畢業(yè)設(shè)計---日產(chǎn)量10萬nm3氣化廠設(shè)計

1、<p><b>　　1. 總論</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　?。?）畢業(yè)實習(xí)任務(wù)書及畢業(yè)設(shè)計大綱</p><p>　?。?）參照**有限公司的工藝經(jīng)驗</p><p>　?。?）導(dǎo)師**講師的指導(dǎo)</p><p>&

2、lt;b>　　1.2造氣工藝論證</b></p><p>　　煤炭是我國儲量最豐富的能源資源，按目前的產(chǎn)量和已探明的儲量推算，我國煤炭資源可開采近百年，估計在可預(yù)期的時間里，煤在我國的能源結(jié)構(gòu)中還占據(jù)著主導(dǎo)地位。相反我國的石油等其它重要的一次能源明顯不足，一方面，作為及其重要的能源物資和化工原料，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，石油需求日益高漲，但國內(nèi)石油的開采利用逐漸趨于遞減模式而不得不轉(zhuǎn)向國外進(jìn)口，耗費

3、大量外匯，給國家的各個方面都帶來不便。另一方面，目前煤炭利用方式以粗放為主，利用效率低下，環(huán)境污染嚴(yán)重，不能緩解和明顯緩解國民經(jīng)濟對石油的依賴性。</p><p>　　近年來，國家相關(guān)部門已經(jīng)明顯意識到這個問題，從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，大力發(fā)展煤炭深加工產(chǎn)業(yè)，使煤化工由傳統(tǒng)的能源型向新型化工型轉(zhuǎn)變是我國煤炭利用技術(shù)的長遠(yuǎn)之計。煤炭氣化作為其中重要的一項正向著良好的方向蓬勃發(fā)展。而利用水煤氣發(fā)生爐制得的合成氣（CO+H2）

4、是作為重要的化工原料氣而存在的?，F(xiàn)在火熱的碳一化學(xué)工業(yè)就是在合成氣的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如F—T合成汽油、制氨、制甲醇、煤氣甲烷化、甲醇制醋酸、合成精細(xì)化學(xué)品和新材料……</p><p>　　據(jù)設(shè)計要求，本合成氣廠采用陽泉無煙煤為氣化原料，水蒸氣作為氣化劑，吹入熾熱碳層分解制取合成氣的工藝，日產(chǎn)量10萬Nm3。生產(chǎn)出的合成氣可為較大規(guī)模的甲醇生產(chǎn)提供原料氣。</p><p>　　煤炭氣化自從

5、1839年俄國第一臺空氣鼓風(fēng)液態(tài)排渣氣化爐問世以來，至今已有100多年的歷史了，自上世紀(jì)70年代起，世界各國廣泛開展了煤氣化研究，按煤在氣化爐中的流體力學(xué)條件，氣化方法可分為：</p><p>　?。?）移動床氣化 也稱固定床氣化，由于煤粒在氣化爐中逐漸往下移而得名。移動床氣化需要用塊煤為原料，且煤粒盡量均勻。因為細(xì)煤粒將會隨煤氣由煤氣爐頂帶出，增加了煤的損失。</p><p>　　

6、（2）流化床氣化 是以小顆粒煤為氣化原料，在氣化爐內(nèi)使之懸浮分散在垂直上升的氣流中，由于劇烈的顆粒運動，床層中幾乎沒有溫度梯度和濃度梯度。</p><p>　?。?）氣流床氣化 一種并流式氣化，氣體（氧和蒸汽）將煤粉（70%以上小于200目）帶入高溫氣化爐，在1500~1900℃高溫下將煤進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為CO、CO2、H2等氣體，殘渣以熔渣形式排出氣化爐。</p><p>　?。?

