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1、 .年产36万吨合成氨造气工艺设计The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/a目 录摘要Abstract引 言1第1章 造气方法的概述21.1造气方法的介绍21.1.1固定床气化法21.1.2流化床气化法21.1.3气流床气化法31.1.4熔浴床气化31.2造气方法的选择4第2章 常压固定床间歇气化法52.1半水煤气定义52.2半水煤气制气原理52.3生产流程的选择及论证62.4间歇式制半水煤气工艺流程62.5固定床气化法的特点72.6原料的选择72.7工艺条件92.8工作
2、循环102.9 炉燃料分布情况11第3章 工艺计算133.1煤气发生炉的物料及热量衡算133.2物料及热量衡算153.2.1吹风阶段的计算153.2.2热量衡算163.3制气阶段的计算173.3.1物料衡算173.3.2热量衡算203.4总过程计算213.4.1燃料使用分配及生产指标213.4.2物料衡算223.4.3热量衡算233.5配气计算243.6消耗定额25第4章 设备计算与选型264.1煤气炉指标计算264.2煤气台数的确定274.3空气鼓风机的选型及台数确定28第5章 能耗分析与节能途径305.l 提高燃料利用率305.1.1 提高吹风效率315.1.2 提高制气效率325.1.3
3、 降低灰渣返炭率335.1.4 降低吹风及制气带出物345.1.5 减少热量损失345.2 降低蒸汽消耗35结 论37致 38参考文献39.DOC资料. 年产36万吨合成氨造气工艺设计摘要：本设计简要介绍了几种常见气化工艺并对其特点做了对比。虽然固定床工艺较其它气化工艺有其不足之处且工艺较为落后，但其气化工艺较之其它工艺更成熟。根据我国基本国情本设计采用常压固定床间歇气化法。本设计介绍了半水煤气的定义及制气原理；常压固定床间歇气化生产流程的选择及论证；常压固定床间歇气化的工艺流程；常压固定床间歇气化的特点和对原料的选择；常压固定床间歇气化的工艺条件；常压固定床间歇气化的工作循环有五个阶段；煤气
4、炉燃料分布情况，从上而下依次为干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。本设计对造气工段进行了工艺计算，在煤气炉的物料衡算中，进项为100千克入炉燃料，出项包括灰分、干料、不可燃物共计99.99千克，；能量衡算中，进项包括燃料热值、空气中水汽的焓、干空气显热、燃料显热共计2904868千焦，出项包括吹风气热值、带出物热值、吹风气中水汽的焓、干吹风气显热等共计1575130千焦；在制气阶段，分别对碳、氢、氧、氮、硫元素进行了衡算；热量衡算中，进项包括燃料热值、燃料显热、蒸汽的焓、氮空气中水汽的焓、干氮空气显热共计3538661千焦，出项4413465.74千焦；设备计算中，选用3000mmUGI煤
5、气炉，每台每小时产半水煤气7500 m3，由年产量计算需78台；空气鼓风机选用D70014型，经计算需22台。本设计最后从提高燃料有效利用率、降低蒸汽消耗方面阐述了合成氨生产造气工段降低能耗的途径，提出了合成氨生产造气工段节能增效的应对措施。关键词：合成氨 半水煤气 工艺 设计 节能The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/aAbstract：Several common gasification methods have been introduced in this d
6、esign and their characteristics are compared. Although the fixed bed process has its shortcomings and the process is relatively backward, its gasification process technology is more mature than the others. According to the basic situation of our country, atmospheric fixed bed intermittent method is
7、used in this design.The definition of semi- water gas and gasification principle have been introduced in this design;atmospheric fixed bed gasification processs selection and demonstration;the characteristics of atmospheric fixed bed gasification; the selection of raw materials;the conditions of atm
