【正文】 但可以預料在 21 世紀煤炭仍將成為世界的主要能 源之一。這是一種理想的完全氣化方式。在爐底部通入空氣或氧氣作介質(zhì)，沒與經(jīng)過預熱的氣化劑發(fā)生反應。 （ 4）加氫氣化法 所謂的流化床氣化就是煤氣化 過程中汽化劑（蒸汽和氧）將煤或煤漿帶入氣化爐進行的熱解和還原反應。 （ 1）羅米方法 此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡式和雙簡式兩種爐型。因此，此工藝被認為有可能放大到工業(yè)化生產(chǎn)。用于合成氨的半水煤氣要求氫氮比為 3： 1?；曳莞叩娜剂希粌H增加運輸費用，而且使氣化條件變得復雜，所以要求燃料中灰份較低為宜。 （ 8）對粘結性的要求 粘結性是煤在高溫下干餾粘結的性能，粘結性較強的原料煤，氣化過程中煤相互粘結后生成焦，破壞燃料的透氣性，妨礙氣化劑的均勻分布，影響氣體成分和制氣產(chǎn)量。 （ 4）氧化層 在這里層中，從下面來的空氣與彈反應，生成碳的氧化物，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針方向運動，當氣化劑經(jīng)過燃料層時，進行燃料的氣化反應，同時 伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的 5 個區(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。 水煤氣發(fā)生爐的結構大致分為五個部分，起各部分的作用分敘如下： （ 1） 爐體 爐殼由鋼板焊制，上部襯有耐火磚和保溫磚硅藻磚，使爐殼免受高溫的損害。灰犁固定在出灰口上，利用在灰盤旋轉(zhuǎn)過程中將灰渣刮入灰斗，再定期排出。 CO2＋ C=2CO H2O＋ C=CO＋ H2 2H2O＋ C=CO2＋ 2H2 Ⅳ 干餾區(qū) 燃料依靠熱氣體換熱進行分解，并析出下列物質(zhì)： 1水分； 2 醋酸、甲醇、甲醛及苯酚； 3樹脂； 4氣體（ CO、 CO H2S、 CH C2H氨氮和氫）。 煤氣生產(chǎn)中常用火管立式廢熱鍋爐，爐體為一直立的圓筒，用鋼板焊接，兩頭裝有鋼板封頭，內(nèi)部裝有若干根無縫鋼管。半水煤氣進口管浸入水面以下75125mm，水至箱頂加入，不斷地從錐體部分的溢流管溢出。所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 15 于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。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，以煤標準狀態(tài)下的立方米表示。 吹風速度 提高爐溫的主要手段是增加吹風速度和延長吹風時間。爐溫高時，加大蒸汽流量可加快氣化反應，煤氣產(chǎn)率和質(zhì)量也得到提高。 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： ： 吹風直接放空，上下行煤氣直接進入冷卻凈化系統(tǒng)，故其熱效率差。吹風氣被冷卻降溫后出廢熱鍋爐，由煙囪放空。閥門開閉情況見表 4 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 18 圖 2 間歇制半水煤氣各階段氣體流向圖 表 4 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 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閥門關閉 間歇式制半水煤氣工藝流程 → 煤氣發(fā)生爐 → 集塵器 → 燃燒室 → 廢熱鍋爐 → 洗氣箱 → 洗氣塔 如附圖 1 所示，固體燃料由加料機從爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風時，空氣鼓風機自下而上通過燃料層，吹風氣經(jīng)燃燒室及廢熱量后由煙囪放空。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。 G。 空氣鼓風機的選型及臺數(shù)確定 采用無煙煤為原料，煤氣爐吹風氣壓在 千帕左右，根據(jù)實際情況，選用鼓風機吹風出口壓力稍大于 千帕，故選用 D700— 14 型鼓風機，風量 42020m3/h，出口風壓 千帕。 煤氣臺數(shù)的確定 本設計采用 ? 3000 的 U。