(完整版)年產(chǎn)30萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1、年產(chǎn) 30 萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)The Design of Producing Coal Gas about Synthe sis ofAmmonia 300000ta目錄摘要 .IAbstract .I I引言 .1第一章 緒論 .21.1煤氣化發(fā)展史 .21.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .4第二章 生產(chǎn)方法的選擇 .52.1 生產(chǎn)方法的介紹 .52.1.1固定床氣化法 .52.1.2流化床氣化 .62.1.3氣流床氣化 .72.2生產(chǎn)方案的選擇及論證 .7第三章常壓固定床間歇?dú)饣?.83.1固定床氣化法的特點(diǎn) .83.2半水煤氣定義 .83.3半水煤氣制氣原理 .83.3.1煤氣發(fā)生爐構(gòu)造及

2、氣化反應(yīng)的分區(qū).83.3.2制氣原理 .93.4生產(chǎn)半水煤氣對固體原料性能的要求.103.5間歇式制半水煤氣的工藝條件 .123.6生產(chǎn)流程的選擇及論證 .143.7間歇式氣化的工作循環(huán) .153.8間歇式制半水煤氣工藝流程 .163.9各主要設(shè)備簡介 .173.9.1煤氣發(fā)生爐 .173.9.2燃燒室 .183.9.3廢熱鍋爐 .193.9.4洗氣箱 .193.9.5洗滌塔 .193.9.6煙囪 .203.9.7自動(dòng)機(jī) .20第四章 工藝計(jì)算 .204.1已知條件 .204.2物料及熱量衡算 .234.2.1吹風(fēng)階段的計(jì)算 .234.2.2制氣階段的計(jì)算 .264.2.3總過程計(jì)算 .304

3、.3配氣計(jì)算 .344.4消耗定額 .354.5吹凈時(shí)間核算 .354.6廢熱鍋爐的熱量衡算 .354.6.1已知條件 .354.6.2熱量衡算 .374.6.3熱量平衡和總固體平衡 .414.7夾套鍋爐的物料及熱量衡算 .424.7.1已知條件 .424.7.2 產(chǎn)氣量及消耗量計(jì)算 .42第五章 設(shè)備計(jì)算選型 .435.1煤氣爐指標(biāo) .435.2煤氣臺(tái)數(shù)的確定 .465.3空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型及臺(tái)數(shù)確定 .465.4廢熱鍋爐的選型 .47結(jié)論 .48致謝 .錯(cuò)誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn) .49年產(chǎn) 30 萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)摘要： 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)能力為30 萬噸合成氨造氣工段（半水煤氣）的工藝

4、設(shè)計(jì)，造氣工段是獲得合成氣的首要工段。本設(shè)計(jì)首先簡單介紹了合成氨工業(yè)，闡述了煤氣化的發(fā)展歷程和方法。介紹了半水煤氣的定義和制氣原理，以及常見的生產(chǎn)方法和工藝流程。結(jié)合我國合成氨現(xiàn)狀及生產(chǎn)成本綜合考慮， 本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇制氣法, 塊煤送入造氣爐制氣，工藝流程選擇利用吹風(fēng)氣持有熱和上行煤氣顯熱的流程。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)資料對工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，先對煤氣發(fā)生爐的的吹風(fēng)階段、制氣階段和總過程進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，從而確定了煤氣爐的型號(hào)，并對廢熱鍋爐和鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算和選型。關(guān)鍵詞：合成氨；半水煤氣；工藝設(shè)計(jì)The Design of Producing Coal Gas abo

5、utSynthesis of Ammonia 300000tasynthetic ammonia syngas production (semi-water gas) process design, syngas production is the primary section to obtain syngas. First, a brief introduction to the design of synthetic ammonia industry, describesthe methods. Introduces the definition and principles of se

6、mi-water gas gas, as well as common production methods and processesConsidering. the current situation of our country and costs of ammonia production,atmospheric fixed bed intermittent method is used in this design, lump coal into gas furnace gas, rocess Blown of using process of the designcalculate

7、d through accessing to relevant documents and design information, first , material balance and calculated for gas furnace blower stage gas phase and the total process in order to determine the gas stove models, and waste and selection.Key words：synthesis ammonia; semi-water gas; technology design引 言

8、本設(shè)計(jì)說明書是年產(chǎn)30 萬噸合成氨廠造氣工段的初步設(shè)計(jì)。氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，它是一種重要的化工原料，現(xiàn)在約有 80% 的氨用來制造化學(xué)肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)，隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其他化工產(chǎn)品的氨用量也在增長，在化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)已成為重要的支柱產(chǎn)業(yè) 1。為了生產(chǎn)合成氨， 首先必須提供原料氮和氫。傳統(tǒng)的制氮方法是在低溫下將開啟液化、分離，以及水電解制氫。由于電解制氫法耗能大，成本高，所以大都還是采用高溫下將各種燃料與水蒸氣反應(yīng)制氨。因此合成氨生產(chǎn)的初始原料是焦炭、煤、焦?fàn)t氣、天然氣、石腦油、重油等。除

