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6万吨合成氨造气工段工艺设计


内蒙古宜化化工有限公司

6 万吨合成氨造气工段工艺设计

摘 要

摘要:本设计 6 万吨/年合成氨造气工段工艺设计采用块煤送入造气炉制
气,该工艺技术成熟,结合湖北宜化丰富的生产和管理经验,在同行业中具有热 量回收充分、消耗低、低成本等优势。根据已知参数,利用所学知识对合成氨的 工艺流程进行设计,工艺计算,

并对设备进行了选型。

关键词:造气炉;已知参数;工艺衡算;设备计算

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摘 要 ................................................................................................................................................ 1 1.前言............................................................................................................................................. 3 2.物料及热量衡算........................................................................................................................... 6 2.1.被损耗燃料各组分量的计算 ............................................................................................. 7 2.2.炉渣生成量的计算............................................................................................................. 8 2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量 ............................................................................. 8 2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量 ................................................................................. 9 3.空气吹分阶段的计算................................................................................................................. 10 3.1.物料衡算........................................................................................................................... 10 3.2.热量衡算........................................................................................................................... 11 4.蒸汽吹送阶段的计算................................................................................................................. 14 4.1.物料衡算........................................................................................................................... 14 4.2 热平衡计算....................................................................................................................... 17 5 总过程计算.................................................................................................................................. 21 5.1 燃料使用分配................................................................................................................... 21 5.2 吹风气产量....................................................................................................................... 21 5.3 物料平衡........................................................................................................................... 21 5.4 热量平衡.......................................................................................................................... 24 5.5 配气计算.......................................................................................................................... 25 5.6 消耗定额(以吨氨为基准) .......................................................................................... 26 6 主要设备工艺计算...................................................................................................................... 29 6.1 空气鼓风机的计算........................................................................................................... 29 6.2 煤气发生炉的计算........................................................................................................... 31 6.3 废热锅炉的计算............................................................................................................... 32 6.4 洗气塔............................................................................................................................... 35 7 结论 ............................................................................................................................................. 40 参考文献......................................................................................................................................... 41 致 谢 .............................................................................................................................................. 42

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1.前言

氨是一种重要的化工产品, 主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多年 的发展, 现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。本次设计采用间歇式固体煤气 发生炉造气,余热回收,具有环保、节能的优势。现对造气工段主要工艺做一下 简介。 1.固定层煤气发生炉制造的煤气根据气化剂不同, 工业煤气一般分以下四种: 空气煤气: 以空气为气化剂制取的煤气,合成氨生产中也称吹风气. 水煤气: 以水蒸汽为气化剂制取的煤气. 混合煤气: 以空气和适量的水蒸汽为气化剂制取的煤气. 半水煤气: 组成符合(氢气+氧化碳)与氮气体积比为 3.1---3.2 的混合煤气, 即合成氨原料气 2.煤气发生炉自上而下分为干燥层,干馏层,还原层,氧化层,灰渣层. 干燥层: 一般不产生气化反应,此区内的燃料因刚加入炉内,故温度低,主要 是通过吹风时的吹风气,上吹时的煤气,以及下吹时的过热蒸汽 ,通过此区域时, 将此区域的水蒸发掉,起干燥预热的作用. 干馏层: 此区燃料受到热气体连续加热并分解放出低分子烃,在热分解时析 出水份,醋酸,硫化氢,甲烷等,气化剂通过此区域时一般不发生反应. 还原层: 此区域是气化层发生气化反应的主要区域之一,由氧化层来的 CO2 还原生成 CO 及水蒸汽分解为氢气,燃料依靠与热的气体换热被再次预热,此区域 的化学反应是: CO2+C=2CO H2O+C=CO+H2 2H2O+C=CO2+2H2 CO+H2O=CO2+H2 氧化层: 在煤气炉的整个燃料中此区域的温度最高,燃料中的 C 与空气中的 O2 产生反应,其反应 C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2 氧 化 层与还原层总称为气化层. 灰渣层: 燃料经过气化后,剩余物质称为灰渣,灰渣与炉体最下部分称为灰 渣层,在生产中起到预热气化剂,保护炉篦和承受燃料层骨架的作用. 3.间歇式制气通常分为五个阶段进行: 吹风阶段: 空气从炉底吹入,进行气化反应,提高燃料层的温度. 上吹制气阶段:蒸汽和加氮空气从炉底送入,经气化反应生成煤气送入气柜. 下吹制气阶段: 水蒸气自上而下通过燃料层生成的煤气也送入气柜,其目的 是吸收炉内热量可降低炉顶温度 ,使气化层恢复到正常位置 ,同时使炭层温度增 高,有利于燃尽残碳.
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二次上吹制气阶段: 蒸气由炉底入炉将炉底下部管道中的煤气排净,为吹风 做准备俗称安全上吹. 吹净回收阶段: 二次上吹后炉上部分空间出气管道及有关设备都充满煤气, 如吹入空气立即放空或送三气将造成浪费 ,因此转入吹风之前,从炉底部吹入空 气,与产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜加以回收。

造气炉图示 4.本次工艺设计计算的根据说明 (1).原料采用无烟块煤。 (2) .基本数据主要是参照湖北宜化以及煤炭科学研究所的实测结果,并作了相 应的适当调整。 加氮方法是采用上吹加氮,即开始上吹的同时,吹风暂不关闭,继续由空气管路 向炉内送空气, 一并回收到系统中去。加氮时间可根据半水煤气成份要求随时调
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整。显然,这种方法不如上、下吹全过程均匀加氮的效果好,但简单方便,亦可 以满足生产需要。为简化计算,按照蒸汽吹送阶段均匀加氮来进行计算。

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2.物料及热量衡算

计算基准:以 100kg 块状无烟煤为原料。 本设计中块煤来源于山西, 根据鄂尔多斯联合化工有限公司造气工艺指标分析参 数以及相关调整制定已知条件如下: 表 2-1 燃料组成及热值 序号 1 2 成份 重量(%)湿 重量(%)干 C 78.01 82.2 H 1.44 1.52 O 0.45 0.474 N 0.76 0.8 S 0.48 0.506 A1 13.76 14.5 W 5.1 — 合计 100 100

燃料热值:28164.6KJ/kg 其中:A1 为灰份 W 为水份 表 2-2 吹风气组成 成份 H2 CO 5.45 CO2 N2 CH4 O2 0.40 合计 100 H2S 0.8281g/m3(标)

体积(%) 2.90

16.96 73.57 0.506 表 2-3 水煤气组成

成份

H2

CO

CO2 7.80

N2 17.82

CH4 0.78

O2 0.35

合计 100

H2S 1.353g/m3(标)

体积(%) 41.50 31.75

表 2-4 炉渣组成 成份 重量% C 14.8 S 0.2 A 85 合计 100

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表 2-5 各种物料进炉的温度 名称 空气 吹风气 上行煤气 下行煤气 炉渣 蒸汽压力 (0.10MPa) 温度 30℃ 450℃ 400℃ 250℃ 250℃ 220℃

