【正文】 J，出項包括吹風(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1575121 kJ，其差值1329747 kJ為積蓄在煤層中的熱量；在制氣階段，分別對碳、氫、氧、氮、硫元素進行了衡算；熱量衡算中，進項包括燃料熱值、燃料顯熱、蒸汽的焓、氮空氣中水汽的焓、干氮空氣顯熱共計3505330 kJ，出項4305044 kJ,其差值799714 kJ為從煤層中吸取的熱量，%；在配氣計算中，100千克燃料實際可制得半水煤氣量為238 m3，半水煤氣的實際組成為CO2 %、O2 %、CO % 、 H2 %、CH4 %、N2 %。采用熱穩(wěn)定性好、機械強度高、不粘結(jié)、粒度均勻、水分較少、灰分和揮發(fā)分不高、灰分熔點較高的原料，本設(shè)計采用無煙塊煤。日常生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)氣化層溫度，控制合理的蒸汽入爐量，盡可能地降低蒸汽流速并使之穩(wěn)定，增加赤熱的碳與蒸汽接觸時間，以提高蒸汽分解率。在氣化操作中，影響蒸汽分解率的主要因素為：①氣化層的溫度和厚度；②制氣時的蒸汽流速；③爐上、爐下空間體積；④入爐蒸汽溫度。在半水煤氣消耗定額相同的情況下，由于蒸汽分解率的不同，用于造氣工段的蒸汽量具有很大的差異。蒸汽用量過大，大量未分解的蒸汽帶走了爐內(nèi)熱量，使氣化層溫度下降，不僅導(dǎo)致氣化效率降低，而且浪費了蒸汽，增加了氣體洗滌塔熱負(fù)荷，使氣體洗滌塔出氣溫度相應(yīng)增高，在一定程度上影響了下工序的有效打氣量。目前，國內(nèi)已有企業(yè)采用自動連續(xù)加炭方式，炭層高度、氣化層位置、灰渣層厚度、煤氣爐負(fù)荷等選擇控制得較為合理，實現(xiàn)了爐頂、爐底出氣溫度之和小于460℃，入爐實物噸氨消耗在11001150 kg范圍內(nèi)，達到了較高的控制水平[33]。煤氣爐負(fù)荷重，氣化劑流速快，帶出物就多，特別是下吹制氣時，蒸汽用量大則流速快，下吹帶出物相應(yīng)增多。③選擇機械強度和熱穩(wěn)定性較好的燃料，嚴(yán)格把握入爐燃料的加工質(zhì)量，減少粉末入爐，力求料層阻力均勻。 降低吹風(fēng)及制氣帶出物提高風(fēng)速可以減少二氧化碳還原為一氧化碳的幾率，但隨著風(fēng)速的提高，必然導(dǎo)致帶出物增多，故風(fēng)速的選擇應(yīng)以帶出物較少和不吹翻炭層為原則。⑤爐條機排灰速度與燃料氣化后所生成灰渣的速度不相適應(yīng)，排灰量過大。①煤氣爐爐底防漏裝置選擇安裝不當(dāng)或在使用中損壞，造成排灰不勻或發(fā)生漏炭、塌炭，致使返炭率升高。粒徑較大的返炭雖然可以回收利用，但已帶出了部分熱量，造成一定的熱量損失。特別是在爐內(nèi)溫度稍有下降，而氣體質(zhì)量和氣化強度立即比較大幅度降低的情況下，前者的反應(yīng)速度可能處于擴散區(qū)或過渡區(qū)，而后者則處于動力學(xué)控制區(qū)。在相同溫度下，隨著壓力的升高，氣體中的H2O，CO2和CH4含量增加，而H2和CO的含量減少。換言之，夾套損失熱一定，提高制氣效率就是控制適宜的氣化層溫度，提高蒸汽分解率，降低爐上、爐下溫度，減少熱量損失，提高水煤氣的數(shù)量和質(zhì)量。 （52） （53）式中，Q反為制氣反應(yīng)吸收的熱量，kJ/mol；Q氣為水煤氣及未分解蒸汽帶出的熱量，kJ/mol；Q損為夾套等熱量損失，kJ ；Q利用為吹風(fēng)氣儲存到燃料層的熱量，kJ。一般認(rèn)為，碳與二氧化碳之間的反應(yīng)速度比碳燃燒速度要慢得多。實驗證明，這一反應(yīng)在800℃以上溫度時，幾乎是不可逆地自左向右進行，而且屬于擴散控制。換句話說，從氣化層移走的任何熱量，盡管可以用來產(chǎn)生蒸汽并加以回收，但由于氣化層中積蓄的熱量效率太低因而是不經(jīng)濟的。h(優(yōu)質(zhì)原料取高限，劣質(zhì)原料取低限)[28]。然而風(fēng)壓、風(fēng)量過大，不僅會導(dǎo)致吹風(fēng)階段帶出物明顯增多，而且爐內(nèi)炭層容易吹翻，難以維持長期穩(wěn)定運行；而風(fēng)壓、風(fēng)量過小，則會導(dǎo)致煤氣爐氣化強度降低。在實際生產(chǎn)中，隨著吹風(fēng)時間的延續(xù)，吹風(fēng)氣中一氧化碳含量逐漸升高是不可避免的。由吹風(fēng)階段化學(xué)反應(yīng)可知，吹風(fēng)階段每消耗1kmol碳所放出的反應(yīng)熱Q反，同生成產(chǎn)物中一氧化碳和二氧化碳的含量有關(guān)。提高碳的有效利用率的途徑包括提高吹風(fēng)效率和控制氣效率、降低灰渣返炭率、減少吹風(fēng)和制氣帶出物、減少熱量損失等方面，以下分別闡述[25][26]。例如，生產(chǎn)1t氨，半水煤氣的消耗量用V半表示，半水煤氣中一氧化碳和二氧化碳總含量為 30%+%=% 則每生產(chǎn)1t氨轉(zhuǎn)入半水煤氣中的碳含量為：(12/)V半=(kg/t) 折成標(biāo)準(zhǔn)煤：(kg/t) 式中，+CO2組分百分含量；12為碳的原子量；，每千摩爾體積，m3；V半為噸氨半水煤氣消耗量，m3；。在生產(chǎn)中，希望有效消耗所占總消耗的比例越高越好，這就需要努力提高燃料的利用率，盡量減少其他形式的碳損失。采用無煙煤為原料，根據(jù)實際情況，故選用D700—14型鼓風(fēng)機，風(fēng)量42000 m3/h。②煤氣產(chǎn)量在加煤后各循環(huán)中并不相同，以上指標(biāo)是平均值。