年产20万吨合成氨造气工段工艺设计_毕业论文

毕 业 设 计 论 文 题目年产20万吨合成氨造气工段工艺设计作者学院化学化工学院专业化学工程与工艺学号指导教师二一一 年 六 月 七 日湖 南 科 技 大 学毕业设计论文任务书 化 学 化 工 院 化 工 系教研室系教研室主任: 签名 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 化学工程与工艺 1 设计论文题目及专题： 年产20万吨合成氨造气工段的工艺设计 2 学生设计论文时间：自 2021 年 02 月 20 日开始至 2021 年 06 月 07日止3 设计论文所用资源和参考资料：1 ?化工设计? 2 ?化工设备设计? 3 ?化工工艺设计手册? （4） ?合成氨工艺与节能? 5 ?小型合成氨厂工艺设计手册? 6 ?合成氨生产工? 7 ?小型合成氨厂生产操作问答? 8 ?物理化学手册? 9 ?合成氨原料气生产? 10 氮肥厂现场实习资料 4 设计论文应完成的主要内容：1 总论 2生产流程及生产方案确实定 3生产工艺流程表达 4工艺计算 5工艺管道设计 6平安与“三废处理 7) 技术经济 5 提交设计论文形式设计说明与图纸或论文等及要求：（1) 递交设计说明书一份，字数达20000-25000字； （2) 图纸三张，包括带控制点生产工艺流程图，车间立面布置图，车间平面布置图。 6 发题时间： 二一一 年 二 月 二十 日指导教师： 签名学 生： 签名湖 南 科 技 大 学毕业设计论文指导人评语主要对学生毕业设计论文的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本图纸标准程度，存在的缺乏等进行综合评价指导人： 签名年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计论文评阅人评语主要对学生毕业设计论文的文本格式、图纸标准程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的缺乏等进行综合评价评阅人： 签名年 月 日 评阅人评定成绩： 毕业设计论文辩论记录日期： 2021年6月11日 学生： 学号： 班级：化学工程与工艺三班 题目： 年产20万吨合成氨造气工段工艺设计 提交毕业设计论文辩论委员会以下材料：1 设计论文说明书共51 页2 设计论文图 纸共3页3 指导人、评阅人评语共2 页毕业设计论文辩论委员会评语：主要对学生毕业设计论文的研究思路，设计论文质量，文本图纸标准程度和对设计论文的介绍，答复以下问题情况等进行综合评价辩论委员会主任： 签名委员： 签名签名签名签名 辩论成绩： 总评成绩： 摘 要本设计是年产能力为20万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.煤造气的开展及开展趋势；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.平安技术，绿色环保及节能；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；造气；半水煤气；工艺；设计AbstractThis design is a primary design about the synthesis of ammonia 200000T/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 equipment.5. Safety ,Green Initiative 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;gas making;semi-water gas;technology design目 录第一章 前 言1第二章 合成氨造气概况22.1 合成气原料的选择22.2 煤气化开展史22.3 煤气化技术开展趋势2第三章 生产方法的选择及论证43.1 生产方法的介绍43.1.1 固定层间歇气化法43.1.2 固定层连续气化法43.1.3 沸腾层气化法53.1.4 水煤浆制气法53.2 生产方案的选择及论证5第四章 常压固定床间歇气化法64.1 半水煤气定义64.2 固定床气化法的特点64.3 生产半水煤气对原料的选择64.4 半水煤气制气原理74.5 发生炉内燃料分布情况84.6 各主要设备的作用84.6.1 煤气发生炉84.6.2 燃烧室94.6.3 废热锅炉104.6.4 洗气箱104.6.5 洗涤塔114.6.6 烟囱114.6.7 自动机114.7 间歇式制半水煤气的工艺条件114.7.1 温度114.7.2 吹风速度114.7.3 蒸汽用量124.7.4 燃料层高度124.7.5 循环时间124.7.6 气体成分124.8 生产流程的选择及论证124.9 间歇式气化的工作循环134.10 间歇式制半水煤气工艺流程14第五章 工艺计算165.1 煤气发生炉含燃烧室的物料及热量衡算165.2 物料及热量衡算175.2.1 物料衡算185.2.2 热量衡算195.2.3 吹风效率195.2.4 热量平衡表205.3 制气阶段的计算205.3.1 物料衡算205.3.2 热量衡算225.4 总过程计算245.4.1 燃料使用分配245.4.2 每100kg燃料的生产指标245.4.3 物料衡算245.4.4 热量衡算265.5 