煤化工課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　第1章 前 言 </p><p><b>　　概述</b></p><p>　　固定床煤氣化技術(shù)是最先實(shí)現(xiàn)運(yùn)用的工業(yè)化技術(shù)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的合成氨工業(yè)為糧食增產(chǎn)和軍工業(yè)的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。國(guó)之大事無非足糧足兵，糧食充足則天下大定，諸項(xiàng)事業(yè)皆可繁榮；兵堅(jiān)器銳則國(guó)自安，外敵無隙可乘。德國(guó)作為后起的帝國(guó)主義國(guó)家，外無廣大的殖民地可供掠奪

2、并提供原料，國(guó)內(nèi)資源缺乏。但是德國(guó)通過發(fā)展合成氨工業(yè)，既解決了糧食問題，又解決了軍事工業(yè)發(fā)展必須的硝銨供應(yīng)，遂有能力起而與日不落帝國(guó)爭(zhēng)奪生存空間，歷數(shù)年而不敗，最后因石油供應(yīng)短缺和美國(guó)參戰(zhàn)而被迫投降。處理戰(zhàn)后國(guó)際格局安排的巴黎和會(huì)，其中重要但已為人忘卻的決議之一就是要求德國(guó)向全世界公開合成氨工業(yè)的技術(shù)。合成氨工業(yè)的極端重要性由此可見。巴黎和會(huì)后，全世界均以煤為原料，采用固定床煤氣化技術(shù)發(fā)展合成氨工業(yè)。民國(guó)時(shí)期，國(guó)民政府最重大的工業(yè)建設(shè)之

3、一即為南京永利寧鈕廠年產(chǎn)6萬噸合成氨裝置，1937年毀于抗日戰(zhàn)爭(zhēng)。</p><p>　　上世紀(jì)四五十年代是全球煤化工發(fā)展的黃金時(shí)間時(shí)期，但隨著石油的大量發(fā)現(xiàn)，中東廉價(jià)石油的開發(fā)，石油化工興起，煤化工逐步退出。至上世紀(jì)六七十年代，全世界除中國(guó)和南非外煤化工時(shí)代已經(jīng)完全結(jié)束，煤氣化技術(shù)的發(fā)展完全停止。上世紀(jì)七十年代石油危機(jī)爆發(fā)后，煤氣化技術(shù)再度受到重視，相繼開發(fā)了德士古水煤漿氣化、殼牌煤粉氣化等技術(shù)，并建立示范工程用

4、于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。但是僅有美國(guó)帝斯曼公司采用德士古水煤漿氣化技術(shù)建設(shè)的甲醇、醋酸裝置進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行，其余項(xiàng)目均止于示范工程階段。上世紀(jì)九十年代以后，國(guó)外的煤氣化技術(shù)進(jìn)入中國(guó)，用于合成氨甲醇的新建項(xiàng)目以及油頭合成氨裝置的技術(shù)改造。</p><p>　　中國(guó)由于特殊的歷史條件和資源條件，上世紀(jì)五十年代開始大規(guī)模地采用固定床煤氣化技術(shù)進(jìn)行合成氨生產(chǎn)，用以解決國(guó)家面臨的極為嚴(yán)重的糧食短缺問題。當(dāng)時(shí)由國(guó)務(wù)院副總理陳云親自抓這

5、項(xiàng)工作。以當(dāng)時(shí)化工部副部長(zhǎng)侯德榜發(fā)明的碳銨為產(chǎn)品路線，在全國(guó)每個(gè)縣均建立小合成氨廠，甚至于有的縣建立了數(shù)個(gè)合成氨廠。這些小合成氨廠大部分在上世紀(jì)七十年代建成，并逐步穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)在上世紀(jì)七十年代初期，隨著中國(guó)與西方關(guān)系的緩和，我國(guó)用石油換取的寶貴外匯先后引進(jìn)了前十三套和后十三套合計(jì)26套的年產(chǎn)30萬噸合成氨52萬噸尿素裝置，大約在七十年代末、八十年代初相繼建成投產(chǎn)，使我國(guó)化肥產(chǎn)量在七十年代末、八十年代初顯現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng)。此時(shí)，雜交水稻良

6、種的培育也已成功，并進(jìn)入大規(guī)模推廣階段。這是我國(guó)在八十年代初期糧食巨幅增長(zhǎng)、并一舉解決千百年來未能解決溫飽問題的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)原因。</p><p>　　八十年代后期，我國(guó)的糧食和化肥均出現(xiàn)短時(shí)期的過剩。合成氨工業(yè)的發(fā)展從量的擴(kuò)增進(jìn)到質(zhì)的提高階段。大量競(jìng)爭(zhēng)力差的小合成氨廠逐步退出生產(chǎn)，剩下的小合成氨廠通過不斷的技術(shù)改造，其生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平迅速提高，同時(shí)在國(guó)家政策的支持下改產(chǎn)尿素，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品路線的調(diào)整，競(jìng)爭(zhēng)力明

7、顯增強(qiáng)。目前我國(guó)合成氨工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)、發(fā)展最快的企業(yè)集團(tuán)，其企業(yè)核心均為原先的小合成氨廠，如湖北宜化集團(tuán)、山東華魯恒升、聯(lián)盟化工、魯西化工、心連心集團(tuán)、河南駿馬集團(tuán)等，而采用國(guó)外石油路線或引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)煤氣化技術(shù)的企業(yè)，無論在發(fā)展速度，還是企業(yè)效益情況均不能與之相比。</p><p>　　1.2 煤炭氣化的定義和氣化反應(yīng)</p><p>　　1.2.1 煤炭氣化的定義</p>

8、<p>　　煤炭的氣化是指在氣化爐內(nèi)，煤在高溫下與氣化劑反應(yīng)，生成煤氣的全過程。煤炭氣化過程的基本條件是：氣化爐，氣化原料和氣化劑。氣化爐是煤炭氣化的核心設(shè)備；氣化劑為氧氣或空氣以及水蒸氣和二氧化碳等。</p><p>　　1.2.2 煤炭氣化的主要反應(yīng)</p><p><b>　　a碳的氧化反應(yīng)</b></p><p><b&

9、gt;　　b碳的部分氧化反應(yīng)</b></p><p>　　c二氧化碳的還原反應(yīng)</p><p><b>　　d水蒸氣的分解反應(yīng)</b></p><p><b>　　e水蒸氣分解反應(yīng)</b></p><p><b>　　f一氧化碳變換反應(yīng)</b></p>

10、<p><b>　　g碳的加氫反應(yīng)</b></p><p><b>　　h甲烷化反應(yīng)</b></p><p>　　煤炭氣化的目的產(chǎn)品是燃料氣或化工原料氣，煤氣的有效成分是CO.和,因此上述反應(yīng)應(yīng)根據(jù)煤氣用途的不同加以控制。</p><p><b>　　1.3 移動(dòng)床氣化</b></p

11、><p>　　1.3.1 混合發(fā)生爐煤氣</p><p>　　混合發(fā)生爐是移動(dòng)床常壓氣化技術(shù)最成熟的氣化方法之一，原料煤在煤氣發(fā)生爐內(nèi)與空氣和水蒸氣組成的混合氣化劑發(fā)生反應(yīng)，生成混合發(fā)生爐煤氣?；旌习l(fā)生爐煤氣屬于低熱值煤氣，一般在4.6～7.5MJ/之間，主要用作工業(yè)燃料氣，不能單獨(dú)作煤氣使用。</p><p><b>　　(1) 氣化過程</b>

12、</p><p>　　氣化爐為圓筒形，外殼由鋼板制造。氣化爐由爐體。爐體裝置，爐蓖，氣化劑入口和煤氣出口等部分組成。</p><p>　　煤氣發(fā)生爐內(nèi)燃料層由下至上大致可分為五層。</p><p>　　a灰渣層：在灰渣層中，氣化劑不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只與灰渣進(jìn)行熱交換，氣化劑吸收灰渣的熱量而升溫預(yù)熱，灰渣則被冷卻。</p><p>　　b氧化層:

13、主要進(jìn)行碳的燃燒反應(yīng)：,放出大量的熱量，在氧化層末端，氣化劑中的被全部耗盡。</p><p>　　c還原層：主要進(jìn)行二氧化碳的還原反應(yīng)和水的分解反應(yīng)： 反應(yīng)所需要的熱量主要由碳的燃燒反應(yīng)放熱提供，同時(shí)，變換反應(yīng)可以補(bǔ)充剖分熱量。</p><p>　　d干餾干燥層；由還原層出來的氣體（包括其中大量的）具有很高的溫度，在上升的過程中，將上部原料干餾，生成焦油蒸汽，熱解水和其他液體，氣體產(chǎn)物和半