查过热蒸汽过热焓値表得焓値:错误!未找到引用源。=2914.01KJ/kg 表 2-6 生产循环时间 操作名 二次上 空气吹 序号 吹风 上吹 下吹 合计 称 吹 净 1 2 % 时间 ,S 20 30 31 46.5 40 60 6 9 3 4.5 100 150

2.1.被损耗燃料各组分量的计算 燃烧在炉中被带出的损失量按照 4kg 计算,其为干燃料,根据表 1-1 燃料组 成及热值计算求得。 其中被损耗燃料中各组分之重量为: 表 2-7 被损耗燃料中各组分之重量 序号 1 2 3 4 5 6 合计 元素 C H O N S A2 组成,重量% 82.2 1.52 0.474 0.8 0.506 14.5 100 各组分重量,kg 4×0.822=3.288 4×0.0152=0.0608 4×0.0474=0.019 4×0.08=0.032 4×0.0506=0.0202 4×0.145=0.58 4

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2.2.炉渣生成量的计算 按照标准 100kg 燃料计算
L? A1 ? A2 13.76 ? 0.58 ? ? 15.5059kg A3 0.85 A1 ? A2 13.76 ? 0.58 ? ? 15.5059kg A3 0.85

其中 L ?

A1 为 100kg 块状无烟煤中灰份量(湿基) 。 A2 为燃烧在炉中被带出的损失量按照 4kg 计算时灰份量。 A3 为炉渣组成中灰份量。

由此可以炉渣中各组分的生成量为: C: Lc ? 15.5049 ? 0.148 ? 2.2949kg S: Ls ? 15.5049 ? 0.002 ? 0.00310kg A: LA ? 15.5049 ? 0.85 ? 13.18kg 由此可得: L ? LA ? LC ? LS
L ? LA ? LC ? LS ? 2.2949 ? 0.0031 ? 13.18 ? 15.5059kg

2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量 根据表 1-7 被损耗燃料中各组分之重量计算和上式炉渣生成量的计算求带出物 及炉渣中各组分的总重量。 C: C ? 3.288 ? 2.2949 ? 5.5829kg H: H ? 0.0608kg O: O ? 0.019kg N: N ? 0.032kg S: S ? 0.0202 ? 0.0310 ? 0.0512kg A: A ? 0.58 ? 13.18 ? 13.76kg 总计: 19.5059kg
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2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量 根据上式计算的带出物及炉渣中各组分的总重量和式 2-1 求得: C: C ? 78.01 ? 5.5829 ? 72.4271kg
2 ? 0.0608 ? 1.9459kg 18 16 O: O ? 0.045 ? 5.10 ? ? 0.019 ? 4.9643kg 18

H: H ? 1.44 ? 5.10 ?

N: N ? 0.76 ? 0.032 ? 0.728kg S: S ? 0.48 ? 0.0512 ? 0.4288kg 总计: 80.4941kg 计算误差: ?
100 ? (19.5059 ? 80.4941) ? 0% 100

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3.空气吹分阶段的计算

3.1.物料衡算 3.1.1.每标准吹风气中各元素的含量计算 12 C: C ? (0.0545 ? 0.1696 ? 0.0072) ? 0.1239kg 22.4 2 2 H: H ? ? (0.029 ? 0.0072 ? 2) ? 0.0008281? ? 0.00392kg 22.4 34 32 O: O ? (0.004 ? 0.1696 ? 0.5 ? 0.0545) ? 0.2869kg 22.4 28 N: N ? ? 0.7357 ? 0.9196kg 22.4 32 S: S ? 0.0008218 ? ? 0.000794kg 34 3.1.2.由碳平衡计算吹风气产量 72.4271 ? ? 584.5609m3 (标准) 0.1239 3.1.3.由氮平衡计算空气用量 584.5609 ? 0.9196 ? 0.728 ? ? 543.63m3 (标准) 28 0.79 ? 22.4 计算由空气带入水汽量 空气 (相对湿度:80%) 30℃ 由物化手册查得空气中水汽含量为:0.0213kg(水汽)/kg(干气) 空气带入水汽量为:
? 543.63 ?1.293? 0.0213 ? 14.9720kg

3.1.4.氮的平衡 进:燃料带入氢 1.9459kg (2.4 计算已得) 2 空气中水汽带入氢 ? 14.972 ? ? 1.6635kg 18 合计: ? 1.9459 ? 1.6635 ? 3.6094kg 出:吹风气中的氢
? 584.5609 ? 0.00392 ? 2.2916kg

吹风气中水汽含氢
? 3.6094 ? 2.2915 ? 1.3179kg

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合计为:

? 2.2915 ? 1.3179 ? 3.6094kg

吹风气中水汽含量 18 1.3179 ? ? 11.9611kg 2 故可得每标准吹风气中水汽含量为: 11.8611 ? 0.0203kg 584.5609 3.1.5.氧的平衡 进:燃料带入氧 4.9643kg (2.4 计算已得) 32 空气中带入氧 ? 543.63 ? 0.21? ? 163.099kg 22.4 16 空气中水汽带入氧 ? 14.972 ? ? 13.3084kg 18 合计: ? 4.9643 ? 163.089 ? 13.3084 ? 181.3617kg 出:吹风气中的氧: ? 584.5609 ? 0.2869 ? 167.711kg 吹风气中水汽含氧 16 ? 11.8611? ? 10.5432kg 18 合计为: 误差: ?
? 167.711 ? 10.5432 ? 178.2542kg

181.3617 ? 178.2542 ?100% ? 1.71% 181.3617 1.1.2. 硫的平衡 进:燃料带入硫 0.4288kg (2.4 计算已得)

出:吹风气中带入硫 0.0007794 ? 584.5609 ? 0.4559kg 3.2.热量衡算 3.2.1 进项 燃料发热量: 100 ? 28164.6 ? 2816460KJ 燃料显热: 100 ? 30 ?1.0467 ? 3140.1KJ 式中 1.0467 为燃料的比热容: KJ / (kg ?o C ) 根据燃料情况估算。 干空气焓 543.63? 30 ?1.2979 ? 21107.32KJ 式中 1.2979 为空气的比热容, KJ / (kg ?o C ) 查化工原理得。 空气中水汽焓: 14.972 ? 2555.6227 ? 38262.783KJ 式中 2555.6227 为 30℃时的干饱和蒸汽的焓 合计 2879030KJ 3.2.2 出项 吹风气发热量: 584.5609 ?1346.4081 ? 787057.53KJ
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有表 2-2 吹风气组成查得各组分气体之高热值,计算单位吹风气发热量 单位吹风气发热量:
? 12769.74 ? H 2 ? 12644.14 ? 2555 ? CO ? 39858.34 ? CH 4
? 12769.74 ? 0.029 ? 12644.14 ? 0.0545 ? 39858.34 ? 0.0072 ? 1346.408KJ / m3 (表)

干吹风气的焓: 584.5609 ?1.4455 ? 450 ? 380242.25KJ
3 o 其中:1.4455 为吹风气的平均热值, KJ / (m ? c) 标准。

由<<物化手册>>附录 1-5-9-17 查得各组分气体的平均比热容。 干吹风气平均比热容
cp ? (0.029 ? 29.2239 ? 0.0545 ? 29.9775 ? 0.1696 ? 44.5894 ? 0.004 ? 31.0661 ? 0.7357 ? 29.7305 ? 0.0072 ? 46.8922) ? 1 22.4

1 ? 1.4455kg / (m3 ? 0c) 22.4 吹风气中水汽焓: 11.8611? 3384.1904 ? 40140.221kJ cp ? 32.3789 ?

