年產(chǎn)25萬噸合成氨造氣工藝的設(shè)計(jì)教材

68/77年產(chǎn)25萬噸合成氨造氣工藝的設(shè)計(jì)TheDesignofSynthesisAmmoniaGasificationProcessof250kt/a目錄TOC\o"1-3"\h\u17664摘要 I11900Abstract II10154引言 1137第一章

綜述 2227641.1

合成氨造氣的意義和目的 2186111.2

合成氨的優(yōu)點(diǎn)

2268101.3

合成氨的用途

2276451.4

煤氣化進(jìn)展史 3255661.5

煤氣化技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì) 3133551.6生產(chǎn)方法的選擇及論證 3213911.6.1

生產(chǎn)方法的介紹： 462691.6.2

固定床氣化法

473121.6.3

流化床氣化 4327531.6.4氣流床氣化 536941.6.5

熔浴床氣化

525290第二章常壓固定床間歇?dú)饣?7105402.1半水煤氣定義 77292.2生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇 7107102.3半水煤氣制氣原理 864262.4發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況 9212692.5生產(chǎn)流程的選擇及論證 9110682.6間歇式氣化的工作循環(huán) 10307722.7間歇式制半水煤氣工藝流程 11319372.8間歇式制半水煤氣的工藝條件 122222第三章工藝計(jì)算 15216593.1煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 15138573.2吹風(fēng)時(shí)期的物料衡算以及熱量衡算 17228943.2.1吹風(fēng)時(shí)期的物料衡算 17182993.2.2吹風(fēng)時(shí)期的熱量衡算： 18324893.3制氣時(shí)期的計(jì)算 19306083.3.1制氣時(shí)期物料衡算 1914643.3.2制氣時(shí)期熱量衡算 22133323.4總過程計(jì)算 2468993.4.1燃料使用分配 24233433.4.2每100kg燃料的生產(chǎn)指標(biāo) 2471413.4.3物料衡算 24296723.4.4熱量衡算 26307533.5配氣計(jì)算 27268143.6消耗定額 286053.7吹凈時(shí)刻 28315473.8廢熱鍋爐的熱量衡算 2827906第四章設(shè)備計(jì)算 34307104.1煤氣爐指標(biāo)計(jì)算 34139644.2煤氣臺(tái)數(shù)的確定 3515814.3空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型及臺(tái)數(shù)確定 3517583結(jié)論 3711837致謝 3826970參考文獻(xiàn) 399725附錄 40年產(chǎn)25萬噸合成氨造氣工藝的設(shè)計(jì)摘要:合成氨的第一時(shí)期為造氣時(shí)期，也就相當(dāng)于合成氨的龍頭，同時(shí)大部分的能耗和污染都在造氣時(shí)期，因此講它的重要性是不可言喻的。合成氨造氣生產(chǎn)半水煤氣，通過比較本設(shè)計(jì)采納的是常壓固定床間歇制氣法，同時(shí)對(duì)間歇制氣流程生產(chǎn)的選擇與工作循環(huán)都作了闡述，此方法比較簡(jiǎn)單，使用空氣和空氣-水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值半水煤氣。關(guān)于本設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算過程，能夠在煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）、吹風(fēng)時(shí)期、制氣時(shí)期、以及總過程進(jìn)行的物料衡算中得出每年25萬噸合成氨需要的半水煤氣為114583.33kg，塊煤為29519.10kg。通過計(jì)算對(duì)合成氨造氣工藝流程中的設(shè)備進(jìn)行選型，在本設(shè)計(jì)中選擇了Φ3000的U.G.I半水煤氣發(fā)生爐。最后通過計(jì)算可得在本設(shè)計(jì)中對(duì)半水煤氣發(fā)生爐需要20臺(tái)，鼓風(fēng)機(jī)需要12臺(tái)。關(guān)鍵詞：合成氨；半水煤氣；造氣工藝TheDesignofSynthesisAmmoniaGasificationProcessof250kt/aAbstract；Syntheticammoniagasificationisthefirstphase,alseisequivalenttothehendofthesynthesisammonia,andmostoftheenergyconsumptionandpollutioninthegasificationstage,sotheimportanceisineffableofit.Syntheticammoniagasificationproductionthesemi-watergas,aftereomparisonthefixedbedintermittentgasificationmethodisusedinthedesignandthechoiceofintermittentgasificationprocesstoproduceandtheworkcyclearedescribed,Thismethodisrelativelysimple,theairandair-waterasthegasificationisused,lowcalorificofsemi-watergasisobtained.Thecalculationprocessforthedesignprocess,inthematerialbalancegasstoveofthe(includingcombustionchamber),blowingstagegas-making,andthetotalprocessisdroweveryyear250kt/aofsynthesisammonianeedsemi-watergasis114583.33kg,lumpcoalis29519.10kg.Bycalculatingthesynthesisammonictioniagas-makingprocessequipmentselectioninthisdesignchoseΦ3000U.G.Isemi-watergasgenerator.Finallybycomputingavailablesemi-watergasgeneratorneed20sets,blowerneed12setsinthedesign.Keywords:synthesisammonia;semi-watergas;thegasificationprocess引言氨是一種重要的化工原料，特不是生產(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等組分的煤氣，然后，采納各種凈化方法，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?，最后，氮?dú)浠旌蠚馔ㄟ^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。煤的氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最要緊的方面，并已獲得廣泛的應(yīng)用。合成氨的要緊原料可分為固體原料、液體原料和氣體原料，通過近百年的進(jìn)展，合成氨技術(shù)趨于成熟，形成了一大批各有特色的工藝流程，但差不多上有三個(gè)差不多部分組成，即造氣過程、凈化過程以及氨合成過程。關(guān)于造氣時(shí)期來講它是合成氨的首要時(shí)期，關(guān)于合成氨工藝的重要性是不言而喻的，同時(shí)在合成氨的過程中大部分的能耗和污染都在造氣時(shí)期，因此講關(guān)于合成氨造氣工段的研究性是有專門大意義的，對(duì)此我的設(shè)計(jì)課題為年產(chǎn)25萬噸合成氨造氣工藝的設(shè)計(jì)。第一章