14、焦，干餾析出的揮發(fā)份與氣體煤氣仍有較高的溫度，繼續(xù)上升將原料煤干燥。</p><p>　　e氣相空間：料層上部的氣相空間也有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，主要是CO的變換反應(yīng)。CO和（g）的含量在減少，的含量增加，反應(yīng)進(jìn)行的程度影響粗煤氣的組成和煤氣出口溫度。</p><p>　　(2)氣化過程的工藝條件 </p><p>　　在混合發(fā)生爐氣化過程中，主要的工藝條件是爐膛溫度，水蒸

15、汽加入量和鼓風(fēng)速度，這些條件直接影響氣化爐運(yùn)行狀況和煤氣的組成。</p><p><b>　　a氣化溫度</b></p><p>　　氣化溫度即爐膛內(nèi)料層溫度，它是影響煤氣質(zhì)量、氣化強(qiáng)和氣化熱效率的最重要因素。煤氣中有效成份含量的多少主要取決于的還原反應(yīng)和水蒸氣的分解反應(yīng)，料層溫度的升高，有利于這兩個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行，既可提高煤氣產(chǎn)量又可改善煤氣質(zhì)量。但料層溫度過高，會(huì)增加

16、散熱損失和煤氣帶走的顯熱損失，而且原料煤氣中灰分將會(huì)軟化、熔融而導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)渣，影響氣化爐的操作。因此料層溫度的選定應(yīng)結(jié)合原料中灰分含量的多少和灰熔點(diǎn)的高低而定，大致為1000℃~1200℃.另外對(duì)于反應(yīng)性好的原料，可以降低氣化溫度，緩減煤氣質(zhì)量與結(jié)渣之間的矛盾。</p><p><b>　　b水蒸氣加入量</b></p><p>　　混合發(fā)生爐煤氣氣化劑中的水蒸氣加

17、入量對(duì)煤氣質(zhì)量、產(chǎn)率和氣化過程的正常進(jìn)行有重要影響，水蒸氣的氣化過程中具有以下幾個(gè)作用：</p><p>　?、偎魵夥纸夥磻?yīng)，可生成煤氣中的有效成份（）;</p><p>　?、谒魵夥纸馕諢崃?，降低爐溫，可防止灰分溶化結(jié)塊，減少爐壁散熱損失；</p><p>　　③水蒸氣分解吸收熱量，降低的還原反應(yīng)，降低比；</p><p>　?、芪捶?/p>

18、解的水蒸氣導(dǎo)致顯熱損失，降低氣化熱效率。隨著水蒸氣單位消耗量的增加，水蒸氣相對(duì)分解量即水蒸氣分解率和煤氣熱值不斷降低，CO含量也隨之下降，含量有所增加。根據(jù)水蒸氣的作用，水蒸氣加入量有一個(gè)最佳比例，即以氣化爐內(nèi)灰不結(jié)渣為最低限度。</p><p>　　空氣中含水蒸氣量的多少可用相應(yīng)的空氣飽和溫度來表示。在實(shí)際生產(chǎn)中，水蒸氣加入量是通過控制空氣被水蒸氣所飽和溫度來調(diào)節(jié)的。一般情況下，水蒸氣的耗量在0.4~0.6kg

19、/(kg.碳)之間，飽和溫度控制在50℃~65℃之間，蒸汽分解率約為60%~70%。</p><p><b>　　(3) 鼓風(fēng)速度</b></p><p>　　鼓風(fēng)速度決定著氣化強(qiáng)度，鼓風(fēng)速度愈大，氣化強(qiáng)度愈強(qiáng)。提高鼓風(fēng)速度后，可以提高受擴(kuò)散控制的碳燃燒反應(yīng)的速度，增強(qiáng)單位時(shí)間內(nèi)放出的熱量，給還原反應(yīng)和分解反應(yīng)提供了充足的熱量，有利于氣化反應(yīng)，提高了氣化強(qiáng)度，增加了氣

20、化爐的生產(chǎn)能力。但受動(dòng)力區(qū)或過渡區(qū)控制的還原反應(yīng)和水蒸氣分解反應(yīng)需要一定的反應(yīng)時(shí)間，因此隨著鼓風(fēng)速度的提高，氣化劑和料層的接觸時(shí)間縮短，不利于碳的充分轉(zhuǎn)化，料層阻力相對(duì)增大，出爐煤氣中的帶出物數(shù)量也相應(yīng)增多。鼓風(fēng)速度過低，將降低發(fā)生爐的生產(chǎn)能力。所以，鼓風(fēng)速度必須控制在合適的范圍內(nèi)，氣流速度按氣化爐空橫截面計(jì)算，一般在0.10～0.20m/s之間。在實(shí)際生產(chǎn)中，煤氣產(chǎn)量是通過控制發(fā)生爐的空氣供應(yīng)量來調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)范圍為30﹪～110﹪。&

21、lt;/p><p>　　1.3.2 氣化指標(biāo)和影響因素</p><p>　　氣化指標(biāo)包括煤氣質(zhì)量，沒起產(chǎn)率，氣化強(qiáng)度，原料的損失，冷煤氣的效率，氣化熱效率和各項(xiàng)消耗指標(biāo)。影響氣化指標(biāo)的因素很多，主要取決于三個(gè)方面：氣化原料打得理化性質(zhì)，氣化過程的操作條件和煤氣發(fā)生爐的構(gòu)造。</p><p>　　氣化原料的理化性質(zhì)是主要因素，它既能影響氣化指標(biāo)，同時(shí)也決定了氣化過程操作條

22、件和發(fā)生爐的構(gòu)造的選擇。</p><p>　　(1) 煤氣的熱值和組成</p><p>　　煤氣熱值的高低與煤氣中可燃成份的含量有關(guān)。其含量的多少既取決與氣化原料中的揮發(fā)分產(chǎn)率和組成，又取決與氣化反應(yīng)生成的和主要來自二氧化碳的還原反應(yīng)和水蒸氣的分解反應(yīng)。適當(dāng)減少原料粒度以增加反應(yīng)表面積；控制適當(dāng)?shù)偷娘柡蜏囟?，維持較高的料層溫度；增加料層厚度以延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有利于氣化反應(yīng)的充分進(jìn)行，提高煤氣的

23、質(zhì)量，并且氣固之間有充分的熱量交換，使煤氣出口溫度降低，氣化熱效率提高。</p><p>　　氣化原料的反應(yīng)活性與結(jié)渣對(duì)和的含量也有影響。在爐溫情況</p><p>　　下，反應(yīng)性好的原料有利于氣化反應(yīng)；結(jié)渣性弱的原料可以適當(dāng)提高爐溫，同樣有利于氣化反應(yīng)的進(jìn)行，從而可以提高煤氣中有效成分。</p><p><b>　　a煤氣產(chǎn)率</b><

24、/p><p>　　煤氣產(chǎn)率是指氣化單位質(zhì)量的原料所得到煤氣的體積數(shù)（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。煤氣產(chǎn)率決定于原料煤中的水分，灰分，揮發(fā)分和固定碳的含量，也與氣化方法的轉(zhuǎn)化率有關(guān)。</p><p>　　對(duì)于同一類型的原料而言，原料中的惰性物（水分和灰分）越低時(shí)，煤氣產(chǎn)率決定于原料煤中的水分，灰分，揮發(fā)分和固定碳的含量，也與氣化方法的轉(zhuǎn)化率有關(guān)。</p><p>　　煤氣產(chǎn)率與原料可

25、燃組分中揮發(fā)分的含量有關(guān)。揮發(fā)分含量越高，煤氣產(chǎn)率就越低。因?yàn)樵跉饣^程中，原料中揮發(fā)分在干餾裂解或甲烷的數(shù)量很少，相當(dāng)部分轉(zhuǎn)變成了焦油，轉(zhuǎn)變成煤氣部分相當(dāng)減少。</p><p><b>　　(2) 原料的損失</b></p><p>　　氣化過程中原料的損失包括隨離開氣化爐的煤氣帶出損 失和灰渣殘?zhí)汲鰮p失。</p><p>　　當(dāng)氣化原料中小

