【正文】 和機(jī)內(nèi)殼上，更嚴(yán)重的會沉積在一段壓縮機(jī)入口管道和活門上，給生產(chǎn)帶來極大不利。 表 以空氣為氣化劑主要反應(yīng)方程 序號 反應(yīng)方程式 1 C＋ O2（ ） =CO2（ +） 2 C＋ O2（ ） =2CO（ +） 3 C＋ CO2（ ） =2CO（ +=2） 4 2C＋ ＋ O2＋ =CO2＋ 表 以水蒸汽為氣化劑主要反應(yīng)方程式 序號 反應(yīng)方程式 1 C＋ H2O（汽） =CO＋ H2 2 C＋ 2H2O（汽） =CO2＋ 2H2 3 CO＋ 2H2O（汽） =CO2＋ H2 4 2H2＋ O2=2H2O（汽） 5 C＋ H2=CH4 6 CO＋ 3H2=CH4＋ H2O 7 CO2＋ 4H2=CH4＋ 2H2O（汽） 間歇法制取水煤氣生產(chǎn)中，由于料層溫度不斷發(fā)生變化，因此此水煤氣組成也相應(yīng)發(fā)生變化。 （ 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)。 生產(chǎn)方案 的選擇及論證 與固定床氣化相比其它氣化方法的優(yōu)點是：（ 1）氣化能力大；（ 2）氣化用煤廣；（ 3）生產(chǎn)靈活性強，開停車容易；（ 4）碳轉(zhuǎn)化率高；（ 5）環(huán)境污染小。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 去。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。 ，氣化方法有（ 1） 移動床（固定床）；（ 2）流化床；（ 3）氣流床。因此大規(guī)模高效煤氣化過程必須在極為苛刻的高溫（ 1300～ 1700 ℃ ）、高壓（ ～ MPa）和多相流動條件下進(jìn)行，由此產(chǎn)生了一系列需要解決的技術(shù)問題。受反應(yīng)區(qū)空間的限制，氣化反應(yīng)必須在數(shù)秒完成。目前成熟工業(yè)化的氣化技術(shù)主要有三個： 首先是固定床煤氣化技術(shù)，可分為常壓與加壓兩種。煤炭氣化包括煤的熱解、氣化和燃燒 3 部分。 合成氨造 氣，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。由于電解制氫法耗能大，成本高，所以大都還是采用高溫下將各種燃料與水蒸氣反應(yīng)制氨。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和設(shè)計資料對工藝環(huán)節(jié)進(jìn) 行了相關(guān)計算，先 對煤氣發(fā)生爐的的吹風(fēng)階段、制氣 階 段和總過程進(jìn)行了物 料衡算和熱量衡算，從而確定了煤氣爐的型號，并對廢熱鍋爐和 鼓風(fēng)機(jī) 進(jìn)行了相關(guān)計算和選型 。本設(shè)計首先簡單介紹了合成氨工業(yè)，闡述了煤氣化的發(fā)展歷程和方法 。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ) ， 隨著世界人口的不斷增加，用于制造尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨以及其他化工產(chǎn)品的氨用量也在增長，在化學(xué)工業(yè)中合成氨工業(yè)已成為重要的支柱產(chǎn)業(yè) [1]。 我國合成氨工業(yè)原料路線實行煤、氣、油并舉的方針，但由于過去的中小型廠多采用煤為原料，全國現(xiàn)有 1000 多家大中小型以煤為原料的合成氨廠 [3]。 總之，由于各國自然資源和社會條件的不同，具體的能源政策也各不相同，但可以預(yù)料在 21世紀(jì)煤炭仍將成為 世界的主要能源之一。 70 年代初，世界范圍內(nèi)發(fā)生了 “石油危機(jī) ”，一些工 業(yè)發(fā)達(dá)國家又重新重視煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，各種新型的氣化方法和氣化爐型應(yīng)運而生。流化床煤氣化可以直接利用碎粉煤，不用加工成形，備煤加工費最低，正符合煤炭機(jī)械化開采水平提高后粉煤率增加的特點。 拓寬煤種適應(yīng)性，氣化原料煤種向多樣化、固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。對于我國經(jīng)過長期的開發(fā)、引進(jìn)、消化和吸收，我國煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)也取得了重要進(jìn)展，然而由于諸多主客觀因素的限制，國際上先進(jìn)的煤氣化技術(shù)多為國外公司所壟斷，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，開發(fā)高效率的煤氣化技術(shù)，掌握和運用國內(nèi)外的先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，提高行業(yè)競爭 力和保障國家的能源安全，以滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對煤炭清潔利用的迫切需求。