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年产10万吨合成氨造气工段设计


湖南科技大学本科生毕业设计(论文)

1 绪论 ............................................................................... 5 1.1 煤气化发展史 ................................................................

. 5 1.2 煤气化技术发展趋势 ........................................................... 5 2 生产方法的选择及论证 ............................................................... 6 2.1 生产方法的介绍 ............................................................... 6 2.1.1 固定床气化法 ........................................................... 6 2.1.2 流化床气化 ............................................................. 6 2.1.3 气流床气化 ............................................................. 7 2.1.4 熔浴床气化 ............................................................. 7 2.2 生产方案的选择及论证 ......................................................... 7 3 常压固定床间歇气化法 ............................................................... 8 3.1 半水煤气定义 ................................................................. 8 3.2 固定床气化法的特点 ........................................................... 8 3.3 生产半水煤气对原料的选择 ..................................................... 8 3.4 半水煤气制气原理 ............................................................. 9 3.5 发生炉内燃料分布情况 ........................................................ 10 3.6 各主要设备的作用 ............................................................ 10 3.6.1 煤气发生炉 ............................................................ 10 3.6.2 燃烧室 ................................................................ 11 3.6.3 废热锅炉 .............................................................. 12 3.6.4 洗气箱 ................................................................ 12 3.6.5 洗涤塔 ................................................................. 12 3.6.6 烟囱 .................................................................. 12 3.6.7 自动机 ................................................................ 12 3.7 间歇式制半水煤气的工艺条件 .................................................. 12 3.8 生产流程的选择及论证 ........................................................ 13 3.9 间歇式气化的工作循环 ........................................................ 14 3.10 间歇式制半水煤气工艺流程 ................................................... 15 4 工艺计算 .......................................................................... 16 4.1 煤气发生炉(含燃烧室)的物料及热量衡算 ...................................... 16 4.2 物料及热量衡算 .............................................................. 17 4.3 制气阶段的计算 ............................................................... 20 4.3.1 物料衡算 .............................................................. 20 4.3.2 热量衡算 .............................................................. 22 4.4 总过程计算 .................................................................. 24 4.5 配气计算 .................................................................... 26 4.6 消耗定额 .................................................................... 27 4.7 吹净时间核算 ................................................................ 27 4.8 废热锅炉的热量衡算 .......................................................... 28 4.9 夹套锅炉的物料及热量衡算 .................................................... 32 5 设备计算 .......................................................................... 33 5.1 煤气炉指标计算 .............................................................. 33 5.2 煤气台数的确定 .............................................................. 34
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5.3 空气鼓风机的选型及台数确定 .................................................. 34 6 各设备的选型及工艺指标 ............................................................ 35 6.1 Φ 3 米 U.G.I 型煤气发生炉的工艺指标 ........................................... 35 6.2 燃料室的工艺指标 ............................................................ 35 6.3 洗气箱工艺指标 .............................................................. 36 6.4 索尔维式废热锅炉工艺指标 ..................................................... 36 6.5 填料式洗涤塔工艺指标 ......................................................... 37 6.6 煤气发生炉自动加煤机工艺指标 ................................................ 37 3 6.7 10000m 螺旋式气柜的工艺指标 ................................................ 38 6.8 集尘器 ...................................................................... 38 7 车间布置简述 ...................................................................... 39 8 安全技术与节能 .................................................................... 39 8.1 安全技术 .................................................................... 39 8.2 节能 ........................................................................ 40 9.1 人员工资 .................................................................... 41 9.2 总投资计算 .................................................................. 41 9.3 成本计算 .................................................................... 43 参考文献 ............................................................................ 44 致 谢 .............................................................................. 45

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年产 10 万吨合成氨造气工段工艺设计
化学工程与工艺 指导老师: 摘要 本设计时年产能力为 10 万吨合成氨造气工段(合成氨所需原料气---半水煤气)的初步工艺设计。本设计采用
常压固定床间歇制气法。根据株化集团合成氨厂现场实习及有关文献资料,完成物料、热量的计算。此设计配有设计 说明书一份,图纸三张。 说明书内容:1.煤造气的发展及发展趋势;2.造气工段的生产原理,流程选择及生产方法的论证与选择;3.物料衡算、 热量 衡算;4.主要设备的计算及选型;5.安全技术及节能;6.技术经济. 三张图纸:1.带控制点的物料流程图;2.设备平面布置图;3.发生炉工艺装配图。

关键词:合成;氨;半水煤气;工艺;设计

The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 100000T/a
Chemical engineering and techniques Chen Chao Guide Teacher Liu Hexiu
Abstract:This design is a primary design about the synthesis of ammonia 100000T/year techniques accidence contrive. The design owns the process of producing semi-water gas. The design completed the calculation of material and heat quantity according to relevant date. During the design period an instruction and four serials of diagram have been worked out. The instruction includes: 1. The development history of producing coal gas and the developing trend. 2. The production way of producing semi-water gas、demonstrating and the choosing ,factory chamber plan. 3. The calculation of material and the calculation of heat quantity. 4. The designing and technological calculation about the main equipments. 5. Safety and saving energy. 6. Economic estimate. Four serious of diagram includes: 1. 100000T/Y ammonia process technique flow heat with controlled point. 2. The factory chamber plan diagram. 3. The factory spare picture. 4. The main equipment installing picture. Key words: synthesis; ammonia、semi-water gas、technology design.

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本设计说明书是年产 10 万吨合成氨厂造气工段的初步设计。 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、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求实现煤气化的迫切 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 C 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。目前还在建设采用各种煤气化技术的工业化装置。煤气 化在各方面的应用都依赖于煤气化技术的发展, 这主要因为煤气化环节往往在总投资及生产成本中占 相当大的比重。 我国合成氨工业原料路线是煤汽油并举,以煤为主。合成产量 60%以上是以煤为原料,全国现有 1000 多家大中小型以煤为原料的合成氨厂。随着油价的不断上涨,今后将停止以油为原料的新设备 建设,并要求进行以煤代油的技术改造。 本说明书是在工艺和设备计算的基础上加以工艺论证及选择而编制的。主要内容包括:绪论、设 计任务及要求、生产方案,生产流程的选择及论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算及选型、设 备投资及成本估算。此外,随书附有煤气发生炉装配图、造气工段带控制点工艺流程图、造气工段平 面及立面布置图。

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1 绪论
1.1 煤气化发展史 煤炭气化,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。煤炭气 化包括煤的热解、气化和燃烧 3 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。 煤炭气化至今已有 150 多年的历史。19 世纪 50 年代第一台阶梯式炉篦的西门子煤气化发生炉正 式诞生,20 世纪 20 年代研制成功沸腾床气化炉(1926 年温克勒气化炉) ,30 年代出现了加压气化技 术,50 年代出现了气流夹带床粉煤气化技术。50 年代后期,由于石油、天然气工业的兴起,煤制气 技术的开发研究工作受到冲击。70 年代初,世界范围内发生了“石油危机”,一些工业发达国家又重新 重视煤炭转化技术,各种新型的气化方法和气化炉型应运而生。其种类繁多,方式各异。 现今,煤气化所制得煤气,主要用于如下几方面: (1)生产燃料煤气: (2)生产合成气: (3)生 产还原气或氢: (4)联合循环发电。 1.2 煤气化技术发展趋势 当前国内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: (2)使用氧气为气化剂,提高煤气化炉的操作温度: (3)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; (4)扩大气化煤种的范围,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; (5)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,掌握和运用国内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。

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2 生产方法的选择及论证
2.1 生产方法的介绍: 煤气化犯法按不同的分类有多种,分叙如下: 1.按制取煤气的热值分类为(1)制取低热值煤气方法,煤气热值低于 8347kJ/m3; (2)制取中热 值 煤 气 方 法 , 煤 气 热 值 16747~334948347kJ/m3 ; 3 ) 制 取 高 热 值 煤 气 方 法 , 煤 气 热 值 高 于 ( 334948347kJ/m3。 2.按供热方式分类,气化过程的供热方式有(1)部分气化方法; (2)间接供热; (3)由平行进 行的反应器直接供热; (4)热载体 供热。 3.按反应器的形式分类,气化方法有(1)移动床(固定床)(2)流化床; ; (3)气流床; (4)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 固定床气化法 煤的固定床气化是以块煤为原料。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。这是一种理想的完全气化方式。 (1)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。 (2)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℃ 的湿度条件下连续气化方 法。 2.1.2 流化床气化 流化床气化又称沸腾床气化,它是以小颗粒煤为原料,将气化剂(蒸汽和富

氧或氧气)送入炉内,是煤颗粒的炉内呈沸腾状态进行气化反应。它是一种介于逆流操作和顺流操作 这两种情况之间的操作。 (1)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 煤机加入到气化炉内。在炉底部通入空气或氧气作介质,没与经过预热的气化剂发生反应。 (2)高温温克勒法 将含水分 85~12%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内。白 云石、石灰石或石灰经给料机输入炉内。没与白云石类添加物在炉内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

