【正文】 % =?%=% 由 Xar=XadadarMM??100100，可得 Car=CadadarMM??100100= ??%=% Har=HadadarMM??100100= ??%=% Nar=NadadarMM??100100= ??%=% Mar=%， Aar =%， =% Oar=100－ Mar－ Aar－ － Car － Har － Nar =100%－ %－ %－ %－ %－ %－ %=% 原料熱值 =adarMM??100100=6330 ??=6175 kcal/kg 故目標(biāo)數(shù)據(jù)可列表如下： 組成 C H O N S A M 合計(jì) 重量， %（干） — 重量， %（濕） =6175 kcal/kg =6175=25853kJ/kg 干基即代表干燥基，濕基即為收到基 設(shè)計(jì)已知條件 （ 1）原料組成和熱值 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 6 組成 C H O N S A M 合計(jì) 重量， %（干） — 重量， %（濕） 原料煤熱值 =175 kcal/kg =25853kJ/kg （ 2）吹風(fēng)氣組成 成分 H2 CO CO2 O2 N2 CH4 H2S 合計(jì) 體積 % （ 3）水煤氣組成 成分 H2 CO CO2 O2 CH4 H2S 合計(jì) 體積 % （ 4）灰渣組成 組成 C S A 合計(jì) 重量， % （ 5） 氣化 爐進(jìn)出物料溫度 空 氣： 20℃ ，相對(duì)濕度 70%. 吹 風(fēng) 氣： 550℃ 上行煤氣： 500℃ 下行煤氣： 200℃ 灰 渣： 200℃ 蒸 汽： 下吹蒸汽為 110℃ 飽和蒸汽 .； 上吹蒸汽 為 180℃ 過熱蒸汽 。 由于工藝計(jì)算中采用的是煤的收到基和干燥基的數(shù)據(jù)，而不是空氣干燥基數(shù)據(jù)，故應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 循環(huán)時(shí)間的分配 合成氣生產(chǎn)工作循環(huán)的各個(gè)階段的時(shí)間分配隨原料的性質(zhì)和工藝操作的具體要求而定，采用 180s 的工作循環(huán)。 （ 5）二次上吹 經(jīng)過蒸汽下吹 后，煤氣爐的底部和管線充滿了水煤氣，此時(shí)若直接通空氣則有爆炸的危險(xiǎn)，為安全起見，下吹后還應(yīng)進(jìn)行一次上吹。 （ 2）蒸汽吹凈階段 蒸汽由爐底吹入，將爐內(nèi)及管道內(nèi)殘留吹 風(fēng)氣由煙囪吹出。當(dāng)碳層溫度達(dá)到 1000oC左右時(shí)，停止吹空氣，通入水蒸氣，其在爐內(nèi)與熾熱的碳層發(fā)生反 應(yīng)： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 3 C+H2O（ g） CO+H2 上述過程由吹風(fēng) 蒸汽吹凈 上吹 下吹 二次上吹 空氣吹凈六個(gè)階段組成。待熱量消耗至一定程度時(shí)，制氣階段結(jié)束，再次向料層吹風(fēng)，如此循環(huán)，即可。 造氣工藝 工藝指標(biāo) 采用間歇法工藝生產(chǎn)水煤氣的原料要求必須具有低揮發(fā)分產(chǎn)率，一定的塊度，較高的機(jī)械強(qiáng)度，好的熱穩(wěn)定性，難結(jié)渣和適中的反應(yīng)性以及較高的灰熔點(diǎn)，具體指標(biāo)要求如下： 固定碳（干基） ≥70% 水分 7% 灰分（干基） 20% 揮發(fā)分（干基） 8% 硫分（干基） ≤1% 熱穩(wěn)定性 ≥60% 灰熔點(diǎn) 1250oC 機(jī)械強(qiáng)度（落下實(shí)驗(yàn)） ≥70% 塊度 25～ 75mm或 50～ 100mm 本設(shè)計(jì)采用 邯鄲 無(wú)煙煤，它的各項(xiàng)指標(biāo)均符合上述要求。爐型選用 φ 2260mm的 UGI 水煤氣爐。 （ 3）氣流床氣化 一種并流式氣化，氣體（氧和蒸汽）將煤粉（ 70%以上小于 200目）帶入高溫氣化爐，在 1500~1900℃ 高溫下將煤進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為 CO、 CO H2等氣體，殘?jiān)匀墼问脚懦鰵饣癄t。 