配气计算265.6 消耗定额275.7 吹净时间核算275.8 废热锅炉的热量衡算285.8.1 设条件285.8.2 热量衡算305.8.3 热量平衡和总固体平衡325.9 夹套锅炉的物料及热量衡算335.9.1 条件335.9.2 产气量及消耗两计算33第六章 设备计算346.1 煤气炉指标计算346.2 煤气台数确实定356.3 空气鼓风机的选型及台数确定35第七章 各设备的选型及工艺指标377.1 3米型煤气发生炉的工艺指标377.2 燃料室的工艺指标377.3 洗气箱工艺指标387.4 索尔维式废热锅炉工艺指标387.5 填料式洗涤塔工艺指标397.6 煤气发生炉自动加煤机工艺指标407.7 10000m3螺旋式气柜的工艺指标407.8 集尘器41第八章 车间布置简述42第九章 平安技术与节能439.1 平安技术439.2 绿色环保节能43第十章 投资和本钱估算4510.1 人员工资4510.1.1 人员编制4510.1.2 一年支付工资及附加费4510.2 总投资计算4510.2.1 固定资金4510.2.2 建设期贷款利息4610.2.3 流动资金4710.3 本钱计算47第十一章 结论49参 考 文 献50致 谢51第一章 前 言 本设计为年产20万吨合成氨厂造气工段的初步设计。氨的分子式为NH3,在标准状态下是无色气体，比空气轻，具有特殊的刺激性臭味，能刺激人的黏膜。氨易溶于水，能溶于醇、丙酮、三氯甲烷、苯、乙醚及其他有机溶剂中。氨在常温下化学性质稳定，在高温、电火花或紫外光的作用下可分解为氮和氢。氨是重要的化工产品之一，用途广泛，在国民经济各部门中占有重要的地位。在农业方面，以氨为原料可以加工各种氮素肥料。氨还是一种重要的工业原料，广泛用于制药、炼油、合成纤维、合成树脂以及制造含氮无机盐等。合成氨生产包括三个主要步骤。第一步是制造含氮和氢的原料气；第二部是将原料气进行净化处理，以除去各种杂质和有毒成分，从而获得纯洁的氮氢混合气体；第三步是氨的合成。氨的合成以氮、氢两种气体为原料，所以制造含氮和氢的原料气是合成氨的主要阶段。合成氨要求原料气为洁净的1：3的氮氢混合气。氢气来源于水蒸气和含有碳氢化合物的各种燃料，氮气来源于空气，如以煤为原料制气时，在制氢过程中直接参加空气，将空气中的氧与可燃性物质反响而除去，剩下的氮气与氢气混合，即得到氢、氮混合原料气。本设计是在工艺和设备计算的根底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、设备投资及本钱估算。此外，随书附有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。第二章 合成氨造气概况2.1 合成气原料的选择合成气制造的原料种类很多，但凡含有碳、含有氢或含有碳氢化合物的物质都可以作为制造合成气的原料。一般原料可分为三类：固体原料焦炭、无烟煤、褐煤等；液体原料重油、原油、轻油以及水等；气体原料天然气、油田气、焦炉气以及炼厂气等。在合成气制造过程中，除需上述各种原料之外，还需其他一些气体。如空气、氧气、水蒸气等。通常把这些气体成为气化剂。目前小合成氨厂大多使用固体燃料气化法制取煤气。本设计即使采用无烟煤气化法制取半水煤气。2.2 煤气化开展史煤炭气化，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响将煤或焦碳中的可燃局部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局部。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，一些工业兴旺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生产复原气或氢：4联合循环发电。2.3 煤气化技术开展趋势当前国内外煤完全气化技术开展的趋势，概括地可以归纳出如下几点： 1气化向大型化方向开展，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开展，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开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。第三章 生产方法的选择及论证3.1 生产方法的介绍煤气化方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局部气化方法；2间接供热；3由平行进行的反响器直接供热；4热载体供热。3.按反响器的形式分类，气化方法有1移动床固定床；2流化床；3气流床；4熔融床。本设计按反响器的分类方法来分别简要介绍各种方法。3.1.1 固定层间歇气化法 固体燃料被氧气或空气或者氧化物如水蒸气等气化而生成氢气、一氧化碳等可燃性气体的过程成为固体燃料气化，简称为“造气。气化所生成的气体，称为煤气，而用于固体燃料气化的设备，叫煤气发生炉，也称为气化炉。在气化过程中间断地进行加料、排渣、制气等操作，称为固定层间歇式气化。间歇式气化炉是一个直立式圆筒体。原料焦炭或无烟煤块状由路上部参加炉内，空气自炉篦下面吹入炉中，与炉内固体燃料进行氧化反响，待炉内煤、炭被进一步燃烧加热后，改通水蒸气或蒸汽与空气的混合气进行气化制气。为了维持炉内炭层温度稳定，吹入气体要不断地改变吹入方向，制气过程完结后，停止蒸汽入炉，再用空气吹净。