9、電解水方法以外，不管用什么原料得到的粗原料氣中都含有硫化合物、一氧化碳、二氧化碳等。因此，在把粗原料氣送去氨合成以前需將這些雜質(zhì)徹底除去。這樣，合成氨生產(chǎn)的原料氣過程就包括下述主要步驟 2：一是造氣，即制備含 H 2 和 CO 等組分的煤氣；二是凈化，即采用各種凈化方法，除去氣體中的灰塵、H 2S、有機(jī)硫化物、 CO 、CO 2 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?；三是壓縮和合成，即將氮?dú)浠旌蠚饨?jīng)過壓縮至15Mpa 以上，借助催化劑合成氨。我國合成氨工業(yè)原料路線實(shí)行煤、氣、油并舉的方針，但由于過去的中小型廠多采用煤為原料，全國現(xiàn)有1000 多家大中小型以煤為原料的合成

10、氨廠 3。中國煤炭煤炭資源占很大比重現(xiàn)已探明的可采儲(chǔ)量為8000多億噸，產(chǎn)量居世界第一。又隨著油價(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，所以在短時(shí)期內(nèi)中國仍不會(huì)改變以煤和焦炭為主的原料路線。合成氨造氣，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、氣化和燃燒三部分。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，這主要因?yàn)槊簹饣h(huán)

11、節(jié)往往在總投資及生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的比重?？傊?，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)，對加快我國實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化有著重要的意義。第一章緒論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的過程

12、稱氣化。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)。這些早期的煤氣化技術(shù)大都使用塊煤和小粒煤為原料制合成氣，如各種常壓移動(dòng)床氣化爐、溫克勒氣化爐和 K-T 爐氣化爐等氣化方法，通稱為第一代煤氣化工藝。進(jìn)入 20 世 50 年代后期，由于石油、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

13、氣化方法和氣化爐型應(yīng)運(yùn)而生。80 年代后，煤氣化技術(shù)取得了重大成果并進(jìn)行了商業(yè)化運(yùn)行。采用先進(jìn)的氣流床反應(yīng)器，以干粉煤或水煤漿為原料，加壓氣化，如Texaco法、Shell46法和液態(tài)排渣魯奇爐氣化等，通稱為第二代煤氣化工藝。目前成熟工業(yè)化的氣化技術(shù)主要有三個(gè)：首先是固定床煤氣化技術(shù)，可分為常壓與加壓兩種。固定床氣化典型工藝有常壓 UGI 爐，加壓 Lurgi 爐等幾種。 Lurgi 加壓煤氣化技術(shù)成熟可靠，適合處理灰分高、水分高的塊狀褐煤，主要用于城市煤氣的生產(chǎn)。其次是流化床氣化技術(shù)，氣化過程中，燃料與氣化劑逆流接觸，當(dāng)氣流速度達(dá)到一定程度時(shí)，床層膨脹，顆粒被氣流懸浮起來。與固定床相比，流化

14、床氣化技術(shù)具有入爐煤加工要求低、氣化原料粒度小，床內(nèi)混合劇烈，爐內(nèi)脫硫，氣化效率和氣化強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。流化床煤氣化可以直接利用碎粉煤，不用加工成形，備煤加工費(fèi)最低，正符合煤炭機(jī)械化開采水平提高后粉煤率增加的特點(diǎn)。流化床內(nèi)物料、溫度均勻，便于操作控制，爐內(nèi)存在的大量可燃物可保證生產(chǎn)的安全性，并且爐內(nèi)溫度足以裂解煤熱解中產(chǎn)生的高烴類物質(zhì)，簡化了煤氣凈化及污水處理工藝，對煤的灰含量敏感性不大，適合于高灰劣質(zhì)煤的利用。最后是氣流床氣化技術(shù)，氣流床是指在固體燃料氣化過程中，氣化劑將煤粉夾帶進(jìn)入氣化爐，進(jìn)行并流式燃燒和氣化反應(yīng)。受反應(yīng)區(qū)空間的限制，氣化反應(yīng)必須在數(shù)秒完成。煤和氣化劑的相對速度很低，氣化反應(yīng)朝