8、ospheric fixed bed gasification process; the working cycle of atmospheric fixed bed gasification includes five stages; fuel distribution in gas furnace, in turn from top to bottom for drying layer, carbonization layer, reducing layer, oxide layer and ash layer. The gasification process of the design
9、 has been calculated, the material balance proceeds into the furnace of 100 kg fuel out, including ash, dry materials, nonflammable total of 99.99 kg; energy balance proceeds including the fuel calorific value, enthalpy of water vapor, dry air sensible heat, fuel sensible heat total of 2,904,868 kJ
10、out, items including blown calorific value with a calorific value objects, blowing the enthalpy of water vapor, dry blown sensible heata total of 1,575,130 kJ; in the gas phase, accounting for carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur; heat balance, the proceeds including the enthalpy of the fuel c
11、alorific value, fuel heat, steam and nitrogen in the airthe enthalpy of water vapor, dry nitrogen air sensible heat total of 3,538,661 kJ, heat total of 4,413,465.74 kJ out; the equipment calculations the selection 3000mmUGI gas stove, capacity of 7500 m3/h by the annual production of calculation ,
12、needs 78 units,air blower choose D70014 type,the calculation needs 22 sets.The paths to reduce the energy consumption in gasification section have been described in the design, from aspects of increasing the effective usage rate of fuel and reducing the steam consumption; the replacing measures for
13、energy saving and effect increasing in gasification section of ammonia synthesis production have been proposed.Key words：Ammonia Synthesis；Semi-water Gas；Technology；Design；Energy Saving引 言氨是一种重要的化工原料，特别是生产化肥的原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业的基础。为了生产氨，一般均以各种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分的煤气，然后，采用各种净化方法，除去气体中的灰尘、H2S、有机硫化物