26、顆粒含量增多時(shí)，氣流速度加大，則煤氣帶出物的數(shù)量增多。所以，原料機(jī)械強(qiáng)度愈低，熱穩(wěn)定性愈差，在氣化過程中會(huì)產(chǎn)生愈多的小顆粒和粉末，造成大量的帶出損失。</p><p>　　排出損失是由于熔融的灰分將末反應(yīng)的煤包裹不能繼續(xù)與氣化劑接觸成為碳核，隨灰渣一起排出爐外所造成的。它與原料灰分含量，灰分性質(zhì)，操作條件及發(fā)生爐結(jié)構(gòu)有關(guān)。原料灰熔點(diǎn)低，灰分含量高，氣化過程中水蒸氣用量大以及操作過程中料層移動(dòng)過快都將導(dǎo)致排除損失增

27、加。</p><p>　　(3) 氣化效率和氣化熱效率</p><p>　　氣化效率是指生成物的發(fā)熱量與所使用原料熱量之比，只利用冷煤氣的潛熱時(shí)稱冷煤氣效率，同時(shí)利用熱煤氣顯熱時(shí)，稱熱煤氣效率。</p><p>　　當(dāng)不包括焦油時(shí)：100％ （1-1）</p><p>　　式中 ——?dú)饣?/p>

28、效率，％</p><p>　　——生成煤氣的熱值，kJ/mol</p><p><b>　　——煤氣產(chǎn)率，；</b></p><p>　　——原料煤氣熱量，kJ/kg</p><p><b>　　當(dāng)包括焦油時(shí)：</b></p><p>　?。?

29、 （1-2）</p><p>　　式中——單位原料氣化生成焦油的熱量，kJ/kg</p><p>　　氣化熱效率是指生成物的發(fā)熱量與收熱量之和占所供給總熱量的百分率。表示所有直接加入到氣化過程中熱量的利用程度。</p><p>　　當(dāng)不回收廢熱時(shí)，氣化熱效率低于氣化效率。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于存在各種熱損失，實(shí)際氣化效率只有70％-80％.

30、</p><p>　　氣化過程的熱損失主要包括熱產(chǎn)物帶走的熱量和發(fā)生爐對(duì)周圍環(huán)境的熱損失。熱產(chǎn)物帶走的熱量包括煤氣的顯熱，未分解水蒸氣的熱焓以及帶出物，焦油，灰渣排出物的化學(xué)熱，潛熱和顯熱等。</p><p><b>　　(4) 氣化強(qiáng)度</b></p><p>　　氣化強(qiáng)度是指發(fā)生爐爐體單位截面上的生產(chǎn)強(qiáng)度。氣化強(qiáng)度可以有種</p>

31、;<p><b>　　不同的表示方法：</b></p><p>　　a以消耗的原料量表示，單位為kg/(㎡·h)</p><p>　　b以生成的煤氣量表示，單位為/(㎡·h)</p><p>　　c以生產(chǎn)的熱量表示，單位為kJ/(㎡·h)</p><p>　　煤氣發(fā)生爐的生產(chǎn)能

32、力取決與爐體的截面積和強(qiáng)度，氣化強(qiáng)度與氣化</p><p>　　方法，氣化原料的特性以及煤氣發(fā)生爐的構(gòu)造等因素有關(guān)。</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)過程中，煤種和發(fā)生爐的截面積都是固定的，只有適當(dāng)提高氣化強(qiáng)度，才能提高生產(chǎn)能力，同時(shí)改善煤氣質(zhì)量。</p><p>　　1.3.3 氣化過程的強(qiáng)化途徑</p><p>　　強(qiáng)化氣化過程的實(shí)質(zhì)就是

33、提高爐內(nèi)氣化反應(yīng)的速率。根據(jù)氣化過程中各層的反應(yīng)特點(diǎn)，強(qiáng)化氣化過程的主要途徑是提高氣化劑中氧氣的濃度，氣化溫度和鼓風(fēng)速度。</p><p>　　(1) 提高氣化劑中氧氣的濃度，即氣化劑采用富氧空氣與蒸汽的混 </p><p>　　合物或采用氧氣和蒸汽的混合物。氣化劑中氧氣的含量，碳的氧化反應(yīng)加速，料層溫度隨之上升，可使煤氣中有效成分CO和的含量大大增加，從而使煤氣熱值也大大提高。但是

34、為了滿足氧化層冷卻的要求，控制適宜的料層溫度，水蒸汽消耗量的增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氧濃度的增加幅度，從而導(dǎo)致了水蒸氣的分解率降低。</p><p>　　(2) 提高氣化溫度，有利于提高各氣化反應(yīng)的速度，是提高煤氣質(zhì)</p><p>　　量和發(fā)生爐能力最有效的手段。可通過改變鼓風(fēng)氣的飽和溫度來調(diào)節(jié)控制氣化溫度，亦可提高氣化劑中氧氣濃度或預(yù)熱鼓風(fēng)氣來提高氣化溫度。然而氣化溫度的提高受原料結(jié)渣性的限制

35、。實(shí)際生產(chǎn)中，爐內(nèi)氧化層溫度一般控制在1100℃～1200℃之間，根據(jù)原料的結(jié)渣特性和活性，可做適當(dāng)調(diào)整。</p><p>　　在實(shí)際的生產(chǎn)中，提高鼓風(fēng)速度是強(qiáng)化操作簡(jiǎn)便易行的方法。但是，鼓風(fēng)速度的提高受以下因素的限制：①還原反應(yīng)和水蒸氣分解反應(yīng)進(jìn)行的程度；②料層的穩(wěn)定性和帶出損失。</p><p>　　1.3.4 混合發(fā)生爐氣化對(duì)煤質(zhì)的要求</p><p>　　混

36、合發(fā)生爐氣化用煤的要求是具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和灰熔點(diǎn)。對(duì)煤種要求是選用無煙煤或焦炭或揮發(fā)分適中的不粘結(jié)和弱粘結(jié)煤?？筛鶕?jù)用戶對(duì)煤氣熱值的要求確定，并選擇與煤種匹配的煤氣發(fā)生爐。對(duì)煤質(zhì)的具體要求如下（GB9143）:</p><p><b>　　(1) 粒度</b></p><p>　　煙煤：13～25mm，25～50mm，50～100mm；</p>

37、<p>　　無煙煤：6～13mm，13～25mm，25～50mm；</p><p>　　原料的反應(yīng)性好，粒度可適當(dāng)增大。每種粒級(jí)必須單獨(dú)使用，不能混用。</p><p><b>　　灰分≤24﹪；</b></p><p><b>　　a含矸率≤2﹪；</b></p><p>　　b灰熔

38、點(diǎn)ST＞1250℃；</p><p>　　c膠質(zhì)層最大厚度Y＜12mm(無攪拌裝置)，Y＜16mm（有攪拌裝置)；</p><p>　　d抗碎強(qiáng)度＞60﹪；</p><p>　　e熱穩(wěn)定性＞60﹪；</p><p><b>　　f全硫＜2﹪。</b></p><p>　　1.3.5 煤氣發(fā)生爐&l

39、t;/p><p>　　煤氣發(fā)生爐主要有以下幾部分組成：爐體、原料加入裝置、處理料層的機(jī)械攪拌裝置、爐蓖和調(diào)節(jié)氣化劑送入裝置。常用的煤氣發(fā)生爐有3M13型和3W—G型等。</p><p>　　附圖給出3M13型煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)。這一類氣化爐具有II型爐蓖，帶有攪拌裝置。此種爐型主要適合與氣化弱粘結(jié)性的煙煤、貧煤等。</p><p>　　此種爐型具有以下特點(diǎn)：</p&

40、gt;<p>　　a煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，即可用無煙煤和焦煤，也可用弱粘結(jié)性的煙煤，如弱粘煤、氣煤、長(zhǎng)焰煤、貧煤等；</p><p>　　b采用II型爐蓖，具有較強(qiáng)的攪動(dòng)、破碎和排渣能力，對(duì)爐溫和灰熔點(diǎn)的要求可適當(dāng)放寬；</p><p>　　c采用濕法出灰，兼有冷卻灰渣和水封氣體的作用，操作過程中環(huán)境污染??；</p><p>　　d攪拌棒的運(yùn)動(dòng)使料層保持良好

41、的透氣性，對(duì)氣化反應(yīng)有利。</p><p>　　1.4 工藝流程的確定及說明</p><p>　　工藝流程中主要包括煤破碎工藝、煤凈化工藝、灰渣處理工藝、煤氣化工藝、脫硫工藝等。</p><p><b>　　(1) 煤破碎工藝</b></p><p><b>　　a破碎的應(yīng)用</b></p&g

