【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劑的均勻分布，影響氣體成分和制氣產(chǎn)量。所以要求煤的粘結(jié)性較低為宜。 （ 9）對(duì)燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先對(duì)煤種要求是無煙煤，其次對(duì)粒度則要求采用塊煤和粉煤的成型，特別以 23~50mm 的粒度最好。 總之，對(duì)間歇式生產(chǎn)水煤氣，若要使生產(chǎn)取得良好的氣化指標(biāo)，應(yīng)采用熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)較高的原料，本設(shè)計(jì)采用無煙塊煤。 半水煤氣制氣原理 固體燃料的氣化過程實(shí)際上主要是碳與氧的反應(yīng)和碳與蒸汽的反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)稱為固體燃料的氣化反應(yīng)。 在氣化爐燃燒層中，炭與空氣 及 水蒸汽的混合物相互作用時(shí)的產(chǎn)物稱為半水煤氣，其化學(xué)反應(yīng)按下列方程式進(jìn) 行： 2C＋ O2＋ =2CO2＋ C＋ H2O（汽） =CO＋ H2 這種煤氣的組成由上列兩反應(yīng)的熱平衡條件決定。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≥ 。 9 灰渣層 氧化層 干餾層 干燥層 還原層 發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況 圖 燃料層分區(qū)示意圖 在發(fā)生爐中原料層分 為干燥層、干餾層、還原層、氧化層、灰渣層。 （ 1）干燥層 干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。 （ 2）干餾層 干燥層的厚度小于干燥層，在干燥層與干餾層中進(jìn)行原料的預(yù)熱、干燥和干餾。 （ 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)。 （ 4）氧化層 在這里層中，從下面來的空氣與彈反應(yīng)，生成碳的氧化物，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)。一般將還原層和氧化層通稱之為氣化區(qū)。 （ 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。 必須指出，各層之間并沒有嚴(yán)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。 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： （ 1） 不回收廢熱的流程： 吹風(fēng)直接放空，上下行煤氣直接進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)，故其熱效率差。一般為小型水煤氣站采 用。 （ 2） 只利用吹氣特點(diǎn)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(shí)向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風(fēng) 10 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。上行、下行煤氣直接進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)，不進(jìn)行熱量回收。 （ 3） 利用吹氣持有熱和上行煤氣顯熱的流程 這是我國(guó)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。此流程適用于爐徑大于 2740mm。 （ 4） 完全利用吹風(fēng)氣所持有熱及上、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(dòng)較小，蒸發(fā)量也較穩(wěn)定。 （ 5） 增熱水煤氣流程 在水煤氣生產(chǎn)中，用油裂解來提高煤氣熱值的方法稱為增熱，它的熱值高達(dá) 到。但 CO 含量高達(dá) 30%以上，故它不宜單獨(dú)作為城市煤氣，但可作為城市煤氣的補(bǔ)充氣源以備調(diào)峰之用。 綜上所述，以（ 2）和（ 3）兩種流程為最佳，流程（ 4）效率高于（ 3）、（ 4）中由于加了回收下行煤氣顯熱，使得閥門和管道增多，操作變得復(fù)雜，投資增加，且由于煤氣溫度不高于 200℃ ，從經(jīng)濟(jì)效益上考慮，流程（ 3）比流程（ 4）更為實(shí)用，本設(shè)計(jì)采用流程（ 3）。 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(gè)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?jī)?chǔ)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。吹風(fēng)氣被冷卻降溫后出廢熱鍋爐，由煙囪放空。 （ 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(yīng)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。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。 （ 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(jìn)入廢熱鍋爐直接進(jìn)入洗氣箱、洗氣塔洗凈降溫，由塔頂引出至氣柜。 （ 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。 11 （ 5）吹凈階段 其工藝流程同上吹制氣階段，但不用蒸汽而改用空氣，以回收系統(tǒng)中的煤氣至氣柜。 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(dòng)機(jī)控制，目前正在發(fā)展成微型程序制代替自動(dòng)機(jī)控制。 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向如圖所示。閥門開閉情況見表 4 圖 間歇制半水煤氣各階段氣體流向圖 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 12 圖 間歇式制半水煤氣工藝流程 圖 如圖所示，固體燃料由加料機(jī)從爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風(fēng)時(shí)，空氣鼓風(fēng)機(jī)自下而上通過燃料層，吹風(fēng)氣經(jīng)燃燒室及廢熱量后放空。燃燒室中加入二次空氣，將吹風(fēng)氣中的可燃?xì)怏w燃燒，使室內(nèi)的格子蓄熱磚溫度升高。燃燒室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。蒸汽上吹制氣時(shí)，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后。下吹制氣時(shí)，蒸汽從燃燒室頂部進(jìn)入，經(jīng)預(yù)熱后自上而下流經(jīng)燃料層。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同 ，不加入氮空氣 。