930.0213=1.982 4.氫平衡 已知和假設(shè)數(shù)據(jù) 上行半水煤氣產(chǎn)量為XNm3 上行半水

60、煤氣中含水蒸汽量為0.25kg/N m3 上、下吹蒸汽用量相等各為Wkg 下行半水煤氣產(chǎn)量為（344－X）Nm3 下行半水煤氣中含水蒸汽量為0.42kg/ Nm3 為方便計(jì)算，假設(shè)上、下吹氣體成分相同，上、下吹氮空氣作為均勻加入計(jì)。 上行制氣階段氫平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： （a）燃料帶入氫量： 1.91X/344=0.00555 水蒸汽帶入氫量： W2/18=W/9 （b）氮空氣中水蒸汽含氫量： 1.9822/18X/344=0.00064X 合計(jì)： W/9＋0.0062X 出項(xiàng)： （1）半水煤氣中氫量：0.0390X （2） 半水煤氣中水汽含氫量：（0.25

61、2/18）X=0.0278X 合計(jì)：0.067X 平衡：W/9＋0.0062X=0.067X W=0.556X--------------------------（1） 下行制氣階段氫平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： （1）燃料帶入氫量 1.91－0.00555X （2）蒸汽帶入氫量 W2/18=W/9 （3）氮空氣中水汽含氫量：1.9822/18－0.00064X=0.22－0.00064X 合計(jì)：W/9＋2.13-0.0062X 出項(xiàng)： a．半水煤氣中氫量 （344－X）0.0390=13.42－0.0390X b.半水煤氣中水汽含氫量 （0.422

62、/18）（344－X）=16.05－0.047X 合計(jì)：29.47－0.086X 平衡：W/9＋2.13－0.0062X=29.47－0.086X W=246－0.78X---------------------------（2） 解方程（1）和（2）得： X=184 W=102.4 由此得： 上行半水煤氣產(chǎn)量：184N m3 上行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)：184/344100%=53.4% 下行半水煤氣產(chǎn)量：344－184=160 下行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)：160/344100%=46.

63、6% 上行半水煤氣中水蒸汽量0.25184=46kg 下行半水煤氣中水蒸汽汽量：0.42160=67.2 46＋67.2=113.2 蒸汽總耗量：102.42=204.8kg 上吹蒸汽分解率： （102.4－46）/102.4100%=55.08% 下吹蒸汽分解率： （102.4－67.2）/102.4100%=34.38% 平均蒸汽分解率： [204.8－（46＋67.2）]/204.8100%=44.73% 5.氧平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： （1）燃料中帶入氧量：5.40 （2）蒸汽帶入氧量：204.816/18=182.04

64、 （3）氮空氣中氧含量：720.2132/22.4=21.6 （4）氮空氣中水汽含氧量：1.98216/18=1.76 合計(jì)：210.80 出項(xiàng)： （1）半水煤氣中氧量：3440.34=118.96 （2）半水煤氣中水汽含氧量：（67.2＋46）16/18=100.62 合計(jì) 211.42 誤差：（211.42－210.80）/210.80100%=0.29% 6．硫平衡（以kg計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： 燃料帶入硫量：0.45 合計(jì)0.45 出項(xiàng)： 半水煤氣中含硫量：3440.00136=0.47 4.3.2 熱量衡算 1. 進(jìn)項(xiàng)（以kJ計(jì)）： (1) 燃料熱

65、值：10028476=2847600 (2) 燃料顯熱：100251.05=2625 (3)蒸汽的焓：102.42730＋102.43595=647680 （2730 、 3595分別為上行蒸汽和下行蒸汽的焓）摘自梅安華主編.小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊.（上冊） (4)干氮空氣顯熱：72251.30=2344（1.30為空氣的比熱） (5)氮空氣中水汽的焓：1.9822564=5081 （2564為水蒸汽的焓） 合計(jì)：3505330 2.出項(xiàng)： （1）半水煤氣熱值：3449795.77=3369746 1標(biāo)準(zhǔn)m3半水煤氣熱值為：128100.43＋126840.321＋3

66、99840.0054=9795.77 （2）干半水煤氣的顯熱：1841.223600＋1601.346200=178091 上行半水煤氣比熱： 0.0752.06＋0.0021.42＋0.3211.36＋0.431.31＋0.00542.26＋0.16661.35=1.223kJ/ m3℃ 下行半水煤氣比熱： 0.0751.81＋0.0021.34＋0.3211.31＋0.431.30＋0.00541.76＋0.16661.31=1.346kJ/ m3℃ （1）半水煤氣中水汽的焓：463696＋67.22890=364224 （3696、2890分別為600 ℃和200 ℃蒸汽的焓）摘自.《煤化工工藝學(xué)》 郭樹才編 （2）帶出物熱值：300302=60060 （3）帶出物顯熱：6001.052=1