14、、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成要求的洁净的1：3的氮氢混合气，最后，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。我国能源结构中，煤炭资源占很大比重。煤的气化是煤转化技术中最主要的方面，并已获得广泛的应用。煤气化提供洁净的可以管道输送的气体燃料。当前城镇及大中型企业要现煤气化的迫切性越来越大，至今以合成气为原料的合成含氮、含氧化物、烃类及燃料的碳化学技术已经获得相当成功，并且这方面的开发活动至今仍方兴未衰。合成氨造气，是以煤或焦碳为原料，用氧气（空气、富氧或纯氧）水蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或焦碳中的可燃部分转化为气体燃料的过程。煤
15、炭气化包括煤的热解、气化和燃烧三部分。煤炭气化时所得的可燃气体称气化煤气。气化煤气可用于城市煤气、工业燃气和化工原料气及联合循环发电等。当前国外煤完全气化技术发展的趋势，概括地可以归纳出如下几点1：气化向大型化方向发展，因为大型化可以提高单位设备的生产能力使用氧气为气化剂，提高煤气化炉的操作温度提高煤气化操作压力，几乎各种类型的新开发的气化炉都采用加压气化的工艺扩大气化煤种的围，随着采煤机械化和水力采煤技术的发展，原煤中的碎煤产率越来越多，为了适应这种趋势，一些新开发的新气化方法都用碎煤或粉煤气化开发利用无污染的气化方法，许多开发的气化方法，都考虑了在工艺过程中消除或减少有害物质的产生总之，由
16、于各国自然资源和社会条件的不同，具体的能源政策也各不相同，但可以预料在21世纪煤炭仍将成为世界的主要能源之一。对于我国来说，随着国民经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，应积极进行煤气化的研究，掌握和运用国外的先进煤气化及其应用技术，对加快我国实现四个现代化有着重要的意义。第1章 造气方法的概述1.1造气方法的介绍合成氨造气，是以煤或焦炭为原料，用氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸汽或氢气等作为气化剂（或称气化介质），在高温条件下通过化学反应将煤或焦炭中的可燃部分转化为气体燃料的过程。它有以下几种分类：按制取煤气的热值分类，有低热值煤气法(煤气热值低于8347kJ/m3)、中热值煤气法（煤气热值
17、16747-33494kJ/m3）、高热值煤气法(煤气热值高于33494 kJ/m3)按供热方式分类，有间接供热和直接供热按反应器的形式分类，有固定床、流化床、气流床、熔融床本设计按反应器的分类方法来分别简要介绍各种方法2。1.1.1固定床气化法 固定床气化以块煤为原料,煤由气化炉顶部间歇加入，气化剂由炉底送入，气化剂与煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体的显热中的相当部分供给煤气化前的干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣的显热又预热了入炉的气化剂，因此气化剂效率高。它有以下两种方法：固定床常压气化 此方法比较简单，但对煤的类型有一定要求，即要求用块煤，低灰熔点的煤难以使用
18、。常压方法用空气或空气-水蒸汽作为气化剂，制得低热值煤气。固定床加压气化固定床加压气化最成熟的炉型是鲁奇炉。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应床，所不同的是采用氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900-1100的温度条件下连续气化。1.1.2流化床气化法 它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层温度均一，易于控制，提高气化效率。它有以下四种方法：温克勒法温克勒法是最早开发的流化方法，在常压下，把煤粒度为0-8mm的褐煤、弱粘结性烟煤或焦碳经给煤机加入到气化炉。在炉底部通入空气或
19、氧气作介质，煤与经过预热的气化剂发生反应。高温温克勒法将含水分5%-12%的褐煤输入到充压至0.98Mpa的密闭料锁系统后，经给煤机加入气化炉。白云石、石灰石或石灰经给料机输入炉。煤与白云石类添加物在炉与经过预热的气化剂（氧气/蒸汽或空气/蒸汽）发生气化反应。粗煤气由气化炉上方逸出进入第一旋风分离器，在此分离出的较粗颗粒、灰粒循环返回气化炉。粗煤气再进入第二旋风分离器，在此分离出的细颗粒通过密闭的灰锁系统将灰渣排出，除去煤尘。煤气经废热锅炉生产水蒸气以回收余热，然后经水洗塔进一步冷却和除灰团聚气化法它是在流化床中导入氧化性高速气流，使煤灰在软化而未熔融的状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量