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(3)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 粘结成含碳量低的球状灰渣,有选择性地排出炉内。它与固态排渣相比,降低了灰渣的碳损失。 (4)加氢气化法 所谓的流化床气化就是煤气化过程中汽化剂(蒸汽和氧)将煤或煤浆带入气化炉进行气的方 2.1.3 气流床气化 所谓加氢气化就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 成富含 CH4 的煤气化方法,其总反应方程式可表示为:煤+H2→CH4+焦 (1)K—T 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。 (2)德士平古法 它是一种湿法(水煤浆)进料的加压气化工艺。气化炉是由美国德平古石油公司所属德平古开发 公司开发的气流床气化炉。 2.1.4 熔浴床气化 (1)罗米方法 此法为常压粉煤熔渣浴气法,此法有单简式和双简式两种炉型。此方法的特点是: (1)适用于各 种固体或液体燃料; (2)气体温度高; (3)气体强度高。 (2)觊洛格法 此法为—加压熔浴气化法。它是在熔融的 Na2CO2 盐浴内进行,熔融的 Na2CO2 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。此法目前尚处于开发研究阶段,实验 能否成功,关键在于气化炉。 (3)ATGAS 熔铁床气化法 ATGAS 法的实质是把煤粉与石灰石、蒸汽氧(或空气)一起吹到熔铁内,使煤的挥发份逸出,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。煤种适用范围广,且 气化炉结构简单。因此,此工艺被认为有可能放大到工业化生产。 2.2 生产方案的选择及论证 与固定床气化相比其它气化方法的优点是: (1)气化能力大; (2)气化用煤广; (3)生产灵活性 强,开停车容易; (4)碳转化率高; (5)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 必要设备的投资就将大大增加而且能耗也将大大增大。 这对我国氨需求量大而技术又相对落后而且资 金短缺这一基本国情是不相符的。所以,虽然固定床其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。根据我国基本国庆及当地情况本设计采用常压固定床间歇 气化法。 50 年代熔浴床煤气气化方法开始得到开发。熔浴床有熔渣床、熔盐床和熔铁 床 3 类。下面分别介绍这 3 类床的某些制气方法。

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3 常压固定床间歇气化法
3.1 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 CO2+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。 3.2 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,以温度化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。 3.3 生产半水煤气对原料的选择 间歇法生产半水煤气对原料的要求: (1)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,影响水煤气产量和质量。因此,要求入炉煤的水分含量小于 3~5%。 (2)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。 (3)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。 (4)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。 (5)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。 (6)对机械强度的要求 机械强度高,以免燃料在炉内或上料过程中受碰撞和挤压而发生碎裂,机械强度低会使炉内阻力 和气体带出物增加,气化能力下降,消耗增高。 (7)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。
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(8)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低为 宜。 (9)对燃料粒度的要求 合成氨原料煤首先对煤种要求是无烟煤,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,本设计采用无烟块煤。 3.4 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 1 以空气为气化剂主要反应方程
序号 1 2 3 4 反应方程式 C+O2(3.76N2)=CO2(+3.76N2) C+O=2(3.76N2)=2CO(+3.76N2) C+CO2(3.76N2)=2CO(+3.76N=2) 2C+3.76N2+O2+3.76N2=CO2+7.52N2

表 2 以水蒸汽为气化剂主要反应方程式
序号 1 2 3 4 5 6 7 反应方程式 C+H2O(汽)=CO+H2 C+2H2O(汽)=CO2+2H2 CO+2H2O(汽)=CO2+H2 2H2+O2=2H2O(汽) C+H2=CH4 CO+3H2=CH4+H2O CO2+4H2=CH4+2H2O(汽)

在气化炉燃烧层中,炭与空气几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:2C+O2+3.76N2=2CO2+3.76N2 C+H2O(汽)=CO+H2 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(CO+H2) 2=3 要求,但 :N 是在实际生产中要求半水煤气(CO+H2) 2≧ :N 3.2。
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3.5 发生炉内燃料分布情况 在煤气发生炉中固体燃料气化过程,燃料与气化呈相反方向和 顺时针方向运动,当气化剂经过燃料层时,进行燃料的气化反 应,同时伴随物理变化,燃料层大致可分为如图所示的 5 个区 层 (1) 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。 (2) 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。

干燥层 干馏层 还原层 氧化层 灰渣层

图 1 燃料层分区示意图 (3)还原层 CO 的还原反应。 (4)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, 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

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。 (5)灰渣层 氧化层下面就是灰渣层,没有化学反应发生,起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。见表 3 3.6 各主要设备的作用 3.6.1 煤气发生炉 在间歇法工艺中,用于生产半水煤气的发生炉主要为 UGI 水煤气炉。我自行 设计和制造了炉径为Φ 1500,Φ 2260,Φ 3000,Φ 3600。等一系列半水煤气炉,他们的结构与 UGI 半水煤气炉基本相同。 水煤气发生炉的结构大致分为五个部分,起各部分的作用分叙如下: (1)炉体 炉壳由钢板焊制,上部衬有耐火砖和保温砖硅藻砖,使炉壳免受高温的损害。外面包有石棉制品 隔热保温衬铸刚护圈,内部衬有耐火砖和隔热层。 (2)夹套锅炉 夹套锅炉传热面积约为 19m2。外壁包有石棉制品隔热保温层,防止热量损失,夹套锅炉的作用主要 是降低氧化层温度,以防止熔渣粘壁并副产蒸汽,夹套锅炉两侧设有探火孔,用于测量火层,了解火 层分布和温度情况上部装有液位计,水位自动调节器和安全阀等附件。 (3)底盘 底盘和炉壳通过大法兰连成一体,用紫铜薄板包石棉布填料密封。底盘底部有气体中心管与吹风

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和下吹管线呈倒 Y 型连接,中心管下部装有通风阀和清理门。底盘两侧有灰斗,底盘上没有溢流排污 管和水封桶,可以排泄冷凝水和油污,并防止气体外透,起安全作用。 (4)机械除灰装置 包括能够转动的灰盘和炉条及固定不动的会犁。灰犁固定在出灰口上,利用它与旋转灰盘之间的 相对运动,以减弱机械磨损。 (5)传动装置 机械除灰装置的旋转是由电机提供动力。 通过减速箱蜗杆、 蜗轮来完成的。 传动装置附有注油器, 以减弱机械磨损。 表 3 发生炉内情况
区域 区域名称用途及进行的过程 分配气化剂,防止炉蓖受高温的影响,在本 Ⅰ 灰渣层 区域中,借灰渣预热气化剂。 C+O2+3.76N2=CO2+3.76N2 2C+O2+3.76N2=2CO+3.76N2 氧化层 (燃 Ⅱ 烧层) 化碳并放出热量。 二氧化碳还原成一氧化碳或水蒸气分解为 Ⅲ 还原区 氢,燃料依靠热的气体而被预热。 燃料依靠热气体换热进行分解, 并析出下列 物质:1 水分;2 醋酸、甲醇、甲醛及苯酚; Ⅳ 干馏区 3 树脂; 气体 4 (CO、 2、 2S、 4、 2H4、 CO H CH C 氨氮和氢) 。 Ⅴ 干燥区 依靠气体的显热来蒸发燃料中的水分 有时, 煤气中部分一氧化碳与蒸汽 Ⅵ 自由空间 起聚积煤气的作用。 进行反应: H2O+CO=CO2+H2 碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳及一氧 CO2+C=2CO H2O+C=CO+H2 2H2O+C=CO2+2H2 化学反应 最终反应:

3.6.2 燃烧室 燃烧室的上部都呈锥行,中部为柱体,内衬有耐火砖及蓄热用的格子砖。燃烧室 的作用: (1)向吹风气添加二次空气,使其中的 CO 等可燃物在其中燃烧,所生成的热量被积蓄在格子 砖内。 (2)利用所蓄积的热量,预热下吹蒸汽和加氮空气,提高 气体的入炉温度,提高分解率。 (3)除去煤气中的细灰,以减少对废热锅炉的损害。 气体从下部入口切线方向进室,避免直接冲撞室壁,以减少对耐火砖的磨损,并使气体在室内分

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布均匀。燃烧室的顶盖起着泄压作用,当系统发生爆炸时,爆炸压力超过盖子弹簧的作用力,盖子张 开,降低压力,避免设备损坏。 3.6.3 废热锅炉 废热锅炉主要用于回收吹风气和上行半水煤气的显热,生产 0.49-1。18Mpa 的 蒸汽,为制气和其他用途提供一部分蒸汽来源。 煤气生产中常用火管立式废热锅炉,炉体为一直立的圆筒,用钢板焊接,两头装有钢板封头,内 部装有若干根无缝钢管。高温气从上而下与管间的水进行逆流热交换,汽水混合物从上循环管进入气 包产生蒸汽。分离下来的 水及向气泡补充的新鲜水(软水)由下循环流入废热锅炉下部管间。进炉 气体一般为 500~700℃ 出炉后可降至 200℃ 左右。 由于废热锅炉上部装有气泡,为保持炉体重心达到平衡,避免基础受力不均而下陷,故安装时, 锅炉炉体倾斜 7° ,用以促进对流,使热交换效率提高。 3.6.4 洗气箱 的作用。 洗气箱的外行是一个具有圆筒行容器。 半水煤气进口管浸入水面以下 75~125mm, 水至箱顶加入, 不断地从锥体部分的溢流管溢出。以保持一定的水面,起到安全水封的作用。它是煤气炉系统确保安 全生产不可缺少的设备。 进洗气箱的煤气温度约 200℃ ,出气温度为 70℃ 左右,洗气箱的冷却水用量大,其冷却作用主要 靠水的蒸发,煤气主要因失去显热而降温。出洗气箱的煤气已被饱和。 3.6.5 洗涤塔 洗涤塔的作用是冷却(降温) ,冷凝(蒸汽)和除尘,它可采用喷塔,也可采用填 料塔,其外形一般为柱形。煤气由下部入塔,由上部出塔。由于进塔煤气被水汽饱和。所以,如想继 续降温,必须使煤气中的水汽冷凝,由于冷凝热大,故必须用大量的水喷淋,使煤气继续冷却。 3.6.6 烟囱 的作用。 3.6.7 自动机 自动机的作用在于通过自动机的程序控制, 使水煤气的生产操作基本实现自动化。 自动机把高压水按时送到煤气炉各系统各个自动液压阀门, 是阀门按照工艺循环的要求准时准备 启动,准确控制和调节,保证生产稳定和安全。 3.7 间歇式制半水煤气的工艺条件 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) 。他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。气化效率用 X 表示: X=Q 半/(Q 燃+Q 蒸)× 100% 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 烟囱也是煤气生产中不可缺少的设备,其主要作用是排放废气,另还兼有封和除尘 洗气箱的作用是防止水封以后的煤气倒回煤气炉和空气发生爆炸,并兼冷却除尘