式中 3384.1904—450℃时的过热蒸汽的焓 KJ / kg (物理化学手册) 。 飞灰发热量(干燃料发热量) 1 28184.6 ? ? 29699.26 KJ / kg 1 ? 0.51 29698.262 ? 4 ? 118797.05KJ 飞灰显热: 450 ? 4 ?1.0467 ? 1884.06 式中 1.0467—燃料的比热容 KJ / (kg ? 0c) 炉渣中可燃物的发热量 33913? 2.2949 ? 10467 ? 0.031 ? 78151.421KJ 式中 33913、10467 分别为碳和硫的发热值 KJ / kg 炉渣的显热: 15.5059 ? 250 ? 0.9630 ? 3733KJ 式中 0.9630—煤渣的比热容 KJ / (kg ? 0c) 散失热(取燃烧发热量的 6%) 2816460 ? 0.06 ? 168987.6KJ 合计 1578993.1 KJ 3.2.3 积聚在炭层中的热量 2879030.2 ?1678993.1 ? 1300037.1KJ 3.2.4 吹风效率

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1300037.1 ?100% ? 46.6% 2816460

表 3-1 空气吹分阶段的热量平衡表
进项 1.燃料发热量 2.燃料显热 3.干空气焓 4.空气中水汽焓 , KJ 1.吹风气发热量 2.干吹风气的焓 3.吹风气中水汽焓 4.飞灰发热量 5.飞灰显热 6.炉渣中可燃物的发热量 7.炉渣的显热 8.散失热 9.积聚在炭层中的热量 合计 出项 , KJ 787057.53 380242.25 40140.25 118797.05 1884.06 78151.42 3733 168987.6 1300037.1 2879030.2

2816460 3140.1 21107.32 38262.783

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4.蒸汽吹送阶段的计算

4.1.物料衡算 4.1.1 每标准米 3 煤气中所含元素量 12 C: C ? (0.3175 ? 0.078 ? 0.0078) ? 0.216kg 22.4 2 2 H: H ? ? (0.415 ? 0.0078 ? 2) ? 0.001353 ? ? 0.0385kg 22.4 34 32 O: O ? (0.3175 ? 0.5 ? 0.078 ? 0.0035) ? 0.3432kg 22.4 28 N: N ? ? 0.1782 ? 0.2228kg 22.4 32 S: S ? 0.001353 ? ? 0.001273kg 34 4.1.2 由碳平衡计算实际水煤气产量 72.4271 ? ? 335.311m3 (标准) 0.216 4.1.3 由氮平衡计算空气用量 335.311? 0.2228 ? 0.728 ? ? 74.916m3 (标准) 28 0.79 ? 22.4 4.1.4 空气带入水汽量为:
? 74.916 ?1.293 ? 0.0213 ? 2.0633kg

4.1.5 氢平衡 设定已知和假设条件
3 上行煤气量 xm (标准)

3 上行煤气含水量 0.26kg / m (标准)干

上下吹蒸汽量相等各为 Wkg
3 下行煤气量 335.311 ? xm (标准)

3 下行煤气含水量 0.51kg / m (标准)干

为计算方便起见,上下吹时气体成分假设相同,上吹、下吹加 N 作为均匀加入计 算。 上行阶段 进项
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x ? 0.005803xkg 335.311 2 W 蒸汽带入氢 W ? ? kg 18 9 空气中水汽带入氢 2 x 2.0633 ? ? ? 0.0006837 xkg 18 335.311 W 合计: ? 0.00649 xkg 9

燃料带入氢

1.9459 ?

出项: 煤气中氢 0.0385 xkg 煤气中水汽含氢 2 0.26 ? x ? 0.02889 xkg 18 合计: 0.0385x ? 0.02889x ? 0.02889xkg 平衡:
W ? 0.00649 x ? 0.06739 xkg 9

W ? 0.0609 x 9
W ? 0.5481xkg

下行阶段 进项:燃料带入氢 x 1.9459 ? (1 ? ) ? 1.9459 ? 0.005803 xkg 335.311 蒸汽带入氢 2 W W ? ? kg 18 9 空气中水汽带入氢 2 2.0633 ? ? 0.0006837 xkg 18 出项:煤气中含氢
(335.311 ? x) ? 0.0378 ? 12.675 ? 0.0378xkg

煤气中水汽含氢量 2 (0.51? )(335.311 ? x) ? 19.001 ? 0.05667 xkg 18 合计: 31.676 ? 0.09447 xkg 平衡: 31.676 ? 0.09447 x ?
W ? 29.5008 ? 0.08798 xkg 9
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W ? 2.1752 ? 0.006487kg 9

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W ? 265.5072 ? 0.792kg

解方程(1) (2)
0.5481x ? 265.5072 ? 0.792xkg

1.3401x ? 265.5072
x ? 198.1248m 3 (标准) W ? 108.59kg

由此得: 上行煤气产量: W ? 198.1249m 3 (标) 上行煤气产量占总量的百分数 198.1249 ?100% ? 59.1% 335.311 下行煤气产量:
335.311 ? 198.1249 ? 137.186m 3 (标)

下行煤气产量占总产量的百分数 137.188 ?100% ? 40.9% 335.311 上行煤气中水汽含量: 0.26 ?198.1249 ? 51.5125kg 下行煤气中水汽含量: 0.51?137.186 ? 89.9649kg 煤气中总水汽量: 51.5125 ? 69.9649 ? 121.4774kg 上吹蒸汽量: 108.5923kg 下吹蒸汽量: 108.5923kg 蒸汽总耗量: 108.5923 ? 108.5923 ? 217.1846kg 上吹蒸汽分解率: 108.5923 ? 51.5125 ?100% ? 52.56% 108.5923 下吹蒸汽分解率: 108.5923 ? 69.9649 ?100% ? 35.57% 108.5923 平均蒸汽分解率 217.1846 ? 121.4774 ?100% ? 44.07% 108.5923 4.1.6 氧平衡
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进项: 燃料带入氧 4.9643kg 蒸汽带入氧 32 74.916 ? ? 193.053kg 22.4 空气带入氧 32 74.916 ? ? 0.21 ? 22.4748kg 22.4 空气中水汽带入氧 16 2.0633 ? ? 1.834kg 18 合计: 4.9643 ? 193.053 ? 22.4748 ? 1.834 ? 222.3261kg 出项: 煤气中氧
335.311? 0.342 ? 115.0787kg