已知條件的確定: ①[5]，重量%CHONSAW合計 100燃燒熱值 28476kJ/㎏ ② ，體積%CO2O2COH2CH4N2合計H2S100③[6]， 體積%CO2O2COH2CH4N2合計H2S43100④各物料進出爐的溫度空氣25℃；相對濕度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；⑤生產(chǎn)循環(huán)時間%，時間（s）吹風(fēng)上吹下吹二次上吹吹凈合計180s⑥計算基準(zhǔn)：100kg入爐燃料⑦帶出物數(shù)量及其組分帶出物數(shù)量：2kg絕對干料[7]元素組成，重量%各組分重量，kgC.2=H2=O2=N2=S2=灰分2=合計1002帶出物熱值30030kJ/㎏⑧灰渣組成及其各組分重量 灰渣組成（重量%）CS灰分合計灰渣重量（按灰分平衡計算），kg（）/=灰渣各組分重量，kgC =S =灰分 =合計：⑨燃料氣化后轉(zhuǎn)入煤氣中的元素量，kgC H O N S 合計：計算誤差： 吹風(fēng)階段的計算（物料衡算）①每Nm3吹風(fēng)氣中含有的元素量，kgC H O N 28/=S 32/34=②由碳平衡計算吹風(fēng)氣量：③由氮平衡計算空氣用量：[580－（－）]/（28/）=530Nm3空氣帶入水汽量：530=()④氫平衡（kg）進項：燃料帶入氫量： 空氣中水蒸汽帶入氫量：2/18=合計： 出項：吹風(fēng)氣中含氫量：580=吹風(fēng)氣中水汽含量：－=合計：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）進項：燃料帶入氧量: 空氣中含氧量: 53032/=159空氣中水汽含氧量： 16/18=合計： 出項：吹風(fēng)氣中氧量：580=吹風(fēng)氣中水汽含氧量：16/18=合計：誤差：（－）/100%=%⑥硫平衡（以kg計）進項：燃料帶入硫量：出項：吹風(fēng)氣中含硫量：580=誤差：（－）/100%=% 熱量衡算進項（以kJ計）:①燃料熱值：10028476=2847600②燃料顯熱：10025=2625（[17]）③干空氣顯熱：53025=17225（[17]）④空氣中水汽的焓：=37418合計：2904868出項（以kJ計）: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℃時過熱蒸汽的焓[17]）④帶出物熱值：300302=60060（1－）=⑤帶出物顯熱：2600=1260（[17]）⑥灰渣中可燃物熱值：34020＋10500=75369（34020，10500分別為碳和硫的發(fā)熱值[17]）⑦灰渣顯熱：200=2858 （[17]）⑧熱損失（取燃料發(fā)熱量的8%）2847600=227808①～⑧合計：1575121 ⑨積蓄在煤層中的熱量：2904868－1575121=1329747（kJ）進項出項燃料熱值 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 1329747合計 2904868合計 2904868⑩吹風(fēng)效率：1329747/2847600100%=%（以100kg入爐燃料為基準(zhǔn)）①每Nm3半水煤氣中含有的元素量，kgC 12/（＋＋）=H O 32/（＋＋）=N 28/=S 32/34=②由碳平衡計算半水煤氣產(chǎn)量：③由氮平衡計算氮空氣用量：（344－）/（28/）=72N m3氮空氣中含水汽量：72=④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、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。一般將還原層和氧化層通稱之為氣化區(qū)。 制氣工作循環(huán)氣體流向圖階段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 爐內(nèi)燃料分布情況 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)。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，不再進入廢熱鍋爐直接進入洗氣塔洗凈降溫，由塔頂引出至氣柜。常壓固定床法制半水煤氣其工藝流程氣化過程按5個階段分別敘述如下：①吹風(fēng)階段 來自鼓風(fēng)機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儲存于炭層內(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。⑤循環(huán)時間制氣過程一個循環(huán)時間包括五個階段時間，各階段的時間分配要根據(jù)燃料性質(zhì)，氣化劑配分比和煤氣組成的要求而定，一個循環(huán)時間短時，爐溫的波動小，煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量也較穩(wěn)定，故循環(huán)時間不宜長，但氣化活化較低的燃料時，因反應(yīng)速度慢，應(yīng)采用較長的循環(huán)時間。但同時因燃料層溫下降快而應(yīng)縮短吹入蒸汽的時間。蒸汽流量越大，制氣時間愈長，則煤氣產(chǎn)量愈大。后者使制氣時間縮短，不利于提高產(chǎn)量，而前者對制氣時間無影響，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間。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。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[5]。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）。所以要求煤的粘結(jié)性較低為宜。⑥對機械強度的要求機械強度高，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，機械