【正文】 平均蒸汽分解率：[－（46＋）]/100%=%⑤氧平衡（以kg計）進項：燃料中帶入氧量：蒸汽帶入氧量：16/18=氮空氣中氧含量：7232/=氮空氣中水汽含氧量：16/18=合計：出項：半水煤氣中氧量：344=半水煤氣中水汽含氧量：（＋46）16/18=合計 誤差：（－）/100%=%⑥硫平衡（以kg計）進項：燃料帶入硫量：合計 出項：半水煤氣中含硫量：344=進項（以kJ計）：① 燃料熱值：10028476=2847600② 燃料顯熱：10025=2625 ③ 蒸汽的焓：2730＋3595=647680（2730 、 3595分別為上行蒸汽和下行蒸汽的焓[17]）④ 干氮空氣顯熱：7225=2344（[7]）⑤氮空氣中水汽的焓：2564=5081 （2564為水蒸汽的焓[7]）合計：3505330出項：①半水煤氣熱值：344=33697461標準m3半水煤氣熱值為：12810＋12684＋39984=②干半水煤氣的顯熱：184600＋160200=178091上行半水煤氣比熱：＋＋＋＋＋=②干餾層 干燥層下面溫度較高，燃料中的水分蒸發(fā)至差不多后，在高溫條件下，燃料便發(fā)生分解，放出揮發(fā)分，燃料本身也逐漸碳化，干餾層厚度小于干燥層。吹風氣被冷卻降溫后出廢熱鍋爐，由煙囪放空。但燃料活性較低時，宜采用較小的蒸汽流量和較長的送入時間。以降低吹風氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。為了保存以上的要求，氣化過程的工藝條件有：①溫度反應溫度沿著燃料層高度而變化，其中氧化層溫度最高。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。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，并應在凈化過程中將其除去。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。燃燒室蓋子具有安全閥作用，當系統(tǒng)發(fā)生爆炸時可瀉壓，以減輕設備的破壞。③利用吹氣持有熱和上行煤氣顯熱的流程這是我國目前廣泛使用的一類流程，它可使大部分的廢熱得以回收利用。第2章 常壓固定床間歇氣化法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，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CO+H2一般在68%左右。此法目前尚處于研究階段，實驗能否成功，關鍵在于氣化爐。它是1948年德國海因里?？掳厮购屯星锌瞬┦刻岢龅囊环N氣流床氣化粉煤的方法。煤與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過預熱的氣化劑（氧氣/蒸汽或空氣/蒸汽）發(fā)生氣化反應。常壓方法用空氣或空氣水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。煤炭氣化時所得的可燃氣體稱氣化煤氣。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。 the working cycle of atmospheric fixed bed gasification includes five stages。本設計介紹了半水煤氣的定義及制氣原理；常壓固定床間歇氣化生產(chǎn)流程的選擇及論證；常壓固定床間歇氣化的工藝流程；常壓固定床間歇氣化的特點和對原料的選擇；常壓固定床間歇氣化的工藝條件；常壓固定床間歇氣化的工作循環(huán)有五個階段；煤氣爐內(nèi)燃料分布情況，從上而下依次為干燥層、干餾層、還原層、氧化層、灰渣層。本設計對造氣工段進行了工藝計算，在煤氣爐的物料衡算中，進項為100千克入爐燃料，出項包括灰分、干料；能量衡算中，進項包括燃料熱值、空氣中水汽的焓、干空氣顯熱、燃料顯熱共計2904868千焦，出項包括吹風氣熱值、帶出物熱值、吹風氣中水汽的焓、干吹風氣顯熱等共計1575130千焦；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3538661千焦，；設備計算中，選用Φ3000mmUGI煤氣爐，每臺每小時產(chǎn)半水煤氣7500 m3，由年產(chǎn)量計算需78臺；空氣鼓風機選用D700—14型，經(jīng)計算需22臺。 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。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的氮氫混合氣，最后，氮氫混合氣經(jīng)過壓縮至15Mpa以上，借助催化劑合成氨。氣化煤氣可用于城市煤氣、工業(yè)燃氣和化工原料氣及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。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。粗煤氣由氣化爐上方逸出進入第一旋風分離器，在此分離出的較粗顆粒、灰粒循環(huán)返回氣化爐。②德士古法它是一種濕法（水煤漿）進料的加壓氣化工藝。③ATGAS熔鐵床氣化法ATGAS法的實質(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。用于合成氨的半水煤氣要求氫氮比為3：1。此流程適用于爐徑大于2740mm。蒸汽上吹制氣時，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后，再經(jīng)洗滌塔進入氣柜。因此，要求入爐煤的水分含量小于3%～5%。