煤气中水汽含氧 16 121.4774 ? ? 107.9799kg 18 合计: 115.0787 ? 107.9799 ? 223.0586kg
223.0586 ? 222.3261 ?100% ? 0.33% 223.0586 4.1.7 硫平衡

误差:

煤料带入硫 合计 煤气中硫

0.4288kg

0.4288kg

0.001273 ? 335.311 ? 0.4269kg

4.2 热平衡计算 4.2.1 进项 燃料发热量 燃料显热 蒸汽焓 干空气焓

100 ? 28164.6 ? 2816460kJ 100 ? 30 ?1.0467 ? 3140.1kJ
217.1846 ? 2914.0128 ? 632878.7kJ 74.916 ? 30 ?1.2979 ? 2917.0043kJ

3 。 其中:1.2979 为由《物化手册》附录 1-5-10 查得, KJ / m (标准)

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空气中水汽焓 2.0633? 2555.6227 ? 5273.0163kJ 合计 ? 3400668.8kJ 4.2.2 出项 水煤气发热量 335.311? 9624.8517 ? 3227318.6kJ 式中 9624.8517 为水煤气热值,由下式得: 单位煤气发热量
? 12769.74 ? H 2 ? 12644.14 ? 2555 ? CO ? 39858.34 ? CH 4

? 12769.74 ? 0.415 ?12644.14 ? 0.3175 ? 39858.34 ? 0.0078 ? 9624.8517KJ 上下行干煤气焓 上行煤气焓 198.1249 ?1.3739 ? 400 ? 108878.42
式中 1.3739—上行煤气的平均比热容 KJ / (m3 ? 0 c)
cp ? ( H % ? 29.2239 ? CO% ? 29.9356 ? CO2 % ? 43.5427 ? 30.8986 ? O2 % ? N 2 % ? 29.2239 ? CH 4 % ? 45.3430) ? 1 22.4

? (0.415 ? 29.2239 ? 0.3175 ? 29.9356 ? 0.078 ? 43.5427 ? 30.8986 ? 0.0035 ? 0.1782 ? 29.6425 ? 0.0078 ? 45.3430) ?
? 1.379 KJ / (m3 ? 0 c) (标)

1 22.4

下行煤气焓 137.186 ?1.3534 ? 250 ? 46416.883kJ 式中 1.3534—下行煤气的平均比热容 KJ / (m3 ? 0 c) 由《物化手册》附录查得各气体在 0-250℃的平均比热容
cp ? ( H % ? 29.0232 ? CO% ? 29.3568 ? CO2 % ? 41.0745 ? 30.0657 ? O2 % ? N 2 % ? 29.2738 ? CH 4 % ? 40.866) ? 1 22.4

cp ? (0.415 ? 29.0232 ? 0.3175 ? 29.3568 ? 0.078 ? 41.0745 ? 30.0657 ? 0.0035 ? 0.1782 ? 29.2738 ? 0.0078 ? 40.866) ?
cp ? 1.3534kJ / (m3 ? 0 c)

1 22.4

上下行干气焓: 108878.42 ? 48416.88 ? 155295.30kJ 4.2.3 煤气中水汽焓 上行: 51.5125 ? 3276.5897 ? 168785.33kJ
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下行: 69.9649 ? 2973.4654 ? 208038.2kJ 式中 3384.1904,2973.4654 分别为 400℃—250℃时的过热蒸汽的焓 KJ / kg 上下行煤气总水汽焓: 168785.33 ? 208038.21 ? 376823.54kJ 4.2.4 飞灰可燃物的发热量 4 ? 29677.773 ? 118711.11kJ 飞灰燃料的显热 4 ? 450 ?1.0467 ? 1884.06kJ 炉渣中可燃物的发热量 3391.03? 2.2949 ? 10467 ? 0.031 ? 78151.60kJ 炉渣显热: 15.5050 ? 250 ? 0.9630 ? 3733.045kJ 散失热量(取燃烧发热量的 5.256%) 2816480 ? 0.0526 ? 148258.4544kJ 合计: 4710175.72kJ 4.2.5 需从碳层中吸取的热量 4110175.72 ? 3460668.8 ? 649506.9204kJ 4.2.6 制气效率 3460668.8 ?100% ? 84.4% 2816460 ? 632878.7 ? 649506.9204

表 4-1 空气吹分阶段的热量平衡表

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进项 1.燃料发热量 2.燃料显热 3.干空气焓 4.空气中水汽焓 5.蒸汽焓 合计 从碳层中吸收热量



KJ

出项 1.煤气发热量 2.干煤气的焓 3.煤气中水汽焓



KJ 3227318.6 155295.3 376823.54 118711.11 1884.06 78151.60 3733.05 148258.4544 2879030.2

2816460 3140.1 2917.00 5273.02 632878.7 3460668.8 649506.9204

4.飞灰可燃物的发热量 5.飞灰燃料的显热 6.炉渣中可燃物的发热量 7.炉渣的显热 8.散失热量

合计

4110175.72

合计

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5 总过程计算

5.1 燃料使用分配 每 100kg 燃料中用于制半水煤气为 xkg 根据热平衡得:
652517.46x ? (100 ? x) ?1317994.5

得 x ? 66.89kg 每 100kg 燃料用于制取水煤气为 66.89kg 每 100kg 燃料用于制取吹风气为 33.11kg 5.2 吹风气产量
584.5609 ? 0.3311 ? 193.55m3 (标)

吹风耗空气量
543.63 ? 0.3311 ? 180m3 (标)

水煤气产量
335.311? 0.6689 ? 224.29m3 (标)

加氮空气耗量
74.916 ? 0.6689 ? 50.11m3 (标)

蒸汽耗量
215.702 ? 0.6689 ? 144.28kg (标)

总过程效率 224.29 ? 9572.1 ?100% ? 66.33% 281640 ? 144.28 ? 2914.01 5.3 物料平衡 碳平衡 进项: 燃料含碳:72.427kg 合计: 72.427kg 出项:
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水煤气含碳: 224.29 ? 0.216 ? 48.4466kg 吹风气中含碳: 合计:72.4275kg 氢平衡 进项: 燃料中氢 1.9459kg
193.55 ? 0.1239 ? 23.9809kg

空气中水汽带入氢
2 ? 0.5508kg 18 加氮空气中水汽带入氢 2 50.11?1.293 ? 0.0213 ? ? 0.1533kg 18 蒸汽带入氢 2 144.28 ? ? 16.031kg 18 合计:16.6811kg 出项: 水煤气中含氢 180.5 ?1.293 ? 0.0213 ?
224.29 ? 0.03785 ? 8.6353kg

水煤气中水汽带入氢 121.4774 2 224.29 ? ? ? 9.0285kg 335.311 18 吹风气中含氢
224.29 ? 0.00392 ? 0.8792kg

吹风气中水汽含氢 2 193.55 ? 0.0203 ? ? 0.4366kg 18 合计 18.9796kg 氧平衡 进项: 燃料中氧 4.9643kg

空气中水汽带入氧 32 180.5 ? 0.21? ? 54kg 22.4 加氮空气中水汽带入氧
50.11? 0.21? 32 ? 15.033kg 22.4
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蒸汽带入氧
16 ? 128.2489kg 18 合计:207.8794kg 出项: 144.28 ?

