【正文】 節(jié)，保證生產(chǎn)穩(wěn)定和安全。 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： 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(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)上采用爐溫范圍1000~1200℃。 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(zhǎng)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(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。 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(zhǎng)，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(zhǎng)的送入時(shí)間。 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(zhǎng)，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(zhǎng)，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。 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(zhǎng)，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(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。 氣體成分 主要調(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)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（≤%），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)。 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：：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：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)行熱量回收。這是我國(guó)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。、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。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。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）。 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?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 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、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。附圖2 合成氨廠制半水煤氣的帶控制點(diǎn)的工藝流程2 工藝計(jì)算 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算已知條件的確定: 表5 入爐煤組成，重量%CHONSAW合計(jì)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%CO2O2COH2CH4N2合計(jì)H2S1002. 半水煤氣真正組成，體積%表7 半水煤氣組成， 體積%CO2O2COH2CH4N2合計(jì)H2S44100空氣25℃。相對(duì)濕度80%，（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；%，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)26263684100180s：100kg入爐燃料帶出物數(shù)量：2kg絕對(duì)干料帶出物組分及各組分重量表9 帶出物數(shù)量及其組分元素組成，重量%各組分重量，kgC.2=H2=O2=N2=S2=灰分2=合計(jì)1002帶出物熱值30030kJ/㎏ 灰渣組成。重量% C S 灰分 合計(jì) 100灰渣重量（按灰分平衡計(jì)算），kg（）247。=灰渣各組分重量，kgC = S =灰分 =合計(jì)：，kgC －（＋）=H ＋（2）/18－=O ＋（16）/18－=N －=S －（＋）=合計(jì)：計(jì)算誤差==[100－（＋＋2）]/100100%=0% 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，kgC [12（＋＋）]/= H [2（＋2）]/＋2/34=O [32（＋＋）]/=N 28/=S 32/34=2. 由碳平衡計(jì)算吹風(fēng)氣量：3. 由氮平衡計(jì)算空氣用量：[580－（－）]/（28/）=530m3 空氣帶入水汽量 ： 530=（）4. 氫平衡（以千克計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a。燃料帶入氫量： b．空氣中水蒸汽帶入氫量：2/18=合計(jì)： 出項(xiàng)：：580=：－=合計(jì)：吹風(fēng)氣中水汽含量：18/2=每標(biāo)準(zhǔn)m3吹風(fēng)氣中水汽含量：5．氧平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：； 空氣中氧量： ： 53032/=159： 16/18=： 出項(xiàng)：：580=：16/18=：誤差：（－）/100%=%6．硫平衡（以kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：燃料帶入硫量：出項(xiàng)：吹風(fēng)氣中含硫量：580=誤差：（－）/100%=% 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：10025=2625（）（3）干空氣顯熱：53025=17225（）（4）空氣中水汽的焓：=37418合計(jì)：29048682. 出項(xiàng)（以kJ計(jì)）（1）吹風(fēng)氣熱值：580=6848521 m3吹風(fēng)氣熱值為：12810＋12684＋39984=（2） 干吹風(fēng)氣顯熱：580600=489984＋＋＋＋＋=℃（3）吹風(fēng)氣中水汽的焓：3696=32931（32931為600℃時(shí)過熱蒸汽的焓）（4）帶出物熱值：300302=60060 （1－）=（5）帶出物顯熱：2600=1260（）（6）灰渣中可燃物熱值：34020220＋10500=75369（34020，10500分別為碳和硫的發(fā)熱值）（7）灰渣顯熱：200=2858 （）（8）熱損失（取燃料發(fā)熱量的8%） 2847600=227808（1）～（8）合計(jì)：1575121（9）積蓄在煤層中的熱量：2904868－1575121=13297473．吹風(fēng)效率：1329747/2847600100%=%3. 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 684852燃料顯熱 2625干吹風(fēng)氣顯熱 489984干空氣顯熱