7、）熔融床氣化 俗稱浴床氣化或熔融流態(tài)床氣化，其特點是有一溫度較高（1600~1700℃）且高度穩(wěn)定的熔池，粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入熔池內(nèi)，池內(nèi)熔融物保持高速旋轉(zhuǎn)。此時，氣液固三相密切接觸，在高溫條件下完成反應(yīng)，生成CO和H2為主要成分的煤氣。</p><p>　　本廠采用移動床氣化法，該法氣化過程進(jìn)行比較完全，灰渣中殘?zhí)可?，氣化效率高，是一種理想的氣化方法。爐型選用φ2260mm的UGI水煤氣爐。作為

8、第一代氣化爐與其它工藝相比，效率不是最高，但該工藝成熟，生產(chǎn)穩(wěn)定，操作方便，機械除灰，特別是工業(yè)化經(jīng)驗豐富。生產(chǎn)的粗煤氣經(jīng)過除塵，脫硫等凈化工藝后可直接供給甲醇合成廠。而現(xiàn)代較先進(jìn)的氣化方法，如德士古法，殼牌法，GSP法，雖然氣化效率更高，優(yōu)點眾多，當(dāng)也存在投資大，工業(yè)化經(jīng)驗不足等缺點，綜合比較，采用移動床間歇法工藝生產(chǎn)水煤氣。</p><p><b>　　1.3造氣工藝</b></p

9、><p><b>　　1.3.1工藝指標(biāo)</b></p><p>　　采用間歇法工藝生產(chǎn)水煤氣的原料要求必須具有低揮發(fā)分產(chǎn)率，一定的塊度，較高的機械強度，好的熱穩(wěn)定性，難結(jié)渣和適中的反應(yīng)性以及較高的灰熔點，具體指標(biāo)要求如下：</p><p>　　固定碳（干基）≥70%</p><p><b>　　水分<7%&

10、lt;/b></p><p>　　灰分（干基）<20%</p><p>　　揮發(fā)分（干基）<8%</p><p><b>　　硫分（干基）≤1%</b></p><p><b>　　熱穩(wěn)定性≥60%</b></p><p>　　灰熔點>1250oC&l

11、t;/p><p>　　機械強度（落下實驗）≥70%</p><p>　　塊度25～75mm或50～100mm</p><p>　　本設(shè)計采用陽泉無煙煤，它的各項指標(biāo)均符合上述要求。</p><p><b>　　1.3.2工藝流程</b></p><p>　　1.3.2.1基本原理</p>

12、<p>　　水煤氣生產(chǎn)的主要反應(yīng)是水蒸氣與碳的反應(yīng)：</p><p>　　C+H2O（g） CO+H2 △H=－131.5MJ/kmol</p><p>　　C+2H2O（g）CO2+2H2 △H=－90.0MJ/kmol</p><p>　　可見，水煤氣生產(chǎn)關(guān)鍵是水蒸氣的分解，而水蒸氣的分解需要由外界提供熱量。

13、本設(shè)計采用間歇送風(fēng)蓄熱法，分為兩個階段，吹風(fēng)階段和制氣階段。吹風(fēng)階段即是將空氣吹入爐中，與煤發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出大量的反應(yīng)熱，熱量積蓄于料層內(nèi)，在制氣時，積蓄于料層內(nèi)的熱量使水蒸氣進(jìn)行分解反應(yīng)，生成水煤氣。待熱量消耗至一定程度時，制氣階段結(jié)束，再次向料層吹風(fēng)，如此循環(huán)，即可。</p><p>　　1.3.2.2流程說明</p><p>　　本工段以邯鄲無煙煤為原料，以水蒸氣為氣化劑，通過固定

14、床層間歇式氣化爐制成水煤氣。</p><p>　　本廠采用25～75mm的中塊煤，原料送入吊煤斗，提升至造氣廠房三層，從加煤孔加入爐內(nèi)?？諝庥煽諝夤娘L(fēng)機從爐底吹入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)碳層燃燒。當(dāng)碳層溫度達(dá)到1000oC左右時，停止吹空氣，通入水蒸氣，其在爐內(nèi)與熾熱的碳層發(fā)生反應(yīng)：</p><p>　　C+H2O（g） CO+H2</p><p>　　上述過程由

15、吹風(fēng) 蒸汽吹凈 上吹 下吹 二次上吹 空氣吹凈六個階段組成。循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，使制成的煤氣持續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)。</p><p>　　每個循環(huán)六個階段具體流向如下：</p><p>　?。?）吹風(fēng)階段 </p><p>　　空氣由鼓風(fēng)機從爐底進(jìn)入爐內(nèi)，生成吹風(fēng)氣，由爐頂排出。經(jīng)過過熱除塵器回收余熱后進(jìn)入廢熱鍋爐，產(chǎn)生2.0k

