【正文】 26 26 27 28第5章 能耗分析與節(jié)能途徑 30 提高燃料利用率 30 提高吹風(fēng)效率 31 提高制氣效率 32 降低灰渣返炭率 33 降低吹風(fēng)及制氣帶出物 34 減少熱量損失 34 降低蒸汽消耗 35結(jié) 論 37致 謝 38參考文獻(xiàn) 3940 / 46年產(chǎn)36萬噸合成氨造氣工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹了幾種常見氣化工藝并對(duì)其特點(diǎn)做了對(duì)比。本設(shè)計(jì)對(duì)造氣工段進(jìn)行了工藝計(jì)算，在煤氣爐的物料衡算中，進(jìn)項(xiàng)為100千克入爐燃料，出項(xiàng)包括灰分、干料；能量衡算中，進(jìn)項(xiàng)包括燃料熱值、空氣中水汽的焓、干空氣顯熱、燃料顯熱共計(jì)2904868千焦，出項(xiàng)包括吹風(fēng)氣熱值、帶出物熱值、吹風(fēng)氣中水汽的焓、干吹風(fēng)氣顯熱等共計(jì)1575130千焦；在制氣階段，分別對(duì)碳、氫、氧、氮、硫元素進(jìn)行了衡算；熱量衡算中，進(jìn)項(xiàng)包括燃料熱值、燃料顯熱、蒸汽的焓、氮空氣中水汽的焓、干氮空氣顯熱共計(jì)3538661千焦，；設(shè)備計(jì)算中，選用Φ3000mmUGI煤氣爐，每臺(tái)每小時(shí)產(chǎn)半水煤氣7500 m3，由年產(chǎn)量計(jì)算需78臺(tái)；空氣鼓風(fēng)機(jī)選用D700—14型，經(jīng)計(jì)算需22臺(tái)。the characteristics of atmospheric fixed bed gasification。 fuel distribution in gas furnace, in turn from top to bottom for drying layer, carbonization layer, reducing layer, oxide layer and ash layer. The gasification process of the design has been calculated, the material balance proceeds into the furnace of 100 kg fuel out, including ash, dry materials, nonflammable total of kg。 the equipment calculations the selection Φ3000mmUGI gas stove, capacity of 7500 m3/h by the annual production of calculation , needs 78 units,air blower choose D700—14 type,the calculation needs 22 sets.The paths to reduce the energy consumption in gasification section have been described in the design, from aspects of increasing the effective usage rate of fuel and reducing the steam consumption。首先，制成含H2和CO等組分的煤氣，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。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、烴類及燃料的碳化學(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。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。它有以下幾種分類：①按制取煤氣的熱值分類，有低熱值煤氣法(煤氣熱值低于8347kJ/m3)、中熱值煤氣法（煤氣熱值1674733494kJ/m3）、高熱值煤氣法(煤氣熱值高于33494 kJ/m3)②按供熱方式分類，有間接供熱和直接供熱③按反應(yīng)器的形式分類，有固定床、流化床、氣流床、熔融床本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方法來分別簡(jiǎn)要介紹各種方法[2]。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。在爐底部通入空氣或氧氣作介質(zhì)，煤與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑發(fā)生反應(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。