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生产强度是指每平方米炉膛截面在每小时生产的煤气量,以没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。为了保存以上的要求,气化过程的工艺条件有: 3.7.1 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 将造成炉内结疤。故炉温通常应比灰熔点低 50℃ 左右,工业上采用炉温范围 1000~1200℃ 。 3.7.2 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。吹风速度以下不使炭层出现风洞为 限。 3.7.3 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。 3.7.4 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,则燃料层不宜 过高。 3.7.5 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,应采用较长的循环时间。 3.7.6 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。 3.8 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: 1.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 2.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,同时向燃烧室内送入二次空气,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。 3.利用吹气持有热和上行煤气显热的流程

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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。 4.完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。 5.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。 综上所述,以(2)和(3)两种流程为最佳,流程(4)效率高于(3)(4)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(3)比流程(4)更为实用,本设计采用流程(3) 。 3.9 间歇式气化的工作循环 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: (1)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 存于炭层内,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。 (2) 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箱至 洗气塔洗净和冷却至常温由洗气塔上部引出送出气柜。 (3)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箱、洗气 塔洗净降温,由塔顶引出至气柜。 (4)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。 (5)吹净阶段 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,目前正在发展成微型程序制代替 自动机控制。 间歇式制气工作循环各阶段气体的流向如图所示。阀门开闭情况见表 4 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

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图 2 间歇制半水煤气各阶段气体流向图 表 4 各阶段阀门开启情况
阀门开闭情况 阶段 1 吹风 一次上吹 下吹 二次上吹 空气吹净 O X X X O 2 X O X O X 3 X X O X X 4 O O X O O 5 O X X X X 6 X O O O O 7 X X O X X

注:O---阀门开启:X------阀门关闭

3.10 间歇式制半水煤气工艺流程 如附图 1 所示,固体燃料由加料机从炉顶间歇加入炉内,吹风时,空气鼓风机自下而上通过燃料 层,吹风气经燃烧室及废热量后由烟囱放空。燃烧室中加入二次空气,将吹风气中的可燃气体燃烧, 使室内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泄压,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,再经洗气箱及洗涤塔进入气柜。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,可直接由洗 气箱经洗涤塔进入气柜。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、

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洗气箱和洗涤塔进入气柜,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,并在蒸汽停送之前切断,以避免空气与煤气相遇而发生爆炸。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。 附图 2 年产 10 万吨合成氨厂制半水煤气的带控制点的工艺流程

4 工艺计算
4.1 煤气发生炉(含燃烧室)的物料及热量衡算 方法:实际数据计算法 实际计算法是以实测煤气组成为依据的计算法,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: 表 5 入炉煤组成,重量%
C 78.13 燃烧热值 H 1.32 28476kJ/㎏ O 0.43 N 0.77 S 0.51 A 13.24 W 5.6 合计 100

1. 吹风气组成,体积% 表 6 吹风气组成, 体积%
CO2 16.55 O2 0.35 CO 6.56 H2 3.34 CH4 0.76 N2 72.45 合计 100 H2S 0.85g/Nm3

2. 半水煤气真正组成,体积% 表 7 半水煤气组成, 体积%
CO2 7.5 O2 0.20 CO 32.10 H2 44 CH4 0.54 N2 16.66 合计 100 H2S 1.45g/Nm3

3.各物料进出炉的温度 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; 3. 生产循环时间%,时间(S) 表 8 生产循环时间
吹风 26 46.8s 上吹 26 46.8s 下吹 36 64.8s 二次上吹 8 14.4s 吹净 4 7.2s 合计 100 180s

5.计算基准:100kg 入炉燃料
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6.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 表 9 带出物数量及其组分
元素 C H O N S 灰分 合计 组成,重量% 82.5. 1.66 0.47 0.80 0.57 14.00 100 各组分重量,kg 2× 0.8250=1.65 2× 0.0166=0.03 2× 0.0047=0.01 2× 0.008=0.02 2× 0.0057=0.01 2× 0.14=0.28 2

带出物热值 30030kJ/㎏ 摘自 钟蕴英、关梦嫔、崔开仁、王惠中编 .煤化学.

7.灰渣组成及其各组分重量 灰渣组成。重量% C 14.60 S 0.3 灰分 85.2 合计 100

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,kg C S 15.2× 0.146=2.2 15.2× 0.003=0.05

灰分 15.2× 0.852=12.95 合计:15.2 8.燃料气化后转入煤气中的元素量,kg C H O N S 78.13-(1.65+2.20)=74.28 1.32+(5.6× 2)/18-0.03=1.91 0.43+(5.6× 16)/18-0.01=5.40 0.77-0.02=0.75 0.51-(0.01+0.05)=0.45

合计:82.8 计算误差==[100-(82.8+15.2+2)]/100× 100%=0% 4.2 物料及热量衡算 吹风阶段的计算: (物料衡算)1. 每 Nm3 吹风气中含有的元素量,kg

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C H O N S

[12× (0.1655+0.0656+0.0076)]/22.4=0.128 [2× (0.0334+0.0076× 2)]/22.4+0.00085× 2/34=0.00438 [32× (0.0035+0.1655+0.0656× 0.5)]/22.4=0.288 28/22.4× 0.7245=0.906 0.00085× 32/34=0.0008

2. 由碳平衡计算吹风气量:74.28/0.128=580Nm3 3. 由氮平衡计算空气用量:[580× 0.906-(0.77-0.02)]/(0.79× 28/22.4)=530m3 空气带入水汽量 : 530× 1.293× 0.0213=14.6(1.293 为空气密度) 4. 氢平衡(以千克计) 进项:a。燃料带入氢量: 1.91 b.空气中水蒸汽带入氢量:14.6× 2/18=1.62 合计: 3.53 出项: a.吹风气中含氢量:580× 0.00438=2.54 b.吹风气中水汽含量:3.53-2.54=0.99 合计:3.53 吹风气中水汽含量:0.99× 18/2=8.91 每标准 m3 吹风气中水汽含量:8.91/580=0.0154 5.氧平衡(以 kg 计) 进项: a.燃料带入氧量; b.空气中含氧量: 空气中氧量: 5.40 530× 0.21× 32/22.4=159

c.空气中水汽含氧量: 14.6× 16/18=12.98 d.合计: 出项: a.吹风气中氧量:580× 0.288=167.04 b.吹风气中水汽含氧量:8.91× 16/18=7.92 c.合计:174.96 误差: (177.38-174.96)/177.38× 100%=1.36% 6.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:580× 0.0008=0.46 误差: (0.45-0.46)/0.45× 100%=2.2% 热量衡算: 1. 进项(以 kJ 计) (1)燃料热值:100× 28476=2847600
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(2)燃料显热:100× 1.05=2625(1.05 为燃料的比热)摘自郭树才编.煤化工工艺学. 25× (3)干空气显热:530× 1.30=17225(1.30 为空气的比热) 25× (4)空气中水汽的焓:14.6× 2562.84=37418 合计:2904868 2. 出项(以 kJ 计) (1)吹风气热值:580× 1180.78=684852 1 m3 吹风气热值为:12810× 0.0334+12684× 0.0656+39984× 0.0076=1180.78 (2) 干吹风气显热:580× 1.408× 600=489984 0.1655× 2.066+0.0035× 1.420+0.0656× 1.360+0.0334× 1.302+0.0076× 2.255+0.7245× 1.352 =1.408kJ/ m3℃ (3)吹风气中水汽的焓:8.91× 3696=32931(32931 为 600℃ 时过热蒸汽的焓) (4)带出物热值:30030× 2=60060 28164.6/(1-0.056)=29835.38 (5)带出物显热:2× 1.05× 600=1260(1.05 为燃料的比热)摘自《煤化学》 钟蕴英、关梦嫔、 崔开仁、王惠中编 (6)灰渣中可燃物热值:34020× 220+10500× 0.05=75369 (34020,10500 分别为碳和硫的发热值) (7)灰渣显热:15.2× 0.94× 200=2858 (0.94 为灰渣的比热) (8)热损失(取燃料发热量的 8%) 2847600× 0.08=227808 (1)~(8)合计:1575121 (9)积蓄在煤层中的热量:2904868-1575121=1329747 3.吹风效率:1329747/2847600× 100%=46.6% 4. 热量平衡表:

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表 10 热量平衡表(kJ)
进项 燃料热值 燃料显热 2847600 2625 出项 吹风气热值 干吹风气显热 684852 489984