这样间歇式气化可分为：空气预热、上吹制气、下吹制气、二次上吹、空气吹净等五个过程。在生产中，这五个过程交替进行，一般每3min进行一个循环。固定层间歇气化法对燃料质量要求较高必须具有2575mm的粒度，并且由于生产是间歇的，生产强度较低，造气系统的热能回收较差。3.1.2 固定层连续气化法 同样是固定层煤气发生炉，但是，制气过程是连续进行的，称为固定层连续气化方法。固定层连续气化方法是针对固定层间歇气化方法的缺点开展而来的。所不同的是，连续气化法采用的气化剂是富氧空气指氧含量大于空气中的氧含量的气体，由于气化剂中氧含量高，就保证了气化过程中所需要的热量，使生产能够连续进行。固定层连续气化可使用较小块得煤、焦，不但可以充分利用原料，而且大大提高了固定炉的气化强度。3.1.3 沸腾层气化法 沸腾层气化是在一直立的大型圆筒体沸腾炉中进行的，用于气化010mm小颗粒燃料主要是褐煤或半焦。自炉下部侧面参加炉内，氧气或富氧与蒸汽的混合气由炉篦底部以较强的气压鼓入炉内，吹动燃料煤处于悬浮状态，并且进行剧烈的气化反响。沸腾层气化是连续地进行加料，连续地进行吹入氧气与蒸汽，生产过程是连续进行的，生产能力比拟高，操作简便，并且能充分利用劣质原料。但是设备比拟庞大，耗氧量多，投资较大。3.1.4 水煤浆制气法 水煤浆制气时先把煤磨成煤粉之后再与水混合以制成水煤浆，而后与氧气在气化炉中裂解城裂化气，此裂化气经废热锅炉进行能量回收及除灰后，再经洗涤塔水洗后制成粗原料气。3.2 生产方案的选择及论证与固定层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根本国情是不相符的。所以，虽然固定床其工艺较其它气化工艺有其缺乏之处且工艺较为落后。但其气化工艺较之其它工艺更成熟。根据我国根本国情及当地情况本设计采用常压固定层间歇气化法。第四章 常压固定床间歇气化法4.1 半水煤气定义 半水煤气是以水蒸气为主参加适量的空气为气化剂与赤热的炭反响，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。4.2 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，随着气化反响的进行，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。4.3 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35%。2对挥发份的要求 燃料中如果挥发份含量高，那么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，那么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。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，阻碍气化剂的均匀分布，影响气体成分和制气产量。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，其次对粒度那么要求采用块煤和粉煤的成型，特别以2350mm的粒度最好。总之，对间歇式生产水煤气，假设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。4.4 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响和碳与蒸汽的反响，这两个反响称为固体燃料的气化反响。表4.1 以空气为气化剂主要反响方程序号反响方程式1CO23.76N2=CO2+3.76N22CO=23.76N2=2CO+3.76N23CCO23.76N2=2CO+3.76N=242C3.76N2O23.76N2=CO27.52N2表4.2 以水蒸汽为气化剂主要反响方程式序号反响方程式1CH2O汽=COH22C2H2O汽=CO22H23CO2H2O汽=CO2H242H2O2=2H2O汽5CH2=CH46CO3H2=CH4H2O7CO24H2=CH42H2O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，其化学反响按以下方程式进行：2CO23.76N2 = 2CO23.76N2CH2O汽= COH2这种煤气的组成由上列两反响的热平衡条件决定。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：N2=3要求，但是在实际生产中要求半水煤气COH2：N2 3.2。4.5 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，进行燃料的气化反响，同时伴随物理变化，燃料层大致可分为如下图的5个区层(1)枯燥层 新参加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，形成枯燥层，枯燥层的厚度与参加燃料的量有关。(2)干馏层 枯燥层下面温度较高，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，干馏层厚度小于枯燥层。灰渣层氧化层干馏层枯燥层复原层图4.1燃料层分区示意图 3复原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已含有各种气体成分，而在复原层里，主要进行CO的复原反响。 