綜述1.1

合成氨造氣的意義和目的氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，差不多上以氨為原料的。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等組分的煤氣，然后，采納各種凈化方法，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?，最后，氮?dú)浠旌蠚馔ㄟ^壓縮至15Mpa以上，借助催化劑合成氨。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料，20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。合成氨造氣工序的研究為一些工業(yè)部門提供了重要原料，工藝用氨量已占合成氨產(chǎn)量的百分之十以上。差不多化學(xué)工藝中的硝酸、純堿、各種含氮無機(jī)鹽，有機(jī)化學(xué)中的各種含氮中間體。制藥工業(yè)中的磺胺類藥物和高分子化學(xué)工藝中的氨基塑料、聚酰胺纖維、丁腈橡膠等，都需要直接或間接以氨為原料。食品工業(yè)中，氨廣泛用作冷凍劑，冶金工業(yè)、石油加工工業(yè)、機(jī)械工業(yè)亦需要使用氨或其加工產(chǎn)品，因此合成氨造氣工序的研究能夠推動(dòng)差不多化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)、食品工業(yè)等的進(jìn)展，降低它們的生產(chǎn)成本，也間接的降低了物價(jià)，減輕了消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)壓力，增加市場(chǎng)的流通速度，更加有利于經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)進(jìn)展。1.2

合成氨的優(yōu)點(diǎn)

（1）農(nóng)業(yè)對(duì)化肥的需求是合成氨工業(yè)進(jìn)展的持久推動(dòng)力。世界人口不斷增長給糧食供應(yīng)帶來壓力，而施用化學(xué)肥料是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有效途徑。氨水（即氨的水溶液）和液氨體本身確實(shí)是一種氮肥；農(nóng)業(yè)上廣泛采納的尿素、硝酸銨、硫酸銨等固體氮肥，和磷酸銨、硝酸磷肥等復(fù)合肥料，差不多上以合成氨加工生產(chǎn)為主。

（2）與能源工業(yè)關(guān)系緊密。合成氨生產(chǎn)通常以各種燃料為原料，同時(shí)生產(chǎn)過程還需燃料供給能量,因此,合成氨是一種消耗大量能源的化工產(chǎn)品。

（3）與其他產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)中副產(chǎn)大量的二氧化碳，不僅可用于冷凍、飲料、滅火，也是生產(chǎn)尿素、純堿、碳酸氫銨的原料。假如在合成氨原料氣脫除二氧化碳過程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則能夠簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。1.3

合成氨的用途

氨要緊用于制造氮肥和復(fù)合肥料，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大大提高。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的12%。氨依舊生產(chǎn)炸藥、燃料、醫(yī)藥、合成纖維、石油化工等的重要原料。1.4

煤氣化進(jìn)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。氣化煤氣可用于都市煤氣、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?，F(xiàn)今，煤氣化所制得煤氣，要緊用于如下幾方面：（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。1.5

煤氣化技術(shù)進(jìn)展趨勢(shì)當(dāng)前國內(nèi)外煤完全氣化技術(shù)進(jìn)展的趨勢(shì)，概括地能夠歸納出如下幾點(diǎn)：（1）氣化向大型化方向進(jìn)展，因?yàn)榇笮突軌蛱岣邌挝辉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)的氣化爐都采納加壓氣化的工藝；（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)的進(jìn)展，原煤中的碎煤產(chǎn)率越來越多，為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，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?？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，但能夠預(yù)料在21世紀(jì)煤炭仍將成為世界的要緊能源之一。關(guān)于我國來講，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)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。1.6生產(chǎn)方法的選擇及論證1.6.1

生產(chǎn)方法的介紹：煤氣氣化法按不同的分類有多種，分?jǐn)⑷缦拢?.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)器的分類方法來分不簡(jiǎn)要介紹各種方法。1.6.2

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)行得專門完全，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(jiǎn)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。所不同的是采納氧氣-水蒸汽或空氣-水蒸汽為氣化劑，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃1.6.3

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)，沒與通過預(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)與通過預(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。（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確實(shí)是煤氣化過程中汽化劑（蒸汽和氧）將煤或煤漿帶入氣化爐進(jìn)行氣的方1.6.4氣流床氣化

所謂加氫氣化確實(shí)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，它采納干法進(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。1.6.5熔浴床氣化

50年代熔浴床煤氣氣化方法開始得到開發(fā)。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床3類。下面分不介紹這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(jiǎn)式和雙簡(jiǎn)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專門快的反應(yīng)速度。此法目前尚處于開發(fā)研究時(shí)期，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(jiǎn)單。因此，此工藝被認(rèn)為有可能放大到工業(yè)化生產(chǎn)。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。然而假如采納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差不多國情是不相符的。因此，盡管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。依照我國差不多國情及當(dāng)?shù)厍闆r本設(shè)計(jì)采納常壓固定床間歇?dú)饣?。合成氨的生產(chǎn)方式有專門多種，本章進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，采納了常壓固定間歇?dú)饣ā?/p>

