煤制氣工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)-資料下載頁
2024-10-31 09:14本頁面
【導(dǎo)讀】目前我國化肥企業(yè)中Φ3600造氣爐有近50臺套，是60年代引進(jìn)的。的工藝流程，即煤氣發(fā)生爐—燃燒室—廢熱鍋爐—洗氣箱—洗氣塔—煙囪。為了避免燃燒室爆炸，要求上行爐溫在650℃以上。上行溫度高必然使氣化床層帶出熱量增多，造成白煤消耗增加，有的廠噸氨煤耗高達(dá)。在目前煤炭資源緊張、價格較高的情況下，噸尿素制造成本約上升80元。樣勢必影響煤氣除塵效果，加大煤氣系統(tǒng)阻力，造成產(chǎn)氣量下降。作為旋風(fēng)除塵器使用效果又不理想，加之火管式廢熱鍋爐氣體流通面積小，氣體流速較大，因此鍋爐沖刷磨損較嚴(yán)重。此外，由于燃燒室停用，吹風(fēng)氣及上行煤氣溫度下降，中的硫化物對管束腐蝕嚴(yán)重。這就造成廢鍋使用壽命大大縮短，有的廠甚至不到2年。該流程不能回收下行煤氣顯熱，使有效熱量利用率下降。在合成氨生產(chǎn)中，需要制備氫氮比為3∶1的原料氣。氣和蒸汽為汽化劑，間歇通入固定床煤氣爐，與灼熱的炭起反應(yīng)，生產(chǎn)半水煤氣。
【正文】 即有利于提高 Q 反 ，減少 Q 氣 ，提高吹風(fēng)效率和提高煤氣爐氣化強(qiáng)度。但過高吹風(fēng)率，將會使炭層吹凹，甚至吹翻，輕者使帶吹物增加，重者使氣化層受到破壞，因此，吹風(fēng)速效大小，應(yīng)以炭層不吹凹為原則。不同的原料選擇不同的吹風(fēng)速率。同時，吹風(fēng)速率增大還受到風(fēng)機(jī)能力的限制。 高爐溫是指煤氣爐氣化層維持較高的溫度，提高爐溫對氣化反應(yīng)是有利的。 氣化反應(yīng) 屬氣固相系統(tǒng)的多相反應(yīng)。整個過程包括物理和化學(xué)兩個過程，物理過程和氣體擴(kuò)散有關(guān)，化學(xué)過程和化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)。當(dāng)這兩個過程中有一個因素較慢時，該較慢的因素就決定了整個氣化過程。 根據(jù)質(zhì)量作用定律，以各組分氣體壓表示平衡常數(shù) Kp。 Kp=(PmC+PnD)／ (PpA+PqB)(Ⅱ 1) 上式中， PA、 PB、 Pc、 PD各為 A、 B、 C， D氣體組份的分壓。 溫度對平衡常數(shù) Kp的影響，可用下式表示： 等容反應(yīng)： dlnkc／ dT=Qv／ RT2 等壓反應(yīng)： dlnkp／ dT=Qp／ RT2 上式中， Qv和 Qp為等容等壓下的反應(yīng) 熱效應(yīng)。 在吹風(fēng)階段，反應(yīng) 11和 12屬放熱反應(yīng)，經(jīng)研究表明，在煤氣爐操作溫度范圍內(nèi)反應(yīng)認(rèn)為是不可逆的。 反應(yīng) 13是吸熱反應(yīng)，平衡常數(shù)隨溫度上升而增加，在一般煤氣爐操作溫度下，反應(yīng)處于動力學(xué)控制，溫度升高二氧化碳的還原反應(yīng)速度加快，即有利于 l3式反應(yīng)進(jìn)行，從吹風(fēng)效率分析，由于高溫，使帶走的顯熱和潛熱增加，會使吹風(fēng)效率降低，但在中型氮肥廠均設(shè)有燃燒室和廢熱鍋爐，回收其潛熱和顯熱，其能量損失不大，而煤氣爐的氣化強(qiáng)度卻可大為提高。 在制氣階段，碳與水蒸氣反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，提高溫度，將加快反應(yīng)速度，有利于 15，16式反應(yīng)進(jìn)行，而不利 17， 18式反應(yīng)，提高氣體質(zhì)量，提高蒸汽分解率，即 Q 氣增加， 24 制氣效率和氣化強(qiáng)度都可得到提高。 綜上所述，提高爐溫對提高氣體品質(zhì)和降低消耗都是有利的，因此，在不超過原料灰熔點(diǎn)的前提下，應(yīng)盡量提高爐溫。目前氣劑層溫度難以直接測得。一般以上氣道出口溫度表示，上氣道出口與氣化層溫度及氣化層位置有關(guān)，因此，操作中要綜合判斷。在人工加炭時，上氣道溫度波動幅度大，自動加炭，溫度較穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)不同原料，不同加料方式，制定不同的溫度指針。一般情況下，人工加炭時上氣道溫度控制在 650～ 700℃ ，自 動加炭時控制在 600～ 650℃ 。 