水煤气中含氧
224.29 ? 0.3432 ? 76.98kg

水煤气中水汽带入氧 224.29 ?

121.4774 16 ? ? 72.2279kg 335.311 18

吹风气中含氧 193.55 ? 0.2869 ? 55.5295kg 吹风气中水汽含氧 16 193.55 ? 0.0203 ? ? 3.4925kg 18 合计 208.2299kg 208.2299 ? 207.8794 ?100% ? 0.17% 误差: 208.2299 氮平衡 进项: 燃料中氮 0.728kg 空气中水汽带入氮 28 180.5 ? 0.79 ? ? 177.75kg 22.4 加氮空气中水汽带入氮 28 50.11? 0.79 ? ? 49.48kg 22.4 合计:227.96kg 出项: 水煤气中含氮
224.29 ? 0.2228 ? 49.9718kg

吹风气中含氮
193.55 ? 0.9196 ? 177.99kg

合计 227.96kg 硫平衡 进项: 燃料中硫含量 合计 0.4288kg

0.4288kg

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出项: 吹风气中硫含量
0.000779 ?193.55 ? 0.1508kg

水煤气中硫含量
0.001273 ?193.55 ? 0.2855kg

合计:0.4355kg 5.4 热量平衡 进项 燃料发热量 燃料显热 干空气焓

2816460kJ 3140.1kJ
180.0 ?1.2979 ? 30 ? 7008.66kg
180.0 ?1.293 ? 0.0213 ? 2555.6227 ? 12669.147kg

空气中水汽焓

加氮干空气焓 50.11?1.293? 30 ? 1951.1331kJ 加氮空气中水汽焓 50.11?1.293? 0.0213? 2555.6227 ? 3526.9497kJ 蒸汽焓 合计:

144.28 ? 2914.0128 ? 420433.77kJ
3265189.8kJ

出项 吹风气发热量 193.55 ?1346.4081 ? 260597.2878kJ 干吹风气焓 193.55 ?1.4455 ? 450 ? 125899.44kJ 吹风气中水汽焓 193.55 ? 0.0203? 3384.1904 ? 13296.704kJ 水煤气发热量 224.29 ? 9624.8517 ? 2158757.988kJ 干水煤气焓 72847.14 ? 31038.405 ? 103885.55kJ 其中,上行 224.29 ? 0.591?1.3739 ? 400 ? 72847.14kJ 下行 224.29 ? 0.409 ?1.3534 ? 250 ? 31038.405kJ 水煤气中水汽焓 113041.14 ? 139112.54 ? 252153.68kJ 其中:上行 224.29 ? 0.594 ? 0.26 ? 3279.9391 ? 113041.14kJ 其中:下行 224.29 ? 0.409 ? 0.51? 2973.4654 ? 139112.54kJ 飞灰可燃物发热量 118711.11kJ 飞灰燃料的显热量
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4 ? 0.3311?1.0467 ? 450 ? 4 ? 0.6689 ?1.0467 ? 400 ? 1744.0325kJ 炉渣中可燃物的发热量 78151.6kJ 炉渣的显热量 3733.045kJ 散失热量 148258.4644kJ

表 5-1 热量平衡表 进项 1.燃料发热量 2.燃料显热 3.干空气热焓 4.空气中水汽焓 5.加氮干空气焓 6.加氮空气中水汽焓 7.蒸汽热焓 , KJ 2816460 3140.1 7008.66 出项 1.吹风气发热量 2.干吹风气的热焓 3.吹风气中水汽焓 , KJ 260597.2878 125899.44 13296.704 2158757.988 103885.55 252153.68 118711.11 1744.0325 78151.60 3733.05 148258.4544 -0.9 3265188.99

12669.147 4.水煤气发热量 1951.1331 5.干水煤气热焓 3526.9497 6.水煤气中水汽焓 420433.77 7.飞灰可燃物发热量 8.飞灰燃料的显热量 9.炉渣中可燃物的发热量 10.炉渣的显热量 11.散失量 12.计算误差

合计 5.5 配气计算 配气量计算 半水煤气中
(Co ? H 2 ) : N ? 3.2 :1

3265189.8

合计

吹风气中有效成份
Co ? H 2 ? 5.46 ? 2.9 ? 8.35 N 2 ? 73.57

水煤气中有效成份
Co ? H 2 ? 31.75 ? 41.5 ? 73.25 N 2 ? 17.82

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设单位水煤气中配入吹风气量为 xm 3 (标)

8.35 x ? 73.25 ? 3.2(17.82 ? 73.57 x) x ? 0.0715
100kg 燃料制气时水煤气产量 224.29 m3 需要配入的吹风气量为:
224.29 ? 0.0715 ? 16.04m3 (标)

100kg 燃料可制取半水煤气为: 224.29 ? 16.04 ? 240.33m3 (标)
0.415 ? 0.029 ? 0.0715 ?100% ? 38.92% 1 ? 0.0715 0.3175 ? 0.0545 ? 0.0715 CO ? ?100% ? 30% 1 ? 0.0715 0.078 ? 0.1696 ? 0.0715 CO2 ? ?100% ? 8.14% 1 ? 0.0715 0.0035 ? 0.004 ? 0.0715 O2 ? ?100% ? 0.35% 1 ? 0.0715 0.1782 ? 0.7357 ? 0.0715 N2 ? ?100% ? 21.54% 1 ? 0.0715 0.0078 ? 0.0072 ? 0.0715 CH 4 ? ?100% ? 0.78% 1 ? 0.0715 H2 ?