42、t;<p>　　在煤的氣化及在煉焦時(shí)，時(shí)常需要將整塊煤進(jìn)行粉碎以滿足生產(chǎn)的要求，而在氣化中破碎則是為了將原料煤破碎至磨機(jī)給料需要的粒度。通常破碎至13mm以下反則上所有煤用細(xì)碎機(jī)都可采用，高濃度磨礦工藝希望給料粒度分布寬一些，堆積效率高一些。</p><p>　　b破碎機(jī)的選用機(jī)技術(shù)性能</p><p>　　由于破碎機(jī)常用的類型有兩種：一種為錘式破碎機(jī)，另一種是反擊式破碎機(jī)，

43、由于錘式破碎機(jī)的可調(diào)力度范圍是0～6000μm，而由于鶴崗煤要求粒度為14m，因此不可以選用，而對(duì)于反擊式破碎機(jī)則其可調(diào)力度范圍是0～20mm，因此可以選用其，對(duì)于反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)能力為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中Q—反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)量，t/h</p><p><b>　　K—系數(shù)，K≈

44、1</b></p><p><b>　　N—轉(zhuǎn)子上板錘數(shù)目</b></p><p>　　n—轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)</p><p><b>　　r—物料的松容重</b></p><p>　　由于煤的破碎能力就是其煤的生產(chǎn)能力即為1700kg/h.</p><p><

45、;b>　　因此Q就確定了。</b></p><p>　　表1-1反擊式破碎機(jī)型號(hào)規(guī)格與技術(shù)性能</p><p>　　(2) 煤的氣化工藝</p><p><b>　　a燃料的分區(qū)</b></p><p>　?、俑稍飬^(qū) 干燥區(qū)位于燃料層的最上面，上升的熱煤氣與剛?cè)霠t的燃料在這一區(qū)域相遇，燃料中的水受熱

46、蒸發(fā)，干燥區(qū)的高度與其水分含量有關(guān)，一般的其水分含量較大，該區(qū)高度較大，如果煤中水分含量較少，干燥區(qū)的高度就小。</p><p>　　②干餾區(qū) 干餾區(qū)位于干燥區(qū)的下部，還原層的上部，氣體在還原層釋放大量的熱量，進(jìn)入干餾區(qū)時(shí)溫度已經(jīng)不太高了氣化劑中的氧氣，已基本耗盡，煤在這個(gè)過程歷經(jīng)低溫干餾，煤中的揮發(fā)分發(fā)至裂解，產(chǎn)生甲烷、烯烴和焦油等物質(zhì)，它們受熱成為氣態(tài)而進(jìn)入干燥區(qū)，燃料本身的逐漸碳化。</p>

47、<p>　　干餾區(qū)生成的煤氣中因?yàn)楹休^多的甲烷，因而煤氣的熱之高，可以提高煤氣的熱值，但也產(chǎn)生硫化氫和焦油等物質(zhì)。</p><p>　?、蹥饣瘏^(qū) 氣化區(qū)位于干餾區(qū)的下部，灰渣的上部，又分為還原層和氧化層，作用如下：還原層在氧化層上面，熾熱的炭具有很強(qiáng)的奪取水蒸汽和二氧化碳中的氧而與之化合的能力，水蒸氣或二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成相應(yīng)的氫氣和一氧化碳，還原層也因此而得名：還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，其熱

48、源來自氧化層的燃燒反應(yīng)所釋放出的熱。反應(yīng)主要是一氧化碳、氫氣、二氧化碳。</p><p>　　還原層一般控制在3000～500mm左右，如果煤層太薄，還原反應(yīng)進(jìn)行不完全，煤氣質(zhì)量降低，煤層太厚，對(duì)氣化過程有不良影響。氣化層也稱燃燒層或火層。是煤炭氣化時(shí)重要反應(yīng)區(qū)域，從灰渣中開上來的預(yù)熱氣化劑與煤接觸發(fā)生燃燒反應(yīng)，在氧化層進(jìn)行，產(chǎn)生的熱量是維持氣化爐正常操作必要條件，氧化層溫度越高，氣化劑濃度最大，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)激烈

49、，同時(shí)放出大量的反應(yīng)熱。</p><p>　　④灰渣層 灰渣層中的灰渣是煤炭氣化后的固體產(chǎn)物，煤炭堆積在爐底的氣體分布板上具有兩個(gè)方面作用:</p><p>　?、∮捎诨以Y(jié)構(gòu)疏松并含有許多孔隙，對(duì)氣化劑在爐內(nèi)的均勻分布有一定的好處。</p><p>　?、⒚夯业臏囟缺葎?cè)霠t的氣化劑溫度高，可使氣化劑與熱。</p><p>　?、；覍由厦?/p>

50、的氧化層溫度很高，有了灰層的保護(hù)避免了氣體分布板的直接接觸，固起到保護(hù)分布板的作用。</p><p>　　在灰渣層對(duì)整個(gè)氣化操作的正常進(jìn)行作用很大，要嚴(yán)格控制下灰速度。</p><p>　　干燥區(qū)上面沒有燃料的空間，成為自由空間，其主要作用是匯集煤氣，并使?fàn)t內(nèi)生成的還原氣體和干餾區(qū)域生成的氣體混合均勻，由于自由空間的自由截面積增大，使得煤氣的速度大大降低，氣體夾帶的顆粒返回床層，減少粉塵帶

51、出量。</p><p><b>　　(3) 制氣工藝</b></p><p>　　a吹分階段 空氣自煤氣爐底吹入，使燃料燃燒放出的熱量?jī)?chǔ)存于燃料層中為制氣階段與蒸汽的反應(yīng)供應(yīng)熱量。</p><p>　　b水蒸氣吹凈階段 閥門1關(guān)閉、閥門2打開，水蒸氣又發(fā)生爐下部進(jìn)入，將殘余吹風(fēng)氣經(jīng)閥門4、5排至煙囪，以免吹風(fēng)氣混入煤氣系統(tǒng)，此階段時(shí)間段

52、。</p><p>　　c一次上吹制氣階段 水蒸氣仍由閥門2進(jìn)入發(fā)生爐底部在爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，此時(shí)爐內(nèi)燃料層溫度較高，值得的水煤氣經(jīng)閥門（4、6）閥門5關(guān)閉后，進(jìn)入水煤氣的凈化和冷卻系統(tǒng)，然后進(jìn)入氣體儲(chǔ)罐。</p><p>　　d下吹制氣階段 在制氣階段，如果蒸汽自下而上的通過燃料層，由于氣化劑溫度比較低和氣化反應(yīng)大量吸熱，將使氣化層底部的燃料層溫度降低，甚至熄火，因而氣化層變薄

53、，而燃料層上部不斷地被高溫煤氣加熱，使氣化層上移，煤氣爐上的溫度升高，煤氣帶走的顯熱損失增加，為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，在上吹制氣階段之后必須改變氣流方向，關(guān)閉閥門2、4打開閥門3、7水蒸氣由閥門進(jìn)入氣化爐后，由上而下經(jīng)過煤層進(jìn)行制氣，制得得水煤氣經(jīng)過閥門7后由閥門6去凈化冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　e二次上吹制氣階段 下吹制氣以后，燃料層溫度大幅度下降需要再送入空氣提高爐溫，但此時(shí)，煤氣化爐下不及燃料層內(nèi)

54、殘留半水煤氣，如果立即吹風(fēng)，空氣和水煤氣在爐底相遇就會(huì)發(fā)生爆炸。因此在下吹制氣階段之后，蒸汽再次改變方向，自下而上通過燃料層，進(jìn)行二次制氣，將爐底部殘留的半水煤氣排凈，為送入空氣創(chuàng)造安全條件。</p><p>　　f空氣吹凈階段 二次上吹后，煤氣化爐上部空間及管道充滿著半水煤氣，如果隨著軟化吹風(fēng)階段立即放空，不僅損失了半水煤氣而且水煤氣排出煙囪時(shí)和空氣混合遇到火星也可能引起爆炸，因此在轉(zhuǎn)入吹風(fēng)之前，切斷閥門7，

55、停止向爐內(nèi)通入水蒸氣打開閥門1，通入空氣將殘存在爐內(nèi)和管道中半水煤氣吹入水煤氣凈制系統(tǒng)進(jìn)行回收。</p><p>　　(3) 灰渣的處理工藝</p><p>　　灰渣又稱為灰分，而灰分則是固體燃料完全燃燒后所剩余殘留物，一般要求灰分<15%,灰分過高時(shí)則對(duì)生產(chǎn)不利，由于灰渣中已基本沒有可用的元素，業(yè)使可視為廢渣，而對(duì)于廢渣的處理有以下幾種方法。</p><p>