15、著反應(yīng)物濃度降低的方向進(jìn)行。氣流床氣化采用粉煤氣化使煤的比表面積比大大增加，對提高熱、質(zhì)傳遞速率，氣化壓力為數(shù)十大氣壓，床內(nèi)煤粉體積僅占2%左右，煤粒各自被氣流隔開，在固定床、流化床中有重要影響的自由膨脹系數(shù)等煤的物理性質(zhì)差異對氣化過程已沒有影響7。已工業(yè)化的氣流床爐型有：常壓氣流床粉煤氣化；粉煤加壓氣化（Shell 煤氣化）等，并且煤粉進(jìn)料的 Shell 氣化爐則占工業(yè)化裝置的20% 左右。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀近年來國內(nèi)外大力發(fā)展先進(jìn)煤氣化技術(shù)，煤氣化將來發(fā)展的總趨勢可歸納以下幾點(diǎn)：1、提高煤氣化操作壓力和操作溫度，幾乎各種類型的新開發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化的工藝。2、拓寬煤種適應(yīng)性，氣化

16、原料煤種向多樣化、固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。3、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。但由于受制造、運(yùn)輸、安裝等客觀因素的限制，必須在有限的設(shè)備尺寸上，通過提高單位時(shí)間單位體積的處理能力和處理效率實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效，其途徑只能是：提高溫度、增加壓力、強(qiáng)化混合。因此大規(guī)模高效煤氣化過程必須在極為苛刻的高溫（13001700 ）、高壓（ 3.08.5MPa ）和多相流動(dòng)條件下進(jìn)行，由此產(chǎn)生了一系列需要解決的技術(shù)問題。4、實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化與合理回收回收煤氣顯熱的技術(shù)有兩種，即激冷工藝和廢熱鍋爐工藝，前者特別適合于煤基化學(xué)品的生產(chǎn)，后者更適合于 IGCC 發(fā)電 8。激冷工藝設(shè)備簡單，

17、 投資省，但能量回收效率低。廢熱鍋爐熱量回收效率高，但設(shè)備龐大，投資巨大，以Shell 技術(shù)為例，日處理 1000 t 煤氣化爐廢熱鍋爐高達(dá)50 余米，投資 1.5 億元以上，因此開發(fā)新的熱量回收技術(shù)勢在必行?？傊捎诟鲊匀毁Y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。對于我國經(jīng)過長期的開發(fā)、引進(jìn)、消化和吸收，我國煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)也取得了重要進(jìn)展，然而由于諸多主客觀因素的限制，國際上先進(jìn)的煤氣化技術(shù)多為國外公司所壟斷，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，開發(fā)高效率的煤氣化技術(shù)，掌握和運(yùn)用國內(nèi)外的

18、先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，提高行業(yè)競爭力和保障國家的能源安全，以滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤炭清潔利用的迫切需求。第二章生產(chǎn)方法的選擇2.1 生產(chǎn)方法的介紹煤氣化法按不同的分類有多種，分?jǐn)⑷缦?：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 8347kJm3；（ 2）制取中熱值煤氣方法，煤氣熱值 1674733494kJm3；（ 3）制取高熱值煤氣方法，煤氣熱值高于 33494kJm3。2.按供熱方式分類，氣化過程的供熱方式有（1）蓄熱法；（2）富氧空氣氣化法；（3）外熱法。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。本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方

19、法來分別簡要介紹各種方法。2.1.1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

20、 -水蒸汽或空氣 -水蒸汽為氣化劑，在 2.0-3.0Mpa 和 9001100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 5%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)

21、加入氣化爐內(nèi)。白云石、石灰石或石灰經(jīng)給料機(jī)輸入爐內(nèi)。煤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)一步冷卻和除去。（ 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）加氫氣化法所謂加氫氣化就是在煤氣化過程

22、中直接用氫或富含H 2 的氣體作為氣化劑，生成富含CH 4 的煤氣化方法，其總反應(yīng)方程式可表示為：煤H 2CH4焦2.1.3氣流床氣化它是一種并流氣化，用氣化劑將粒度為100um 以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi)，也可將煤粉先制成水煤漿，然后用泵打入氣化爐內(nèi)。煤料在高于其灰熔點(diǎn)的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)和氣化反應(yīng)，灰渣以液態(tài)形式排出氣化爐。它有以下兩種方法：（ 1）KT 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）德士古法它是一種濕法（水煤漿）進(jìn)料的加壓氣化工藝，氣化

23、爐是由美國德士古石油公司所屬德士古開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。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，這對我國氨需求量大而技術(shù)又相對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)我國基本國情及合成氨現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣?。第三?常壓固定床間歇?dú)饣?.1 固定床氣

24、化法的特點(diǎn)固定床間歇法制氣是指，以無煙煤、焦炭或各種煤球?yàn)樵?，在常壓煤氣發(fā)生爐內(nèi)，高溫條件下，與空氣（富氧空氣）和水蒸氣交替發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，維持熱量平衡，生成可燃?xì)怏w，回收水煤氣，并排出殘?jiān)倪^程。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 10。3.2 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 +H 2一般在 68% 左右，用于