空氣吹凈時(shí)， 其工藝流程同上吹制氣階段， 但不用蒸汽而改用空氣，以回收系統(tǒng)中的煤氣至氣柜 ,此時(shí)燃燒室不必加入二次空氣，在上、下吹制氣時(shí)，如配入加氮空氣，則其送入時(shí)間應(yīng)稍遲于水蒸汽的送入，并在蒸汽停送之前切斷，以避免空氣與煤氣相遇而發(fā)生爆炸。 間歇式制半水煤氣的工藝條件 選擇生產(chǎn)工藝條件時(shí)，要求氣化效率高，爐子生產(chǎn)強(qiáng)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。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）。他是用來表示氣化過程中的熱能利用率。氣化效率高，燃料利用率高，生產(chǎn)成本低。氣化 效率用 X 表示： 13 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(qiáng)度是指每平方米爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以沒標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。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。為了保存以上的要求，氣化過程的工藝條件有： （ 1） 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。操作溫度一般主要是指氧化層的溫度， 簡(jiǎn)稱爐溫。爐溫高，反應(yīng)速度快，蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。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。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。故爐溫通常應(yīng)比灰熔點(diǎn)低 50℃ 左右，工業(yè)上采用爐溫范圍 1000~1200℃ 。 （ 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(zhǎng)吹風(fēng)時(shí)間。后者使制氣時(shí)間縮短，不利于提高產(chǎn)量，而前者對(duì)制氣時(shí)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(shí)間。以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。吹風(fēng)速度以下不使炭層出 現(xiàn)風(fēng)洞為限。 （ 3） 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。蒸汽流量越大，制氣時(shí)間愈長(zhǎng)，則煤氣產(chǎn)量愈大。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。當(dāng)燃料活性好。爐溫高時(shí)，加大蒸汽流量可加快氣化反應(yīng)，煤氣產(chǎn)率和質(zhì)量也得到提高。但同時(shí)因燃料層溫下降快而應(yīng)縮短吹入蒸汽的時(shí)間。但燃料活性較低時(shí)，宜采用較小的蒸汽流量和較長(zhǎng)的送入時(shí)間。 （ 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(shí)間加長(zhǎng)，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(shí)間家長(zhǎng)，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(dòng)力消耗增加。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(duì)顆粒小或熱穩(wěn)定性差的燃料，則燃料層不宜過高。 （ 5） 循環(huán)時(shí)間 制氣過程一個(gè)循環(huán)時(shí)間包括五個(gè)階段時(shí)間，各階段的時(shí)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(gè)循環(huán)時(shí)間短時(shí)，爐溫的波動(dòng)小，煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量也較穩(wěn)定，故循環(huán)時(shí)間不宜長(zhǎng)，但氣化活化較低的燃料時(shí)，因反應(yīng)速度慢，應(yīng)采用較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。 14 （ 6） 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)猓蚋淖兛諝獯祪魰r(shí)間。在生產(chǎn)中還應(yīng)經(jīng)常注意保持半水煤氣中低的氧含量（ ≤% ），否則將引起后序工段的困難，氧含量過高還有爆炸的危險(xiǎn)。 對(duì)半水煤氣進(jìn)行了一些闡述，并介紹了工藝流程。接下來是工藝計(jì)算。 15 第三章 工藝計(jì)算 在本設(shè)計(jì)的工藝計(jì)算過程中，對(duì) 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室） 、吹風(fēng)階段、制氣階段、以及總過程進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算。 煤氣發(fā)生爐（含燃燒室）的物料及熱量衡算 方法：實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算法 實(shí)際計(jì)算法是以實(shí)測(cè)煤氣組成為依據(jù)的計(jì)算法，采用此法計(jì)算時(shí)，首先將氣化煤進(jìn) 行試燒，以得到準(zhǔn)確的煤氣組成分析數(shù)據(jù)。 已知條件的確定 : 表 入爐煤組成，質(zhì)量 % C H O N S A W 合計(jì) 100 燃燒熱值 28476kJ/㎏ 其中 A為灰份 W為水份 1. 吹風(fēng)氣組成，體積 % 表 吹風(fēng)氣組成， 體積 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 100 2. 半水煤氣真正 組成，體積 % 表 半水煤氣組成， 體積 % CO2 O2 CO H2 CH4 N2 合計(jì) H2S 100 空氣 25℃。 相對(duì)濕度 80%，空氣含水汽量 （水汽） /kg（干汽）； 吹風(fēng)氣，上行煤氣流 500℃ ；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； %，時(shí)間（ S） 16 表 生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間 吹風(fēng) 上吹 下吹 二次上吹 吹凈 合計(jì) 26 26 37 8 3 100 180s ： 100kg入爐燃料 帶出物數(shù)量： 2kg 絕對(duì)干料 帶出物組分及各組分 質(zhì) 量 帶出物熱值 30030kJ/㎏ . 表 帶出物數(shù)量及其組分 元素 質(zhì) 量 % 各組分 質(zhì) 量， kg C 2= H 2= O 20. 0047= N 2= S 2= 灰分 2= 合計(jì) 100 2 質(zhì)量 表 灰渣組成及其各組分 質(zhì)量