5.6 消耗定额(以吨氨为基准)
3

半水煤气吨氨耗为 3350m
吨氨原料煤消耗

3350 ?100 ? 1393.92kg 240.33 折合含碳量为 84%的标准燃料煤 78.01 ?1393.92 ? 1294.52kg 84 1393.92 空气消耗量 ? (180 ? 50.11) ? 3207.55m3 (标准) 100 1393.2 蒸汽消耗量 ?144.28 ? 2011.15kg 100 吹净时间核算
3 配入水煤气中的吹风气为 16.04m ,占吹风气总量的百分数为:

16.04 ?100% ? 8.29% 193.55 吹净时风量的 65%左右,根据循环时间计算,吹净气量占吹风气总量百分数: 0.65 ? 3 ?100% ? 8.88% 20 ? 0.66 ? 3
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二者接近, 吹风回收气量即为配入水煤气中的吹风气量,故已定循环时间百分比 基本适应。 煤气炉指标(各气体的瞬时流量) 合成氨能力为 6 万吨/年,采用块煤,吨氨需要半水煤气量为 3350Nm3,小时半 水煤气量为 3350 Nm3/h×6=20100Nm3/h。 根据湖北宜化生产的φ 2.8m 煤气发生炉实际情况,单台煤气发生炉产气量为: 5500 Nm3/h 需要φ 2.8m 煤气发生炉台数:20100÷5500=3.65 采用 5 台煤气发生炉,预留 1 台作为备用。 表 2-6 生产循环时间 序号 1 2 操作名 称 % 时间 ,S 吹风 20 30 上吹 31 46.5 下吹 40 60 二次上 吹 6 9 空气吹 净 3 4.5 合计 100 150 即4台

根据表 2-6 生产循环时间 每 100kg 块煤的生产指标为: 生产量: 加氮水煤气
半水煤气 吹风气 消耗量: 吹风空气(包括吹净) 180m3

224.29m3 (标)
240.33m3 (标)

180 ? 1 6 .? 04

3 16 m3 .96

蒸汽量

144.28kg

每个循环平均产半水煤气量 5000 ? 2.5 ? 208.33m3 60
吹风空气流量

吹净时风量为吹风时风量的 65%左右 208.33 3600 ?180 ? ? 17060.55m3 / h 240.33 30 ? 4.5 ? 0.65
加氮空气流量

208.33 3600 ? 50.11? ? 3362.93m3 / h 240.33 46.5
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蒸汽流量 上吹蒸汽流量(包括二次上吹)

208.33 3600 ?144.28 ? 0.5 ? ? 4056.295kg / h 240.33 46.5 ? 9
下吹蒸汽流量

208.33 3600 ?144.28 ? 0.5 ? ? 3362.93kg / h 240.33 60
吹风气流量

208.33 3600 ?193.55 ? ? 20133.45m3 / h (标) 240.33 30
上行煤气流量

208.33 3600 ? 224.29 ? 0.594 ? ? 7491.171m3 / h 240.33 46.5 ? 9
下行煤气流量

208.33 3600 ? 224.29 ? 0.409 ? ? 4771.207 m3 / h 240.33 60 关于上面的计算有以下几点需要说明:

① 以上计算流量未考虑设备工况不稳定时会有泄露。 ② 煤气产量在加煤后各循环中并不相同,以上指标是平均值。 ③ 假定上吹阶段为均匀加氮过程。

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6 主要设备工艺计算

6.1 空气鼓风机的计算 6.1.1 干空气用量:以一台炉上吹加氮计。由 5.6 可得: ? 17060.55 ? 3362.93 ? 20423.48m3 / h (干) 6.1.2 空气含水量
? 20423.48 ? 29 ? 26441.11m3 / h 22.4 (干) 26441.11? 0.021? 22.4 ? 690.99m3 / h (标准) 18

则含水量为: ?

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式中 0.019 由下图根据已知参数在温度 30℃,相对湿度 80%,查得湿度约为 0.021

图 6-1 空气-水系统的湿度-温度图(100KPa) 6.1.3 湿空气用量 ? 20423.48 ? 690.99 ? 21114.47m3 / h (标准) 当海拔高度低于 3000 米以下时,海拔高度每升高 12 米,大气压降低 133pa,根 据已知海拔高度选择 400 米及下降 4433pa, 273 ? 30 101.33 ? 26441.11? ? ? 30689.39m3 / h 273 101.33 ? 4.433
3 即为: ? 511.49 m / min

可以中意机电(湖北)鼓风机制造有限公司生产的 D600
600 m3 / min 共 2 台,1 台备用。

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6.2 煤气发生炉的计算 夹套锅炉的作用:降低氧化层的温度,防止灰渣粘壁并副产蒸汽。夹套锅炉 的液位控制在 1/2—2/3。 规定夹套锅炉回收热量为煤气炉散热量的 50%,软水采用离子交换工艺出水 控制水质及监控电导率(其规定工艺指标为 10us/cm),温度进口 30℃,总固体 150ppm,锅炉产蒸汽压力为 0.2MPa(绝压)饱和蒸汽。排污水总固体 2000ppm。 ? 2 炉膛面积 F ? D , 4 3.14 ? 2.82 ? 6.154m2 则: F ? 4 生产强度
? 5000 ? 812.4m3 / (m2 ? h) /台 6.154

根据此参数可以选择由山东博山渣浆泵厂生产的Φ 2800 造气炉,夹套水蒸发量 为 750 ? 860kg / h ,副产的 0.2Mpa 蒸汽冬季用于取暖,其余返回造气锅炉。 夹套产汽量及耗水量 根据 100kg 燃料为基准的热量计算 已求得煤气炉散失热量, 148258.4644kJ 假设进口脱盐水量为 xkg ,产汽量为 ykg ①进项: 回收散失热量: 软水显热: 合计 ②出项: 蒸汽热焓:
2705.3358 ykJ
kJ / kg

? 148258.4644 ? 0.5 ? 74129.23kJ 125.46 xkJ
74129.23 ? 125.46xkg

式中 2705.3358 为 0.2Mpa 蒸汽饱和蒸汽焓 排污水热焓:
( x ? y) ? 498.4944kJ

式中 498.4944 为 0.2Mpa 沸水的焓, kJ / kg 合计: (498.4944 x ? 2203.914 y )kJ / kg 平衡: 74129.23 ? 30 x ? 498.49 x ? 2203.9 y (1) 总固相平衡: 150 x ? 2000( x ? y) (2)

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联立求解得: x ? 29.228kg y ? 27.038kg 则每 100kg 燃料副产蒸汽 27.038kg 每 100kg 燃料消耗水 29.228kg 每 100kg 燃料排出污水:2.19kg 由计算已得吨氨耗原煤 1393.92kg
5500 ? 1.6418t 3350 折合每小时:副产蒸汽 1393.92 ?1.64179 27.038 ? ? 618.77kg / h 100 1393.92 ?1.64179 消耗软水: 29.228 ? ? 668.889kg / h 100

每台炉每小时产氨 ?