重量 % 成分 Ag Cg Sg ∑ % 100 灰渣重量（按灰分平衡計算）， kg （ ） /= 灰渣各組分重量， kg C = S = A = 合計： C += H = O = N = S += 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 22 A += 合計： ， kg C = H +（ 2） /18－ = O +（ 16） /18－ = N = S = 合計： 物料及熱量衡算 吹風階段的計算： （物料衡算 ） 1. 每 Nm3吹風氣中含有的元素量， kg C [12（ ＋ ＋ ） ]/= H [2（ ＋ 2） ]/＋ 2/34= O [32（ ＋ ＋ ） ]/= N 28/ = S 32/34= 2. 由碳平衡計算吹風氣量： /= 3. 由氮平衡計算空氣 用量： [ － ]/（ 28/）= 4. 空氣帶入水汽量 ： 空氣溫度： 25℃ 相對濕度： 70%（由《小氮肥廠工藝設計手冊》空氣濕度表附表 141 得） =（ 為空氣密度） 5. 氫平衡（以 Kg 計） 進項： a。下 吹制氣時，蒸汽從燃燒室頂部進入，經(jīng)預熱后自上而下流經(jīng)燃料層。 （ 4）二次吹氣階段 基本同一次上吹制氣階段，但不加入氮空氣，其目的在于置換下部及管道中殘存的煤氣，防止爆炸現(xiàn)象。 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 17 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。根據(jù)實踐經(jīng)驗，對粒度較大、熱穩(wěn)定性較好的燃料，可采用較高的燃料層，但對顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤氣產(chǎn)量與質(zhì)量的重要手段之一。爐溫高，反應速度快，蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。 間歇式制半水煤氣的工藝條件 選擇生產(chǎn)工藝條件時，要求氣化效率高，爐子生產(chǎn)強度大，煤氣質(zhì)量好，氣化效率指制得半水煤氣所具有的熱值與制氣投入的熱量之比。出洗氣箱的煤氣已被飽和。 由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達到平衡，避免基礎受力不均而下陷，故安裝時，鍋爐爐體傾斜 7176。 （ 3）除去煤氣中的細灰，以減少對廢熱鍋爐的損害。 表 3 發(fā)生爐內(nèi)情況 燃燒室 燃燒室的上部都呈錐形，中部為柱體，內(nèi)襯有耐火磚及蓄熱用的格子磚。 （ 3）底盤 底盤和爐殼通過大法蘭連成一體，用紫銅薄板包石棉布填料密封。 （ 5）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒有化學反應發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護爐。 半水煤氣制氣原理 固體燃料的氣化過程實際上主要是碳與氧的反應和碳與蒸汽的反應，這兩個反應稱為固體燃料的氣化反應。至于對氣化效率的影響，則因所選用的煤氣發(fā)生爐爐型不同而有所差異。 （ 2）對揮發(fā)份的要求 燃料中如果揮發(fā)份含量高，則由于甲烷和焦油的含水兩增加而不僅會增加動力燃料消耗，而且降低爐子的制氣能力影響氨的產(chǎn)量。所以，雖然固定床其工藝較其它氣化工藝有其不足之處且工藝較為落后。此法目前尚處于開發(fā) 研究階段，實驗能否成功，關鍵在于氣化爐。氣化爐是由美國德平古石油公司所屬德平古 開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。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。所不同的是采用氧氣 水蒸汽或空氣 水蒸汽為氣化劑，在 和 9001100℃的濕度條件下連續(xù)氣化方法。 ，氣化方法有（ 1）移動床（固定床）；（ 2）流化床；（ 3）氣流床；（ 4）熔融床。 70年代初，世界范圍內(nèi)發(fā)生了“石油危機”，一些工業(yè)發(fā)達國家又重新重視煤炭轉(zhuǎn)化技術，各種新型的氣化方法和氣化爐型應運而生。此外，隨書附有造氣工段帶控制點工藝流程圖。當前城鎮(zhèn)及大中型企業(yè)要求實現(xiàn)煤氣化的迫切性越來越大，至今以合成氣為原料的合成含氮、含氧化物、烴類及燃料的 C化學技術已經(jīng)獲得相當成功，并且這方面的開發(fā)活動至今仍方興未衰。 ammonia、 semiwater gas、 technology design. 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 4 前 言 本設計說明書是年產(chǎn) 15 萬噸合成氨廠造氣工段的初步設計。