【正文】 煤炭氣化至今已有150多年的歷史。1 緒論 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。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。目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。我國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占很大比重。氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。此設(shè)計(jì)配有設(shè)計(jì)說明書一份，圖紙三張。1 緒論 8 煤氣化發(fā)展史 8 煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢 82 生產(chǎn)方法的選擇及論證 9 生產(chǎn)方法的介紹 9 固定床氣化法 9 流化床氣化 9 氣流床氣化 10 熔浴床氣化 10 生產(chǎn)方案的選擇及論證 103 常壓固定床間歇?dú)饣?11 半水煤氣定義 11 固定床氣化法的特點(diǎn) 11 生產(chǎn)半水煤氣對原料的選擇 11 半水煤氣制氣原理 12 發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況 13 各主要設(shè)備的作用 13 煤氣發(fā)生爐 13 燃燒室 14 廢熱鍋爐 15 洗氣箱 15 15 煙囪 15 自動(dòng)機(jī) 15 間歇式制半水煤氣的工藝條件 15 生產(chǎn)流程的選擇及論證 16 間歇式氣化的工作循環(huán) 17 間歇式制半水煤氣工藝流程 184 工藝計(jì)算 19 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 19 物料及熱量衡算 20 23 物料衡算 23 熱量衡算 25 總過程計(jì)算 27 配氣計(jì)算 29 消耗定額 30 吹凈時(shí)間核算 30 廢熱鍋爐的熱量衡算 31 夾套鍋爐的物料及熱量衡算 355 設(shè)備計(jì)算 36 煤氣爐指標(biāo)計(jì)算 36 煤氣臺(tái)數(shù)的確定 37 空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型及臺(tái)數(shù)確定 376 各設(shè)備的選型及工藝指標(biāo) 38 38 燃料室的工藝指標(biāo) 38 洗氣箱工藝指標(biāo) 39 39 40 煤氣發(fā)生爐自動(dòng)加煤機(jī)工藝指標(biāo) 40 10000m3螺旋式氣柜的工藝指標(biāo) 41 集塵器 417 車間布置簡述 428 安全技術(shù)與節(jié)能 42 安全技術(shù) 42 節(jié)能 43 人員工資 44 總投資計(jì)算 44 成本計(jì)算 46參考文獻(xiàn) 47致 謝 48年產(chǎn)10萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì)化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)老師：摘要 本設(shè)計(jì)時(shí)年產(chǎn)能力為10萬噸合成氨造氣工段（合成氨所需原料氣半水煤氣）的初步工藝設(shè)計(jì)。說明書內(nèi)容：；，流程選擇及生產(chǎn)方法的論證與選擇；、熱量 衡算；；；.三張圖紙：；；。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)。煤的氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最主要的方面，并已獲得廣泛的應(yīng)用。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)節(jié)往往在總投資及生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的比重。本說明書是在工藝和設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)上加以工藝論證及選擇而編制的。煤炭氣化包括煤的熱解、氣化和燃燒3部分。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)?，F(xiàn)今，煤氣化所制得煤氣，主要用于如下幾方面：（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。2 生產(chǎn)方法的選擇及論證 生產(chǎn)方法的介紹：煤氣化犯法按不同的分類有多種，分?jǐn)⑷缦拢海?）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。 固定床氣化法 煤的固定床氣化是以塊煤為原料。（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。它是一種介于逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。白云石、石灰石或石灰經(jīng)給料機(jī)輸入爐內(nèi)。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（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)。（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。下面分別介紹這3類床的某些制氣方法。它是在熔融的Na2CO2鹽浴內(nèi)進(jìn)行，熔融的Na2CO2對煤與蒸汽的反應(yīng)具有強(qiáng)烈的催化作用，在較低溫度下就可獲得很快的反應(yīng)速度。煤種適用范圍廣，且氣化爐結(jié)構(gòu)簡單。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。3 常壓固定床間歇?dú)饣?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。因此，要求入爐煤的水分含量小于3～5%。這些物質(zhì)的含量對灰份有決定性影響。