【正文】 ，使水煤氣的生產(chǎn)操作基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。由于進(jìn)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，由于冷凝熱大，故必須用大量的水噴淋，使煤氣繼續(xù)冷卻。 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。它是煤氣爐系 統(tǒng)確保安全生產(chǎn)不可缺少的設(shè)備。 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。 由于廢熱鍋爐上部裝有氣泡，為保持爐體重心達(dá)到平衡，避免基礎(chǔ)受力不均而下陷，故安裝時(shí)，鍋爐爐體傾斜 7176。分離下來(lái)的 水及向氣泡補(bǔ) 充的新鮮水（軟水）由下循環(huán)流入廢熱鍋爐下部管間。 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(wú)縫鋼管 [15]。燃燒室的頂蓋起著泄壓作用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸時(shí)，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(shè)備損壞。 （ 3）除去煤氣中的細(xì)灰，以減少對(duì)廢熱鍋爐的損害。燃燒室的作用： 16 （ 1）向吹風(fēng)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)。傳動(dòng)裝置附有注油器，以減弱機(jī)械磨損?；依绻潭ㄔ诔龌铱谏?，利用它與旋轉(zhuǎn)灰盤之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 以減弱機(jī)械磨損。底盤兩側(cè)有灰斗，底盤上 設(shè) 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。 （ 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。外面包有石棉制品隔熱保溫襯鑄剛護(hù)圈，內(nèi)部襯有耐火磚和隔熱層 [14]。我國(guó)自行設(shè)計(jì)和制造了爐徑為 Φ1500， Φ2260， Φ3000， Φ3600等一系列半水煤氣爐，他們的結(jié)構(gòu)與 UGI半水煤氣爐基本相同。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。由于煤氣溫度較低，可直接由洗氣箱經(jīng)洗滌塔進(jìn)入氣柜。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同。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。 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向如圖 ： 14 圖 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向 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 如附圖 1 所示，固體燃料由加料機(jī)從煤氣發(fā)生爐爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風(fēng)時(shí)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓自下而上通過燃料層，吹風(fēng)氣經(jīng)燃燒室及回收熱量后由煙囪放空。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 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(lái)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。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 [3]。 13 (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。 (3)利用吹 風(fēng) 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。 (2)只利用吹 風(fēng) 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)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。 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。方法是改變加氮?dú)?，或改變空氣吹凈時(shí)間。 （ 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。 （ 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 加 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。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。當(dāng)燃料活性好。蒸汽流量越大，制氣時(shí)間愈長(zhǎng)，則煤氣產(chǎn)量愈大。 （ 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(wú)影響，通過提高吹風(fēng)速度，迅速提高爐溫， 12 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。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。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。為了 達(dá)到 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。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(qiáng)度是指每平方米爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以煤標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。它是用來(lái)表示氣化過程中的熱能利用率。 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。所以，特別以 23~50mm的粒度最好。但粒度太小，會(huì)增加床層阻力，不僅增加電耗，而且煤氣帶走灰渣也相應(yīng)增多，使煤耗增大。 （ 8）粒度 固體原料粒度大小和均勻性也是影響氣化指標(biāo)的重要指標(biāo)的重要因素之一。 11 （ 7）熱穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性 是指燃料在受高溫后粉碎的程度。至于對(duì)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。在合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，根據(jù)流程特點(diǎn)，對(duì)含硫量有一定的要求，并應(yīng)在凈化過程中將其除去?；曳莞叩娜剂希粌H增加運(yùn)輸費(fèi)用和排灰設(shè)備磨損，而且降低煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能力 ， 所以 要求燃料中灰份小于 15%。因此，要求燃料中揮發(fā)份小于 6%。 ② 焦油含量高，煤粒相互粘結(jié)成焦拱，破壞透氣性，增大床層阻力，妨礙氣化劑均勻分布。 （ 2）揮發(fā)份 燃料中如果揮發(fā)份含量高，則制出的半 水煤氣中甲烷和焦油含量高。 生產(chǎn)半水煤氣對(duì)固體原料性能的要求 （ 1）水分 燃料中水分含量過高，會(huì)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，降低打氣量，增加燒渣中碳含量，爐子操作條件惡化，影響水煤氣產(chǎn)量和質(zhì)量。在氣化爐燃燒層中，炭與空氣和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＋ 10 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。 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)。 （ 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。 （ 4）氧化層 在這層中，從下面來(lái)的空氣與碳反應(yīng)，生成碳的氧化物，因?yàn)檠趸俣容^快，故其厚度比還原層薄 。 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(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣化劑經(jīng)過燃料層時(shí)，進(jìn)行燃料的氣化反應(yīng)，同時(shí) 伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的 5個(gè)區(qū)層 [12]： （ 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(dǎo)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有關(guān)。 半水煤氣制氣原理 煤氣發(fā)生爐構(gòu)造及氣化反應(yīng)的分區(qū) 圖 燃料層分區(qū)示意圖 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。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(dòng)的，隨著氣化反應(yīng)的進(jìn)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(fù)到原來(lái)的位置 [10]。根據(jù)我國(guó)基本國(guó)情及合成氨現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣?。但是如果采用這些方法 7 不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大 ， 這對(duì)我國(guó)氨需求量大而技術(shù)又相對(duì)落后而且資金短缺這一基本國(guó)情是不相符的。 （ 2）德士古法 它是一種濕法（水煤漿）進(jìn)料的加壓氣化工藝 ， 氣化爐是由美國(guó)德士古石油公司所屬德士古開發(fā)公司開發(fā)的氣流床氣化爐。它有以下兩種方法： （ 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(jìn)料技術(shù)，因在常壓下操作，存在問題較多。 （ 4）加氫氣化法 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(yīng)方程式可表示為：煤＋ H2→CH 4＋焦 氣流床氣化 它是一種并流氣化，用氣化劑將粒 度為 100um以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi)，也可將煤粉先制成水煤漿，然后用泵打入氣化爐內(nèi)。 （ 3）灰團(tuán)聚氣化法 它是在流化床中導(dǎo)入氧化性高速氣流，使煤灰在軟化而未熔融的狀態(tài)下在錐形床層中相互熔聚而粘結(jié)成含碳量低的球狀灰渣，有選擇性地排出爐內(nèi)。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器，在此分離出的細(xì)顆 粒通過密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵。 煤 與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過預(yù)熱的氣化劑（氧氣 /蒸汽或空氣 /蒸汽）發(fā)生氣化反應(yīng)。 （ 2）高溫溫克勒法 將含水分 5%~12%的褐煤輸入到充壓至 的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)給煤機(jī)加入氣化爐內(nèi)。 （ 1）溫克勒法 溫克勒法是最早開發(fā)的 流化方法，在常壓下，把煤粒度為 08mm 的褐煤、弱粘結(jié)性 6 煙煤或焦碳經(jīng)給煤機(jī)加入到氣化爐內(nèi)。 流化床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。它和常壓移動(dòng)床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)床。 （ 1）固定床常壓氣化 此方法比較簡(jiǎn)單，但對(duì)煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點(diǎn)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。 本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方法來(lái)分別簡(jiǎn)要介紹各種方法。 ，氣化過程的供熱方式有（ 1）蓄熱法；（ 2）富氧空氣氣化法；（ 3）外熱法。對(duì)于我國(guó)經(jīng)過長(zhǎng)期的開發(fā)、引進(jìn)、消化和吸收，我國(guó)煤氣化技術(shù)的研究開發(fā)也取得了重要進(jìn)展，然而由于諸多主客觀因素的限制，國(guó)際上先進(jìn)的煤氣化技術(shù)多為國(guó)外公司所壟斷，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，開發(fā)高效率的煤氣化技術(shù)，掌握和運(yùn)用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 力和保障國(guó)家的能源安全，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)煤炭清潔利用的迫切需求。廢熱鍋爐熱量回收效率高，但設(shè)備龐大，投資巨大，以 Shell 技術(shù)為例，日處理 1000 t 煤氣化爐廢熱鍋爐高達(dá) 50 余米，投資 億元以上，因此開發(fā)新的熱量回收技術(shù)勢(shì)在必行。 實(shí)現(xiàn)能量的高效轉(zhuǎn)化與合理回收 回收煤氣顯熱的技術(shù)有兩種，即激冷工藝和廢熱鍋爐工藝，前者特別適合于煤基化學(xué)品的生產(chǎn)，后者更適合于 IGCC 發(fā)電 [8]。但由于受制造、運(yùn)輸、安裝等客觀因素的限制，必須在有限的設(shè)備尺寸上，通過提高單位時(shí)間單位體積的處理能力 和處理效率實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高效，其途徑只能是：提高溫度、增加壓力、強(qiáng)化混合。 拓寬煤種適應(yīng)性，氣化原料煤種向多樣化、固態(tài)排渣向液態(tài)排渣發(fā)展。已工業(yè)化的氣流床爐型有：常壓氣流床粉煤氣化； 粉煤加壓氣化（ Shell 煤氣化）等，并且煤粉進(jìn)料的 Shell 氣化爐則占工業(yè)化裝置的 20%左右。煤和氣化劑的相對(duì)速度很低，氣化反應(yīng)朝著反應(yīng)物濃度降低的方向進(jìn)行。最后是氣流床氣化技