排污: 50.12kg / h 6.3 废热锅炉的计算 6.3.1 已知条件 废热锅炉的作用:回收吹风气和上吹煤气的显热,产生蒸汽,为煤气炉制气 和其他化工生产提供一部分蒸汽来源,废热锅炉炉身倾斜 7 度,用于促进对流, 提高热交换率,并使炉身和汽包重心达到平衡,避免基础受力不均而塌陷,以致 发生锅炉倒塌的严重事故, 废热锅炉的外壁包有石棉制品隔热保温层,防止热量 损失。废热锅炉的液位控制在 1/3—1/2。 煤气炉是间歇生产,废热锅炉能力应满足最大热负荷的需要。在造气的操作 的各阶段以吹风气阶段的热负荷为最大, 故废热锅炉传热面积可以根据以吹风气 为条件进行计算。 已知计算得到的吹风气流量 208.33 3600 ?193.55 ? ? 20133.45m3 / h 240.33 30 每标准 m 干吹风气中水汽含量 故由空气吹风阶段的计算可得每标准吹风气中水汽含量为: 11.8611 ? 0.0203kg / Nm3 584.5609
3

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表 6-1 废热锅炉工艺参数 名称 气体进口温度 气体出口温度 炉内压力 产气压力 软水进口温度 总固体 排污水总固体 温度 450℃ 230℃
1.09kg / cm2
7kg / cm2

30℃ 150ppm 1500 ppm

6.3.2 产气量及耗水量 根据以 100kg 燃料为基准的热量平衡计算以及总固体平衡计算 设进口软水量为 xkg,产气量为 ykg 热量平衡 进项 (1).干吹风气显热 由 5.2 计算 100kg 燃料吹风气产量为:
584.5609 ? 0.3311 ? 193.55m3 (标)

193.55 ?1.434 ? 450 ? 124934.92kJ
1.434 为干吹风气在 0-450℃时的平均热熔, kJ / ( Nm3 . 0 c) (2).吹风气中水汽热焓 193.55 ? 0.0203? 3379.47 ? 12887.58kJ 式中 3279.9391 为水汽 450℃的过热蒸汽焓, kg/Kj,0.0203 为每标准吹风气中水 汽含量, kg / Nm3 。 (3).干上行煤气显热 ? 0.594 ? 224.29 ?1.42188 ? 450 ? 85245.57kJ
224.29m3 为 100kg 燃料上行煤气量,

1.4219 为 0-450℃时的平均热熔, kJ / ( Nm3 . 0 c) 。 (4).上行煤气中水汽热焓

224.29 ? 0.594 ? 0.26 ? 3279.9391 ? 113041.14kJ (5).软水显热 30xkJ 。
合计: 124934.92 ? 12887.58 ? 85245.57 ? 113041.14 ? 30 x ? (336109.21 ? 30 x)kJ 出项
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(1).干吹风气显热 193.55 ?1.396788 ? 450 ? 121656.74kJ 1.3967 为干吹风气在 0-230℃时的平均热熔, kJ / ( Nm3 . 0 c) (2).吹风气中水汽热焓 193.55 ? 0.0203? 2929.9 ? 11511.76kJ 式中 2929.9 为水汽 230℃的过热蒸汽焓,KJ/kg,0.0203 为每标准吹风气中水汽 含量, kg / Nm3 。 (3).干上行煤气显热 ? 0.594 ? 224.29 ?1.388? 230 ? 42544.78kJ 1.388 为 0-230℃时的平均热熔, kJ / ( Nm3 . 0 c) 。 (4).上行煤气中水汽热焓

224.29 ? 0.594 ? 0.26 ? 2929.9 ? 101489.82kJ (5).蒸汽热焓
7kg / cm2 饱和蒸汽 的焓为:2759.7,KJ/kg
2759.7 ykJ

(6).排污水热焓
? 692.96 x ? 692.96 y ,692.96 为 7kg / cm2 沸水的焓 KJ/kg

(7).热损失取 3%
(336109.21 ? 30 x) ? 3% ? 10083.27 ? 0.9 x

合计: ? 177793.03 ? 3453.56 x ? 2066.74 y 平衡: 177793.03 ? 3453.56 x ? 2066.74 y ? 336109.21 ? 30x
158316.18 ? 2066.74 y ? 3423.56 x

(1) (2)

总固相平衡: 150 x ? 2000( x ? y)
x ? 29.67kg y ? 27.54kg

则每 100kg 燃料副产蒸汽 27.54kg 每 100kg 燃料消耗水 29.67kg 每 100kg 燃料排出污水:2.13 kg 由计算已得吨氨耗原煤 1393.92kg
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5500 ? 1.6418t 3350 折合每小时:副产蒸汽 1393.92 ?1.64179 27.54 ? ? 630.25kg / h 100 1393.92 ?1.64179 消耗软水: 29.67 ? ? 679kg / h 100

每台炉每小时产氨 ?

排污: 48.75kg / h 则换热器可以选择为列管式 230 ? 450 ? 340 0C 吹风气平均温度: ?t ? 2 吹风气平均体积流量 273 ? 340 1.033 1 V ? 20133.45 ? ? ? ? 11.89959m3 / s 273 1.09 3600 管采用Φ 57×3.5,气体流速取 12m/s,170℃ 11.899 ? 505 管子根数: n ? 0.785 ? 0.05 2 ?12 管间距取 t=70mm,管板填充系数取? =90%,
D ? 1.05t n

?
505 ? 1741mm 0.9

D ? 1.05 ? 70 ?

取 n=500,D=1800mm,L=6m,换热面积为 300m2 。 6.4 洗气塔 6.4.1 第一洗气塔(洗气箱) 6.4.1.1 已知条件 (1).进气总管Φ 920×12mm (2).气柜压力 300mm 水柱 (3).洗气塔至气柜间管道阻力 100mm 水柱 (4).洗气塔阻力 100mm 水柱 (5).进气管水封高度 65mm 208.33 3600 (6).上行煤气流量 ? 224.29 ? 0.594 ? ? 7491.171m3 / h 240.33 46.5 ? 9 208.33 3600 下行煤气流量 ? 224.29 ? 0.409 ? ? 4771.207 m3 / h 240.33 60 (7). 上行煤气含水量 0.26kg / m3 (标准)干
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3 下行煤气含水量 0.51kg / m (标准)干

(8).出洗气箱气体温度 (9).冷却水温度 (10).上行煤气通过时,洗气箱排水温度 6.4.1.2.直径 D

80℃ 32℃ 50℃
2

?

D ? 2.65m 取洗气箱直径 D ? 2.8m H=4m 6.4.1.3.出洗气箱气体量 (1).出洗气箱上行煤气流量 出废热锅炉上行煤气

?D 4

2

? 0.9202 ? ? 0.065 ?

?
4

? 0.920 ? 0.012 ? 2? ? ? 0.3 ? 0.1 ? 0.1?

干气:

? 7491.17 Nm3 / h ? 7491.17 / 22.4 ? 334.4kmol / h

7491.171? 0.26 ? 86.95kmol / h 22.4 ①.进洗气箱上行煤气热焓 有废热锅炉计算,出废热锅炉上行煤气温度为 230℃

水汽: ?