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)床。 煤 與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑（氧氣 /蒸汽或空氣 /蒸汽）發(fā)生氣化反應(yīng)。它有以下兩種方法： （ 1） K—T 法 此法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法，它采用干法進(jìn)料技術(shù)，因在常壓下操作，存在問題較多。固定床氣化法其煤氣發(fā)生爐的排渣和加料不是連續(xù)的，而是間斷的排渣和加料，其致密的煤層在氣化過程中是靜止不動的，隨著氣化反應(yīng)的進(jìn)行，以溫度化分的各區(qū)域?qū)⒅饾u上移，必須經(jīng)過間歇排渣和加炭后各區(qū)域才恢復(fù)到原來的位置 [10]。 （ 5）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護(hù)爐。 （ 2）揮發(fā)份 燃料中如果揮發(fā)份含量高，則制出的半 水煤氣中甲烷和焦油含量高。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程特點，對含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去。但粒度太小，會增加床層阻力，不僅增加電耗，而且煤氣帶走灰渣也相應(yīng)增多，使煤耗增大。氣化效率用 X 表示： X=Q 半 /(Q 燃 ＋ Q 蒸 )100% 式中： Q 半 半水煤氣的熱值 Q 燃 消耗燃料的熱值 Q 蒸 消耗蒸汽的熱值 生產(chǎn)強度是指每平方米爐膛截面在每小時生產(chǎn)的煤氣量，以煤標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。 （ 2）吹風(fēng)速度 提高爐溫的主要手段是增加吹風(fēng)速度和延長吹風(fēng)時間 ， 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， 12 縮短二氧化碳在還原層的停留時間 ， 以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。 （ 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間加長，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間 加 長，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，使輸送空氣的動力消耗增加。 (2)只利用吹 風(fēng) 氣特點持有熱的流程 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。 間歇式氣化的工作循環(huán) 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(jī)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(jìn)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。 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向如圖 ： 14 圖 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向 圖 表 各階段閥門開啟情況 階段 閥門開閉情況 1 2 3 4 5 6 7 吹風(fēng) O X X O O X X 一次上吹 X O X O X O X 下吹 X X O X X O O 二次上吹 X O X O X O X 空氣吹凈 O X X O X O X 注： O： 閥門開啟： X： 閥門關(guān)閉 間歇式制半水煤氣工藝流程 如附圖 1 所示，固體燃料由加料機(jī)從煤氣發(fā)生爐爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風(fēng)時，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓自下而上通過燃料層，吹風(fēng)氣經(jīng)燃燒室及回收熱量后由煙囪放空。燃料氣化后，灰渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐蓖由刮刀刮入灰箱，定期排出爐外。底盤兩側(cè)有灰斗，底盤上 設(shè) 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。 （ 3）除去煤氣中的細(xì)灰，以減少對廢熱鍋爐的損害。 