56、;<b>　　a廢渣的再資源化</b></p><p>　　工作的發(fā)展，必然帶來固體廢物的增加，采用堆存的方法也可能造成二次污染，因此廢物的重新利用具有重要意義對(duì)廢渣的處理首先應(yīng)考慮廢渣的再資源化，其主要途徑是開展綜合利用、回收或循環(huán)利用廢物。由于灰渣的成分主要是硅、磷、硫等一些元素，因此可以通過再生方法。</p><p>　　此時(shí)可以選用在固定床內(nèi)的焚燒法使其物質(zhì)進(jìn)

57、行反應(yīng)合成作用，最后將其他完全沒有利用價(jià)值的廢渣進(jìn)行送出處理。</p><p><b>　　(4) 煤凈化工藝</b></p><p><b>　　a煤氣的除塵</b></p><p>　　煤氣的除塵就是從煤氣中除去固體顆粒，工業(yè)上實(shí)用的除塵設(shè)備有四大類，應(yīng)用較多的是旋風(fēng)除塵器，其應(yīng)用特點(diǎn)主要是在高溫、高壓、高含塵濃度以及

58、強(qiáng)腐蝕性環(huán)境等苛刻的場(chǎng)合。</p><p>　　b旋風(fēng)除塵器的工作原理</p><p>　　旋風(fēng)除塵器的主要捕集力為離心力，它利用含塵氣流做旋風(fēng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的對(duì)塵粒從氣流中分離出來，由于除塵器的內(nèi)空氣一粒運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，迄今尚無準(zhǔn)確反映各種影響因素的分離理論，各國(guó)學(xué)者采用不同的簡(jiǎn)化假設(shè)提出多種理論。</p><p>　　轉(zhuǎn)圈模型該理論認(rèn)為塵粒進(jìn)入除塵后，一面向下做螺旋

59、運(yùn)動(dòng)，一面在離心效應(yīng)下向器壁浮游，設(shè)顆粒在器內(nèi)共轉(zhuǎn)N圈，需時(shí)t，并定義n位于排氣管半徑r處的顆粒若能在t時(shí)間內(nèi)恰好浮到器壁，就認(rèn)為該顆?？杀?0%的分離。</p><p><b>　　(5) 脫硫工藝</b></p><p>　　a干法脫硫、濕法脫硫</p><p>　　由于在制取水煤氣時(shí)，含有大量的有機(jī)硫或無機(jī)硫生成，同時(shí)因?yàn)榱虻淖饔脮?huì)使催化

60、劑中毒及使水煤氣中的成分并不純凈，因此需要進(jìn)行硫除作用，根據(jù)其脫硫劑的狀態(tài)可以分為干法脫硫、濕法脫硫。</p><p>　　對(duì)于干法脫硫則是對(duì)其硫化物含量比較少，同時(shí)又接有有機(jī)硫，而對(duì)于濕法脫硫則就需要用在含硫量較大的場(chǎng)合，因此在脫硫工藝中時(shí)常將這兩項(xiàng)混合在一起作用。</p><p><b>　　b脫硫工藝過程</b></p><p>　　來自

61、旋風(fēng)除塵器除去焦油，固體小雜質(zhì)的水煤氣，由羅茨風(fēng)機(jī)加壓后送入脫硫塔，進(jìn)入脫硫塔和塔頂噴淋下來的脫硫液逆向接觸，水煤氣中的硫化氫被脫硫液吸收脫硫后的水煤氣經(jīng)清洗塔進(jìn)一步降溫至30～50℃以下，在壓縮機(jī)一段進(jìn)口總氣水分離器，吸收了硫化氫的富液，由富液泵打入噴射器吸入的空氣進(jìn)行氧化還原反應(yīng)而得到再生液體再進(jìn)如再生槽，繼續(xù)氧化再生，再生后的貧液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器流入貧液槽，再由貧液泵打入脫硫塔循環(huán)使用。</p><p><

62、;b>　　1.4.1 固定床</b></p><p>　　固定床煤氣化爐的主要特點(diǎn)是：爐內(nèi)氣體流速較慢，煤粒靜止，停留時(shí)間1～1.5h。操作條件為：溫度在800～1000℃，壓力常壓4MPa，原料煤粒3～30mm，要求用煤為具有高活性，高灰熔點(diǎn)，高熱穩(wěn)定性。</p><p>　　1.4.2 常壓固定床間歇?dú)饣?lt;/p><p>　　常壓固定床氣化技術(shù)

63、是一項(xiàng)古老的煤氣化技術(shù)，固定床間歇?dú)饣夹g(shù)成熟，工藝可靠，投資較低，不需要空氣制氧裝置，但氣化需要的無煙煤或焦炭?jī)r(jià)格較高，而篩粉堆積，資源利用率低，污染嚴(yán)重。固定床間歇?dú)饣夹g(shù)目前在中國(guó)的合成氨及工業(yè)煤氣行業(yè)仍有數(shù)千臺(tái)氣化爐在運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　1.4.3 流化床</b></p><p>　　硫化床技術(shù)特點(diǎn)：爐內(nèi)氣體流速較大，煤粒懸浮于氣流中做相對(duì)運(yùn)動(dòng)

64、，呈沸騰狀，有明顯床層界限，停留時(shí)間數(shù)分鐘。</p><p><b>　　1.4.4 氣流床</b></p><p>　　它是一種并流氣體，用氣化劑粒度為100um以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi)，也可將煤粉先到成水煤漿，然后用泵打入氣化爐內(nèi)，煤料在高于其灰熔點(diǎn)的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)，灰渣以熔融形式排出氣化爐。</p><p>　　1.4.5熔融床

65、氣化</p><p>　　它是將煤粉和氣化劑以切線方向高于噴入一個(gè)溫度較高且高度穩(wěn)定的熔池內(nèi)，把一部分動(dòng)能傳給熔渣，原池內(nèi)熔融物做螺旋狀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并氣化</p><p>　　由于此過程中進(jìn)行設(shè)計(jì)的是固定床常壓氣化因此以第一種固定床為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　第2章 生產(chǎn)條件的確定和說明</p><p><b>　　2.1操

66、作條件</b></p><p>　　(1) 氣化過程的工藝條件</p><p>　　對(duì)于既定的原料、設(shè)備和工藝流程，為了獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的煤氣，和足夠高的氣化強(qiáng)度，就必須選擇最佳的氣化條件。</p><p>　　a 燃料層溫度 合適的燃料層溫度對(duì)煤氣質(zhì)量、氣化強(qiáng)度及氣化熱效率至關(guān)重要。發(fā)生爐煤氣中的有效成分（）的含量主要取決于碳的氧化與還原反應(yīng)（C+CO2

67、</p><p>　　2CO)和水蒸氣的分解反應(yīng)。上面的兩個(gè)反應(yīng)均屬吸熱反應(yīng)。而在煤氣發(fā)生爐操作溫度下，上述反應(yīng)處于動(dòng)力學(xué)控制區(qū)。所以提高爐溫不僅有利于提高CO和H2 的平衡濃度，而且可以提高反應(yīng)速度，增加氣化強(qiáng)度，從而使氣化爐的生產(chǎn)能力提高。但是燃料層的溫度受到燃料煤（焦）的灰熔點(diǎn)的限制。也與煤的活性和爐體熱損失有關(guān)。</p><p>　　b 燃料層的運(yùn)移速度和料層高度 在固定床氣化過

68、程中，整個(gè)床層高度是相對(duì)穩(wěn)定的。隨著加料和排灰的進(jìn)行，燃料以一定的速度向下移動(dòng)。這個(gè)速度的選擇主要依據(jù)氣化爐的氣化強(qiáng)度和燃料灰分含量。在氣化強(qiáng)度較大或燃料灰分較高時(shí)應(yīng)加快料層的移動(dòng)速度，反之亦然。</p><p>　　燃料層分為灰層、氧化層、還原層和干餾干燥層，其作用各不相同?；覍佑蓄A(yù)熱氣化劑和保護(hù)爐蓖不至過熱的作用，氧化、還原層是進(jìn)行氣化反應(yīng)的部分，直接影響煤氣質(zhì)量。干餾干燥層則既對(duì)煤氣降溫又對(duì)燃料預(yù)熱。各層高