Ⅰ.干气显热

? 334.4 ? 31.10 ? 230 ? 2392081.2kJ

式中 31.1 为干气体在 0-230℃的平均分子热熔 Ⅱ.水汽热焓
1947.7 ? 2929.9 ? 5706596.6kJ 8098677.8kJ

2929.9 为 0-230℃时过热蒸汽的焓 合计 ②.出洗气箱上行煤气热焓 Ⅰ.干气显热

? 334.4 ? 30.39 ? 80 ? 813041kJ

式中 30.39 为干气体在 0-80℃的平均分子热熔 Ⅱ.水汽热焓
1947.7 ? 2646.37 ? 5154334.2kJ

2646.37 为 0-80℃时过热蒸汽的焓 合计 5967375.07kJ ③.出洗气箱上行煤气中水汽含量 进洗气箱焓差: ? 8098677.8 ? 5967375.07 ? 2131302.73kJ 洗涤水带出热量
? 10000 ? (50 ? 32) ? 4.182 ? 752760kJ

耗于蒸发水份的热量 ? 2131302.73 ? 752760 ? 1378542.73kJ 1378542.73 蒸发水量 ? ? 567.09kg ? 31.53kmol 2640 ? 209.1 2640 为 80℃时过热蒸汽的焓 出洗气箱上行煤气中所带水汽量 ? 86.95 ? 31.5 ? 118.45kmol ④ .出洗气箱上行煤气流量 ? 334.4 ? 118.45 ? 452.85kmol
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(2).出洗气箱下行煤气流量及排水温度 出炉煤气下行煤气 干气 水汽
? 4771.2 ? 0.51 ? 2433.2 Nm3 / h ? 4771.2 ? 0.51 ? 108.63kmol / h 22.4
? 4771.2 Nm3 / h ? 213kmol / h

①.进洗气箱下行煤气热焓 有废热锅炉计算,出废热锅炉下行煤气温度为 150℃ Ⅰ.干气显热
? 213? 30.725 ?150 ? 981668.67kJ

式中 30.725 为干气体在 0-150℃的平均分子热熔 Ⅱ.水汽热焓
2433.2 ? 2773.08 ? 6747468.6kJ

2773.08 为 0-150℃时过热蒸汽的焓 合计 7729137.145kJ ②.出洗气箱下行煤气热焓 Ⅰ.干气显热
? 213? 30.34 ? 80 ? 516993.6kJ

式中 30.34 为干气体在 0-80℃的平均分子热熔 Ⅱ.水汽热焓 出洗气箱气体中水汽含量 0.4829 ? 213 ? 174.0695kmol ? 3899.15kg 1.0738 ? 0.4829 1.0738 出洗气塔气体压力, kg / cm 2
753 ? 0.03 ? 0.01 ? 0.01 ? 1.0738kg / cm2 735.5

0.4829-80℃饱和蒸汽压, kg / cm 2 水汽热焓 Ⅲ.冷凝水显热 冷凝水量 冷凝水显热 合计
3899.15 ? 2640.0966 ? 10294106.92kJ
3899.15 ? 2433.3 ? 1465.8kg

6129.9756tkJ
(10811100 ? 6129.9756t )kJ

计算得 t=46.65℃ ③.出洗气箱下行煤气流量 174 ? 213 ? 387kmol (3).出洗气箱总气量 干煤气 334 ? 213 ? 565kmol 水汽 118.45 ? 108.63 ? 227.08kmol 合计 ? 792.08kmol 6.4.2 第二洗气塔
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6.4.2.1.已知条件 供四台煤气炉所产半水煤气冷却用, 通过洗气塔的最大热负荷的气量应为二台 炉上吹两台炉下吹之和。 现采用两个洗气塔并联。 进塔气体量 565kmol 进塔气体温度 80℃ 出塔气体温度 35℃ 冷却水温度 32℃ 6.4.2.2.出塔气体量 出塔气中水汽含量 0.0573 ? 565 / 22.4 ? 32.165kmol 1.0638 ? 0.0573 1.0638 出洗气塔气体压力, kg / cm 2 0.0573,35℃时的饱和蒸汽压, kg / cm 2 进塔气中的水蒸气冷凝量: ? 227.08 ? 32.165 ? 216.07 ? 22.4 ? 4838.6kg 出塔气体量 ? 565 ? 32.165 ? 578kmol 6.4.2.3.洗气塔洗涤排水温度 进热: (1).干气显热 ? 812371.92 ? 51707.85 ? 1329443.75kJ (2). 水汽热焓 ? 118.45 ?18 ? 2646.368 ? 10294106 ? 125936478kJ (3).冷却水显热 采用 4400×32 喷头 4400 为喷头流量, m3 / h 冷却水显热: 32 ?140800 ? 4.182 ? 18842419.2kJ 合计 出热 : (1).干气显热: 565 ? 35 ? 30.168 ? 596590kJ 式中 30.168 为干气体在 0-35℃的平均分子热熔 (2).水汽热焓: 32.165 ? 2561.89 ?18 ? 14832593kJ (3).冷凝水显热:设出塔温度为 t℃ 20235tkJ (4).冷却水显热 588826.6tkJ 平衡计算得 t=48.4℃ 6.4.2.4.洗气塔塔径 1.033 273 ? 35 出口塔径流量: 578 ? 22.4 ? ? ? 14184m3 / h 1.0638 273 根据经验气体流速为 0.5 ?1.5m / s
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146108340kJ

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V

?
4

?

W 3600

14184 ? 2.236m 3.14 ?1? 3600 4

取洗气塔直径为:2.4m 6.4.2.5.洗气塔塔高
H? Q K ?tm A

根据洗气塔设计 K 取: K ? 6000W / (m2 ? oC ) 代入数据得 H ? 11m
80 ? 35 48.4 ? 32

H ? 11.78m

取 12m。

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7 结论

在本次设计中通过多方搜集资料,应用化工原理、化工工艺学、过程设备设 计等学科知识, 从设计条件出发计算出各工段前后物料各项参数,计算合成氨造 气工段各主要设备的尺寸。 选择了造气工艺间歇式固体煤气发生炉,以及进行了 工艺恒算,设备的选型计算,以上有详细计算。由于合成氨是成熟工艺,参考文 献资料较多,在本设计中,主要参考了《小合成氨厂工艺技术与设计手册》 。由 于时间有限,设计可能不完善,请各位老师指出。谢谢!

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参考文献

[1] 梅安华,小合成氨厂工艺设计手册,化学工业出版社,1995 年 [2]姚玉英主编.化工原理[M],天津科技出版社,1992 年 [3] 陈敏恒等编.化工原理.清华大学出版社,2002 年 [4]郑津洋等编.过程设备设计.化学工业出版社,2005 年 [5 陈英南等编.常用化工单元设备的设计.华东理工大学出版社,2002 年 [6]董大勤等编.压力容器与化工设备实用手册.化学工业出版社,2000 年 [7]郑晓梅主编.化工制图.化学工业出版社, 2006 年 [8]谭世语等编.化工工艺学.重庆大学出版社,2004 年

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致 谢

本次设计是本人在工厂通过网络在老师的精心指导下和同事的协助下完成 的。老师渊博的知识,言传身教的学者风范,严谨求实的作风,高尚的人品,以 及高度的责任感将永远激励我自强不息。值此设计完成之际,谨向斯钦老师致以 诚挚的敬意和衷心的感谢,并祝愿他身体健康! 还要感谢我同学和同事的大力配合与帮助,是我们共同努力完成了本次设 计。祝福他们前程似锦! 同时, 也感谢在百忙之中来参加评审的各位老师,在此向你们表示诚挚的谢 意! 最后,向所有参考文献的作者致以谢意!

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