第二章常壓固定床間歇?dú)饣?.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。2.2生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇生產(chǎn)半水煤氣的原料有專門多種，如焦炭、無煙煤、煙煤等。間歇法生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的要求：（1）對(duì)水分的要求燃料中水分含量過高，會(huì)阻礙煤氣發(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，阻礙水煤氣產(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)份的要求燃料中假如揮發(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阻礙氨的產(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要緊成份為二氧化硅、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)灰份有決定性阻礙?；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，因此要求燃料中灰份較低為宜。（4）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，依照流程特點(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)氣化效率的阻礙，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，而且會(huì)堵塞爐膛和系統(tǒng)管道，增加動(dòng)力消耗，阻礙制氣產(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，阻礙氣化劑的均勻分布，阻礙氣體成分和制氣產(chǎn)量。因此要求煤的粘結(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)粒度則要求采納塊煤和粉煤的成型，特不以23~50mm的粒度最好?？傊瑢?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)采納熱穩(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)采納無煙塊煤。2.3半水煤氣制氣原理固體燃料的氣化過程實(shí)際上要緊是碳與氧的反應(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)。在氣化爐燃燒層中，炭與空氣及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＋3.76N2C＋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（適應(yīng)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，然而在實(shí)際生產(chǎn)中要求半水煤氣（CO＋H2）：N2≥3.2。2.4發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況灰渣層氧化層干餾層干燥層還原層灰渣層氧化層干餾層干燥層還原層圖2.1燃料層分區(qū)示意圖在發(fā)生爐中原料層分為干燥層、干餾層、還原層、氧化層、灰渣層。（1）干燥層干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。（2）干餾層干燥層的厚度小于干燥層，在干燥層與干餾層中進(jìn)行原料的預(yù)熱、干燥和干餾。（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，要緊進(jìn)行CO的還原反應(yīng)。（4）氧化層在那個(gè)地點(diǎn)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）灰渣層氧化層下面確實(shí)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愛護(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。2.5生產(chǎn)流程的選擇及論證依照水煤氣生產(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納。（2）只利用吹氣特點(diǎn)持有熱的流程：該流程在吹風(fēng)時(shí)期，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）的差不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)作為都市煤氣，但可作為都市煤氣的補(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℃2.6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)時(shí)期分不敘述如下：（1）吹風(fēng)時(shí)期來自鼓風(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?jī)?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）上吹制氣時(shí)期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）下吹制氣時(shí)期蒸汽自爐頂送入，經(jīng)灼熱的氣化層反應(yīng)，氣化層下移，爐溫接著下降，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）二次吹氣時(shí)期差不多同一次上吹制氣時(shí)期，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）吹凈時(shí)期其工藝流程同上吹制氣時(shí)期，但不用蒸汽而改用空氣，以回收系統(tǒng)中的煤氣至氣柜。以上5個(gè)時(shí)期的工作循環(huán)，由液壓或氣壓兩種形式自動(dòng)機(jī)操縱，目前正在進(jìn)展成微型程序制代替自動(dòng)機(jī)操縱。間歇式制氣工作循環(huán)各時(shí)期氣體的流向如圖所示。閥門開閉情況見表4圖2.2間歇制半水煤氣各時(shí)期氣體流向圖表2.1各時(shí)期閥門開啟情況時(shí)期閥門開閉情況1234567吹風(fēng)OXXOOXX一次上吹XOXOXOX下吹XXOXXOO二次上吹XOXOXOX空氣吹凈OXXOXOX注：O閥門開啟：X閥門關(guān)閉2.7間歇式制半水煤氣工藝流程 圖2.3間歇式制半水煤氣工藝流程圖如圖所示，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。