（5）對化學(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?？傊?，對間歇式生產(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，本設(shè)計(jì)采用無煙塊煤。 發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況在煤氣發(fā)生爐中固體燃料氣化過程，燃料與氣化呈相反方向和順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣化劑經(jīng)過燃料層時(shí)，進(jìn)行燃料的氣化反應(yīng)，同時(shí)伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的5個(gè)區(qū)層（1） 干燥層 新加入的燃料由于下層高溫燃料和爐壁的輻射熱以及下面的高溫氣流的導(dǎo)熱，使燃料中的水分蒸發(fā)，形成干燥層，干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。一般將還原層和氧化層通稱之為氣化區(qū)。我自行設(shè)計(jì)和制造了爐徑為Φ1500，Φ2260，Φ3000，Φ3600。（2）夾套鍋爐夾套鍋爐傳熱面積約為19m2。底盤兩側(cè)有灰斗，底盤上沒有溢流排污管和水封桶，可以排泄冷凝水和油污，并防止氣體外透，起安全作用。通過減速箱蝸桿、蝸輪來完成的。CO2＋C=2COH2O＋C=CO＋H22H2O＋C=CO2＋2H2Ⅲ還原區(qū)二氧化碳還原成一氧化碳或水蒸氣分解為氫，燃料依靠熱的氣體而被預(yù)熱。燃燒室的作用：（1）向吹風(fēng)氣添加二次空氣，使其中的CO等可燃物在其中燃燒，所生成的熱量被積蓄在格子磚內(nèi)。燃燒室的頂蓋起著泄壓作用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸時(shí)，爆炸壓力超過蓋子彈簧的作用力，蓋子張開，降低壓力，避免設(shè)備損壞。高溫氣從上而下與管間的水進(jìn)行逆流熱交換，汽水混合物從上循環(huán)管進(jìn)入氣包產(chǎn)生蒸汽。用以促進(jìn)對流，使熱交換效率提高。以保持一定的水面，起到安全水封的作用。 洗滌塔的作用是冷卻（降溫），冷凝（蒸汽）和除塵，它可采用噴塔，也可采用填料塔，其外形一般為柱形。 煙囪 煙囪也是煤氣生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，其主要作用是排放廢氣，另還兼有封和除塵的作用。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）。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。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。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。蒸汽流量越大，制氣時(shí)間愈長，則煤氣產(chǎn)量愈大。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。 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，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。 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。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）。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。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。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。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同。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℃。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（）摘自《煤化學(xué)》 鐘蘊(yùn)英、關(guān)夢嬪、崔開仁、王惠中編（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%=%4. 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 17225吹風(fēng)氣中水汽的焓32931空氣中水汽的焓 37418帶出物熱值 60060帶出物顯熱 12600灰渣中可燃物熱值 75369灰渣顯熱 2858熱損失 227808積蓄在煤層中的熱量 132974合計(jì) 2904868合計(jì) 2904868（以100kg入爐燃料為基準(zhǔn)） 物料衡算 ，kgC=12/（＋＋）=H=2/（＋2）＋2/34=O=32/（＋＋）=N=28/=S=32/34=：：（344－）/（28/）=72N m3氮空氣中含水汽量：72=已知和假設(shè)數(shù)據(jù)上行半水煤氣產(chǎn)量為XNm3上、下吹蒸汽用量相等各為Wkg下行半水煤氣產(chǎn)量為（344－X）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)。kJ W蒸汽用量，kg η—蒸汽分解率，% i水蒸氣在此0℃時(shí)熱焓，kJ/kg Q=103（1－%）=（4）上吹未分解蒸汽的顯熱和潛熱（kJ）：＋=184492%所以為分解蒸汽的顯熱和潛熱為（kJ）：184492=（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）CO 600 = H2 600 = CO2 600 = H2S 600 = N2 600 = O2 600 = 649CH4 600 = 總計(jì)：(6)求鍋爐進(jìn)水顯熱：Q=X102=Q鍋爐的進(jìn)水顯熱 kJX鍋爐用水量，kgT鍋爐進(jìn)水溫度，℃—進(jìn)水的比熱，kJ/kg。G。 煤氣臺(tái)數(shù)