根據(jù) 小氮肥廠工藝設計手冊 ，完成物料、熱量的計算。 我國能源結構中，煤炭資源占很大比重。隨著油價的不斷上漲，今后將停止以油為原料的新設備建設，并要求進行以煤代油的技術改造。 煤炭氣化至今已有 150 多年的歷史。對于我國來說，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應積極進行煤氣化的研究，掌握和運用國內(nèi)外的先進煤氣化及其應用技術，對加快我國實現(xiàn)四個現(xiàn)代化有著重要的意義。 （ 1）固定床常壓氣化 此方法比較簡單，但對煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點的煤難以使用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。 （ 2）高溫溫克勒法 將含水分 8512%的褐煤輸入到充壓至 的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)給煤機加入氣化爐內(nèi)。 氣流床氣化 所謂加氫氣化就是在煤氣化過程中直接用氫或富含 H2的氣體作為氣化劑，生成富含 CH4的煤氣化方法，其總反應方程式可表示為：煤＋ H2→ CH4＋焦 （ 1） K— T法 此法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法，它采用干法進料技術，因在常壓下操作，存在問題較多。此方法的特點是：（ 1）適用于各種固體或液體燃料；（ 2）氣體溫度高；（ 3）氣體強度高。 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。 固定床氣化法的特點 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，隨著氣化反應的進行，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)域才恢復到原來的位置。 （ 4）對硫份的要求 煤中的硫份在氣化過程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅對設備和系統(tǒng)管道有腐蝕作用，而且會使催化劑中毒。所以要求煤的粘結性較低為宜。 （ 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。外面包有石棉制品隔熱保溫襯鑄剛護圈，內(nèi)部襯有耐火磚和隔熱層。 （ 5）傳動裝置 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 13 機械除灰裝置的旋轉(zhuǎn)是由電機提供動力。 Ⅴ 干燥區(qū) 依靠氣體的顯熱來蒸發(fā)燃料中的水分 Ⅵ 自由空間 起聚積煤氣的作用。高溫氣從上而下與管間的水進行逆流熱交換，汽水混合物從上循環(huán)管進入 氣包產(chǎn)生蒸汽。以保持一定 的水面，起到安全水封的作用。 煙囪 煙 囪也是煤氣生產(chǎn)中不可缺少的設備，其主要作用是排放廢氣，另還兼有封塵和除塵的作用。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。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，通過提高吹風速 度，迅速提高爐溫，縮短二氧化碳在還原層的停留時間。但同時因燃料層溫下降快而應縮短吹入蒸汽的時間。一般為小型水煤氣站采用。 （ 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。燃燒室中加入二次空氣，將吹風氣中的可燃氣體燃燒，使室內(nèi)的格子蓄熱磚溫度升高。 4 工藝計算 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 方法：實際數(shù)據(jù)計算法 實際計算法是以實測 煤氣組成為依據(jù)的計算法，采用此法計算時，首先將氣化煤進行試燒，以得到準確的煤氣組成分析數(shù)據(jù)?！?) 干上行煤氣中水汽焓 =25696 式中 — 225℃時過熱蒸汽的焓，千卡 / 千克 軟水焓 25X 合計 :57175+25X 出項 干吹風氣的焓 120=5819 式中 — 干上行煤氣 0→ 120℃的平均恒壓熱容，千卡 / (m179。 I煤氣發(fā)生爐每臺每小時產(chǎn)水煤氣 7500Nm3。 1. 干空氣用量（吹風空氣） 25℃空氣 相對濕度 70% 4122Nm3(干 )/h 大氣壓力 2. 二次空