④加氫氣化法它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CH4的煤氣的方法，其總反應(yīng)方程式可表示為：煤＋H2→CH4＋焦 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)。②德士古法它是一種濕法（水煤漿）進(jìn)料的加壓氣化工藝。①羅米方法此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，有單筒式和雙筒式兩種爐型，適用于各種固體或液體燃料，氣體溫度高、強(qiáng)度高。③ATGAS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)分逸出，殘留的碳溶解在熔鐵中被氣化。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。用于合成氨的半水煤氣要求氫氮比為3：1。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。此流程適用于爐徑大于2740mm。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。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)洗滌塔進(jìn)入氣柜?？諝獯祪魰r(shí)，氣體經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐和洗滌塔進(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發(fā)生爆炸。因此，要求入爐煤的水分含量小于3%～5%。這些物質(zhì)的含量對(duì)灰份有決定性影響。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。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。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[4]，本設(shè)計(jì)采用無煙塊煤。氣化效率高，燃料利用率高，生產(chǎn)成本低[3]。操作溫度一般主要是指氧化層的溫度，簡(jiǎn)稱爐溫。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10001200℃。吹風(fēng)速度采用爐溫范圍10001200℃。當(dāng)燃料活性好。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(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。方法是改變加氮?dú)?，或改變空氣吹凈時(shí)間。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。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。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)。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[21]。℃下行半水煤氣比熱：＋＋＋＋＋=已知條件： 每小時(shí)產(chǎn)半水煤氣量7500 Nm3,年產(chǎn)36萬噸合成氨廠，每噸氨需3300 m3的半水煤氣，由于設(shè)備檢修等原因，全年生產(chǎn)時(shí)間不可能為365天，取300天計(jì)。在實(shí)際氣化過程中，還要以其他形式消耗大量的碳，如吹風(fēng)過程中所燃燒的碳、灰渣中未燃盡的碳以及隨著氣體帶走的塵粒中所含的碳等。假如使用的氣化原料品種和氣化條件已確定，則半水煤氣中的一氧化碳和二氧化碳的總量也就相應(yīng)為一定值。若碳的有效利用率為65%，則噸氨耗標(biāo)準(zhǔn)煤為：(kg) 碳的利用率提高到70%，則噸氨耗標(biāo)準(zhǔn)煤為：(kg) 如果碳的有效利用率由65%提高至70%，則噸氨標(biāo)準(zhǔn)煤可下降86kg。吹風(fēng)效率是積蓄于燃料層的熱量和消耗燃料所具有的熱值之比，其意義可用下式表示[31]： (51)式中，E吹風(fēng)為吹風(fēng)階段的效率，%；Q燃為吹風(fēng)階段消耗的燃料所具有的熱值，kJ；Q反為吹風(fēng)階段化學(xué)反應(yīng)放出的熱量， kJ ；Q氣為吹風(fēng)氣帶走的熱量，kJ。因此，將氣化層溫度控制在適宜的范圍內(nèi)，提高空氣流速(在炭層不吹翻的前提下)，降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量是十分重要的。