69、度大致如下：灰層100～300mm，氧化還原層約500mm，干餾干燥層300～500mm，總之，稍高的原料層高度有利于氣化過程。</p><p>　　c 鼓風(fēng)量 鼓風(fēng)量適當(dāng)提高，既可增大發(fā)生爐的生產(chǎn)能力，又有利于提高煤氣的質(zhì)量。若過大則床層阻力增加，煤氣出口帶出物增加，不利于生產(chǎn)。</p><p>　　d飽和溫度 在發(fā)生爐煤氣的生產(chǎn)過程中，加入蒸汽是重要的操作和調(diào)節(jié)手段。蒸汽既參加反應(yīng)

70、增加煤氣中的可燃組分，過量的蒸汽又是調(diào)節(jié)床層溫度的重要手段。正常操作中，水蒸氣單耗在0.4～0.6kg/kg（碳）之間，飽和溫度50～65℃之間，此時(shí)的蒸汽分解率約為60﹪～70﹪。發(fā)生爐的負(fù)荷變化時(shí)，飽和溫度應(yīng)隨之改變，氣化強(qiáng)度變高，應(yīng)調(diào)高飽和溫度。反之，則調(diào)低飽和溫度。</p><p><b>　　(2) 操作條件</b></p><p>　　因工藝流程、爐型、煤

71、種而異。煤氣爐的操作指標(biāo)如下：</p><p>　　表2-1 煤氣爐操作指標(biāo)</p><p>　　2.2 固定床氣化時(shí)對(duì)煤質(zhì)量的要求</p><p>　　原料煤的性質(zhì)對(duì)氣化過程影響很大，固定床氣化對(duì)煤的選擇尤為嚴(yán)格。</p><p><b>　　2.2.1 水分</b></p><p>　　煤中水

72、分含隨著煤的碳化度而異。無煙煤和煙煤含水多在5%以下，次煙煤和褐煤含水約10%～30%。煤中水分和揮發(fā)分含量有關(guān)，隨著揮發(fā)分的降低而降低。氣化用煤含水量越低越好，一般要求不超過8%。</p><p>　　煤中水分高會(huì)增加氣化過程的熱損失，降低煤氣化率和氣化效率，使消耗額增加。由資料認(rèn)為：若灰分含量不超過10%，則允許水分含量達(dá)到35%，但必須有足夠高的染料層，使原料在進(jìn)入氣化區(qū)得到充分預(yù)熱。</p>

73、<p><b>　　2.2.2 揮發(fā)分</b></p><p>　　固定床氣化制合成氣時(shí)揮發(fā)分含量以不超過6%為宜因?yàn)閾]發(fā)分經(jīng)干餾后進(jìn)入煤氣,焦油和其它烴類凝結(jié)后堵塞管道，處理相當(dāng)困難。而其中的甲烷等不凝性氣體會(huì)增加壓縮工序的功耗。</p><p>　　2.2.3 化學(xué)活性</p><p>　　化學(xué)活性是指煤與氣化劑中氧、蒸汽、二氧

74、化碳及氫的反應(yīng)能力?；瘜W(xué)活性高有利于氣化過程，可以提高氣體質(zhì)量和增加氣化能力。由于可以降低氣化溫度而降低氧耗，在回收吹風(fēng)氣時(shí)可以提高氣化效率。煤的化學(xué)活性對(duì)不同的氣化劑有一致的趨向，通常以二氧化碳還原系數(shù)表示：</p><p>　　式中：——還原反應(yīng)前二氧化碳的濃度，%（體積分?jǐn)?shù)）</p><p>　　——還原反應(yīng)后一氧化碳的濃度，%（體積分?jǐn)?shù)）</p><p>　

75、　2.2.4 灰分及灰熔點(diǎn)</p><p>　　灰分的組成多為鈣、鎂、鐵的碳酸鹽，鉀、鎂等的硅鋁酸鹽，鈣、鎂、鋁、鈉、鉀等的硅酸鹽、硫酸鹽及硫化物、鈉鹽及氧化亞鐵等。氣化用煤灰分越低越好，一般控制在16%以下。</p><p>　　煤灰的化學(xué)組分和灰熔點(diǎn)密切相關(guān)，一般要求灰熔點(diǎn)應(yīng)在1250℃以上。在生產(chǎn)中常用通入過量蒸汽的方法防止灰分燒結(jié)。</p><p><

76、b>　　2.2.5 固定碳</b></p><p>　　固定碳是氣化燃料的有效成分，一般要求固定碳在60%以上。</p><p><b>　　2.2.6 硫分</b></p><p>　　煤中的硫分為有機(jī)硫、單質(zhì)硫、硫化物和硫酸鹽四種形態(tài)，氣化時(shí)硫化成硫化氫和有機(jī)硫存在于煤氣中，對(duì)設(shè)備會(huì)產(chǎn)出腐蝕。作為合成氣硫化物會(huì)引起后工序觸

77、媒中毒，所以要求煤中硫越低越好。</p><p>　　2.2.7 熱穩(wěn)定性</p><p>　　熱穩(wěn)定性是指在高溫下燃料保持原來粒度大小的性質(zhì)，對(duì)氣化工藝影響很大熱穩(wěn)定性差的煤，在氣化過程中易破碎，使床層阻力增加，煤氣帶出物增加。熱穩(wěn)定性≥70%為宜。</p><p>　　2.2.8 機(jī)械強(qiáng)度</p><p>　　機(jī)械強(qiáng)度差的煤在運(yùn)輸和破碎中

78、易于生成碎屑，不僅增加成本，而且不利于氣化過程。要求煤的抗碎強(qiáng)度≥65%。</p><p><b>　　2.2.9 黏結(jié)性</b></p><p>　　煤氣爐對(duì)煤的黏結(jié)性很敏感。黏結(jié)性強(qiáng)的煤很容易在氣化爐內(nèi)生成拱焦，破壞氣化層中氣體的分布，以至使氣化過程無法進(jìn)行。</p><p><b>　　2.2.10 粒度</b>&l

79、t;/p><p>　　入爐原料的粒度大小和粒度范圍對(duì)氣化爐的操作有很大的影響。小粒原料的表面積大，有利于氣化，但床層阻力上升使生產(chǎn)強(qiáng)度下降，而大塊的相反。固定床氣化特別要求煤粒度均勻，否則會(huì)影響煤氣爐的正常操作。</p><p>　　綜上所述，固定床氣化對(duì)原料的要求是低水、低灰、低硫，高活性、高灰熔性、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、不黏結(jié)、粒度均勻適中的燃料。</p><p>

80、;　　2.3固定床間歇法（常壓）制水煤氣的方法</p><p>　　2.3.1 水煤氣生產(chǎn)的特點(diǎn)</p><p>　　固定床常壓氣化劑水煤氣，因?yàn)闅饣瘎┖退魵饨惶媾c碳反應(yīng)，故燃料層溫度隨著空氣的加入而逐漸開高，隨著水蒸氣的加入而逐漸降低，呈周期性變化，并在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，所以生產(chǎn)煤氣的組成和數(shù)量也呈周期性變化這就是固定床間歇法制氣的最大特點(diǎn)。</p><p>　　

81、2.3.2 煤氣爐內(nèi)燃料層的分區(qū)</p><p>　　(1) 固定床煤氣發(fā)生爐。見圖</p><p>　　(2) 煤氣爐內(nèi)燃料層的分區(qū)</p><p>　　燃料從煤氣爐頂部加入，先預(yù)熱開溫，并隨著灰盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慢慢向下移動(dòng)，到氣化層時(shí)溫度達(dá)到最高，與不同階段的入爐氣化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直至反應(yīng)趨于完全，以灰渣的形式排出爐外。所以，嚴(yán)格的說，固定床并不是燃料層的爐內(nèi)不移動(dòng)，

82、而是說每時(shí)每刻隨著時(shí)間推移，穩(wěn)定運(yùn)行的煤氣爐內(nèi)，燃料層均可以從上到下分為四個(gè)區(qū)域，分別是：干燥層、干餾層、氣化層、灰渣層。實(shí)際生產(chǎn)中，煤氣爐的操作往往難控制好這幾個(gè)區(qū)域，爐況惡化時(shí)，各區(qū)域雜亂無章，必須開始養(yǎng)爐，使燃料層恢復(fù)正常分布。</p><p>　　2.3.3 水煤氣生產(chǎn)的工作循環(huán)</p><p>　　固定床氣化法制水煤氣時(shí)，以上一次送入空氣開始到下一次再送入空氣為止，稱為制氣的一個(gè)