干空气显热 17225 空气中水汽的焓 37418

吹风气中水汽的焓 32931 带出物热值 60060

带出物显热 12600 灰渣中可燃物热值 灰渣显热 热损失 75369

2858 227808 132974

积蓄在煤层中的热量 合计 2904868 合计

2904868

4.3 制气阶段的计算(以 100kg 入炉燃料为基准) 4.3.1 物料衡算 1.每 Nm3 半水煤气中含有的元素量,kg C=12/22.4× (0.075+0.321+0.0054)=0.215 H=2/22.4× (0.43+2× 0.005)+2/34× 0.00145=0.0390 O=32/22.4× (0.002+0.075+0.321× 0.5)=0.340 N=28/22.4× 0.1666=0.2083 S=32/34× 0.00145=0.00136 2.由碳平衡计算半水煤气产量: 74.28/0.215=344N m3 3.由氮平衡计算氮空气用量: (344× 0.2083-0.75)/(0.79× 28/22.4)=72N m3 氮空气中含水汽量: 72× 1.293× 0.0213=1.982 4.氢平衡 已知和假设数据 上行半水煤气产量为 XNm3 上行半水煤气中含水蒸汽量为 0.25kg/N m3 上、下吹蒸汽用量相等各为 Wkg 下行半水煤气产量为(344-X)Nm3 下行半水煤气中含水蒸汽量为 0.42kg/ Nm3 为方便计算,假设上、下吹气体成分相同,上、下吹氮空气作为均匀加入计。 上行制气阶段氢平衡(以 kg 计)

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进项: (a)燃料带入氢量: 1.91× X/344=0.00555 水蒸汽带入氢量: W× 2/18=W/9 (b)氮空气中水蒸汽含氢量: 1.982× 2/18× X/344=0.00064X 合计: W/9+0.0062X 出项: (1)半水煤气中氢量:0.0390X (2) 半水煤气中水汽含氢量: (0.25× 2/18)X=0.0278X 合计:0.067X 平衡:W/9+0.0062X=0.067X W=0.556X--------------------------(1) 下行制气阶段氢平衡(以 kg 计) 进项: (1)燃料带入氢量 1.91-0.00555X (2)蒸汽带入氢量 W× 2/18=W/9 (3)氮空气中水汽含氢量:1.982× 2/18-0.00064X=0.22-0.00064X 合计:W/9+2.13-0.0062X 出项: a.半水煤气中氢量 (344-X)× 0.0390=13.42-0.0390X b.半水煤气中水汽含氢量 (0.42× 2/18)× (344-X)=16.05-0.047X 合计:29.47-0.086X 平衡:W/9+2.13-0.0062X=29.47-0.086X W=246-0.78X---------------------------(2) 解方程(1)和(2)得: X=184 W=102.4 由此得: 上行半水煤气产量:184N m3 上行半水煤气产量占总产量的百分数:184/344× 100%=53.4% 下行半水煤气产量:344-184=160

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下行半水煤气产量占总产量的百分数:160/344× 100%=46.6% 上行半水煤气中水蒸汽量 0.25× 184=46kg 下行半水煤气中水蒸汽汽量:0.42× 160=67.2 46+67.2=113.2 蒸汽总耗量:102.4× 2=204.8kg 上吹蒸汽分解率: 下吹蒸汽分解率: 平均蒸汽分解率: 5.氧平衡(以 kg 计) 进项: (1)燃料中带入氧量:5.40 (2)蒸汽带入氧量:204.8× 16/18=182.04 (3)氮空气中氧含量:72× 0.21× 32/22.4=21.6 (4)氮空气中水汽含氧量:1.982× 16/18=1.76 合计:210.80 出项: (1)半水煤气中氧量:344× 0.34=118.96 (2)半水煤气中水汽含氧量: (67.2+46)× 16/18=100.62 合计 211.42 (102.4-46)/102.4× 100%=55.08% (102.4-67.2)/102.4× 100%=34.38% [204.8-(46+67.2)]/204.8× 100%=44.73%

误差: (211.42-210.80)/210.80× 100%=0.29% 6.硫平衡(以 kg 计) 进项: 燃料带入硫量:0.45 合计 0.45 出项: 半水煤气中含硫量:344× 0.00136=0.47 4.3.2 热量衡算 1. 进项(以 kJ 计) : (1) 燃料热值:100× 28476=2847600 (2) 燃料显热:100× 1.05=2625 25× (3)蒸汽的焓:102.4× 2730+102.4× 3595=647680 (2730 、 3595 分别为上行蒸汽和下行蒸汽的焓)摘自梅安华主编.小合成氨厂工艺技术与设计 手册.(上册) (4)干氮空气显热:72× 1.30=2344(1.30 为空气的比热) 25× (5)氮空气中水汽的焓:1.982× 2564=5081 (2564 为水蒸汽的焓)

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合计:3505330 2.出项: (1)半水煤气热值:344× 9795.77=3369746 1 标准 m3 半水煤气热值为:12810× 0.43+12684× 0.321+39984× 0.0054=9795.77 (2)干半水煤气的显热:184× 1.223× 600+160× 1.346× 200=178091 上行半水煤气比热: 0.075× 2.06+0.002× 1.42+0.321× 1.36+0.43× 1.31+0.0054× 2.26+0.1666× 1.35=1.223kJ/ m3℃ 下行半水煤气比热: 0.075× 1.81+0.002× 1.34+0.321× 1.31+0.43× 1.30+0.0054× 1.76+0.1666× 1.31=1.346kJ/ m3℃ (1)半水煤气中水汽的焓:46× 3696+67.2× 2890=364224 (3696、2890 分别为 600 ℃ 200 ℃ 和 蒸汽的焓)摘自.《煤化工工艺学》 郭树才编 (2)带出物热值:30030× 2=60060 (3)带出物显热:600× 1.05× 2=1260 (1.05 为带出物的比热) (4)灰渣中可燃物热值:34020× 2.20+10500× 0.05=75369 (34020、10500 分别为碳和硫的热值) 摘自.《煤化工工艺学》 郭树才编 (5)灰渣显热:15.2× 0.97× 200=28488 (0.97 为灰渣的比热)

(6)热损失(取燃料发热值的 8%)2847600× 0.08=227808 合计:4305044 3.需从煤层中吸取的热量(kJ) 4305044-3505330=799714 4.制气效率: 3505330/(2847600+799714+647680)× 100%=81.6% 5.热量平衡表 表 11 热量平衡表(kJ)
进项 燃料热值 燃料显热 蒸汽的焓 2847600 2625 647680 2344 出项 半水煤气热值 干半水煤气显热 半水煤气中水汽的焓 带出物热值 带出物显热 灰渣中可燃物热值 灰渣显热 热损失 合计 4305044 合计 3369746 179159 364224

干氮空气显热

60060 1260 75369

氮空气中水汽的焓 5081 从煤层中吸取热量 799714

28488 227808

4305044

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4.4 总过程计算 4.4.1 燃料使用分配 设 100kg 燃料用于制半水煤气为 Xkg 根据热量平衡得:799714X=(100-X)× 132974 X=62.4 每 100kg 燃料用于制半水煤气为 62.4%,用于制吹风气未 37.6% 4.4.2 每 100kg 燃料的生产指标 吹风气产量: 580× 0.376=218N m3 半水煤气产量: 344× 0.624=214.6N m3 氮空气消耗量: 72× 0.624=44.9 蒸汽消耗量: 204.8× 0.624=127.8 吹风时空气消耗量: 530× 0.376=199 总过程效率: (214.6× 9795.77)/(2847600+647680× 0.624)× 100%=64.6% 4.4.3 物料衡算(kg) 合计:74.28 出项: (1)半水煤气中碳含量:214.6× 0.215=46.14 (2)吹风气中碳含量:218× 0.128=27.90 合计:74.04 误差: (74.28-74.04)/74.28× 100%=0.32% 2.氢平衡 进项: (1)燃料中氢含量:1.91 (2)空气中水汽含氢量:199× 1.293× 0.0213× 2/18=0.61 (3)氮空气中水汽含氢量:44.9× 1.293× 0.0213× 2/18=0.14 (4)蒸汽含氢量:127.8× 2/18=14.2 合计:16.86 出项: (1)半水煤气中氢含量:214.6× 0.0390=8.37 (2)半水煤气中水气含氢量:214.6× 113.2/344× 2/18=7.85 (3)吹风气中含氢量:218× 0.00438=0.95 (4)吹风气中水汽含氢量:218× 0.0154× 2/18=0.37
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1.碳平衡