顯然，吹風(fēng)階段與制氣過程對(duì)氣化層溫度要求是矛盾的。根據(jù)所用燃料的特性、粒度等條件，選擇適宜的風(fēng)壓、風(fēng)量參數(shù)的鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)時(shí)間、吹風(fēng)百分比，控制適宜的炭層高度和氣化層溫度、厚度、位置，全方位降低熱量損失，是提高碳的利用率，降低兩煤消耗的主要途徑之一。為了使炭層中積蓄一份可供制氣用的熱量，往往要燃燒掉二倍于這份熱量的燃料。要達(dá)到理想的吹風(fēng)效率，可采取如下措施：①保持氣化層溫度在適宜的范圍內(nèi)，并選擇適宜的空速，盡量降低吹風(fēng)氣中一氧化碳含量；②在煤氣爐高徑比允許的情況下，控制適宜的炭層高度、氣化層厚度和灰渣層厚度；③保持較高的上預(yù)熱層厚度(在風(fēng)機(jī)能力允許的情況下)，以增加煤氣爐燃料層蓄熱能力，為提高煤氣爐的氣化效率創(chuàng)造有利條件[29]。通過對(duì)碳與氧反應(yīng)研究表明，這一反應(yīng)在775℃以下時(shí)，屬于動(dòng)力學(xué)控制；在高于900℃時(shí)，屬于擴(kuò)散控制；在這兩個(gè)溫度區(qū)域之間時(shí)，可認(rèn)為處于過渡區(qū)。根據(jù)吹風(fēng)過程反應(yīng)的特點(diǎn)，控制適宜的吹風(fēng)強(qiáng)度和氣化層溫度，對(duì)提高吹風(fēng)效率，降低原料煤及蒸汽消耗具有重要的意義。在制氣過程中，在Q燃消耗和氣化劑蒸汽所帶入熱量Q蒸一定的前提下，提高制氣效率就是提高吹風(fēng)時(shí)積蓄于燃料層內(nèi)可以利用的熱量Q利用的有效利用率。溫度超過1100℃以后，反應(yīng)速度較快，開始為擴(kuò)散控制。從間歇式固定層煤氣生產(chǎn)實(shí)踐來看，在采用活性較高的冶金焦為原料時(shí)，在同樣溫度下，適當(dāng)?shù)靥岣邭饣瘎┤霠t速度，可以在不影響氣體質(zhì)量(煤氣中CO含量并不減少)的條件下，提高氣化強(qiáng)度。 降低灰渣返炭率灰渣中的含碳最與灰量之比稱為返炭率。因此，努力降低灰渣可燃物，是提高碳利用率的重要一環(huán)。③上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量選配不當(dāng)。⑥爐溫控制不當(dāng)，造成結(jié)疤、結(jié)塊，導(dǎo)致氣化劑分布不勻，氣化不良或爐溫控制過低，蒸汽用量過大，燃料反應(yīng)不完全時(shí)即排出爐外。①Φ3000 mm系列煤氣爐風(fēng)機(jī)可選450550 m3/min，風(fēng)壓在2528 kPa范圍內(nèi)。⑤掌握好下灰質(zhì)量，將灰中結(jié)渣率控制在65%以上，減少灰中的細(xì)灰量。 減少熱量損失①選擇與風(fēng)機(jī)相適應(yīng)的炭層高度(一般從風(fēng)帽頂向上炭層高度為18002600 mm)。氣化層位置控制不當(dāng)，灰渣層過薄或厚度不均勻，必然導(dǎo)致爐底出氣溫度增高，帶出熱量多，降低氣化效率。造氣工段的蒸汽用量可用下式計(jì)算[34]： （54）式中QT 制氣時(shí)噸氨的蒸汽用量，kg/t；V半為半水煤氣的噸氨消耗定額，m3/t；；（H2）為半水煤氣中H2的體積分?jǐn)?shù)，%；Q為制氣過程平均蒸汽分解率，%。由此可見，提高蒸汽分解率，是降低蒸汽用量的主要途徑，也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。主要原因是由于動(dòng)力學(xué)控制影響過大，反應(yīng)不完全，蒸汽用量增大時(shí)，吸熱反應(yīng)增加，導(dǎo)致氣化層溫度下降，繼而導(dǎo)致蒸汽分解率下降。據(jù)部分生產(chǎn)廠家的實(shí)測(cè)數(shù)值，一般使用200℃以上的過熱蒸汽制氣時(shí)，蒸汽分解率可提高5%，噸氨蒸汽的消耗定額約下降250 kg/t[35]。；煤氣爐內(nèi)燃料各層之間并沒有嚴(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；該工藝要求爐溫范圍10001200℃、吹風(fēng)速度以不使炭層出現(xiàn)風(fēng)洞為限、合適的燃料層高度以及適宜的蒸汽用量。由于造氣工段在整個(gè)合成氨生產(chǎn)中能耗很大，故本設(shè)計(jì)最后從提高燃料有效利用率、降低蒸汽消耗方面闡述了合成氨生產(chǎn)造氣工段降低能耗的途徑，提出了合成氨生產(chǎn)造氣工段節(jié)能增效的應(yīng)對(duì)措施。在煤氣爐的物料衡算中，進(jìn)項(xiàng)為100kg入爐燃料，出項(xiàng)包括灰分、干料、%；能量衡算中，進(jìn)項(xiàng)包括燃料熱值、空氣中水汽的焓、干空氣顯熱、燃料顯熱共計(jì)2904868k