20、低的球状灰渣，有选择性地排出炉。它与固态排渣相比，降低了灰渣的碳损失。加氢气化法它是在煤气化过程中直接用氢或富含H2的气体作为气化剂，生成富CH4的煤气的方法，其总反应方程式可表示为：煤H2CH4焦1.1.3气流床气化法 它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。它有以下两种方法：KT法此法是最早工业化的气流床气化方法，它采用干法进料技术，因在常压下操作，存在问题较多。它是1948年德国海因里希-柯柏斯和托切克博士提出的一种气流床气化粉煤的方法
21、。德士古法它是一种湿法（水煤浆）进料的加压气化工艺。气化炉是由美国德士古石油公司所属德士古开发公司开发的气流床气化炉。1.1.4熔浴床气化20世纪50年代熔浴床煤气化方法开始得到开发，有熔渣床、熔盐床和熔铁床三类。下面分别介绍这三类方法。罗米方法此法为常压粉煤熔渣浴气法，有单筒式和双筒式两种炉型，适用于各种固体或液体燃料，气体温度高、强度高。觊洛格法此法为加压熔浴气化法。它是在熔融的Na2CO3盐浴进行，熔融的Na2CO3对煤与蒸汽的反应具有强烈的催化作用，在较低温度下就可获得很快的反应速度。此法目前尚处于研究阶段，实验能否成功，关键在于气化炉。ATGAS熔铁床气化法ATGAS法的实质是把煤粉
22、与石灰石、蒸汽氧（或空气）一起吹到熔铁，使煤的挥发分逸出，残留的碳溶解在熔铁中被气化。此法效率高，有害物质少，气化反应在常压下进行。煤种适用围广，且气化炉结构简单。因此，该工艺有可能放大到工业化生产。1.2造气方法的选择与固定床气化相比，其它气化方法的优点是：气化能力大；气化用煤广；生产灵活性强，开停车容易；碳转化率高；环境污染小。但是如果采用这些方法，不但其主体设备及相关必要设备的投资将大大增加，而且能耗也将大大增大，这与我国氨需求量大而技术又相对落后且资金短缺这一基本国情是不相符的。所以，虽然固定床气化工艺较其它气化工艺有不足之处且较为落后，但其工艺更成熟，根据我国基本国情采用常压固定床间
23、歇气化法。第2章 常压固定床间歇气化法2.1半水煤气定义半水煤气是以水蒸气为主加入适量的空气为气化剂与赤热的炭反应，所生成的煤气称为半水煤气，它是合成氨的原料气，其成分中CO+H2一般在68%左右。用于合成氨的半水煤气要求氢氮比为3：1。2.2半水煤气制气原理固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。表2.1以空气为气化剂主要反应方程式序号反应方程式1CO2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）2 2CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）3 CCO2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）4 C3.76N2O23.76N2=C
24、O27.52N2表2.2以水蒸汽为气化剂主要反应方程式序号反应方程式1CH2O（汽）=COH22C2H2O（汽）=CO22H23CO2H2O（汽）=CO22H242H2O2=2H2O（汽）5C2H2=CH46CO3H2=CH4H2O7CO24H2=CH42H2O（汽）在气化炉燃烧层中，炭与空气及水蒸汽的混合物相互作用时的产物称为半水煤气，其化学反应按下列方程式进行：2CO23.76N2=2CO (2-1)CH2O（汽）=COH2 (2-2)这种煤气的组成由上列两反应的热平衡条件决定。由于半水煤气是生产合成氨的原料气，因此，要求入炉蒸汽与空气（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（COH2
25、）：N2=3要求，但是在实际生产中要求半水煤气（COH2）：N23.2。2.3生产流程的选择及论证根据水煤气生产工艺流程中废热利用的程度，可分为五类：不回收废热的流程：吹风直接放空，上下行煤气直接进入冷却净化系统，故其热效率差，一般为小型水煤气站采用。只利用吹气特点持有热的流程：该流程在吹风阶段，将吹风气通过燃烧室，同时向燃烧室送入二次空气，合使吹风气中的在燃烧室中燃烧，蓄热，高温燃烧后废热锅炉的收热量后放空。上行、下行煤气直接进入冷却净化系统，不进行热量回收。利用吹气持有热和上行煤气显热的流程这是我国目前广泛使用的一类流程，它可使大部分的废热得以回收利用。此流程适用于炉径大于2740mm。完