进项:燃料中碳含量:74028

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合计 :17.54 误差: (17.54-16.86)16.86× 100%=4% 3 氧平衡 进项: (1)燃料中氧含量 5.40 (2)空气中氧含量:199× 0.21× 32/22.4=59.7 (3)蒸汽中含氧量:127.8× 16/18=113.6 (4)空气中水汽含氧量:199× 0.21× 32/22.4=4.87 (5)氮空气中水汽含氧量:44.9× 1.293× 0.0213× 16/18=1.10 (6)氮空气中氧量:44.9× 0.21× 32/22.4=13.47 合计: 198.14 出项: (1)半水煤气中氧含量:214.6× 0.340=72.96 (2)半水煤气中水汽含氧量:214.6× 113.2/344× 16/18=62.77 (3)吹风气中氧含量:218× 0.288=62.78 (4)吹风气中水汽含氧量:218× 0.0154× 16/18=2.98 合计:201.49 误差: (201.49-198.14)/198.14× 100%=1.6% 4 氮平衡 进项: (1)燃料中氮含量:0.75 (2)空气中氮含量:199× 0.79× 28/22.4=196.51 (3)氮空气中氮含量:44.9× 0.79× 28/22.4=44.34 合计: 241.60 出项: (1)半水煤气中氮含量:214.6× 0.2083=44.70 (2)吹风气中氮含量:218× 0.905=197.50 合计:242.2 误差: (242.2-241.60)/242.2× 100%=0.2% 5 硫平衡 进项: (1)燃料中硫含量:0.45 出项: (1)吹风气中硫含量:218× 0.0008=0.1744 (2)半水煤气中硫含量:214.6× 0.00136=0.2918 合计 : 0.46 误差: (0.46-0.45)/0.46× 100%=2.1% 4.4.4 热量衡算(kJ) 进项:

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(1)燃料热值:2847600 (2)燃料显热:100× 1.05=2756 25× (3)干空气显热:199× 1.30=6467 25× (4)空气中水汽的焓:199× 1.293× 0.0213× 2564=14052.4 (5)干氮空气显热:44.9× 1.30=1459.25 25× (6)氮空气中水汽的焓:44.9× 1.293× 0.0213× 2564=3170.6 (7)蒸汽的焓:127.8× 0.5× 2730+127.8× 0.5× 3595=4041675 合计:3279673.25 进项: (1)吹风气热值:218× 1180.78=257410.04 (2)干吹风气显热:218× 1.408× 600=184166.4 (3)吹风气中水汽的焓:218× 0.0154× 32931=110555.95 (4)半水煤气热值:214.6× 9795.77=2102172.24 (5)干半水煤气显热:214.6× 0.534× 1.223× 600+214.6× 0.466× 1.346× 200=111011.81 (6)半水煤气中水汽的焓:214.6× 0.534× 0.25× 3696+214.6× 0.466× 0.42× 2890=227271.5 (7)带出物热值:30030× 2=60060 (8)带出物显热:600× 1.05× 2=1260 (9)灰渣中可燃物热值:34020× 2.2+10500× 0.05=75369 (10)灰渣显热:15.2× 0.98× 200=2858 (11)热损(取燃料发热的 8%)2847600× 0.08=227808 合计:3359942.94 误差: (3359942.94-3279673.25)/3359942.94× 100%=2.3% 4.5 配气计算 配气量计算: 半水煤气中(CO+H2) 2 取 3.1:1 :N 吹风气中 CO+H2=6.56+3.34=9.90 N2=72.45 半水煤气中 CO+H2=32.1+43 N2=16.66 设每标准水煤气中配入吹风气量为 XNm3 9.90X+75.1=3.1× (16.66+72.5X) X=0.1092 100 千克燃料制气时半水煤气产量为 214.6Nm3 需配入吹风气量为:214.6× 0.1092=23.43 100 千克燃料实际可制得半水煤气量为:214.6+23.43=238

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实际半水煤气组成体积%

: CO2=(0.075+0.1655× 0.1092)/(1+0.1092)× 100%=8.38%

O2 =(0.002+0.0035× 0.1092)/(1+0.1092)× 100%=0.21% CO=(0.321+0.0656× 0.1092)/(1+0.1092)× 100%=29.58% H2=(0.43+0.0334× 0.1092)/(1+0.1092)× 100%=39.10% CH4=(0.0054+0.0076× 0.1092)/(1+0.1092)× 100%=0.56% N2=(0.1666+0.7245× 0.1092)/(1+0.1092)=22.15% 4.6 消耗定额(按每 t 氨计算) 每吨氨耗半水煤气 3300Nm3 (1) 燃料:3300/238× 100=1387kg 折合含碳 85%的燃料为:1275kg (2)蒸汽:3300/238× 127.8=1772kg 4.7 吹净时间核算 配入半水煤气中的吃风气量:23.43Nm3 配入半水煤气中的吹风气量占总吹风气量的百分数:23.43/218× 100%=10.74% 吹净时的风量为吹风时的 70%,吹净气量占吹风气总量的百分数: (4× 0.7)/(26+4× 0.7)× 100%=10.27% 二者接近,所以每循环吹净时所回收的气量即为配入半水煤气中的吃风气量,吹净百分比合用, 所以已定循环时间百分比基本适用。 采用无烟煤,Φ3000(U.G.I)煤气发生炉每台每小时产半水煤气为 7500Nm3。 表 12 已知数据循环时间及百分比
程序 % 秒 吹风 26 46.8 上吹 26 46.8 下吹 36 64.8 二次上吹 8 14.4 吹净 4 7.2 合计 100 180

根据物料、热量衡算,每 100kg 无烟煤的生产指标: 生产量: 加氮水煤气:214.6m3 半水煤气:238 Nm3 吹风气:199-23.43=175.5 消耗量: 吹风空气(包括吹净) :199N m3 蒸汽量 127.8 Nm3 每个循环平均产半水煤气量:7500× 3/60=325N m3 吹风空气流量(吹净时风量为吹风时风量的 70%) : 325/238× 199× 3600/(46.8+7.2× 0.7)=18871.09 Nm3/ h

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加氮空气流量:325/238× 44.9× 3600/46.8=4716.39N m3/h 蒸汽流量: 上吹蒸汽流量(包括二次上吹) : 325/238× 127.8× 0.5× 3600/(46.8+14.4)=5132.85N m3/h 下吹蒸汽流量:325/238× 127.8× 0.5× 3600/64.8=4847.69N m3/h 吹风气流量: 325/238× 218× 3600/46.8=22899.16N m3/h 上行蒸汽流量: 325/238× 214.6× 0.534× 3600/(46.8+14.4)=9205.10 Nm3/h 下行蒸汽流量: 325/238× 214.6× 0.466× 3600/64.8=7586.64N m3/h 4.8 废热锅炉的热量衡算 4.8.1 设已知条件 1.计算目的:通过热量衡算求处产蒸汽量

2.计算依据(已知条件) 循环各阶段产气量无法计算,只能按其制气时间比例计算 表 13 半水煤气组
名称 组分 吹风气量 CO2 8.38 16.55 CO 29.58 6.56 H2 39.10 3.34 CH4 0.56 0.76 H2S 0.02 0.056 N2 22.15 72.45 O2 0.21 0.35

表 14 自动机循环百分比
阶段 百分比 吹风 26 上吹 26 下吹 36 二次上吹 8 吹净 4

(1)计算基准为 10kg 无烟块煤,基准温度为 0℃ (2)100kg 无烟块煤可制半水煤气 238Nm3 (3)上吹蒸汽分解率为:55.07% (4)上吹及空气吹净产生的气量占半水煤气总量的百分比: Z=Z1/Z2 Z—上吹及空气吹净产生的气体占半水煤气总量的百分比,% Z1—上吹,二次上吹,吹净百分比之和,% Z2—上吹,下吹,二次上吹,吹净百分比之和,% Z=38/74× 100%=51.4% (5)上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽总量的百分比: Z=Z1/Z2 Z—上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽总量的百分比:
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Z1—上吹加二次上吹百分比,% Z2—上吹,下吹,二次上吹百分比之和,% Z=34/70× 100%=48.6% (6)进废锅的煤气温度:600℃ ,出废锅的煤气温度为 200℃ (7)半水煤气千克分子数:238/22.4=10.63kmol (8)100kg 煤气化时需要蒸汽量:127.8m3 化为质量 127.8/22.4× 18=103kg (9)水的分子量:18 (10)水蒸汽在 0℃ 时的热焓:2499.34kJ (11)100kg 煤气化时需消耗空气:199Nm3 或许 199/22.4=8.88kmol (12)废锅进水温度:102℃ ,产生蒸汽压力为 1.180MPa,温度为 115℃ ,蒸汽焓为 2415kJ/kg (13)设锅炉的用水量为 X 千克,产蒸汽量为 Ykg,软水进口总固体 150ppm,排污水 2000ppm (14)煤气与未分解蒸汽混合比热: 0.0838× 43.840+0.2958× 29.73+0.3910× 29.106+0.2215× 29.56+0.0002× 37.867+0.0021× 30.920 +0.0056× 46.38+0.486× 35.036=47.75kJ (15)100kg 煤气化时所得吹风气产量为 218Nm3 4.8.2 热量衡算 1.进热: (1)上吹及空气吹净产生的气体显热计算: 组分 CO2 H2 CO CH4 H2S N2 O2 千克分子量 10.63 10.63 × × 组分含量(%) 温度(℃ 比热(kJ) 物理热(kJ) ) 0.0838 0.3910 × × × × × × × 600 600 600 600 600 600 600 × × × × × × × 53.596 29.824 32.9246 73.930 47.145 32.336 34.805 = = = 28645.8 74375 62114.8

10.63 × 0.2958 10.63 × 10.63 × 10.63 × 10.63 × 0.0056 0.0002 0.2215 0.0021

= 2640.5 = = = 60.1 45681.9 466.2

总计:213984.3 已知上吹及空气吹净产生的气体占半水煤气总量的百分数为:51.4% 所以上吹及空气吹净产生的气体显热为:213984.3× 0.514=109987.9 (2)上吹未分解蒸汽的显热计算 显热 Q=W/18×(1-η)×G×T(kJ) Q—上吹未分解蒸汽显热, W—蒸汽用量,kg η—蒸汽分解率,% G—半水煤气千克分子数