在吹風(fēng)階段結(jié)束開始制氣，水蒸汽送入爐內(nèi)和灼熱炭反應(yīng)生成水煤氣，蒸汽剛?cè)霠t時由于氣化反應(yīng)溫度高，蒸汽分解率高，氣體質(zhì)量好，但隨著時間加長，氣化層溫度逐漸降低，其蒸汽分解率也逐漸降低，使制氣效率下降，在生產(chǎn)中，選用適當(dāng)蒸汽用量十分重要，蒸汽用量過大，蒸汽通入爐內(nèi)速度快，使水蒸汽和燃料層接觸時間短，部分蒸汽來不及和原料反應(yīng)流走，這不但降低了蒸汽分解率，同時未分解的蒸汽量增多，帶走熱量增多，熱損失增加 Q 損增大，溫度降低，煤氣質(zhì)量差，制效率低，若蒸汽用量過小 ，雖然滿足了蒸汽與燃料層接觸時間，能獲得優(yōu)質(zhì)煤氣，但在單位時間內(nèi)通過燃料層的蒸汽用量過小，降低了發(fā)生爐的生產(chǎn)能力，有時還會發(fā)生結(jié)塊結(jié)疤，使氣化層惡化，因此，選用蒸汽用量以維持爐溫為原則，可根據(jù)煤氣中 CO2含量，灰渣情況綜合判斷蒸汽用量是否合適。 煤氣發(fā)生爐內(nèi)炭層高度，對氣化反應(yīng)有很大的影響。從吹風(fēng)階段看，炭層高，會使吹風(fēng)氣與炭層接觸時間延長， CO2被還原， CO含量增加，熱損失增大，這是不利的一面；但當(dāng)制氣時，高炭層使氣體與炭層接觸時間增長，有利于 CO2的還原，可提高煤氣質(zhì)量和產(chǎn)量， 這是生產(chǎn)的主導(dǎo)方面。因此，選擇高炭層操作對整個生產(chǎn)是有利的，炭層太薄，使氣體質(zhì)量變差，甚至引起吹翻，使氣化狀況惡化，嚴(yán)重時會使煤氣中氧含量增高，威脅安全生產(chǎn)。 選擇炭層高度，還要根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行，風(fēng)機(jī)壓頭高，炭層可適當(dāng)提高：風(fēng)機(jī)能力小，則不宜采用過高的炭層，否則，會影響吹風(fēng)速率。在選擇炭層高度時，還應(yīng)根據(jù)原料的不同粒度進(jìn)行，大粒度原料可適當(dāng)提高炭層，小粒度原料則適當(dāng)降低炭層。 總之，選用合適工藝條件，對穩(wěn)定爐況，提高氣體產(chǎn)量和質(zhì)量，提高氣化效率降低消耗是十分重要的，我們應(yīng)該根據(jù)不同原料，選擇相應(yīng)的工藝條件 。 25 結(jié)論 通過這一次的設(shè)計(jì)，了解了煤制氣的基本過程，在現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)以及操作室中收集的煤氣爐中各個階段組分和溫度的變化，知道了在哪種條件下更適宜反應(yīng)。根據(jù)收集到的資料以各元素量的進(jìn)出量平衡進(jìn)行了煤氣爐中五個階段和最后的總過程的物料、熱量衡算。 在查閱了小合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊與化工設(shè)計(jì)等書后進(jìn)行了煤氣爐的選型設(shè)計(jì)。燃料的消耗為 ，算得爐膛面積 ，半水煤氣產(chǎn)量 13169m3/h，上，下吹階段的蒸汽用量為 1250kg/h左右。同時通過計(jì)算的數(shù)據(jù)與其他型號的煤氣爐進(jìn)行對比，分析了 Φ3600煤氣爐的優(yōu)劣以及可以在哪些方面對它進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，來減少對煤的需求和制氣效率的提高。 26 參考文獻(xiàn) [1] 吳勝華 ,彭紅葵 .論中型氮肥廠煤氣爐系統(tǒng)綜合改造 [J].化肥設(shè)計(jì) ,2020,(03)： 3446 [2] 李學(xué)春 . [J].小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù) ,2020,(05)： 2628 [3] 曾佑開 . 淺談 [J]. 中氮肥 ,1998,(02)： 6887 [4] 杜始南 . 淺談固定層煤造氣爐新型寶塔爐箅的設(shè)計(jì) [J]. 中氮肥 ,2020,(03)： 4550 [5] 李永恒 . 煤氣爐爐箅研制歷程與發(fā)展趨勢 [J]. 化肥設(shè)計(jì) ,2020,(01)： 2541 [6] 謝建華 . ZDL－ Ⅰ 型 φ3． 3m煤氣爐開發(fā)與應(yīng)用 [J]. 中氮肥 ,1995,(01)： 2738 [7] 楊苗 , 楊永光 , 田大芳 . THL1 型煤氣爐高效爐箅的研制及應(yīng)用 [J]. 中氮肥 ,2020,(02)： 2937 [8] 楊永光 ,田大芳 . 淺談 [J]. 山西化工 ,1995,(01)： 1730 [9] 張維芝 . 淺談 Φ2610 型煤氣爐的挖潛改造 [J]. 小氮肥設(shè)計(jì)技術(shù) ,2020,(02)： 2428 [10] 趙樂群 . 固定層煤氣爐爐箅的改造 [J]. 化肥工業(yè) , 1999,(04)： 4663 [11] Grzegorz J. Nowak. Moveing to a coalfree future[J].Geologica Society London, Special Publications Jan 1996 109： 261 286
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