26、全利用吹风气所持有热及上、下行煤气显热的流程该流程与流程（3）的差别仅在于下行煤气的显热亦于回收，废热的回收利用程度最高，废热锅炉的温度波动较小，蒸发量也较稳定。增热水煤气流程在水煤气生产中，用油裂解来提高煤气热值的方法称为增热，它的热值高达16.7到18.8MJ/m3。但CO含量高达30%以上，故它不宜单独作为城市煤气，但可作为城市煤气的补充气源以备调峰之用3。综上所述，以和两种流程为最佳，流程效率高于、中由于加了回收下行煤气显热，使得阀门和管道增多，操作变得复杂，投资增加，且由于煤气温度不高于200，从经济效益上考虑，流程比流程更为实用，本设计采用流程。2.4间歇式制半水煤气工艺流程固体燃
27、料由加料机从炉顶间歇加入炉，吹风时，空气自下而上通过燃料层，吹风气经燃烧室及废热锅炉后由烟囱放空。燃烧室中加入二次空气，将吹风气中的可燃气体燃烧，使室的格子蓄热砖温度升高。燃烧室盖子具有安全阀作用，当系统发生爆炸时可泻压，以减轻设备的破坏。蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再经洗涤塔进入气柜。下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入，经预热后自上而下流经燃料层。由于煤气温度较低，可直接经洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向与上吹相同。空气吹净时，气体经燃烧室、废热锅炉和洗涤塔进入气柜，此时燃烧室不必加入二次空气，在上、下吹制气时，如配入加氮空气，则其送入时间应稍迟于水蒸汽的送入，并在蒸
28、汽停送之前切断，以避免空气与煤气相遇发生爆炸。燃料气化后，灰渣经旋转炉蓖由刮刀刮入灰箱，定期排出炉外45。间歇式制半水煤气工艺流程见图2.1图2.1间歇式制半水煤气工艺流程图2.5固定床气化法的特点固定床气化法其煤气发生炉的排渣和加料不是连续的，而是间断的排渣和加料，其致密的煤层在气化过程中是静止不动的，随着气化反应的进行，以温度划分的各区域将逐渐上移，必须经过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到原来的位置6。2.6原料的选择间歇法生产半水煤气对原料的要求：对水分的要求燃料中水分含量过高，会影响煤气发生炉的气化效率，在气化过程中因水分蒸发吸热造成炉温下降使燃料消耗增加，炉子操作条件恶化，影响水煤气产
29、量和质量。因此，要求入炉煤的水分含量小于3%5%。对挥发份的要求燃料中如果挥发份含量高，则由于甲烷和焦油的含水两增加而不仅会增加动力燃料消耗，而且降低炉子的制气能力影响氨的产量。因此，要求燃料中挥发份较低为宜。对灰份的要求煤中含灰分其主要成份为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。这些物质的含量对灰份有决定性影响。灰份高的燃料，不仅增加运输费用，而且使气化条件变得复杂，所以要求燃料中灰份较低为宜。对硫份的要求煤中的硫份在气化过程中转化为含硫气体，不仅对设备和系统管道有腐蚀作用，而且会使催化剂中毒。在合成氨生产系统中，根据流程 特点，对含硫量有一定的要求，并应在净化过程中将其除去。
30、对化学活性的要求化学活性高的燃料，有利于气体物质和气化率的提高。至于对气化效率的影响，则因所选用的煤气发生炉炉型不同而有所差异。对机械强度的要求机械强度高，以免燃料在炉或上料过程中受碰撞和挤压而发生碎裂，机械强度低会使炉阻力和气体带出物增加，气化能力下降，消耗增高。对热稳定性要求热稳定性是指燃料在受高温后粉碎的程度。热稳定性差的燃料，不仅增加炭阻力和气体带出物，而且会堵塞炉膛和系统管道，增加动力消耗，影响制气产量。对粘结性的要求粘结性是煤在高温下干馏粘结的性能，粘结性较强的原料煤，气化过程中煤相互粘结后生成焦，破坏燃料的透气性，妨碍气化剂的均匀分布，影响气体成分和制气产量。所以要求煤的粘结性较
31、低为宜。对燃料粒度的要求合成氨原料煤首先对煤种要无烟煤，其次对粒度则要求采用块煤和粉煤的成型，特别以23-50mm的粒度最好。总之，对间歇式生产水煤气，若要使生产取得良好的气化指标，应采用热稳定性好、机械强度高、不粘结、粒度均匀、水分较少、灰分和挥发分不高，灰分熔点较高的原料4，本设计采用无烟块煤。2.7工艺条件选择生产工艺条件时，要求气化效率高，炉子生产强度大，煤气质量好，气化效率指制得半水煤气所具有的热值与制气投入的热量之比。投入的热量包括气化所消耗的燃料热值和气化剂带入的热量（后者主要指蒸汽的潜热）。它是用来表示气化过程中的热能利用率。气化效率高，燃料利用率高，生产成本低3。气化效率用X