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。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同，不加入氮空氣。空氣吹凈時(shí)，其工藝流程同上吹制氣時(shí)期，但不用蒸汽而改用空氣，以回收系統(tǒng)中的煤氣至氣柜,現(xiàn)在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)刻應(yīng)稍遲于水蒸汽的送入，并在蒸汽停送之前切斷，以幸免空氣與煤氣相遇而發(fā)生爆炸。2.8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（后者要緊指蒸汽的潛熱）。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)度是指每平方米爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以沒標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。煤氣質(zhì)量則依照生產(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：（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。操作溫度一般要緊是指氧化層的溫度，簡(jiǎn)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)上采納爐溫范圍1000~1200℃。（2）吹風(fēng)速度提高爐溫的要緊手段是增加吹風(fēng)速度和延長吹風(fēng)時(shí)刻。后者使制氣時(shí)刻縮短，不利于提高產(chǎn)量，而前者對(duì)制氣時(shí)刻無阻礙，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)刻。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）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)刻愈長，則煤氣產(chǎn)量愈大。但要受到燃料活性、爐和氣熱平衡的限制。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)刻。但燃料活性較低時(shí)，宜采納較小的蒸汽流量和較長的送入時(shí)刻。（4）燃料層高度在制氣時(shí)期，較高的燃料層將使水蒸汽停留時(shí)刻加長，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)時(shí)期，由于空氣與燃料接觸時(shí)刻家長，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。依照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)粒度較大、熱穩(wěn)定性較好的燃料，可采納較高的燃料層，但對(duì)顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。（5）循環(huán)時(shí)刻制氣過程一個(gè)循環(huán)時(shí)刻包括五個(gè)時(shí)期時(shí)刻，各時(shí)期的時(shí)刻分配要依照燃料性質(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)刻短時(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)刻不宜長，但氣化活化較低的燃料時(shí)，因反應(yīng)速度慢，應(yīng)采納較長的循環(huán)時(shí)刻。（6）氣體成分要緊調(diào)節(jié)半水煤氣中（H2+CO）與N2比值。方法是改變加氮?dú)猓蚋淖兛諝獯祪魰r(shí)刻。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)。對(duì)半水煤氣進(jìn)行了一些闡述，并介紹了工藝流程。接下來是工藝計(jì)算。第三章工藝計(jì)算在本設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算過程中，對(duì)煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）、吹風(fēng)時(shí)期、制氣時(shí)期、以及總過程進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算。3.1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(cè)煤氣組成為依據(jù)的計(jì)算法，采納此法計(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3.1入爐煤組成，質(zhì)量%CHONSAW合計(jì)78.011.440.450.760.4813.765.1100燃燒熱值28476kJ/㎏其中A為灰份W為水份吹風(fēng)氣組成，體積%表3.2吹風(fēng)氣組成，體積%CO2O2COH2CH4N2合計(jì)H2S16.550.356.563.340.7672.441000.85g/Nm半水煤氣真正組成，體積%表3.3半水煤氣組成，體積%CO2O2COH2CH4N2合計(jì)H2S9.570.4126.1639.742.6521.471001.45g/Nm3.各物料進(jìn)出爐的溫度空氣25℃;相對(duì)濕度80%，空氣含水汽量0.0213kg（水汽）/kg吹風(fēng)氣，上行煤氣流500℃；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；4.生產(chǎn)循環(huán)時(shí)刻%，時(shí)刻（S）表3.4生產(chǎn)循環(huán)時(shí)刻吹風(fēng)上吹下吹二次上吹吹凈合計(jì)2626378310046.8s46.8s67.5s14.4s4.5s180s5.計(jì)算基準(zhǔn)：100kg6.帶出物數(shù)量及其組分帶出物數(shù)量：2kg帶出物組分及各組分質(zhì)量帶出物熱值30030kJ/㎏.表3.5帶出物數(shù)量及其組分元素質(zhì)量%各組分質(zhì)量，kgC82.52×0.8250=1.65H1.662×0.0166=0.03O0.472×0.0047=0.01N0.802×0.008=0.02S0.572×0.0057=0.01灰分14.002×0.14=0.28合計(jì)1002灰渣組成及其各組分質(zhì)量表3.6灰渣組成及其各組分質(zhì)量灰渣組成質(zhì)量%C14.60S0.3 灰分85.2合計(jì)100灰渣質(zhì)量（按灰分平衡計(jì)算），kg（13.76-0.28）÷0.852=15.82灰渣各組分質(zhì)量，kgC15.82×0.146=2.3 S15.82×0.003=0.05灰分15.82×0.852=13.47合計(jì)：15.828.