⑤對化學活性的要求化學活性高的燃料，有利于氣體物質(zhì)和氣化率的提高。總之，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，應采用熱穩(wěn)定性好、機械強度高、不粘結、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[4]，本設計采用無煙塊煤。操作溫度一般主要是指氧化層的溫度，簡稱爐溫。吹風速度采用爐溫范圍10001200℃。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，但在吹風階段，由于空氣與燃料接觸時間家長，吹風氣中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。③還原層 氣化劑從下面進入碳層氧化區(qū)中已含有各種氣體成分，而在還原層里，主要進行CO的還原反應?！嫦滦邪胨簹獗葻幔海?在實際氣化過程中，還要以其他形式消耗大量的碳，如吹風過程中所燃燒的碳、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。若碳的有效利用率為65%，則噸氨耗標準煤為：(kg) 碳的利用率提高到70%，則噸氨耗標準煤為：(kg) 如果碳的有效利用率由65%提高至70%，則噸氨標準煤可下降86kg。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)，降低吹風氣中的一氧化碳含量是十分重要的。根據(jù)所用燃料的特性、粒度等條件，選擇適宜的風壓、風量參數(shù)的鼓風機、循環(huán)時間、吹風百分比，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。要達到理想的吹風效率，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保持較高的上預熱層厚度(在風機能力允許的情況下)，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]。根據(jù)吹風過程反應的特點，控制適宜的吹風強度和氣化層溫度，對提高吹風效率，降低原料煤及蒸汽消耗具有重要的意義。溫度超過1100℃以后，反應速度較快，開始為擴散控制。 降低灰渣返炭率灰渣中的含碳最與灰量之比稱為返炭率。③上、下吹百分比或上、下吹蒸汽用量選配不當。①Φ3000 mm系列煤氣爐風機可選450550 m3/min，風壓在2528 kPa范圍內(nèi)。 減少熱量損失①選擇與風機相適應的炭層高度(一般從風帽頂向上炭層高度為18002600 mm)。造氣工段的蒸汽用量可用下式計算[34]： （54）式中QT 制氣時噸氨的蒸汽用量，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的體積分數(shù)，%；Q為制氣過程平均蒸汽分解率，%。主要原因是由于動力學控制影響過大，反應不完全，蒸汽用量增大時，吸熱反應增加，導致氣化層溫度下降，繼而導致蒸汽分解率下降。；煤氣爐內(nèi)燃料各層之間并沒有嚴格的界限，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℃、吹風速度以不使炭層出現(xiàn)風洞為限、合適的燃料層高度以及適宜的蒸汽用量。在煤氣爐的物料衡算中，進項為100kg入爐燃料，出項包括灰分、干料、%；能量衡算中，進項包括燃料熱值、空氣中水汽的焓、干空氣顯熱、燃料顯熱共計2904868kJ，出項包括吹風氣熱值、帶出物熱值、吹風氣中水汽的焓、干吹風氣顯熱等共計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 %。日常生產(chǎn)中，應根據(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。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]。③選擇機械強度和熱穩(wěn)定性較好的燃料，嚴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。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，排灰量過大。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。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。 （52） （53）式中，Q反為制氣反應吸收的熱量，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利用為吹風氣儲存到燃料層的熱量，kJ。實驗證明，這一反應在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。h(優(yōu)質(zhì)原料取高限，劣質(zhì)原料取低限)[28]。在實際生產(chǎn)中，隨著吹風時間的延續(xù)，吹風氣中一氧化碳含量逐漸升高是不可避免的。提高碳的有效利用率的途徑包括提高吹風效率和控制氣效率、降低灰渣返炭率、減少吹風和制氣帶出物、減少熱量損失等方面，以下分別闡述[25][26]。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。②煤氣產(chǎn)量在加煤后各循環(huán)中并不相同，以上指標是平均值。一般將還原層和氧化層通稱之為氣化區(qū)。③下吹制氣階段 蒸汽自爐頂送入，經(jīng)灼熱的氣化層反應，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