【文章內(nèi)容簡介】 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(guān)。 （ 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。 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 12 因為氧化速度較快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時，在該層中還進行碳與水蒸汽的氧化反應。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，沒有化學反應發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護爐。 必須指出，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。見表 3 各主要設備的作用 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。一般生產(chǎn)的有Φ 1500，Φ 2260，Φ 3000，Φ 3600 等一系列半水煤氣爐，它們的結(jié)構(gòu)與 UGI 半水煤氣爐基本相同。 水煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)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。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。 （ 2）夾套鍋爐 夾套鍋爐傳熱面積約為 19m2。外壁包有石棉制品隔熱保溫層，防止熱量損失，夾套鍋爐的作用主要是降低氧化層溫度，以防止熔渣粘壁并副產(chǎn)蒸汽，夾套鍋爐兩側(cè)設有探火孔，用于測量火層，了解火層分布和溫度情況上部裝有液位計，水位自動調(diào)節(jié)器和安全閥等附件。 （ 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。底盤底部有氣體中心管與吹風和下吹管線呈倒 Y 型連接 ，中心管下部裝有通風閥和清理門。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。 （ 4）機械除灰裝置 包括能夠轉(zhuǎn)動的灰盤和爐條及固定不動的會犁?；依绻潭ㄔ诔龌铱谏?，利用在灰盤旋轉(zhuǎn)過程中將灰渣刮入灰斗，再定期排出。 （ 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。通過減速箱蝸桿、蝸輪來完成的。傳動裝置附有注油器，向各加油點輸送潤滑油。 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。燃燒室的作用： 區(qū)域 區(qū)域名稱用途及進行的過程 化學反應 Ⅰ 灰渣層 分配氣化劑，防止爐蓖受高溫的影響，在本區(qū)域中， 借灰渣預熱氣化劑。 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。 最終反應： C＋ O2＋ =CO2＋ 2C＋ O2＋ =2CO＋ Ⅲ 還原區(qū) 二氧化碳還原成一氧化碳或水蒸氣分解為氫，燃料依靠熱的氣體而被預熱。 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）。 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。 有時，煤氣中部分一氧化碳與蒸汽進行反應： H2O＋ CO=CO2＋ H2 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 14 （ 1）向吹風氣添加二次空氣，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)。 （ 2）利用所蓄積的熱量，預熱下吹蒸汽和加氮空氣，提高 氣體的入爐溫度，提高分解率。 （ 3）除去煤氣中的細灰，以減少對廢熱鍋爐的損害。 氣體從 下部入口切線方向進室，避免直接沖撞室壁，以減少對耐火磚的磨損，并使氣體在室內(nèi)分布均勻。燃燒室的頂蓋起著泄壓作用，當系統(tǒng)發(fā)生爆炸時，爆炸壓力超過蓋子彈簧的作用力，蓋子張開，降低壓力，避免設備損壞。 廢熱鍋爐 廢熱鍋爐主要用于回收吹風氣和上行半水煤氣的顯熱，生產(chǎn) 的蒸汽，為制氣和其它用途提供一部分蒸汽來源。 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。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。分離下來的水及向氣泡補充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。進爐氣體一般為 500700℃出爐后可降至 200℃左右。 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(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時，鍋爐爐體傾斜 7176。，用以促進對流，使熱交換效率提高。 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。 洗氣箱的外行是一個具有圓筒形容器。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。以保持一定 的水面，起到安全水封的作用。它是煤氣爐系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設備。 進洗氣箱的煤氣溫度約 200℃，出氣溫度為 70℃左右，洗氣箱的冷卻水用量大，其冷卻作用主要靠水的蒸發(fā)，煤氣主要因失去顯熱而降溫。出洗氣箱的煤氣已被飽和。 洗滌塔 洗滌塔的作用是冷卻（降溫），冷凝（蒸汽）和除塵，它可采用噴塔，也可采用填料塔，其外形一般為柱形。煤氣由下部入塔，由上部出塔。由于進塔煤氣被水汽飽和。所以，如想繼續(xù)降溫，必須使煤氣中的水汽冷凝，由 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。 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。 自動機 自動機的作用在于通過自動機的程序控制，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實現(xiàn)自動化。 自動機把高壓水按時送到煤氣爐各系統(tǒng)各個自動液壓閥門，是閥門按照工藝循環(huán)的要求準時準備啟動，準確控制和調(diào)節(jié)，保證生產(chǎn)穩(wěn)定和安全。 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。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）。它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： 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。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： 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。操作溫度一般主要是指氧化層的溫度，簡稱爐溫。爐溫高，反應速度快，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的限制，高溫熔融將造成爐內(nèi)結(jié)疤。故爐溫通常應比灰熔點低 50℃左右，工業(yè)上采用爐溫范圍 10001200℃。 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。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。以降低吹風氣中的一 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 16 氧化碳含量，減少熱損失。吹風速度以下不使炭層出現(xiàn)風洞為限。 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，制氣時間愈長，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。當燃料活性好。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。但同時因燃料層溫下降快而應縮短吹入蒸汽的時間。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。 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。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。 循環(huán)時間 制氣過程一個循環(huán)時間包括五個階段時間，各階段的時間分配要根據(jù)燃料性質(zhì)，氣化劑配分比和煤氣組成的要求而定，一個循環(huán)時間短時，爐溫的波動小，煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量也較穩(wěn)定，故循環(huán)時間不宜長 ，但氣化活化較低的燃料時，因反應速度慢，應采用較長的循環(huán)時間。 氣體成分 主要調(diào)節(jié)半水煤氣中（ H2+CO）與 N2 比值，方法是改變加氮氣，或改變空氣吹凈時間。在生產(chǎn)中還應經(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。 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。一般為小型水煤氣站采用。 ： 該 流程在吹風階段，將吹風氣通過燃燒室，同時向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風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、下行煤氣直接進入冷卻凈化系統(tǒng)，不進行熱量回收。 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。此流程適用于爐徑大于 2740mm。 、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。 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）吹風階段 來自鼓風機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)，生成吹風氣由爐頂出，經(jīng)旋風除塵器除去灰塵后，進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。進入廢熱鍋爐回收氣體中的顯 熱后進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，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。 （ 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個階段的工作循環(huán)，由 液壓或氣壓兩種形式自動機控制，目前正在發(fā)展成微型程序制代替自動機控制。 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 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(guān)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。燃燒室 年產(chǎn) 15 萬噸合成氨造氣工序工藝設計 19 蓋子具有安全閥作用，當系統(tǒng)發(fā)生爆炸時可泄壓，以減輕設備的破壞。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)洗氣箱及洗滌塔進入氣柜。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。由于煤氣溫度較低，可直接由洗氣箱經(jīng)洗滌塔進入氣柜。二次上吹時，氣體流向與上吹相同?？諝獯祪魰r，氣體經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進入氣柜，此時燃燒室不必加入二次空氣，在上、下吹制氣時，