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T—进废热锅炉煤气的温度,℃ Q=4.2×103/18×(1-55.08%)×10.63×600=68855.4 (3)上吹未分解蒸汽潜热计算 潜热 Q=W×(1-η)×i Q---上吹未分解蒸汽潜热。kJ W---蒸汽用量,kg η—蒸汽分解率,% i---水蒸气在此 0℃ 时热焓,kJ/kg Q=103× (1-55.08%)× 2499.3=115636.6 (4)上吹未分解蒸汽的显热和潜热(kJ) : 115636.6+68855.4=184492 已知上吹未分解蒸汽占未分解蒸汽总量的百分比为 48.6%所以为分解蒸汽的显热和潜热为(kJ) : 184492× 0.486=89663.1 (5)吹风气的显热: 组分 CO H2 CO2 H2S N2 O2 CH4 千克分子量 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 × × × × × × × 组分含量(%) 温度(℃ 比热(kJ) 物理热(kJ) ) 0.0656 0.0334 0.1655 0.00056 0.7245 0.0035 0.0076 × × × × × × × 600 600 600 600 600 600 600 × × × × × × × 32.923 29.824 53.596 47.145 32.336 34.805 73.930 = 11507.1 = 5307.3 = 47260.1

= 140.7 = 124821.4 = 649 = 2993.6

总计:192679.2 (6)求锅炉进水显热: Q=X× 102× 4.234=431.82X Q---锅炉的进水显热 kJ X---锅炉用水量,kg T---锅炉进水温度,℃ 4.234—进水的比热,kJ/kg。℃ 总计:392330.2+431.82X 2. 出热 (1)上吹及空气吹净气体经废热锅炉后的显热: 组分 CO 千克分子量 10.63 × 组分含量(%) 温度(℃ 比热(kJ) 物理热(kJ) ) 0.2958 × 200 × 29.723 =18691.9

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H2 CO2 H2S N2 O2 CH4

10.63 10.63 10.63 10.63 10.63 10.63

× × × × × ×

0.3910 0.0838 0.0002 0.2215 0.0021 0.0056

× × × × × ×

200 × 29.106 200 × 43.840 200 × 37.867 200 × 29.555 200 × 30.920 200 × 46.380

=24194.8 =7810.5 =16.1 =13917.7 =138 =552.2

总计:65321.2 (2)上吹未分解蒸汽经废热锅炉后显热及潜热,按进热公式计算如下: (3)显热=103/18(1-55.08%)× 200× 45.27=23272.6 潜热=103× (1-55.08%)× 2499.3=115636.6 显热+潜热=(23272.6+115636.6)× 0.486=67509.9 (4)吹风气经锅炉后显热: 组分 CO H2 CO2 H2S N2 O2 CH4 千克分子量 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 8.88 × × × × × × × 组分含量(%) 温度(℃ 比热(kJ) 物理热(kJ) ) 0.0656 0.0334 0.1655 0.00056 0.7245 0.0035 0.0076 × × × × × × × 200 × 29.723 200 × 29.106 200 × 43.840 200 × 37.867 200 × 29.555 200 × 30.920 200 × 46.38 =3462.9 =1726.5 =12885.8 =37.7 =38028.8 =192.2 =626

总计:56959.9 (5)蒸汽带出热量为 2415YkJ (6) 排污水热焓为:420.5(X-Y) (420.5 为污水在 100℃ 时的焓) (7) 热损失(按入炉的 3%计算)(392330.2+431.82X)× : 3%=11769.9+12.95X 总计:201560.9+433.45X+1994.5Y 4.8.3 热量平衡和总固体平衡 热量平衡

392330.2+431.82X=201560.9+433.45X+1994.5Y-----------------(1) 总固体平衡:150X=2000(X-Y)-----------------------------------(2) 解方程得:X=103kg Y=96kg

所以每 100 千克燃料产蒸汽量为 96kg,耗软水量为 103kg。 排污水 103-96=7kg

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表 15 废热锅炉热量平衡表
进热 项目 kJ 上吹及空气吹净气体显热 上吹未分解蒸汽潜热及显热 吹风气显热 锅炉进水热量 上吹及空气吹净气体经锅炉显热 上吹未分解蒸汽经锅炉后的显热及潜热 吹风气经锅炉后显热 蒸汽带出热量 排污水热焓 热损失 总计 436807.66 100 109987.9 89663.1 192679.2 44477.5 % 25.18 20.53 44.11 10.18 65321.2 67509.9 56959.9 231840 2943.5 13103.75 437678.25 14.92 15.42 13.01 52.97 0.67 3.01 100 kJ % 出热

4.9 夹套锅炉的物料及热量衡算 4.9.1 已知条件 (1)夹套回收热为煤气热损失的 50%。 (2)软水进口温度为 40℃ ,总固体 150ppm (3)排污水总固体 2000ppm (4)锅炉产汽压力:0.5kg f/cm2 饱和蒸汽 4.9.2 产气量及消耗两计算 产气量及消耗水量可由热平衡计算 设进口水量为 Xkg,产汽量为 Ykg (1) 热平衡 进项:回收废热量:227808× 0.5=113904kJ 软水焓:168X kJ 合计:113904+168X 出项: 蒸汽焓:2701.86Y(0.5kg f/cm2(表) ,温度为 110.1℃ ,水蒸汽焓为 2701.86kJ/kg) 排污水焓:462.42(X-Y) 合计:462.42X+2239.44Y 平衡:113904+168X=462.42X+2239.44Y-----------------------------(1) (2)总固体平衡:150X=2000(X-Y)-------------------------------(2) (3)解方程得:X=54.9 kg Y=50.8 kg

所以每 100kg 燃料产水蒸汽 50.8kg

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排污水:54.9-50.8=4.1kg 消耗软水:54.9kg

5 设备计算
5.1 煤气炉指标计算 Φ 3000U。G。I 煤气发生炉每台每小时产水煤气 7500Nm3。 已知条件:1 循环周期及各阶段时间分配 表 16 循环周期及各阶段时间分配
程序 % 秒 吹风 26 46.8 上吹 26 46.8 下吹 36 64.8 二次上吹 8 14.4 吹净 4 7.2 合计 100 180

2. 根据计算所得: 生产量(Nm3) :吹风气产量:218 半水煤气产量:238 加氮水煤气:214.6 消耗量:空气消耗:199 蒸汽量:127.8 3. 每个循环平均产气量:7500× 3/60=375Nm3 (1)吹风空气流量(吹净时风量为吹风量的 70%左右) 375/238× 199× 3600/(46.8+7.2× 0.7)=21774.3m3(干)/h (2)水蒸汽流量: 上吹(包括二次上吹) : 375/238× 127.8× 3600× 0.5/(46.8+14.4)=5922kg/h 下吹: 375/238× 127.8× 0.5× 3600/64.8=5593 (2)吹风起流量 375/238× 218× 3600/(46.8+7.2× 0.7)=23853 (3)上行煤气流量 375/238× 214.6× 0.534× 3600/(46.8+14.4)10621.2Nm3/h (4)下行煤气流量 375/238× 214.6× 0.466× 3600/64.8=8753.8Nm3/h 关于上面计算有以下几点说明: 1.以上流量未考虑滤、漏损失。 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。

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5.2 煤气台数的确定 本设计采用 ? 3000 的 U。G。I 炉 已知条件: 每小时产半水煤气量(年产 10 万吨合成氨厂,每吨氨需 3300m3 的半水煤气 由于设备检修等原因,全年生产时间不可能为 365 天,取 300 天计。 100000× 3300/(300× 24)=42968.75 台数的确定 (1)炉堂面积 F= ? ? 2/4= ? /4× 2=7.07m2 3 (2)生产强度 7500/7.07=1061Nm3/台.M2.h (3)台数的确定煤气炉在生产中加入煤和除灰要停车,一天的生产时间没有 24 小时,实际生产 时间取 22 小时,另外,由于气化炉不能长期达到最大产气量,取富裕系数为 0.95,则: (42968.75× 24)/(7500× 0.95× 22)=6.58 取 7 根据需要,备用 2 台所以本设计共有煤气发生炉 9 台。 5.3 空气鼓风机的选型及台数确定 采用无烟煤为原料,煤气炉吹风气压在 19.62 千帕左右,根据实际情况,选用鼓风机吹风出口压 力稍大于 19.62 千帕,故选用 D700—14 型鼓风机,风量 42000m3/h,出口风压 22.56 千帕。 1. 干空气用量(吹风空气) 25℃ 空气 2. 二次空气用量 根据实践二次风量可取一次风量的 15%左右 21774.3× 15%=3266.1 3. 空气含水蒸汽量 25℃ 空气 相对湿度 80% 湿含量 H=0.0213kg/kg(干空气) 相对湿度 80% 21774.3Nm3(干)/h 大气压力 760mmHg

(21774.3+3266.1)× 1.293× 0.0213=689.6kg/h 689.6/18× 22.4=858.17kg/h 4.湿空气用量 (21774.3+3266.1)+858.17=25898.6Nm3/h 实际情况下空气用量 25898.6× (273+25)/273× 760/760=28270Nm3/h 空气损失取 18%(泄漏) V=28270/(1-18%)=34475.6Nm3/h 5.鼓风机的台数 7× 34475.6/42000=5.74 取 6 台