4氧化层 在这里层中，从下面来的空气与弹反响，生成碳的氧化物，因为氧化速度较快，故其厚度比复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响。一般将复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，没有化学反响发生，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。4.6 各主要设备的作用4.6.1 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U.G.I水煤气炉。我国自行设计和制造了炉径为1500，2260，3000，3600等一系列半水煤气炉，他们的结构与UGI半水煤气炉根本相同。 水煤气发生炉的结构大致分为五个局部，起各局部的作用分叙如下：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，水位自动调节器和平安阀等附件。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，起平安作用。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。4.6.2 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，防止直接冲撞室壁，以减少对耐火砖的磨损，并使气体在室内分布均匀。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，防止设备损坏。 表4.3 发生炉内情况区域区域名称用途及进行的过程化学反响灰渣层分配气化剂，防止炉蓖受高温的影响，在本区域中，借灰渣预热气化剂。最终反响：CO23.76N2=CO23.76N22CO23.76N2=2CO3.76N2氧化层燃烧层碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出热量。CO2C=2COH2OC=COH22H2OC=CO22H2复原区二氧化碳复原成一氧化碳或水蒸气分解为氢，燃料依靠热的气体而被预热。干馏区燃料依靠热气体换热进行分解，并析出以下物质：1水分；2醋酸、甲醇、甲醛及苯酚；3树脂；4气体CO、CO2、H2S、CH4、C2H4、氨氮和氢。枯燥区依靠气体的显热来蒸发燃料中的水分自由空间起聚积煤气的作用。有时，煤气中局部一氧化碳与蒸汽进行反响：H2OCO=CO2H24.6.3 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18Mpa的蒸汽，为制气和其他用途提供一局部蒸汽来源。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，内部装有假设干根无缝钢管。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。别离下来的 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500700出炉后可降至200左右。由于废热锅炉上部装有气泡，为保持炉体重心到达平衡，防止根底受力不均而下陷，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。4.6.4 洗气箱 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75125mm，水至箱顶参加，不断地从锥体局部的溢流管溢出。以保持一定的水面，起到平安水封的作用。它是煤气炉系统确保平安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。4.6.5 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。4.6.6 烟囱 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，另还兼有封和除尘的作用。4.6.7 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根本实现自动化。 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，保证生产稳定和平安。4.7 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。气化过程的工艺条件有：4.7.1 温度 反响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，反响速度快，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10001200。4.7.2 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，缩短二氧化碳在复原层的停留时间。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。