煤炭氣化自從 1839 年俄國(guó)第一臺(tái)空氣鼓風(fēng)液態(tài)排渣氣化爐問世以來(lái)，至今已有 100多年的歷史了，自上世紀(jì) 70 年代起，世界各國(guó)廣泛開展了煤氣化研究，按煤在氣化爐中的流體力學(xué)條件，氣化方法可分為： （ 1） 移動(dòng)床氣化 也稱固定床氣化，由于煤粒在氣化爐中逐漸往下移而得名。而利用水煤氣發(fā)生爐制得的合成氣（ CO+H2）是作為重要的化工原料氣而存在的。相反我國(guó)的石油等其它重要的一次能源明顯不足，一方面，作為及其重要的能源物資和化工原料，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油需求日益高漲，但國(guó)內(nèi)石油的開采利用逐漸趨于遞減模式而不得不轉(zhuǎn)向國(guó)外 進(jìn)口，耗費(fèi)大量外匯，給國(guó)家的各個(gè)方面都帶來(lái)不便。另一方面，目前煤炭利用方式以粗放為主，利用效率低下，環(huán)境污染嚴(yán)重，不能緩解和明顯緩解國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)石油的依賴性。現(xiàn)在火熱的碳一化學(xué)工業(yè)就是在合成氣的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。移動(dòng)床氣化需 要用塊煤為原料，且煤粒盡量均勻。 （ 4）熔融床氣化 俗稱浴床氣化或熔融流態(tài)床氣化，其特點(diǎn)是有一溫度較高中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 2 （ 1600~1700℃ ） 且高度穩(wěn)定的熔池，粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入熔池內(nèi)，池內(nèi)熔融物保持高速旋轉(zhuǎn)。作為第一代氣化爐與其它工藝相比，效率不是最高，但該工藝成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作方便，機(jī)械除灰，特別是工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)豐富。 工藝流程 基本原理 水煤氣生產(chǎn)的主要反應(yīng)是水蒸氣與碳的反應(yīng)： C+H2O（ g） CO+H2 △ H=－ C+2H2O（ g） CO2+2H2 △ H=－ 可見，水煤氣生產(chǎn)關(guān)鍵是水蒸氣的分解，而水蒸氣的分解需要由外界提供熱量。 流程說(shuō)明 本工段以 邯鄲 無(wú)煙煤為原料，以水蒸氣為氣化劑，通過固定床層間歇式氣化爐制成水煤氣。循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，使制成的煤氣持續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)。 （ 3）上吹階段 蒸汽由鍋爐房進(jìn)入蒸汽緩沖罐，經(jīng)蒸汽總管再分配到各套系統(tǒng)的 過熱 除塵 器，過熱到180oC 后由爐底進(jìn)入爐內(nèi)，生成的水煤氣經(jīng)過過熱除塵器、廢熱鍋爐除塵和廢熱回收后，經(jīng)洗氣箱降溫除塵，再經(jīng)洗氣塔冷卻至 35oC 左右，最后進(jìn)入緩沖氣柜。其氣體流向同一次上吹階段。 吹風(fēng)階段的作用是積蓄盡可能多的熱量，為制氣準(zhǔn)備條件，因此要求吹風(fēng)后料層應(yīng)具有適當(dāng)?shù)母邷?，同時(shí)時(shí)間應(yīng)該盡量的短，以相對(duì)增加制氣階段的時(shí)間，吹風(fēng)時(shí)間一般占循環(huán)時(shí)間的 24%。 目標(biāo)數(shù)據(jù) 目標(biāo)數(shù)據(jù)即為收到基和干燥基數(shù)據(jù)，根據(jù)《煤化學(xué)》有以下轉(zhuǎn)換公式： 以 X 代表 S， A， C， H， N， Q。 . （ 6）帶出物為 3kg 干基原料 注：根據(jù)《煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可查得可燃?xì)獾臒嶂等缦拢? 