32、表示：X=Q半/(Q燃Q蒸)100% (2-3)式中：Q半-半水煤气的热值 Q燃-消耗燃料的热值 Q蒸-消耗蒸汽的热值生产强度是指每平方米炉膛截面在每小时生产的煤气量，以煤标准状态下的立方米表示。煤气质量则根据生产要求以热值或以指定成分要求来衡量5。为了保存以上的要求，气化过程的工艺条件有：温度反应温度沿着燃料层高度而变化，其中氧化层温度最高。操作温度一般主要是指氧化层的温度，简称炉温。炉温高，反应速度快，蒸汽分解率高，煤气产量高，质量好。但炉温高，吹风气中一氧化碳含量高，燃烧发热少，热损失大。此外，炉温还受燃料及灰渣熔点的限制，高温熔融将造成炉结疤。故炉温通常应比灰熔点低50左右，工业上采用
33、炉温围1000-1200。吹风速度提高炉温的主要手段是增加吹风速度和延长吹风时间。后者使制气时间缩短，不利于提高产量，而前者对制气时间无影响，通过提高吹风速度，迅速提高炉温，缩短二氧化碳在还原层的停留时间。以降低吹风气中的一氧化碳含量，减少热损失。吹风速度采用炉温围1000-1200。蒸汽用量蒸汽用量是改善煤气产量与质量的重要手段之一。蒸汽流量越大，制气时间愈长，则煤气产量愈大。但要受到燃料活性、炉温和热平衡的限制。当燃料活性好。炉温高时，加大蒸汽流量可加快气化反应，煤气产率和质量也得到提高。但同时因燃料层温下降快而应缩短吹入蒸汽的时间。但燃料活性较低时，宜采用较小的蒸汽流量和较长的送入时间。
34、燃料层高度在制气阶段，较高的燃料层将使水蒸汽停留时间加长，而且燃料层温度较为稳定，有利于提高蒸汽分解率，但在吹风阶段，由于空气与燃料接触时间家长，吹风气中CO含量增加，更重要的是，过高的燃料层由于阻力增加，使输送空气的动力消耗增加。根据实践经验，对粒度较大、热稳定性较好的燃料，可采用较高的燃料层，但对颗粒小或热稳定性差的燃料，则采用炉温围1000-1200。循环时间制气过程一个循环时间包括五个阶段时间，各阶段的时间分配要根据燃料性质，气化剂配分比和煤气组成的要求而定，一个循环时间短时，炉温的波动小，煤气产量和质量也较稳定，故循环时间不宜长，但气化活化较低的燃料时，因反应速度慢，应采用较长的循环
35、时间。气体成分主要调节半水煤气中（H2+CO）与N2比值。方法是改变加氮气，或改变空气吹净时间。在生产中还应经常注意保持半水煤气中低的氧含量（0.5%），否则将引起后序工段的困难，氧含量过高还有爆炸的危险。2.8工作循环常压固定床法制半水煤气其工艺流程气化过程按5个阶段分别叙述如下：吹风阶段 来自鼓风机的加压空气送入煤气发生炉底部，经与燃料层燃烧放出大量的热量储存于炭层，生成吹风气由炉顶出，经旋风除尘 器除去灰尘后，进入废热锅炉的管间的水换热，水受热蒸汽产生的低压蒸汽经气包蒸汽管道可供本炉制气用。吹风气被冷却降温后出废热锅炉，由烟囱放空。上吹制气阶段 蒸汽与加氮空气一起自炉底送入，经与灼热的燃
36、烧层反应后，气体层上移，炉温下降，生成半水煤气由炉顶引出除去带出灰尘。进入废热锅炉回收气体中的显热后进入洗气塔洗净和冷却至常温由洗气塔上部引出送出气柜。下吹制气阶段 蒸汽自炉顶送入，经灼热的气化层反应，气化层下移，炉温继续下降，生成的水煤气由炉底引出，因下行煤气通过灰渣层降低温度，不再进入废热锅炉直接进入洗气塔洗净降温，由塔顶引出至气柜。二次吹气阶段 基本同一次上吹制气阶段，但不加入氮空气，其目的在于置换下部及管道中残存的煤气，防止爆炸现象。吹净阶段 其工艺流程同上吹制气阶段，但不用蒸汽而改用空气，以回收系统中的煤气至气柜。以上5个阶段的工作循环，由液压或气压两种形式自动机控制，目前正在发展成
37、微型程序制代替自动机控制16。间歇式制气工作循环各阶段气体的流向如图2.2所示。图2.2 制气工作循环气体流向图阀门开闭情况见下表2.3表2.3各阶段阀门开启情况阶段1234567吹风OXXOOXX一次上吹XOXOXOX下吹XXOXXOO二次上吹XOXOXOX空气吹净OXXOXOX注：O-阀门开启：X-阀门关闭2.9 炉燃料分布情况炉燃料分布情况见图2.3 图2.3燃料层分区示意图干燥层 新加入的燃料由于下层高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入燃料的量有关。干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中的水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便
38、发生分解，放出挥发分，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。还原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已含有各种气体成分，而在还原层里，主要进行CO的还原反应。氧化层 在这里层中，从下面来的空气与弹反应，生成碳的氧化物，因为氧化速度较快，故其厚度比还原层薄如用水蒸汽作气化剂时，在该层中还进行碳与水蒸汽的氧化反应。一般将还原层和氧化层通称之为气化区。灰渣层 氧化层下面就是灰渣层，没有化学反应发生，作用是能分布热空气和保护炉。必须指出，各层之间并没有严格的界限，即没有明显的分层，各层高度随燃料的种类性质和气化条件不同而异21。第3章 工艺计算3.1煤气发生炉的物料及热量衡算实际计算法是以实测煤气组成