燃料氣化后轉(zhuǎn)入煤氣中的元素量，kgC78.01－（1.65＋2.3）=74.06H1.44＋（5.1×2）/18－0.03=1.98O0.45＋（5.1×16）/18－0.01=4.97N0.76－0.02=0.74S0.48－（0.01＋0.05）=0.42合計(jì)：82.17計(jì)算誤差==[100－（15.82＋82.17＋2）]/100×100%=0.01%3.2吹風(fēng)時(shí)期的物料衡算以及熱量衡算3.2.1吹風(fēng)時(shí)期的物料衡算1.每Nm3吹風(fēng)氣中含有的元素量，kgC[12×（0.1655＋0.0656＋0.0076）]/22.4=0.127875H[2×（0.0334＋0.0076×2）]/22.4＋0.00085×2/34=0.00438O[32×（0.0035＋0.1655＋0.0656×0.5）]/22.4=0.288N28/22.4×0.7244=0.9055S0.00085×32/34=0.00082.由碳平衡計(jì)算吹風(fēng)氣量：74.206/0.127875=575Nm33.由氮平衡計(jì)算空氣用量：(575×0.9055－0.74)/（0.79×28/22.4）=527(0.79為氮?dú)庠诳諝庵兴嫉谋壤?空氣帶入水汽量：527×1.293×0.0213=14.514（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：1.98b．空氣中水蒸汽帶入氫量：14.514×2/18=1.613合計(jì)：3.593出項(xiàng)：a.吹風(fēng)氣中含氫量：575×0.00438=2.5185b.吹風(fēng)氣中水汽含量：3.593－2.5185=1.0745合計(jì)：3.593吹風(fēng)氣中水汽含量：1.0745×18/2=9.6705每標(biāo)準(zhǔn)m3吹風(fēng)氣中水汽含量：9.6705/527=0.01845．氧平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a.燃料帶入氧量；4.99b.空氣中含氧量：527×0.21×32/22.4=158.1c.空氣中水汽含氧量：14.514×16/18=12.901d.合計(jì)：175.971出項(xiàng)：a.吹風(fēng)氣中氧量：575×0.288=165.6b.吹風(fēng)氣中水汽含氧量：9.6705×16/18=8.596c.合計(jì)：174.196誤差：（175.971－174.196）/175.971×100%=1.01%6．硫平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：燃料帶入硫量：0.42出項(xiàng)：吹風(fēng)氣中含硫量：575×0.0008=0.46誤差：（0.42－0.46）/0.42×100%=9.5%3.2.2吹風(fēng)時(shí)期的熱量衡算：1.進(jìn)項(xiàng)（以kJ計(jì)）（1）燃料熱值：100×28164.6=2816460（2）燃料顯熱：100×25×1.0467=2616.75（1.0467為燃料的比熱）（3）干空氣顯熱：527×25×1.2979=17099.8（1.2979為空氣的比熱）（4）空氣中水汽的焓：14.514×2538.8=36848.1合計(jì)：2873024.652.出項(xiàng)（以kJ計(jì)）（1）吹風(fēng)氣熱值：575×1180.78=678948.51m3吹風(fēng)氣熱值為:12810×0.0334+（2）干吹風(fēng)氣顯熱：575×1.490×500=27639.5（1.490為吹風(fēng)氣的平均熱值）(0.1655×47.88+0.0035×31.32+0.0656×30.38+0.0334×29.05+0.0076×51.90+0.7244×30.33）/22.4=1.490kJ/m3（3）吹風(fēng)氣中水汽的焓：9.6705×3487.9=33729.7（3487.9為500℃（4）帶出物熱值：30030×2=60060（5）帶出物顯熱：2×1.0467×500=1467（1.0467為燃料的比熱）（6）灰渣中可燃物熱值：34020×2.3＋10500×0.05=78771（34020，10500分不為碳和硫的發(fā)熱值）（7）灰渣顯熱：15.82×0.94×200=2974.16（0.94為灰渣的比熱）（8）熱損失（取燃料發(fā)熱量的6%）2816460×0.06=168987.6～（8）合計(jì)：1301332.963．積蓄在煤層中的熱量：2873024.65－1301332.96=1571691.694．吹風(fēng)效率：1571691.69/2816460×100%=55.8%5.熱量平衡表：表3.7熱量平衡表（kJ）進(jìn)項(xiàng)出項(xiàng)燃料熱值2816460吹風(fēng)氣熱值678948.5燃料顯熱2616.75干吹風(fēng)氣顯熱276395干空氣顯熱17099.8吹風(fēng)氣中水汽的焓33729.7空氣中水汽的焓36848.1帶出物熱值60060帶出物顯熱1467灰渣中可燃物78771灰渣顯熱2974.16熱損失168987.6積蓄在煤層中的熱量1571691.69合計(jì)2873024.65合計(jì)2873024.653.3制氣時(shí)期的計(jì)算（以100kg入爐燃料為基準(zhǔn)）3.3.1制氣時(shí)期物料衡算1.每Nm3半水煤氣中含有的元素量，kgC=12/22.4×（0.0957+0.216＋0.00265）=0.206H=2/22.4×（0.3974＋2×0.0265）＋2/34×0.00145=0.0403O=32/22.4×（0.0957＋0.0047＋0.2616×0.5）=0.3294N=28/22.4×0.2147=0.2684S=32/34×0.00145=0.001362.由碳平衡計(jì)算半水煤氣產(chǎn)量：74.06/0.206=360Nm33.由氮平衡計(jì)算氮空氣用量：（360×0.2684－0.74）/（0.79×28/22.4）=97Nm3氮空氣中含水汽量：97×1.293×0.0213=2.6714.氫平衡已知和假設(shè)數(shù)據(jù)上行半水煤氣產(chǎn)量為XNm3上行半水煤氣中含水蒸汽量為0.25kg/Nm3上、下吹蒸汽用量相等各為Wkg下行半水煤氣產(chǎn)量為（360－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)。