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6 各设备的选型及工艺指标
6.1 Φ 3 米 U.G.I 型煤气发生炉的工艺指标: 生产能力 燃料消耗量 炉体内径 夹套锅炉受热面积 炉篦形式 灰盘转速 炉灰盘传动电动机 炉灰盘传动减速机 夹套锅炉蒸汽压力 设备外形尺寸(长× 高) 宽× 炉膛高度 有效容积 煤气出口内径 6.2 燃料室的工艺指标: 工作压力 工作温度 介质 设备等级 高 外径 内径 砖拱半径 上部九层格子砖间隙 下部降层格子砖间隙 耐火砖体积 燃烧空间 火砖格子高 拱顶到底距离 底部气道口宽(进气) 底部气道口高(进气) 上部气道口外径(出气) 上部气道口内径(出气) 19.62 千帕 +500~800℃ 水煤气和半水煤气 级外 10192 毫米 Φ3350 毫米 Φ2743 毫米 1295 毫米 63.5 毫米 76 毫米 6.85 米 3 19.8 米 3 2057 毫米 4520 毫米 600.6 毫米 1317.2 毫米 1370 毫米 1066 毫米 6500~7500 米 3/时 3.1~4.5 Φ3000 毫米 19 米 2 宝塔式 0~1410 转/分钟 J02-41-4.4 千瓦 PM350-IV-2g 40~60 千帕(表压) 7235× 4497× 10700 毫米 4970 毫米 20 米 3 Φ1050 毫米

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顶部放空口内径 下吹蒸汽、氮空气进气口内径 底部排灰口 总重(金属) 6.3 洗气箱工艺指标: 工作压力 工作温度 设备等级 物料名称 全容积 直径 高(下包括锥体) 总高 洗气箱总面积 分布器总面积 分布器有效面积 分布器插入封高度 分布器总高 分布器插入箱内高度 分布器内径 分布器外径 分布器进口内径 侧室水封高度 6.4 索尔维式废热锅炉工艺指标: 额定蒸发量(在间歇操作条件下) 工作压力 实验压力 给水温度 受热面积 加热介质 火管长度 上火箱高 下火箱高 总高

750 毫米 300 毫米 305 毫米 8689.41 千克

700 毫米水柱 80℃ 级外 水煤气和水 15 米 3 3000 毫米 1950 毫米 3100 毫米 7.065 米 2 0.859 米 2 0.560 米 2 75~100 毫米 1288 毫米 1040 毫米 Φ996 毫米 Φ1046 毫米 Φ750 毫米 1330 毫米

2~4 吨/小时 1.18 兆帕 1.047 兆帕 102℃ 480 米 2 煤气、废气 7340 毫米 1860 毫米 1340 毫米 10668 毫米

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内径 上下循环管数 上下循环管内径 上火箱内径 下火箱内径 汽包长度 汽包内径 拉撑管数 拉撑管直径 加热管数 加热管直径 炉体倾度 总重量(金属) 6.5 填料式洗涤塔工艺指标: 工作介质 操作压力 操作温度 煤气 冷却水 内径 总高 碳素刚重 红松重 进气口管直径 出气口管直径 水喷头外管直径 内管直径 人孔直径 冷却水出口管 冷却水进口总水管 煤气量 6.6 煤气发生炉自动加煤机工艺指标: 焦斗最大工作容积 盘形阀水压缸活塞行程

2300 毫米× 毫米 19 共 16 根 99 毫米× 毫米 4.5 2400 毫米× 毫米 12 2340 毫米× 毫米 12 4010 毫米 1400 毫米× 毫米 14 96 根 76 毫米× 毫米 7 220 根 76 毫米× 毫米 7 7° 20607.64 千克

煤气及冷却水 9.81 千帕

入口:100℃ ,出口:35℃ 入口:32.5℃ ,出口:62℃ 3000 毫米× 毫米 8 15125 毫米 16420.6 千克 14360 千克 Φ920 毫米× 毫米 9 Φ820 毫米× 毫米 9 Φ89 毫米× 毫米 4 Φ45 毫米× 毫米 3.5 Φ529 毫米× 毫米 9 Φ325 毫米× 毫米 8 Φ273 毫米× 毫米 8 约 25000 米 3/小时

0.6 米 3 445 毫米

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容焦桶顶部水压缸活塞行程 盘行阀门开启角度 加焦开始时盘形法门开启角度 工作介质 外形尺寸(长× 高) 宽× 总重(下包括磅称) 6.7 10000m3 螺旋式气柜的工艺指标: 设计容积 有效容积 工作压力 钟罩升起后压力 中节Ⅰ 升起后压力 中节Ⅱ 升起后压力 工作温度 钟罩内径 中节Ⅰ 内径 中节Ⅱ 内径 水槽内径 水槽容水量 水槽静水液面高 总高 钟罩高 中节Ⅰ 高 中节Ⅱ 高 水槽高 进出气管直径 安全放空管高 进出口水槽高 进出口水槽中间隔板高 进出口水槽水封高 地下槽高 地下槽溢流口高 地下槽隔板高 6.8 集尘器

1070 毫米 95° 35° 焦(煤) 、水煤气、空气、蒸汽 2680× 1850× 3524 毫米 4000 千克

10000 米 3 9360 米 3 3.924 千帕 2.364 千帕 3.188 千帕 3.924 千帕 常温 22300 毫米 32250 毫米 24200 毫米 24860 毫米 约 3807 吨 7850 毫米 30461.5 毫米 9100 毫米 7600 毫米 7600 毫米 7898 毫米 1220 毫米 34400 毫米 1800 毫米 1240 毫米 450 毫米 650 毫米 515 毫米 520 毫米

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外径 高度 材料 重量(不包括耐火砖)

Φ1230 毫米 按炉口标高 9.43 毫米 钢板 4061 千克

7 车间布置简述
车间布置是本设计工作中很重要的一环, 车间布置的好坏直接关系到车间建成后是否符合工艺要 求,能否是良好的操作条件,使生产正常、安全的进行,设备的维护、检修的方便可行,以及对建设 投资、经济效益等都有着极大的影响。 本设计是年产 10 万吨合成氨厂造气工段的车间布置(见附图) 。生产流程采用常压固定床间歇制 气法,主要设备有煤气发生炉、燃烧室、废热锅炉、洗气箱、烟囱、洗涤塔、水泵、空气鼓风机。因 为生产过程中以煤为原料,生产过程大部分装置都会放出大量的热,并且易产生有毒气体。根据建筑 设计防火、防毒规范,该装置属于甲类生产,所以该车间的生产装置宜采用敞开式厂房。设备采用三 列布置,煤气发生炉布置在框架屋面上为第一列,燃烧室、废热锅炉、洗气箱、洗涤塔、烟囱为第二 列完全布置,泵房安装在另一单层封闭式厂房为第三列。整个厂区主导风向是西南风,生活部门中的 办公室、休息室、厕所及化验室、仪表控制室也布置在南面以及充分利用太阳能采暖,而泵房、维修 房、消防间、电工房、配电房布置在北面。所有管道沿框架柱子布置,既整齐美观又不需要单独数设 管架,节约投资费用。 因原料煤是间歇加入,所以布置在有墙的房间内,且在煤气发生炉顶部。整个装置根据各类设备 特点、操作要求,采用露天、框架及室内相结合的方式布置,满足了生产工艺的要求,并有效地利用 了建筑面积和土地。节约基建投资。

8 安全技术与节能
8.1 安全技术 A、为了保证国家的财产和工作人员的安全,合成氨厂造气工段使用的安全装置有: 1.分析取样装置、吹扫装置及排放装置; 2.安全阀、泄露阀(或防爆膜) 、钟罩阀、止逆阀、安全水封、汽封装置及水位计算; 3.联锁装置及警报装置; 4.安全防罩、行程限位装置; (1)安全救护用具和测一起以及消防器材; (2)仪表指示和讯号控制装置; (3)电器设备和照明采用防爆型灯; (4)通风装置。 B.为了安全生产,对于工作人员,我们必须:

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1.培养素质过硬的操作、分析人员: 2.定期对各设备进行检修: 3.注意操作室的通风情况,以免发生煤气中毒: 4.严格遵守厂区内有关规定。 8.2 节能 我国中小型氨厂都以煤(或焦)为原料进行常压间歇制气,采用变换、水洗(或硫化)铜洗和合 成的生产工艺,由于采用煤为原料,而且是常压气化,能耗较高,约在 46~67× 1000000kJ/T 氨之间。 其中消耗标准原料或焦(含碳 84%)1.0~1.3t/t 氨,电耗约 1000~1450kwh/t 氨。一般而言,原料煤 和燃烧两者之和约占能耗的 70%,电耗约占 30%。现在别论述其节能方法和措施。 单位氨产量所消耗的原料煤(或焦)和燃料煤构成了合成氨厂主要原因能耗的部分。此两煤消耗 的高低,首先取决于造气、变换工序的能耗水平,其次决定于全厂余热回收利用的程度,以及原料气 消耗定额的高低。 A、造气的节能 造气工段是合成氨厂料煤消耗所在, 又是工艺蒸汽 (制气用) 的主要用户, 其能耗约占全厂 60%。 为此,各氨厂对造气工段的节能都十分重视。其节能措施大致有: (1)采用新型炉篦 间歇式造气炉为移动床气固加工式设备, 其中造气炉炉篦系关键部件。 它承担着均匀分布气流 (空 气和蒸汽流)均匀排除灰渣打的任务,以确保气固间均匀接触反应。除此之外,为了实现高温制气条 件,炉篦还必须具有强力的碎渣能力。实践证明,采用新型炉篦,造气炉的发气能力有了明显增强, 蒸汽用量和原料煤消耗则明显降低。 (2)采用过热蒸汽制气和蒸汽自调 过热蒸汽制气可延长制气层长度,提高蒸汽分解率和煤的烧出率,并能增加制气强度,蒸汽自调 是使蒸汽流量随制汽时间而逐渐下降,它能提高蒸汽分解率并降低蒸汽消耗。 (3)降低吹风系统的阻力 降低吹风系统的阻力可有效地提高单位时间的吹风气量,相应增加制气时间并提高吹风效率。实 践已证明,这一措施有利于增大制气能力并降低消耗。 (4)合理的原料管理和合适的煤球制作条件 原料煤(或焦)的管理对造气十分重要。应保证干燥煤(焦)入炉,并且粉煤必须筛尽。当使用 粉状或灰熔点低、热稳定性不良的原料煤时,常预先制成煤球,例如,制成黄泥和石灰碳化煤球。此 时,应探求合适的泥煤比和石灰/煤比,使制出的煤球具有较高的灰熔点,又具有合理的破碎强度(通 常以 40~60kgf/个为宜) ,只有这样,才能获得高产低耗的气化效果。 (5)造气操作条件调优 造气炉的调优包括合理的吹风,合适的上下吹时间和蒸汽用量、稳定的炭层和相应的加炭出渣制 度等内容,消耗较高等内容,消耗较高的工厂应注意通过调试,解决降低消耗问题。

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(6)造气余热回收改善 改善余热回收是节能降耗电量的重切问题, 例如, 未回收吹风气潜热的小氨厂可增设风气燃烧炉, 以回收吹风气中 CO 潜热,产生低压蒸汽供制气用。另外,回收下吹气的显热用于加热锅炉给水等, 也是一项有效的节能措施。 B、中小型氨厂中,造气、变换和合成工段存在一定的余热,可以加以利用,而造气变换和铜洗 工段又需要供应一定的蒸汽。余热综合利用的目的是更多地回收余热并减少外供蒸汽的用量,以降低 燃料煤的消耗。 总而言之,在中小型氨厂中,分级利用过程余热,日益受到工厂的重视。例如,变换余热供铜洗使用, 合成余热产生蒸汽供变换使用,造气余热转化为低压蒸汽自身过程使用。其余低温余热做预热锅炉热 水之用等等,这些方法都已为众多氨厂所使用。

9 投资和成本估算
9.1 人员工资 9.1.1 人员编制 本设计只将造气工段的岗位人员编制,而技术人员、行政人员列入车间(本厂) 管理部门,故只对造气工段进行投资和成本估算,同时考虑生产的连续性和五天工作制的实行。 适当地安排就业人员及就业人员的劳动强度,人员编制如下: 制气工段: 工段长:1 人 值班公长:1× 7=7 人 自动机控制室:2× 7=14 人 控制室操作工:2× 7=14 人 炉操作工:2× 7=14 人 下灰工:2× 7=14 人 分析工:1× 7=7 人 风机工:1× 7=7 人 合计:80 人 9.1.2 一年支付工资及附加费 每人每月平均工资按 1000 计算,工资附加费按工资的 5%计:

1000× 12× 80× (1+5%)=100.8 万元 9.2 总投资计算 9.2.1 固定资金 (1)设备费,见表,单位:万元

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表 17 设备费
项目 煤气发生炉 废热锅炉 燃烧室 湍球塔 洗气箱 烟囱及除尘器 自动控制机 风机 水泵 管道阀门 仪表 合计 数量(台) 9 9 9 9 9 9 9 6 10 单价(万元) 45 18 25 17 3.5 4 1.6 2.5 0.7 金额(万元) 405 162 225 153 31.5 36 14.4 15 7 40 25 1113.9

(2)安装费 按设备费的 20%计:1113.9× 20%=222.78 万元 (3)设备折旧费 按设备费和安装费的 5%计: (1113.9+222.78)× 5%=66.8 万元 (4)土建费 以每套设备 50 万元计:50× 9=450 万元 (5)征地费用: 共征地 8 亩,每亩 7 万元,则共 56 万元 (6)设计费 按固定投资的 2%计: (1113.9+222.78+450+56)× 2%=36.8 万元 (7)不可见费 按设备费的 3%计:1113.9× 3%=33.4 万元 (8)维修费 按设备的 4%计算:1113.9× 4%=44.6 万元 (9)管理费 (维修费+设备折旧费)X10%: (44.6+66.8)× 10%=11.1 万元 (10)折旧费 按 40 年计: (1113.9+56+36.8+33.4)/40=31 万元 总折旧费:31+66.8=97.8 万元 固定资金=设备费+安装费+土建费+征地费+设计费+不可见费

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=1113.9+222.78+450+56+36.8+33.4=1916.28 万元 9.2.2 建设期贷款利息 50 万元

9.2.3 流动资金 取本车间水、电、煤、蒸汽和工资付出 2 个月作为流动资金。 每年以 1.煤:以 250 元/吨计: (100× 42968.75)/(238× 1000)× 300× 250=3249.8 万元 24× 2.电:按每度电 0.4 元计:年耗 1000 万度:10000000× 0.4=400 万元 3.水: 软水:每吨 2.0 元/吨计: 夹套锅炉:42968.75/238× 54.9/1000=10 吨/时 废热锅炉:42968.75/238× 103/1000=18.6 吨/时 软水: (10+18.6)× 300× 24× 2.0=41.2 万元 循环水一般产 1000Nm3 煤气循环水费为 0.5 元 42968.75/1000× 300× 0.5=15.5 万元 24× 4.蒸汽费 进炉蒸汽以每吨 20 元/吨计,费热锅炉产汽以 18 元/吨计,夹套锅炉以 10 元/吨计 消耗汽:127.8× 42968.75/(238× 1000)=23.07 吨/时 夹套锅炉产汽:50.8× 42968.75/(238× 1000)=9.17 吨/时 废热锅炉产汽:96× 42968.75/(238× 1000)=17.33 吨/时 (23.07×20-9.17×18-17.33×10)×300×24=88.58 万元 流动资金=2/12×(3249.8+400+41.2+15.5+88.58+100.8)=649.3 万元 所以, 总投资=固定资产+流动资金+利息 =1113.9+649.3+50=1813.2 万元 9.3 成本计算 年产气量:年产气量 G=100000× 3300=3.3× 5KNm3 10

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表 18 成本计算
成本项目 一、材料 1.煤 2.电 3.软水 4.循环水 5.蒸汽 二、工资附加费 三、车间经费 1.折旧费 2.维修费 3.管理费 合计 97.8 44.6 11.1 4049.38 2.96 1.35 0.34 121.48 3249.8 400 41.2 15.5 88.58 100.8 98.48 12.12 1.25 0.5 2.68 3.05 年成本(万元) 每 KNm3 成本(元)

由上表可知:生产 1KNm3 的半水煤气需用 121.48 元

则 1Nm3 的半水煤气成本为:0.121 元

参考文献
【1】陈德祥 陈秀等编 .煤化工工艺学. 煤炭工业出版社出版 1998.2 【2】钟蕴英、关梦嫔、崔开仁、王惠中编 .煤化学. 中国矿业大学出版社出版,1988.7 【3】煤炭加压气化. 中国建筑工业出版社出版,1981.3 【4】郭树才编 .煤化工工艺学. 化学工业出版社出版,1991.3 【5】沙兴中、杨南星编 .煤的气化与应用. 华东理工大学出版社出版, 【6】张成芳编 .合成氨厂工艺技术与节能. 华东化工学院出版社出版。1990.4 【7】梅安华主编 .小合成氨厂工艺技术与设计手册.(上册)化学工业出版社出版 【8】李永恒主编 .造气动技术问答. 化工部上海化工研究院,化工部化肥工业科技情报中心站出版,1993 (上、下) ,天津科学技术出版社 1999

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湖南科技大学本科生毕业设计(论文)





本设计结合实践生产,完成年产八万吨合成氨造气工段的初步设计,从小合成氨厂的生产能力和 生产成本出发,采用间歇制气流程。并结合理论,对典型设备作了科学的计算,包括物料、能量衡算, 和选型计算。相应的在设计中对间歇制气流程工艺过程的选择原理,工艺、工厂布置等都作了详尽的 阐述,本设计联系实际,结合生产,以科学的理论为指导,方案可行,有一定的推广价值。 通过此次设计,巩固和深化了专业知识,并了解了化工设计的程序和方法。同时也培养了我灵活运用 知识去发现问题,思考问题和解决问题的能力,在设计中也使我认识到作为一个化工工作者,必须具 有一丝不苟、严谨的工作作风和吃苦耐劳的精神。 此次设计,我受益匪浅,同时使我发现了许多不足之处,比如综合运用知识的能力,将理论运用 到实践中不能照本宣科,不能生搬硬套。为此我将更加努力学习,在以后的实践中不断学习并积累经 验,逐步完善知识结构。总之,此设计意义深远。 此设计是在刘和秀老师的悉心指导和大力支持下圆满完成的, 在提供大量资料的同时也给我许多 宝贵的意见。为此,谨向。。老师表示衷心的谢意! 。 本设计由于本人知识的欠缺。也存在着一些不足之处,诚请各位老师和同学批评指正。谢谢!

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