39、为依据的计算法，采用此法计算时，首先将气化煤进行试烧，以得到准确的煤气组成分析数据。已知条件的确定: 入炉煤组成见下表3.15表3.1入炉煤组成，重量%CHONSAW合计78.13 1.32 0.430.770.5113.245.6100燃烧热值 28476kJ/ 吹风气组成见表3.2 表3.2吹风气组成，体积%CO2O2COH2CH4N2合计H2S16.540.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3半水煤气真正组成见表3.36表3.3半水煤气组成， 体积%CO2O2COH2CH4N2合计H2S7.50.2032.10430.5416.661001.45g/Nm3各物料
40、进出炉的温度空气25；相对湿度80%，空气含水汽量0.0213kg（水汽）/kg（干汽）；吹风气，上行煤气流600；下吹煤气200；灰渣200；上行蒸汽120；饱和蒸汽的焓2730kJ/kg；下吹蒸汽550；过热蒸汽的焓3595kJ/kg；生产循环时间%，时间（s）表3.4生产循环时间吹风上吹下吹二次上吹吹净合计46.8s46.8s64.8s14.4s7.2s180s计算基准：100kg入炉燃料带出物数量及其组分带出物数量：2kg绝对干料带出物组分及各组分重量见下表3.57表3.5带出物数量及其组分元素组成，重量%各组分重量，kgC82.5.20.8250=1.65H1.6620.0166=0
41、.03O0.4720.0047=0.01N0.8020.008=0.02S0.5720.0057=0.01灰分14.0020.14=0.28合计1002带出物热值30030kJ/灰渣组成及其各组分重量表3.6 灰渣组成（重量%）CS灰分合计14.500.3085.20100.00灰渣重量（按灰分平衡计算），kg（13.24-0.28）/0.852=15.2灰渣各组分重量，kgC 15.20.145=2.20S 15.20.003=0.05灰分 15.20.852=12.95合计：15.2燃料气化后转入煤气中的元素量，kgC H O N S 合计：82.79计算误差：3.2物料及热量衡算3.2.
42、1 吹风阶段的计算（物料衡算）每Nm3吹风气中含有的元素量，kgC H O N 28/22.40.7245=0.906S 0.0008532/34=0.0008由碳平衡计算吹风气量：74.28/0.128=580Nm3由氮平衡计算空气用量：5800.906（0.770.02）/（0.7928/22.4）=530Nm3空气带入水汽量：5301.2930.0213=14.6(1.293为空气密度)氢平衡（kg）进项：燃料带入氢量： 1.91空气中水蒸汽带入氢量：14.62/18=1.62合计： 3.53出项：吹风气中含氢量：5800.00438=2.54吹风气中水汽含量：3.532.54=0.99
43、合计：3.53吹风气中水汽含量：0.9918/2=8.91每标准m3吹风气中水汽含量：8.91/580=0.0154氧平衡（以kg计）进项：燃料带入氧量: 5.40空气中含氧量: 5300.2132/22.4=159空气中水汽含氧量： 14.616/18=12.98合计： 177.38出项：吹风气中氧量：5800.288=167.04吹风气中水汽含氧量：8.9116/18=7.92合计：174.96误差：（177.38174.96）/177.38100%=1.36%硫平衡（以kg计）进项：燃料带入硫量：0.45出项：吹风气中含硫量：5800.0008=0.46误差：（0.450.46）/0.4
44、5100%=2.2%3.2.2 热量衡算进项（以kJ计）:燃料热值：10028476=2847600燃料显热：100251.05=2625（1.05为燃料的比热17）干空气显热：530251.30=17225（1.30为空气的比热17）空气中水汽的焓：14.62562.84=37418合计：2904868出项（以kJ计）:吹风气热值：5801180.78=6848521 m3吹风气热值为：128100.0334126840.0656399840.0076=1180.78干吹风气显热：5801.408600=4899840.16552.0660.00351.4200.06561.3600.03341.3020.00762.2550.72451.352=1.408kJ/ m3吹风气中水汽的焓：8.913696=32931（32931为600时过热蒸汽的焓17）带出物热值：3003