上行制氣時(shí)期氫平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：（a）燃料帶入氫量：1.98×X/360=0.0055X水蒸汽帶入氫量：W×2/18=W/9（b）氮空氣中水蒸汽含氫量：2.671×2/18×X/360=0.000824X合計(jì)：W/9＋0.006324X出項(xiàng)：（1）半水煤氣中氫量：0.0403X（2）半水煤氣中水汽含氫量：（0.25×2/18）X=0.0278X合計(jì)：0.0681X平衡：W/9＋0.006324X=0.0681XW=0.556X（3-1）下行制氣時(shí)期氫平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料帶入氫量1.98－0.0055X（2）蒸汽帶入氫量W×2/18=W/9（3）氮空氣中水汽含氫量：2.671×2/18－0.000824X=0.297－0.000824X合計(jì)：W/9＋2.277-0.006324X出項(xiàng)：a．半水煤氣中氫量（360－X）×0.0403=14.508－0.0403Xb.半水煤氣中水汽含氫量（0.42×2/18）×（360－X）=16.8－0.0467X合計(jì)：31.308－0.087X平衡：W/9＋2.277－0.006324X=31.308－0.087XW=261.279－0.726084X（3-2）解方程（3-1）和（3-2）得：X=203.8W=113.3由此得：上行半水煤氣產(chǎn)量：203.8Nm3上行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)：203.8/360×100%=56.6%下行半水煤氣產(chǎn)量：360－203.8=156.2下行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)：156.2/360×100%=43.4%上行半水煤氣中水蒸汽量0.25×203.8=50.95下行半水煤氣中水蒸汽汽量：0.42×156.2=65.60450.95＋65.604=116.554蒸汽總耗量：113.3×2=2上吹蒸汽分解率：（113.3－50.95）/113.3×100%=55.03%下吹蒸汽分解率：（113.3－65.604）/113.3×100%=42.1%平均蒸汽分解率：[226.6－（50.95＋65.604）]/226.6×100%=48.56%5.氧平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料中帶入氧量：4.97（2）蒸汽帶入氧量：226.6×16/18=201.42（3）氮空氣中氧含量：97×0.21×32/22.4=29.1（4）氮空氣中水汽含氧量：2.671×16/18=2.37合計(jì)：237.86出項(xiàng)：（1）半水煤氣中氧量：360×0.3294=118.584（2）半水煤氣中水汽含氧量：116.554×16/18=103.603合計(jì)222.187誤差：（237.86－222.187）/237.86×100%=6.5%6．硫平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：燃料帶入硫量：0.42合計(jì)0.42出項(xiàng)：半水煤氣中含硫量：360×0.00136=0.48963.3.2制氣時(shí)期熱量衡算1.進(jìn)項(xiàng)（以kJ計(jì)）：(1)燃料熱值：100×28164.6=2816460(2)燃料顯熱：100×25×1.046=2616.75(3)蒸汽的焓：113.3×2730＋113.3×3595=716622.5（2730、3595分不為上行蒸汽和下行蒸汽的焓）(4)干氮空氣顯熱：97×25×1.2979=3147.4（1.2979為空氣的比熱）(5)氮空氣中水汽的焓：2.671×2564=6848.4（2564為水蒸汽的焓）合計(jì)：3545693.452.出項(xiàng)：（1）半水煤氣熱值：360×9468.4=34086241標(biāo)準(zhǔn)m3半水煤氣熱值為：12810×0.3974＋12684×0.2616＋39984×0.0265=9468.4(2)干半水煤氣顯熱：2038×1.657×500＋156.2×1.434×200=213646.46上行半水煤氣比熱：(0.0957×29.2239+0.0041×29.9356+0.2616×43.5427+0.3974×30.8986+0.0265×29.6425+0.2147×45.3430)/22.4=1.657kJ/m3下行半水煤氣比熱：(0.0957×47.88+0.0041×31.32+0.2616×30.38+0.3974×29.05+0.0265×51.9+0.2147×30.43)/22.4=1.434kJ/m3（1）半水煤氣中水汽的焓：50.95×3487.9＋65.604×2890=367304.065（3487.9、2890分不為500℃和200℃蒸汽的焓（2）帶出物熱值：30030×2=60060（3）帶出物顯熱：500×1.0467×2=1046.7（1.0467為帶出物的比熱）（4）灰渣中可燃物熱值：34020×2.3＋10500×0.05=78771（34020、10500分不為碳和硫的熱值）（5）灰渣顯熱：15.82×0.94×200=2974.16（0.94為灰渣的比熱）（6）熱損失（取燃料發(fā)熱值的6%）2816460×0.06=168987.6合計(jì)：4301413.9853.需從煤層中吸取的熱量（kJ）4301413.985－3545693.45=755720.5354.制氣效率：3545693.45/（2816460＋755720.535＋716622.5）×100%=82.7%5.熱量平衡表表3.8熱量平衡表（kJ）進(jìn)項(xiàng)出項(xiàng)燃料熱值2816460半水煤氣熱值3408624燃料顯熱2616.75干半水煤氣顯熱213646.46蒸汽的焓716622.5半水煤氣中水汽的焓367304.065干氮空氣顯熱3147.4帶出物熱值60060氮空氣中水汽的焓6848.4帶出物顯熱1046.7從煤層中吸取熱量755720.535灰渣中可燃物熱值78771灰渣顯熱2974.16熱損失168987.6合計(jì)4301415.585合計(jì)4301413.9853.4總過程計(jì)算3.4.1燃料使用分配設(shè)100kg燃料用于制半水煤氣為Xkg依照熱量平衡得：755720.535X=（100－X）×1571691.69X=67.53每100kg燃料用于制半水煤氣為67.53%，用于制吹風(fēng)氣未32.47%3.4.2每100kg燃料的生產(chǎn)指標(biāo)吹風(fēng)氣產(chǎn)量：575×0.3247=186.7Nm3半水煤氣產(chǎn)量：360×0.6753=243.11Nm3氮空氣消耗量：97×0.6753=65.5蒸汽消耗量：226.6×0.6753=153.02吹風(fēng)時(shí)空氣消耗量：527×0.3247=171.12總過程效率：（243.11×9468.4）/（2816460＋716622.5×0.6753）×100%=69.75%3.4.3物料衡算（kg）1.碳平衡進(jìn)項(xiàng)：燃料中碳含量：74.06合計(jì)：74.06出項(xiàng)：（1）半水煤氣中碳含量：243.11×0.206=50.08（2）吹風(fēng)氣中碳含量：186.7×0.127875=23.87合計(jì)：73.95誤差：（74.06－73.95）/74.06×100%=0.15%2.