16、gf/cm2的蒸汽，而吹風(fēng)氣本身溫度降至230oC后由煙囪排出放空。</p><p>　?。?）蒸汽吹凈階段 </p><p>　　蒸汽由爐底吹入，將爐內(nèi)及管道內(nèi)殘留吹風(fēng)氣由煙囪吹出。</p><p>　?。?）上吹階段 </p><p>　　蒸汽由鍋爐房進(jìn)入蒸汽緩沖罐，經(jīng)蒸汽總管再分配到各套系統(tǒng)的過熱除塵器，過熱到180oC后由爐底

17、進(jìn)入爐內(nèi)，生成的水煤氣經(jīng)過過熱除塵器、廢熱鍋爐除塵和廢熱回收后，經(jīng)洗氣箱降溫除塵，再經(jīng)洗氣塔冷卻至35oC左右，最后進(jìn)入緩沖氣柜。</p><p>　?。?）下吹階段 </p><p>　　蒸汽下吹能克服氣化層的上移，減少了原料的損失并保證了爐內(nèi)溫度和氣體組成的穩(wěn)定。蒸汽由爐頂進(jìn)入爐內(nèi)，生成的煤氣由爐底導(dǎo)出，經(jīng)下吹集塵器除塵后，直接進(jìn)入洗氣箱、洗氣塔，然后匯合于緩沖氣柜。</p

18、><p>　　（5）二次上吹 </p><p>　　經(jīng)過蒸汽下吹后，煤氣爐的底部和管線充滿了水煤氣，此時若直接通空氣則有爆炸的危險，為安全起見，下吹后還應(yīng)進(jìn)行一次上吹。其氣體流向同一次上吹階段。</p><p>　?。?）吹凈階段 </p><p>　　空氣從爐底吹入爐內(nèi)，將爐內(nèi)剩余煤氣至上吹流向吹入水煤氣系統(tǒng)。</p>

19、<p>　　制氣過程的六個階段采用微機油壓控制，通過微機控制油壓閥的關(guān)啟來實現(xiàn)流體的流向控制。</p><p>　　1.3.2.3循環(huán)時間的分配</p><p>　　合成氣生產(chǎn)工作循環(huán)的各個階段的時間分配隨原料的性質(zhì)和工藝操作的具體要求而定，采用180s的工作循環(huán)。</p><p>　　吹風(fēng)階段的作用是積蓄盡可能多的熱量，為制氣準(zhǔn)備條件，因此要求吹風(fēng)后料層

20、應(yīng)具有適當(dāng)?shù)母邷?，同時時間應(yīng)該盡量的短，以相對增加制氣階段的時間，吹風(fēng)時間一般占循環(huán)時間的24%。制氣階段一般以下吹時間稍長為好，因為這樣，可使灰渣中的含碳量降低。</p><p>　　為了保證吹凈階段空氣由煤氣爐下部進(jìn)入而不發(fā)生爆炸，二次上吹時間稍長一些為安全，一般占循環(huán)時間的8%左右，吹凈階段為了排除爐頂空間的水煤氣，故所需時間最短，大約占3%，具體分配如表1：</p><p>　　表

21、1 循環(huán)時間的分配</p><p>　　1.3.2.4各階段的操作指標(biāo)</p><p>　　（1）吹風(fēng)階段的操作指標(biāo)：</p><p>　　鼓風(fēng)機出口風(fēng)壓：447×9.8Pa</p><p>　　煤氣爐出口溫度：550oC</p><p>　　廢熱鍋爐溫度：230oC</p><p>

22、　?。?）上吹階段操作指標(biāo)：</p><p>　　水蒸氣入爐壓力：2.0kgf/cm2</p><p>　　上行煤氣出口溫度：500oC</p><p>　　過熱除塵器出口溫度：300～350oC</p><p>　　（3）下吹階段操作指標(biāo)：</p><p>　　水蒸氣入爐壓力：2.0kgf/cm2</p>

23、<p>　　下吹煤氣出口溫度：200oC</p><p>　　洗氣箱出口溫度：75oC</p><p>　　洗氣塔出口溫度：35oC</p><p><b>　　2. 工藝計算</b></p><p><b>　　2.1原料組成</b></p><p>　　2.