4.7.3 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，那么煤气产量愈大。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响，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。4.7.4 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，那么燃料层不宜过高。4.7.5 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，因反响速度慢，应采用较长的循环时间。4.7.6 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%，否那么将引起后序工段的困难，氧含量过高还有爆炸的危险。4.8 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用。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这是我国目前广泛使用的一类流程，它可使大局部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的差异仅在于下行煤气的显热易于回收，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3两种流程为最正确，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。4.9 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个阶段分别表达如下：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集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响后，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，经灼热的气化层反响，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 根本同一次上吹制气阶段，但不参加氮空气，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 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，目前正在开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3.2所示。 阀门开闭情况见表3.4图4.2 间歇制半水煤气各阶段气体流向表4.4 各阶段阀门开启情况阶段阀门开闭情况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4.10 间歇式制半水煤气工艺流程 流程中一般设有煤气发生炉、煤气除尘、余热回收、降温及气体储存等设备。对于一般的间歇制气，吹风气须放空，故备有两套管路轮流使用，以分别进行吹风和制气作业。由于每个工作循环中有五个不同的阶段，所以流程中必须安装足够的阀门，并通过自动控制机控制阀门的启闭。 由于热能回收的程度、方法不同，形成了不同的间歇式制半水煤气的工艺流程。主要有中型氨厂块煤制气工艺流程和小型氨厂固体燃料制气工艺流程。 本设计为小型氨厂固体燃料制气工艺。该流程的主要特点： 本流程采用以设备代替配管，简化了工艺流程，加大了系统气体流动通道截面积，降低了气体的流速，减轻了气体中带出物对金属的磨损和阻塞现象。顺流程的气体中的显热及副产蒸汽和软水加热回收了吹风气、上行和下行煤气中的显热。气体温度逐级下降，减轻了系统阻力，提高了半水煤气的产量。因进洗涤塔的气体温度较低，节省了洗涤、冷却用水量等的优点。 流程中吹风气只进行了显热的回收，而对吹风气的潜热没有进行回收。目前绝大局部小氮肥企业，回收了上行煤气和吹风气的显热，这局部的显热，其中主要是副产低压蒸汽或者过热蒸汽两种形式。对于吹风气潜热回收，主要采用“合成二气指合成放空气和储槽气连续输入，吹风气集中燃烧的吹风气回收的工艺路线。 间歇式制半水煤气的工艺流程图如以下图所示。图4.3 间歇式制半水煤气的工艺流程如图3所示，固体燃料由加料机从炉顶间歇参加炉内，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。燃烧室中参加二次空气，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。燃烧室盖子具有平安阀作用，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、洗气箱和洗涤塔进入气柜，此时燃烧室不必参加二次空气，在上、下吹制气时，如配入加氮空气，那么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，以防止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。