25、合成氨的半水煤氣要求n(H 2+CO)n(N 2)=3.13.2。3.3 半水煤氣制氣原理3.3.1煤氣發(fā)生爐構(gòu)造及氣化反應(yīng)的分區(qū)圖 3.1 燃料層分區(qū)示意圖蒸發(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。（ 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)。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 在這層中，從下面來的空氣與碳反應(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

26、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。3.3.2制氣原理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 3.1 以空氣為氣化劑主要反應(yīng)方程序號(hào)反應(yīng)方程式1C O 2（ 3.76N2） =CO 2（ +3.76N 2）2C O 2（ 3.76N2） =2CO （ +3.76N 2）3C CO 2（ 3.76N2） =2CO （ +3.76N=2 ）42C

27、 3.76N 2 O2 3.76N 2=CO 2 7.52N 2表 3.2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1C H 2O（汽） =CO H 22C 2H 2O（汽） =CO 2 2H 23CO 2H 2O（汽） =CO 2 H 242H 2 O 2=2H 2O（汽）5C H 2=CH 46CO 3H 2=CH 4H 2O7CO 2 4H 2=CH 4 2H 2O（汽）間歇法制取水煤氣生產(chǎn)中，由于料層溫度不斷發(fā)生變化，因此此水煤氣組成也相應(yīng)發(fā)生變化。在氣化爐燃燒層中，炭與空氣和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：2CO23.76N2 =2CO2 3

28、.76N2CH2O（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 H 2）：N2=3 要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中13要求半水煤氣（ CO H 2）： N23.2。3.4 生產(chǎn)半水煤氣對固體原料性能的要求（ 1）水分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，降低打氣量，增加燒渣中碳含量，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5% 。（ 2）揮發(fā)份燃料中如果揮發(fā)份含量高，則制出的半水煤氣

29、中甲烷和焦油含量高。甲烷存在直接影響原料消耗定額和氨的合成能力。焦油含量高，煤粒相互粘結(jié)成焦拱，破壞透氣性，增大床層阻力，妨礙氣化劑均勻分布。焦油含量高，因易沉積在管道和羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)內(nèi)殼上，更嚴(yán)重的會(huì)沉積在一段壓縮機(jī)入口管道和活門上，給生產(chǎn)帶來極大不利。因此，要求燃料中揮發(fā)份小于 6% 。（ 3）灰份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)的含量對灰份有決定性影響?；曳莞叩娜剂?，不僅增加運(yùn)輸費(fèi)用和排灰設(shè)備磨損，而且降低煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能力，所以要求燃料中灰份小于 15% 。（ 4）硫份煤中的硫份在氣化過程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅對設(shè)備和系統(tǒng)管道有腐

30、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)，對含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去。（ 5）化學(xué)活性化學(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）機(jī)械強(qiáng)度機(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）熱穩(wěn)定性熱穩(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，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）粒度固體原料粒度大小和均勻性也是影響氣化指標(biāo)的重要指標(biāo)的重

31、要因素之一。粒度小，與氣化劑接觸面積大，氣化效率和煤氣質(zhì)量好。但粒度太小，會(huì)增加床層阻力，不僅增加電耗，而且煤氣帶走灰渣也相應(yīng)增多，使煤耗增大。粒度大，則氣化不完全，灰渣中碳含量增加。所以，特別以 2350mm 的粒度最好?？傊瑢﹂g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 11，本設(shè)計(jì)采用無煙塊煤。3.5 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

32、入的熱量（后者主要指蒸汽的潛熱）。它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%生產(chǎn)強(qiáng)度是指每平方米爐膛截面在每小時(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 16。為了達(dá)到以上的要求，氣化過程的工藝條件有：（ 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

33、，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 1000120017。（ 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，后者使制氣時(shí)間縮短，不利于提高產(chǎn)量，而前者對制氣時(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。（ 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

34、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。（ 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，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)間加長，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，但對顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。（ 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)

35、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。（ 6）氣體成分 主要調(diào)節(jié)半水煤氣中（ H 2+CO ）與 N2 比值。方法是改變加氮?dú)?，或改變空氣吹凈時(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%） 18，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)。3.6 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用。(2)只利用吹風(fēng)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

36、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)行熱量回收。(3)利用吹風(fēng)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 2740mm19。(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 18.8MJm3。但 CO 含量高達(dá) 30% 以上，故它不宜單獨(dú)作為城市煤

37、氣，但可作為城市煤氣的補(bǔ)充氣源以備調(diào)峰之用3。綜上所述，以（2）和（3）兩種流程為最佳， 流程（4）效率高于（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）。3.7 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