氣體 H2 CO CH4 H2S 高熱值 , kJ/m3 12778 12643 39775 25347 低熱值 , kJ/m3 10805 12643 35786 223367 則吹風(fēng)氣和水煤氣的高低位熱值可計(jì)算如下： 吹風(fēng)氣熱值： HHV=(12778+12643+39775 +25347)=1605 kJ/m3 LHV=(10805+12643+35786 +223367) =1525 kJ/m3 水煤氣熱值： HHV=(12778+12643+39775 +25347) =11994 kJ/m3 LHV=(10805+12643+35786 +223367) =10864 kJ/m3 基本數(shù)據(jù)計(jì)算 以 100kg 原料為計(jì)算基準(zhǔn) . （ 1）帶出物帶出的各元素量： 帶出物為 4kg，則其中各元素量為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 7 C： 4= kg H： 4= kg O： 4= kg N： 4= kg S： 3= kg A： 3= kg 總重： 4 kg （ 2） 灰渣生成量及其中各元素量 灰分總重為 100%= 故灰渣量為 ?= kg 灰渣中帶出的各元素量： C： = kg S： = kg A： = kg 共計(jì)： kg （ 3）氣化原料損失于帶出物和灰渣中各元素量： C： += kg H： kg O： kg N： kg S： += kg A： += kg 共計(jì)： kg （ 4）原料氣化后進(jìn)入煤氣中的各元素量： C： － = kg H： +218 － = kg O： +1816 － = kg N： － = kg S： － = kg 共計(jì)： kg 吹風(fēng)階段計(jì)算 吹風(fēng)階段的物料衡算 （ 1）每 m3吹風(fēng)氣中所含各元素的量： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 8 C： （ ++） = kg H： （ 2+4+2） = kg O： （ +2+2） = kg N： = kg S： = kg （ 2）由碳平衡計(jì)算吹風(fēng)氣產(chǎn)量 . = （ 3）由 氮 平衡計(jì)算空氣耗量 . 8 6 0 1 1 5 ?? = （ 4）由空氣帶入的水汽量 . 20℃ 干空氣含飽和水汽 ，在相對(duì)濕度為 70% 時(shí)，空氣含水汽=。 下行煤氣產(chǎn)量為 ： － = m3。 下行煤氣中 水汽 量為 ： = kg。 總蒸汽耗量為 ： 2= kg 上吹蒸汽分解率為 ： 100%=%?！?）） 由加和計(jì)算得到： 200℃ ， Cp1=++++0.005+ =（ m3℃ ） Q5= 500 + 200 =142246 kJ （ 6）水煤氣中水汽熱焓 Q6 水汽 500℃ ， i= kJ/kg 200℃ ， i=Q6= + =313975kJ （ 7）帶出物的化學(xué)熱 氣體 H2 CO CO2 CH4 O2 H2S 200℃ 500℃ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 14 Q7=122424 kJ （ 8）帶出物的物理熱 Q8=4 550 =2772 kJ （ 9）灰渣化學(xué)熱 Q9=135636kJ （ 10）灰渣物理熱 Q10=3567kJ （ 11）爐壁熱損失（取原料發(fā)熱量的 7%） Q11=2585300 =180971 kJ 共計(jì) 3810376 kJ 故需從料層中吸取的熱量 QB=3810376－ 3169954=640422 kJ 制氣效率： B??314 100% = 640 42 2582 55 4258 53 00 290 87 85 ?? 100%=% 制氣階段的熱平衡表 收入項(xiàng)目 熱量， kJ 支出項(xiàng)目 熱量， kJ Q1 2585300 Q4 2908785 Q2 2100 Q5 142246 Q3 582554 Q6 313975 QB 640422 Q7 122424 Q8 2772 Q9 135636 Q10 3567 Q11 180971 共計(jì) 3810376 共計(jì) 3810376 總過程計(jì)算 原料使用分配 設(shè) 100 kg 原料中，制氣消耗 x kg，則吹風(fēng)消耗（ 100－ x） kg 640422x=875715（ 100－ x） x= kg 所以， 100 kg 原料中， kg 用于制氣， kg 消耗于吹風(fēng)階段。 其技術(shù)指標(biāo)如下： 爐 膛 內(nèi) 徑 ： 爐 膛 面 積 ： 蒸汽水套受熱面積： 18m3 夾 套 蒸 汽壓 力： ~(1) 進(jìn) 風(fēng) 口 直 徑 ： 1060/760mm 煤 氣 出口直徑上口： 1060mm 煤氣出口直徑下口： 760mm 水 煤 氣 產(chǎn) 量 ： 7400Nm3/h 燃 料