【正文】 .............................................. 15 自動機(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 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 2 間歇式制半水煤氣工藝流程 ......................................... 18 4 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 .................................................... 22 制氣階 段的計(jì)算 ..................................................... 25 物料衡算 ..................................................... 25 熱量衡算 ..................................................... 28 總過程計(jì)算 ........................................................ 29 配氣計(jì)算 .......................................................... 33 消耗定額 .......................................................... 34 吹凈時(shí)間核算 ...................................................... 34 廢熱鍋爐的熱量衡算 ................................................ 35 夾套鍋爐的物料及熱量衡算 .......................................... 36 5 設(shè)備計(jì)算 ................................................................ 37 煤氣爐指標(biāo)計(jì)算 .................................................... 37 煤氣臺數(shù)的確定 .................................................... 38 空氣鼓風(fēng)機(jī)的選型及臺數(shù)確定 ........................................ 39 6 各設(shè)備的選型及工藝指標(biāo) .................................................. 41 Φ 3米 型煤氣發(fā)生爐的工藝指標(biāo) ................................. 41 燃料室的工藝指標(biāo) .................................................. 42 洗氣箱工藝指標(biāo) .................................................... 43 索爾維式廢熱鍋爐工藝指標(biāo) ........................................... 44 填料式洗滌塔工藝指標(biāo) ............................................... 45 煤氣發(fā)生爐自動加煤機(jī)工藝指標(biāo) ...................................... 46 10000m3螺旋式氣柜的工藝指標(biāo) ...................................... 47 集塵器 ............................................................ 48 致 謝 .................................................................... 49 參考文獻(xiàn) .................................................................. 50 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 3 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工段工藝設(shè)計(jì) 化學(xué)工程 : 夏楚兵 指導(dǎo)老師：楊謙 摘要 本設(shè)計(jì)時(shí)年產(chǎn)能力為 15萬噸合成氨造氣工段（合成氨所需原料氣 半水煤氣）的初步工藝設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)配有帶控制點(diǎn)工藝流程圖一 張。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)。 現(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： 煤氣化法按不同的分類有多種，分?jǐn)⑷缦拢? （ 1）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 16747334948347kJ/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)。它是 1948 年德國海因里希 柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床 3 類。 （ 2）覬洛格法 此法為 — 加壓熔浴氣化法。此法效率高，有害物質(zhì)少，氣化反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。但是如果采用這些方法不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大。根據(jù)我國基本國情及當(dāng)?shù)厍闆r本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣ā? 生產(chǎn)半水煤氣對原料的選擇 間歇法生產(chǎn)半水煤氣對原料的要求： （ 1）對水分的要求 燃料中水分含量過高，會影響煤氣發(fā)生爐的氣化效率，在氣化過程中因水分蒸發(fā)吸熱造成爐溫下降使燃料消耗增加，爐子操作條件惡化，影響水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。 （ 3）對灰份的要求 煤中含灰分其主要成份為二氧化硅、氧化鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂等無機(jī)物質(zhì)。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程 特點(diǎn)，對含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去。 （ 7）對熱穩(wěn)定性要求 熱穩(wěn)定性是指燃料在受高溫后粉碎的程度。 （ 9）對燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先對煤種要求是無煙煤，其次對粒度則要求采用塊煤和粉煤的成型，特別以 2350mm 的粒度最好。由于半水煤氣是生 產(chǎn)合成氨的原料氣，因此，要求入爐蒸汽與空氣（習(xí)慣上稱為氮空氣）比例恰當(dāng)以滿足半水煤氣中（ CO＋ H2）： N2=3 要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中要求半水煤氣（ CO＋ H2）：N2≧ 。 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 12 因?yàn)檠趸俣容^快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時(shí)，在該層中還進(jìn)行碳與水蒸汽的氧化 反應(yīng)。見表 3 各主要設(shè)備的作用 煤氣發(fā)生爐 在間歇法工藝中，用于生產(chǎn)半水煤氣的發(fā)生爐主要為UGI 水煤氣爐。 （ 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。 Ⅱ 氧化層（燃燒層） 碳被氣化劑中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出熱量。 有時(shí)，煤氣中部分一氧化碳與蒸汽進(jìn)行反應(yīng)： H2O＋ CO=CO2＋ H2 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 14 （ 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。分離下來的水及向氣泡補(bǔ)充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。 洗氣箱 洗氣箱的作用是防止水封以后的煤氣倒回煤氣爐和空氣發(fā)生爆炸，并兼冷卻除塵的作用。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。煤氣由下部入塔，由上部出塔。 自動機(jī) 自動機(jī)的作用在于通過自動機(jī)的程序控制，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實(shí)現(xiàn)自動化。它是用來表示氣化過程中的熱能利用率。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。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。以降低吹風(fēng)氣中的一 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 16 氧化碳含量，減少熱損失。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。但燃料活性較低時(shí)，宜采用較小的蒸汽流量和較長的送入時(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)?，或改變空氣吹凈時(shí)間。 用吹氣特點(diǎn)顯熱的流程： 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。 、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較小，蒸發(fā)量 也較穩(wěn)定。 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機(jī)控制，目前正在發(fā)展成微型程序制代替自動機(jī)控制。燃燒室 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 19 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 % 成分 C H O N S A W 合計(jì) 重量 %(濕 ) 100 重量 %(干 ) 100 燃燒熱值 28476kJ/㎏ ，體積 % 表 6 吹風(fēng)氣組成， 體積 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 100 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 20 ，體積 % 表 7 半水煤氣組成， 體積 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 100 大氣壓力： ；大氣溫度 25℃；相對濕度 70%； 吹風(fēng)氣溫度： 235℃，上行煤氣溫度： 230℃；下行煤氣溫度 123℃； 出爐渣溫度： 95℃； 入 系統(tǒng)蒸汽： （表壓）飽和蒸汽； 蒸汽消耗量： 220 ㎏ /100 ㎏燃料。 上行制氣階段氫平衡（以 kg 計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： （ a）燃料帶入氫量： (X/)= 水蒸汽帶入氫量： W 2/18=W/9 （ b）空氣中水蒸汽含氫量： 2/18 X/= 合計(jì)： W/9＋ 出項(xiàng)： （ 1）半水煤氣中氫量： （ 2）半水煤氣中水汽含氫量：（ 2/18） X= 合計(jì)： 平衡： W/9＋ = W=（ 1） 下行制氣階段氫平衡（以 kg 計(jì)） 進(jìn)項(xiàng)： （ 1）燃料帶入氫量 (1X/)= （ 2）蒸汽帶入氫量 W 2/18=W/9 （ 3）空氣中水汽含氫量： 2/18－ =－ 合計(jì)： W/ 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設(shè)計(jì) 27 出項(xiàng)： a．半水煤