83、循環(huán)，一個(gè)工作循環(huán)所用的時(shí)間叫做循環(huán)周期。</p><p>　　從安全的生產(chǎn)高度考慮，應(yīng)避免煤氣和空氣在爐內(nèi)相混，避免爆炸性混合氣體的形成，從維持煤氣爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)角度考慮，應(yīng)盡可能的穩(wěn)定燃料層中氣化層的溫度、厚度和位置。因此，每個(gè)工作循環(huán)有以下六大階段:</p><p><b>　　(1) 吹風(fēng)階段</b></p><p>　　用配套的

84、鼓風(fēng)機(jī)從煤氣爐底吹入空氣，氣體自下而上通過燃料層，提高燃料層溫度，爐上出口產(chǎn)生的吹風(fēng)氣放空或送入吹風(fēng)氣回收工段，回收其潛熱和顯熱，然后排入大氣。此階段用時(shí)一般占循環(huán)周期的25%～30%。，目的是提高爐內(nèi)溫度并蓄積熱量，為下一步水蒸汽與碳的氣化吸熱反應(yīng)提供條件。</p><p>　　(2) 蒸汽吹凈階段</p><p>　　從爐底送入滿足要求的水蒸氣，自下而上流動(dòng)，發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，生成一

85、定的水煤氣放空或送入吹風(fēng)回收上段，目的是將吹風(fēng)階段中的殘余氮?dú)獯祪糈s出系統(tǒng)，降低水煤氣中氮?dú)夂刻岣哂行怏w質(zhì)量。</p><p>　　(3) 一次上吹制氣階段</p><p>　　從爐底送入滿足工藝要求的水蒸氣，自下而上流動(dòng)，在灼熱的燃料層總發(fā)生氣化吸熱反應(yīng)，產(chǎn)生的水煤氣從爐上送出，回收主氣柜。燃料層下部溫度降低，上部溫度則因氣體的流動(dòng)而升高。</p><p>　

86、　(4) 下吹制氣階段</p><p>　　在上吹制氣一段時(shí)間后，低溫水蒸氣和反應(yīng)本身的吸熱，使氣化層底部受到強(qiáng)烈的冷卻，溫度明顯下降，而燃料層上部因煤氣的通過，溫度越來越高，煤氣帶走的顯熱逐步增加，考慮熱量損失，要在上吹一段時(shí)間后，改變水蒸氣的流動(dòng)方向，自上而下通過燃料層，發(fā)生氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的水煤氣經(jīng)灰渣后從爐底引出，回收主氣柜。目的是制取水煤氣，穩(wěn)定氣化層，并減少損失。</p><p>

87、;　　(5) 二次上吹制氣階段</p><p>　　在下吹制氣一段時(shí)間后，爐溫已降到底限，為使?fàn)t溫恢復(fù)，需再次轉(zhuǎn)入吹風(fēng)階段，但此時(shí)爐底是殘余的下行煤氣，故要用水蒸氣進(jìn)行置換，從爐底送入水蒸氣，經(jīng)燃料層后，從爐上引出回收主氣柜。目的是置換爐底水煤氣，避免空氣與煤氣在爐內(nèi)相遇而發(fā)生爆炸，為吹風(fēng)做準(zhǔn)備，同時(shí)生產(chǎn)一定水煤氣。</p><p>　　(6) 空氣吹凈階段</p><

88、p>　　從爐底吹入空氣，氣體自下而上流動(dòng)，將爐頂殘余的水煤氣和這部分吹氣一并回收主氣柜，此過程目的是回收爐頂殘余的水煤氣，并提高爐溫。</p><p>　　2.3.4 工藝流程</p><p>　　(1) 吹氣和制氣流程</p><p>　　a吹氣階段。同時(shí)開啟吹風(fēng)閥、上行閥、發(fā)空閥，由鼓風(fēng)機(jī)從煤氣爐底部送入空氣，自而上經(jīng)過燃料層，發(fā)生氣化反應(yīng)，提高燃料層溫度

89、，蓄積熱量，為下一步制氣做準(zhǔn)備，吹完氣后關(guān)閉相應(yīng)閥門。</p><p>　　b蒸汽吹凈階段。同時(shí)開啟總蒸汽閥，上吹蒸汽閥、上行閥、放空閥，自下而上吹入蒸汽，發(fā)上一定的氣化反應(yīng)，生產(chǎn)水煤氣置換前面吹風(fēng)結(jié)束時(shí)的吹風(fēng)氣，氣體經(jīng)上行閥和放空閥后放空，吹凈完畢，關(guān)閉相關(guān)閥門。</p><p>　　c一次上吹階段。同時(shí)開啟總蒸汽閥，上吹蒸汽閥，上行閥，煤氣總閥，自下而上吹入水蒸氣，在氣化層與灼熱的碳反

90、應(yīng)發(fā)生充分化學(xué)反應(yīng)，指出高質(zhì)量的水煤氣，經(jīng)上行閥、煤氣總閥、檢修水封后，進(jìn)入聯(lián)合廢熱鍋爐副產(chǎn)水蒸氣降溫，在進(jìn)入洗氣塔降溫和除塵后，送入氣柜。上吹完畢，關(guān)閉相關(guān)閥門。</p><p>　　d下吹階段。同時(shí)開啟總蒸汽閥，下吹蒸汽閥，下行閥，煤氣總閥，自上而下送入水蒸氣。通過氣化層與灼熱的碳進(jìn)一步發(fā)生氣化反應(yīng)，制取水煤氣。經(jīng)過下行閥，煤氣總閥，檢修水封，進(jìn)入聯(lián)合廢熱爐副產(chǎn)水蒸氣并降溫，再進(jìn)入洗氣塔降溫和除塵后送入氣柜，

91、下吹完畢，關(guān)閉相關(guān)閥門。</p><p>　　e吹凈階段。下吹結(jié)束后，爐溫降到最低，需要再次吹風(fēng)來提高爐溫，但此時(shí)爐底是煤氣，為避免空氣和煤氣相遇，混合而發(fā)生爆炸事故，必須將爐底煤氣用蒸汽置換，故自下而上送入水蒸氣，做二次上吹。閥門開關(guān)和上吹完全相同。</p><p>　　f氣吹凈階段。同時(shí)開啟吹風(fēng)閥，上行閥，煤氣總閥，由鼓風(fēng)機(jī)從煤氣爐底部送入空氣，自下而上經(jīng)過燃料層，爐出口氣體經(jīng)上行閥，

92、煤氣總閥，檢修水封后，進(jìn)入廢熱鍋爐，洗氣塔降溫除塵后，回收至氣柜。吹凈完畢，關(guān)閉相關(guān)閥門，轉(zhuǎn)入下一個(gè)工作循環(huán)，依次程序重復(fù)進(jìn)行制氣。</p><p>　　(2) 水汽系統(tǒng)流程</p><p>　　造氣過程中所用的水蒸氣要求是壓力要低，溫度要高，用量要足。為此，許多廠家已經(jīng)改用過熱蒸汽代替飽和蒸汽，既減少了蒸汽入爐后升溫吸收的熱量，又有效的防止了入爐前的蒸汽帶水問題，爐溫波動(dòng)小，提高了蒸汽分

93、解率，提高了發(fā)氣量，對(duì)生產(chǎn)非常有利。目前，生產(chǎn)較好的企業(yè)，在吹風(fēng)氣回收投運(yùn)后，甲醇生產(chǎn)基本達(dá)到蒸汽自給自足的目的，只需設(shè)一臺(tái)小的開工鍋爐，以備開停車用，生產(chǎn)正常時(shí)，不需另開鍋爐，將“兩煤一電”消耗變?yōu)椤耙幻阂浑姟毕?，大大降低生產(chǎn)成本。所以水蒸氣流量不盡相同，一般廠家是外來軟化水加入煤氣爐夾套鍋爐的汽包或聯(lián)合廢熱鍋爐飽和段的汽包，分別生產(chǎn)飽和蒸汽，會(huì)和后一并進(jìn)入聯(lián)合廢熱鍋爐的過熱段進(jìn)行加熱體溫，形成過熱蒸汽，再進(jìn)入蒸汽緩沖罐，與外來的蒸

94、汽會(huì)混合，以供煤爐使用。</p><p><b>　　(3) 高壓油流程</b></p><p>　　動(dòng)力泵站是油壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，泵站的液壓油經(jīng)過齒輪泵加壓，通過主管道送至換向閥站的各電磁換向閥。系統(tǒng)高壓油的壓力，用泵站的溢流閥調(diào)節(jié)，其大小一般控制在4.5MPa左右，在泵站上的壓力表可直接讀出壓力大小。</p><p>　　(4) 造氣環(huán)水流程