氫平衡進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料中氫含量：1.98 （2）空氣中水汽含氫量：171.12×1.293×0.0213×2/18=0.52（3）氮空氣中水汽含氫量：65.5×1.293×0.0213×2/18=0.2（4）蒸汽含氫量：153.02×2/18=17合計(jì)：19.7出項(xiàng)：（1）半水煤氣中氫含量：243.11×0.0403=9.80 （2）半水煤氣中水氣含氫量：243.11×116.554/360×2/18=8.75（3）吹風(fēng)氣中含氫量：186.7×0.00438=0.82（4）吹風(fēng)氣中水汽含氫量：186.7×0.0168×2/18=0.35合計(jì)：19.72誤差：（19.72－19.7）19.7×100%=0.1%3氧平衡進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料中氧含量4.97（2）空氣中氧含量：171.12×0.21×32/22.4=51.336（3）蒸汽中含氧量：153.02×16/18=136.02（4）空氣中水汽含氧量：171.12×0.293×0.0213×16/18=4.19（5）氮空氣中水汽含氧量：65.5×1.293×0.0213×16/18=1.60（6）氮空氣中氧量：65.5×0.21×32/22.4=19.65合計(jì)：217.766出項(xiàng)：（1）半水煤氣中氧含量：243.11×0.3294=80.08（2）半水煤氣中水汽含氧量：243.11×116.554/360×16/18=69.96（3）吹風(fēng)氣中氧含量：186.7×0.288=53.77（4）吹風(fēng)氣中水汽含氧量：186.7×0.0184×16/18=3.05合計(jì)：207.58誤差：（217.766-207.58）/217.766×100%=4.7%4氮平衡進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料中氮含量：0.74（2）空氣中氮含量：171.12×0.79×28/22.4=168.98（3）氮空氣中氮含量：65.5×0.79×28/22.4=64.68合計(jì)：234.4出項(xiàng)：（1）半水煤氣中氮含量：243.11×0.2684=65.25（2）吹風(fēng)氣中氮含量：186.7×0.9055=169.06合計(jì)：234.31誤差：（234.4－234.31）/234.4×100%=0.03%5硫平衡進(jìn)項(xiàng)：燃料中硫含量：0.42合計(jì)：0.42出項(xiàng)：（1）半水煤氣中硫含量：243.11×0.00136=0.33（2）吹風(fēng)氣中硫含量：186.7×0.0008=0.15合計(jì)：0.48誤差：（0.48－0.42）/0.48×100%=12.5%3.4.4熱量衡算（kJ）進(jìn)項(xiàng)：（1）燃料熱值：2816460（2）燃料顯熱：100×25×1.046=2616.75（3）干空氣顯熱：171.12×25×1.2979=5552.42（4）空氣中水汽的焓：171.12×1.293×0.0213×2538.8=11964.85（5）干氮空氣顯熱：65.5×25×1.2979=2125.31（6）氮空氣中水汽的焓：65.5×1.293×0.0213×2538.8=4579.81（7）蒸汽的焓：153.02×0.5×2730＋153.02×0.5×3595=483925.75合計(jì)：3327224.89進(jìn)項(xiàng)：（1）吹風(fēng)氣熱值：186.7×1180.78=220451.626（2）干吹風(fēng)氣顯熱：186.7×1.490×500=139091.5（3）吹風(fēng)氣中水汽的焓：186.7×0.0184×33729.7=115870.96（4）半水煤氣熱值：243.11×9468.4=2301862.724（5)半水煤氣：243.11×0.566×1.657×500243.11×0.434×1.434×200=144256.07（6）半水煤氣中水汽的焓：243.11×0.566×0.25×3487.9＋243.11×0.434×0.42×2890=248041.51（7）帶出物熱值：30030×2=60060（8）帶出物顯熱：2×1.0467×500=1467（9）灰渣中可燃物熱值：34020×2.3＋10500×0.05=78771（10）灰渣顯熱：15.82×0.94×200=2974.16（11）熱損（取燃料發(fā)熱的6%）2816460×0.0=168987.6合計(jì)：3481834.15誤差：（3481834.15－3327224.89）/3481834.15×100%=4.4%3.5配氣計(jì)算配氣量計(jì)算：半水煤氣中（CO＋H2）：N2取3.1：1吹風(fēng)氣中CO＋H2=6.56＋3.34=9.90N2=72.44半水煤氣中CO＋H2=26.16＋39.74N2=21.47設(shè)每標(biāo)準(zhǔn)水煤氣中配入吹風(fēng)氣量為XNm39.90X＋69.5=3.1×（21.47＋72.44X）X=0.0137100千克燃料制氣時(shí)半水煤氣產(chǎn)量為243.11Nm3需配入吹風(fēng)氣量為：243.11×0.0137=3.33100千克燃料實(shí)際可制得半水煤氣量為：243.11＋3.33=246.44實(shí)際半水煤氣組成體積%：CO2=(0.0957+0.1655×0.0137)/(1+0.0137)×100%=9.66%O2=(0.0041＋0.0035×0.0137)/(1＋0.0137)×100%=0.41%CO=(0.2616＋0.0656×0.0137)/(1＋0.0137)×100%=25.90%H2=(0.3974＋0.0334×0.0137)/(1＋0.0137)×100%=39.25%CH4=(0.0265＋0.0076×0.0137)/(1＋0.0137)×100%=2.62%N2=(0.2147＋0.7245×0.0137)/(1＋0.0137)=22.16%3.6消耗定額（按每t氨計(jì)算）每噸氨耗半水煤氣3300Nm3（1）燃料：3300/246.44×100=13折合含碳85%的原料為：1339×0.85=1（2）蒸汽：3300/246.44×153.02=2049可知年產(chǎn)25萬噸合成氨所需要的塊煤為：1138.15×250000/(300×24)=29519.10kg3.7吹凈時(shí)刻配入半水煤氣中的吃風(fēng)氣量：3.33Nm3配入半水煤氣中的吹風(fēng)氣量占總吹風(fēng)氣量的百分年產(chǎn)數(shù)：3.33/186.7×100%=1.8%吹凈時(shí)的風(fēng)量為吹風(fēng)時(shí)的70%，吹凈氣量占吹風(fēng)氣總量的百分?jǐn)?shù)：（3×0.7）/（26+3×0.7）×100%=7.5%二者接近，因此每循環(huán)吹凈時(shí)所回收的氣量即為配入半水煤氣中的吃風(fēng)氣量，吹凈百分比合用，因此已定循環(huán)時(shí)刻百分比差不多適用。