第五章 工艺计算5.1 煤气发生炉含燃烧室的物料及热量衡算条件确实定: 表5.1 入炉煤组成，重量%13CHONSAM合计54.700.782.230.280.8933.128.00100燃烧热值 18188kJ/ 1 吹风气组成，体积%表5.2 吹风气组成体积%12CO2O2COH2CH4N2合计H2S16.550.356.563.340.7672.451000.85g/Nm32 半水煤气真正组成，体积%表5.3 半水煤气组成体积%CO2O2COH2CH4N2合计H2S5.50.2037.10510.545.661001.45g/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； 4 生产循环时间%，时间S表5.4 生产循环时间吹风上吹下吹二次上吹吹净合计203136761003655.864.8s12.610.8180s 5 计算基准：100kg入炉燃料 6 带出物数量及其组分带出物数量：2kg绝对干料8 带出物组分及各组分重量表5.5 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=0.03O0.4720.0047=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/ 7 灰渣组成及其各组分重量 灰渣组成，重量%14.60 0.3 85.2100C S 灰分合计灰渣重量按灰分平衡计算，kg33.12-0.280.852=38.54灰渣各组分重量，kgC 38.540.146=5.6S 38.540.003=0.1灰分38.540.852=32.84合计：38.54 8 燃料气化后转入煤气中的元素量，kgC 54.701.655.6=47.45H 0.788.02/180.03=1.64O 2.235.616/180.01=7.2N 0.280.02=0.26S 0.890.010.1=0.78合计：57.33计算误差=10057.3338.542/100100%=2.13%5.2 物料及热量衡算 吹风阶段的计算：以100kg入炉燃料为基准5.2.1 物料衡算1每Nm3吹风气中含有的元素量，kgC 120.16550.06560.0076/22.4=0.128 H 20.03340.00762/22.40.000852/34=0.00438O 320.00350.16550.06560.5/22.4=0.288N 214/22.40.7245=0.906S 0.0008532/34=0.00082由碳平衡计算吹风气量：47.45/0.128=371Nm33由氮平衡计算空气用量：3710.9060.770.02/0.7928/22.4=340m3 注：0.79为N2在空气中所占的比例空气带入水汽量 ： 3401.2930.0213=9.361.293为空气密度4氢平衡以kg计进项：a燃料带入氢量：1.64b空气中水蒸汽带入氢量：9.362/18=1.04合计： 2.68出项：a. 吹风气中含氢量：3710.00438=1.62 b.吹风气中水汽含量：2.681.62=1.06合计： 2.68吹风气中水汽含量：1.0618/2=9.54每标准m3吹风气中水汽含量：9.54/371=0.02575氧平衡以kg计进项：a. 燃料带入氧量： 7.2 b.空气中含氧量： 3400.2132/22.4=102c.空气中水汽含氧量：9.3616/18=8.32d.合计： 117.52出项：a. 吹风气中氧量：3710.288=106.85 b.吹风气中水汽含氧量：11.9716/18=10.64c.合计： 117.49误差：117.52117.49/117.52100%=0.03%6硫平衡以kg计进项：燃料带入硫量：0.78出项：吹风气中含硫量：3710.0008=0.305.2.2 热量衡算a.进项以kJ计1燃料热值：10018188=18188002燃料显热：100251.0467=2616.751.0467为燃料的比热3干空气显热：12340251.2979=11032.154空气中水汽的焓：139.362826.09=26452合计：1858901b.出项以kJ计1吹风气热值：3711180.78=438070其中1 m3吹风气热值为12：128100.0334126840.0656399840.0076=1180.782干吹风气显热：3711.408600=313421其中1 m3干吹风气显热为120.16552.0660.00351.4200.06561.3600.03341.3020.00762.2550.72451.352=1.408kJ/ m3.3吹风气中水汽的焓12：11.973696=442414带出物热值：300302=600605带出物显热12：21.0467600=1256.046灰渣中可燃物热值12：340205.6105000.1=1915627灰渣显热12：38.540.94200=7245.52 8热损失取燃料发热量的6% 18188000.06=10912818合计：1164984KJ9积蓄在煤层中的热量：18589011164984=6939175.2.3 吹风效率积蓄在煤层中的热量/原料热值100%=693917/1818800100%=38.15%5.2.4 热量平衡表表5.6 热量平衡表kJ进项出项燃料热值 1818800吹风气热值 438070燃料显热 4590干吹风气显热 313421干空气显热11032.15 吹风气中水汽的焓44241 空气中水汽的焓 26452带出物热值 60060