95、</p><p>　　造氣循環(huán)水流程簡(jiǎn)述：冷水池的冷水約25℃，經(jīng)冷水泵加壓至0.5MPa，送至造氣各洗氣塔。與水煤氣直接接觸，逆流換熱后溫度升高至約40℃，熱水經(jīng)地溝流入熱水池，停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行重力沉淀，然后通過熱水泵加壓到0.4MPa，送入澄清池底部，進(jìn)行兩次折流而再次沉淀，清水從塔的上部流到低一米的冷卻塔上部，在冷卻塔均勻分布，自上而下流動(dòng)，與冷卻塔頂部引風(fēng)機(jī)吸入的冷空氣逆流接觸，水經(jīng)冷卻后進(jìn)入冷水池循

96、環(huán)使用，操作中要定期向熱水池投加藥品，如：混凝劑，以加快沉淀速度，同時(shí)要定期從熱水池中挖走池底污泥，或用壓慮機(jī)壓制干燥后送鍋爐使用。</p><p>　　其固定床間歇法制水煤氣工藝流程圖如下：</p><p>　　圖2-1 固定床間歇法水煤氣工藝流程</p><p>　　第3章 氣化爐的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　3.1

97、物料衡算</b></p><p>　　煤氣化過程的物料與熱料計(jì)算又簡(jiǎn)稱為氣化過程計(jì)算。氣化過程計(jì)算的目的是根據(jù)一些已知數(shù)據(jù)如原料煤的工業(yè)分析和元素分析數(shù)據(jù)，氣化劑組成和操作條件等，通過計(jì)算來確定一些計(jì)算指標(biāo) ，產(chǎn)氣量，氣化劑消耗量，氣化效率和熱效率等，為評(píng)價(jià)煤氣化過程提供數(shù)據(jù)和為設(shè)計(jì)選用氣化工藝設(shè)備提供數(shù)據(jù)。</p><p>　　3.1.1 發(fā)生爐煤氣化過程計(jì)算</p&g

98、t;<p>　　(1) 已知直接測(cè)定和在煤氣發(fā)生爐試驗(yàn)時(shí)所獲原始數(shù)據(jù)如下。</p><p><b>　　a淮南煤的工業(yè)分析</b></p><p>　??； 18%； =30.0％</p><p>　　b淮南煤的的元素分析</p><p><b>　　c發(fā)生爐煤氣組成</b></

99、p><p><b>　?。?； </b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　d焦油產(chǎn)率4.0％（即表示煤氣中幾乎不帶焦油，可忽略，如果煤氣中帶有焦油，則必須取得焦油的組分）。</p><p>　　e帶出物產(chǎn)率為工作原料的2%。</p><p><

100、;b>　　f帶出物組成：</b></p><p><b>　??； .</b></p><p>　　g干灰渣含碳量 </p><p>　　h煤氣溫度500℃。</p><p>　　i蒸汽飽和溫度58℃。</p><p>　　(2) 物料衡算以100kg應(yīng)

101、用基煤為計(jì)算基準(zhǔn)</p><p>　　a確定工作原料組成 </p><p>　　由于燃基轉(zhuǎn)變成應(yīng)用基的轉(zhuǎn)換系數(shù)為：</p><p><b>　　K=</b></p><p>　　由此可求得按應(yīng)用基計(jì)算的原料組成為：</p><p><b>　　％</b></p>

102、<p><b>　　合計(jì)100.00%</b></p><p>　　b確定干灰渣生成率、因原料中的灰分分配在帶出物和灰渣中，故</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —灰渣生成率，%（占工業(yè)質(zhì)量）；</p><p>　　—帶出物產(chǎn)率，%（占工業(yè)原料）

103、；</p><p>　　—灰渣中灰含量，kg/kg；</p><p>　　—帶出物中灰含量，kg/kg；</p><p>　　c確定干煤氣產(chǎn)率，按碳平衡計(jì)算，</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p><b>　　式中：</b></p>&

104、lt;p><b>　??；</b></p><p>　　—灰渣中含碳量；=1.2912kg/100kg煤；</p><p>　　—焦油中含碳量，=0；</p><p>　　—帶出物中含碳量，=1.6kg/100kg煤。</p><p>　　—每1煤中各成分含量，。</p><p>　　d按氨平

105、衡確定空氣消耗量</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　—煤中含氮量，=1.20kg/100kg煤；</p><p>　　e確定蒸汽的消耗量

106、，已知蒸汽飽和溫度為58℃，查的含濕量為0.175kg/，</p><p><b>　　故蒸汽消耗量為：</b></p><p>　　f確定煤氣中含水分，由氫平衡得：</p><p>　　=0.15kg/干煤氣 （3-4）</p><p>

107、　　式中 —干煤氣中含水量，kg/</p><p>　　—煤中水分含量，=0.0449kg/kg煤；</p><p>　　—煤氣中含氫量，0.05kg/kg煤；</p><p>　　—蒸汽消耗量，=0.479kg/kg煤；</p><p>　　—干煤氣產(chǎn)率，=3.39；</p><p>　　—焦油中含氫量，=0.&

108、lt;/p><p>　　—每1m干煤氣中各成分含量。</p><p>　　g確定濕煤氣的產(chǎn)率。濕煤氣產(chǎn)率為干煤氣的體積和煤氣中水分體積之和。</p><p>　　=3.73×（1+）=4；</p><p>　　式中 —濕煤氣產(chǎn)率；</p><p>　　—干煤氣產(chǎn)率，=3.39；</p><p

109、>　　—干煤氣中含水量。=0.15kg/。</p><p>　　0.833—蒸汽密度，kg/。</p><p><b>　　h確定蒸汽分解率</b></p><p>　　當(dāng)氣化100㎏煤時(shí)，在煤氣中有0.0885×339=50.9㎏水分，其中，=5㎏，熱解水（一般考慮50﹪的氧轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，?.5）0.5×5.31

110、15;=2.99㎏,因此，在煤氣中由送風(fēng)中帶入的不分解蒸汽為：</p><p>　　50.9-（5+2.99）=42.91㎏；</p><p><b>　　故分解蒸汽為：</b></p><p>　　47.9-42.91=4.99㎏；</p><p>　　蒸汽分解率為： ％</p>

111、<p>　　(2) 計(jì)算煤氣的質(zhì)量組成：</p><p>　　碳=（3.8+28.5+1.7+2×0.3）×0.01×339</p><p><b>　　=62.84㎏；</b></p><p>　　氫=（0.3+11.3+2×1.7+2×0.3）×0.01×33

112、9</p><p><b>　　=4.77㎏；</b></p><p>　　氧=（3.8+0.2+0.5×28.5）×0.01×339</p><p><b>　　=88.38㎏；</b></p><p>　　氮=×54.2×0.01×33

113、9</p><p><b>　　=229.84㎏;</b></p><p>　　硫=×0.01×373×0.1</p><p><b>　　=1.45㎏</b></p><p>　　(3) 其他部分物料，如氣化過程中通煤孔氣封用的蒸汽也應(yīng)計(jì)入，對(duì)氣化100㎏鶴崗煤采用約

114、2㎏蒸汽，這部分蒸汽也應(yīng)成為煤氣中的水分。</p><p>　　綜合上述，氣化過程的物料平衡見下表：</p><p>　　表3-1 氣化過程的物料平衡</p><p>　　3.2 氣化過程的熱平衡計(jì)算</p><p>　　熱平衡與物料平衡一樣，以100㎏燃料為基準(zhǔn)，按高熱值進(jìn)行計(jì)算。 </p><p><b>

115、;　　(1) 入方</b></p><p><b>　　a煤的發(fā)熱量Q:</b></p><p>　　Q=28832×100=2883200 KJ</p><p>　　式中 28832—煤的高熱值，KJ/㎏煤；</p><p><b>　　b煤的物理熱Q：</b></

116、p><p>　　Q =1.088×20×100=2176 KJ</p><p>　　式中 煤的比熱容=1.088KJ/（㎏煤.℃）；</p><p><b>　　煤的溫度=20℃;</b></p><p>　　c氣化用蒸汽和拔火孔氣封用蒸汽的物理熱Q：</p><p>　　Q=

117、（2490+57×1.883）×42+2746×2=114580 KJ</p><p>　　式中 水蒸氣的潛熱=2490KJ/㎏；</p><p>　　水蒸氣的比熱容=1.883KJ/（㎏.℃）；</p><p>　　氣封用表壓=2746，KJ/㎏；</p><p>　　水蒸氣的熱值=4㎏/c;</p&g