3.8廢熱鍋爐的熱量衡算1.計(jì)算目的：通過熱量衡算求處產(chǎn)蒸汽量2.計(jì)算依據(jù)（已知條件）循環(huán)各時(shí)期產(chǎn)氣量無法計(jì)算，只能按其制氣時(shí)刻比例計(jì)算表3.9組分體積%名稱CO2COH2CH4H2SN2O2半水煤氣9.6625.9039.252.620.0222.160.41吹風(fēng)氣16.556.563.340.760.05672.440.35表3.10自動(dòng)機(jī)循環(huán)百分比時(shí)期吹風(fēng)上吹下吹二次上吹吹凈百分比26263783（1）計(jì)算基準(zhǔn)為100kg（2）100kg無煙塊煤可制半水煤氣246.44Nm3（3）上吹蒸汽分解率為：55.03%（4）上吹及空氣吹凈產(chǎn)生的氣量占半水煤氣總量的百分比：Z=Z1/Z2Z—上吹及空氣吹凈產(chǎn)生的氣體占半水煤氣總量的百分比，%Z1—上吹，二次上吹，吹凈百分比之和，%Z2—上吹，下吹，二次上吹，吹凈百分比之和，%Z=37/74×100%=50%（5）上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽總量的百分比：Z=Z1/Z2Z—上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽總量的百分比，%Z1—上吹加二次上吹百分比，%Z2—上吹，下吹，二次上吹百分比之和，%Z=34/73×100%=46.6%（6）進(jìn)廢鍋的煤氣溫度：500℃，出廢鍋的煤氣溫度為（7）半水煤氣千克分子數(shù)：246.44/22.4=11.00kmol（8）100kg煤氣化時(shí)需要蒸汽量：153.02m3化為質(zhì)量1（9）水的分子量：18（10）水蒸汽在0℃時(shí)的熱焓：2499.34kJ（11）100kg煤氣化時(shí)需消耗空氣：199Nm3或許171.12/22.4=7.64kmol（12）廢鍋進(jìn)水溫度：102℃，產(chǎn)生蒸汽壓力為1.180MPa，溫度為115℃，蒸汽焓為2415kJ/kg（13）設(shè)鍋爐的用水量為X千克，產(chǎn)蒸汽量為Ykg，軟水進(jìn)口總固體150ppm，排污水2000ppm（14）煤氣與未分解蒸汽混合比熱：0.0966×43.840＋0.2590×29.73＋0.3925×29.106＋0.2216×29.56＋0.0002×37.867＋0.0041×30.920＋0.0262×46.38＋0.486×35.036=48.29kJ（15）100kg煤氣化時(shí)所得吹風(fēng)氣產(chǎn)量為186.7Nm3熱量衡算1.進(jìn)熱：（1）上吹及空氣吹凈產(chǎn)生的氣體顯熱計(jì)算：組分千克分子量組分含量（%）溫度（℃）比熱（kJ）物理熱（kJ）CO211.00×0.0966×500×53.596=28475.55H211.00×0.3925×500×29.824=64382.56CO11.00×0.2590×500×32.9246=46901.09CH411.00×0.0262×500×73.930=10653.31H2S11.00×0.0002×500×47.145=51.86N211.00×0.2216×500×32.336=39411.12O211.00×0.0041×500×34.805=784.85總計(jì)：190660.34已知上吹及空氣吹凈產(chǎn)生的氣體占半水煤氣總量的百分?jǐn)?shù)為：50%因此上吹及空氣吹凈產(chǎn)生的氣體顯熱為：190660.34×0.5=95330.17（2）上吹未分解蒸汽的顯熱計(jì)算顯熱Q=W/18×（1－η）×G×T（kJ）Q—上吹未分解蒸汽顯熱，W—蒸汽用量，kgη—蒸汽分解率，%G—半水煤氣千克分子數(shù)T—進(jìn)廢熱鍋爐煤氣的溫度，℃Q=122.96/18×（1-55.03%）×11.00×500=70962.06（3）上吹未分解蒸汽潛熱計(jì)算潛熱Q=W×（1－η）×iQ上吹未分解蒸汽潛熱。kJW蒸汽用量，kgη—蒸汽分解率，%i水蒸氣在此0℃時(shí)熱焓，kJ/kgQ=122.96×(1－55.03%）×2499.34=138201.29（4）上吹未分解蒸汽的顯熱和潛熱（kJ）：138201.29＋70962.06=209163.35已知上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽總量的百分比為50%因此為分解蒸汽的顯熱和潛熱為（kJ）：209163.35×0.50=104581.68（5）吹風(fēng)氣的顯熱：組分千克分子量組分含量（%）溫度（℃）比熱（kJ）物理熱（kJ）CO7.64×0.0656×500×32.923=8250.24H27.64×0.0334×500×29.824=3805.18CO27.64×0.1655×500×53.596=33883.93H2S7.64×0.00056×500×47.145=100.85N27.64×0.7245×500×32.336=89851.01O27.64×0.0035×500×34.805=465.34CH47.64×0.0076×500×73.930=2146.34總計(jì)：138502.89(6)求鍋爐進(jìn)水顯熱：Q=X×102×4.234=431.82XQ鍋爐的進(jìn)水顯熱kJX鍋爐用水量，kgT鍋爐進(jìn)水溫度，℃4.234—進(jìn)水的比熱，kJ/kg?！婵傆?jì)：392330.2＋431.82X2.出熱（1）上吹及空氣吹凈氣體經(jīng)廢熱鍋爐后的顯熱：組分千克分子量組分含量（%）溫度（℃）比熱（kJ）物理熱（kJ）CO11.00×0.2590×200×29.723=16936.17H211.00×0.3925×200×29.106=25133.03CO211.00×0.0966×200×43.840=9316.88H2S11.00×0.0002×200×37.867=16.66N211.00×0.2216×200×29.555=14408.65O211.00×0.0041×200×30.920=278.90CH411.00×0.0262×200×46.380=2673.34總計(jì)：51827.46（2）上吹未分解蒸汽經(jīng)廢熱鍋爐后顯熱及潛熱，按進(jìn)熱公式計(jì)算如下：（3）顯熱=122.96/18（1－55.03%）×200×45.27=27813.44潛熱=122.96×（1－55.03%）×2499.3=138199.07顯熱＋潛熱=（27813.44＋138199.07）×0.5=83006.26（4）吹風(fēng)氣經(jīng)鍋爐后顯熱：組分千克分子量組分含量（%）溫度（℃）比熱（kJ）物理熱（kJ）CO7.64×0.0656×200×29.723=2979.34H27.64×0.0334×200×29.106=1485.43CO27.64×0.1655×200×43.840=11086.43H2S7.64×0.00056×200×37.867=32.40N27.64×0.7245×200×29.555=32718.45O27.64×