由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時，鍋爐爐體傾斜 7176。由于進(jìn)塔煤氣被水汽飽和 ， 所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。 上行制氣階段氫平衡（以 kg 計） 進(jìn)項： （ 1）燃料帶入氫量： X/340= 水蒸汽帶入氫量： W2/18=W/9 （ 2）氮空氣中水蒸汽含氫量： 2/18X/340= 合計： W/9＋ 出項： （ 1）半水煤氣中氫量： （ 2） 半水煤氣中水汽含氫量：（ 2/18） X= 合計： 平衡： W/9＋ = W= （ 41） 下行制氣階段氫平衡（以 kg 計） 進(jìn)項： （ 1）燃料帶入氫量 － （ 2）蒸汽帶入氫量 W2/18=W/9 （ 3）氮空氣中水汽含氫量： 2/18－ =－ 合計： W/9＋ 出項： 24 （ 1） 半水煤 氣中氫量 :（ 340－ X） =－ （ 2） 半水煤氣中水汽含氫量 :（ 2/18） （ 340－ X） =－ 合計： － 平衡： W/9＋ － =－ W=－ （ 42） 解方程（ 1）和（ 2）得： X= W= 由 此得： 上行半水煤氣產(chǎn)量： m3 上行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)： 100%=% 下行半水煤氣產(chǎn)量： 340－ = 下行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)： 100%=% 上行半水煤氣中水蒸汽量 = 下行半水煤氣中水蒸汽汽量： = ＋ = 蒸汽總耗量： 2= 上吹蒸汽分解率：（ － ） /100%=% 下吹蒸汽分解率：（ － ） /100%=% 平均蒸汽分解率 :[－（ ＋ ） ]/100%=% （以 kg 計） 進(jìn)項： （ 1）燃料中帶入氧量： （ 2）蒸汽帶入氧量： 16/18= （ 3）氮空氣中氧含量： 7032/= （ 4）氮空氣中水汽含氧量： 16/18= 合計： 出項： （ 1）半水煤氣中氧量： 340= （ 2）半水煤氣中水汽含氧量：（ ＋ ） 16/18= 合計 : 25 誤差：（ － ） /100%=% （以 kg 計） 進(jìn)項：燃料帶入硫量： 合計： 出項：半水煤氣中含硫量： 340= 熱量衡算（以 kJ 計） 進(jìn)項： (1)燃料熱值： 10028476=2847600 (2)燃料顯熱： 10025=2625 (3)蒸汽的焓： 2730＋ 3595=716622 （ 27 3595 分別為上行蒸汽和下行蒸汽的焓 [19]） (4)干氮空氣顯熱： 7025=2275（ 為空氣的比熱 [3]） (5)氮空氣中水汽的焓： 2564=4943 （ 2564 為水蒸汽的焓 [19]） 合計： 3574065 出項： （ 1）半水煤氣熱值： 340=3377954 1 標(biāo)準(zhǔn) m3半水煤氣熱值為： 12810＋ 12684＋ 39984= （ 2）干半水煤氣的顯熱： 600＋ 200=202090 上 行 半 水煤 氣 比熱 ： ＋ ＋ ＋ ＋＋ =℃ 下 行 半 水煤 氣 比熱 ： ＋ ＋ ＋ ＋＋ =℃ （ 3）半水煤氣中水汽的焓： 3696＋ 2890=390943 （ 369 2890 分別為600 ℃ 和 200 ℃ 蒸汽的焓 [9]） （ 4）帶出物熱值： 300302=60060 （ 5）帶出物顯熱： 6002=1260 （ 為帶出物的比熱 [19]） （ 6）灰渣中可燃物熱值： 34020＋ 10500=75320 （ 340 10500 分別為碳和硫的熱值 [9]） （ 7）灰渣顯熱： 200=2839 （ 為灰渣的比熱 [19]） （ 8）熱損失（取燃料發(fā)熱值的 8%） 2847600=227808 26 合計： 4337474 需從煤層中吸取的熱量（ kJ） : 4337474－ 3574065=763409 制氣效率： 3574065/（ 2847600＋ 763409＋ 716622） 100%=% 熱量平衡表見表 ： 表 熱量平衡表（ kJ） 進(jìn)項 出項 燃料熱值 2847600 半水煤氣熱值 3377954 燃料顯熱 2625 干半水煤氣顯熱 202090 蒸汽的焓 716622 半水煤氣中水汽的焓 390943 干氮空氣顯熱 2275 帶出物熱值 60060 氮空氣中水汽的焓 4943 帶出物顯熱 1260 從煤層中吸取熱量 763409 灰渣中可燃物熱值 75320 灰渣顯熱 2839 熱損失 227808 合計 4337474 合計 4337474 總過程計算 設(shè) 100kg 燃料用于制半水煤氣為 Xkg 根據(jù)熱量平衡得： 763409X=（ 100－ X） 1304120 (43) X= 每 100kg 燃料用于制半水 煤氣為 %，用于制吹風(fēng)氣未 % 100kg 燃料的生產(chǎn)指標(biāo) 吹風(fēng)氣產(chǎn)量： 581= m3 半水煤氣產(chǎn)量： 340= m3 氮空氣消耗量： 70= 蒸汽消耗量： = 吹風(fēng)時空氣消耗量： 533= ：（ ） /（ 2847600＋ 7166