24、1.1原料已知數(shù)據(jù)：</p><p><b>　　原料已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　以上數(shù)據(jù)源自邯鄲無煙煤。</p><p>　　由于工藝計算中采用的是煤的收到基和干燥基的數(shù)據(jù)，而不是空氣干燥基數(shù)據(jù)，故應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　2.1.2目標(biāo)數(shù)據(jù)</b></p>

25、<p>　　目標(biāo)數(shù)據(jù)即為收到基和干燥基數(shù)據(jù)，根據(jù)《煤化學(xué)》有以下轉(zhuǎn)換公式：</p><p>　　以X代表S，A，C，H，N，Q。</p><p>　　Xd=Xad，Xar=Xad</p><p>　　Xd=Xar， Qgr·ad=6390kcal/kg</p><p><b>　?。?）干燥基數(shù)據(jù)：</

26、b></p><p>　　由以上公式和已知數(shù)據(jù)，可得：</p><p>　　Cd=Cad=75.54×%=76.83%</p><p>　　Hd=Had=1.91×%=1.97% </p><p>　　Nd=Nad=0.81×%=0.83%</p><p>　　Ad=17.73%

27、 ， St·d=0.47%</p><p>　　Od=100%－ Ad － St.d－ Cd － Hd － Nd </p><p>　　=100%－17.73%－0.47%－76.83%－1.97%－0.83%=2.17%</p><p><b>　?。?）收到基數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　由Xd=

28、Xar,可得A ar=Ad,則</p><p>　　Aar=17.73×%=17.01%</p><p>　　St.ar=0.47×%=0.45%</p><p>　　由Xar=Xad，可得</p><p>　　Car=Cad=75.54×%=73.69%</p><p>　　Har=Ha

29、d=2.90×%=1.89%</p><p>　　Nar=Nad=0.96×%=0.80%</p><p>　　Mar=4.08%，Aar =17.01%，St.ar =0.45%</p><p>　　Oar=100－ Mar－ Aar－St.ar－Car －Har － Nar </p><p>　　=100%－4.08%

30、－16.65%－0.44%－73.69%－1.89%－0.80%=2.08%</p><p>　　原料熱值Qgr.ar=Qgr.ad=6390×=6317.55 kcal/kg</p><p>　　故目標(biāo)數(shù)據(jù)可列表如下：</p><p>　　Qgr.ar=6317.55 kcal/kg =6317.55×4.1868=25874kJ/kg<

31、/p><p>　　干基即代表干燥基，濕基即為收到基</p><p><b>　　2.2設(shè)計已知條件</b></p><p>　　（1）原料組成和熱值</p><p>　　原料煤熱值Qgr.ar=6317.55 kcal/kg =25874kJ/kg</p><p><b>　?。?）吹風(fēng)氣組

32、成</b></p><p><b>　?。?）水煤氣組成</b></p><p><b>　　（4）灰渣組成</b></p><p>　?。?）氣化爐進(jìn)出物料溫度</p><p>　　空 氣： 20℃，相對濕度70%.</p><p>　　吹 風(fēng) 氣：

33、 550℃</p><p>　　上行煤氣： 500℃</p><p>　　下行煤氣： 200℃</p><p>　　灰 渣： 200℃</p><p>　　蒸 汽： 下吹蒸汽為110℃飽和蒸汽.；</p><p>　　上吹蒸汽為180℃過熱蒸汽。.</p><p>

34、　?。?）帶出物為4kg干基原料</p><p>　　注：根據(jù)《煤氣設(shè)計手冊》，可查得可燃?xì)獾臒嶂等缦拢?lt;/p><p>　　則吹風(fēng)氣和水煤氣的高低位熱值可計算如下：</p><p>　　吹風(fēng)氣熱值：HHV=(0.0324×12778+0.0759×12600+0.0071×39775</p><p>　　+0.

35、0004×25385)= 1657.8kJ/m3</p><p>　　LHV=(0.0324×10805+0.0759×12600+0.0071×35786</p><p>　　+0.0004×23417) = 1570.6kJ/m3</p><p>　　水煤氣熱值：HHV=(0.552×12778+0.3

36、569×12600+0.0135×39775</p><p>　　+0.001×25385) = 12112.7.1kJ/m3</p><p>　　LHV=(0.552×10805+0.3569×12600+0.0135×35786</p><p>　　+0.001×23417) = 10967.

37、8kJ/m3</p><p><b>　　2.3基本數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　以100kg原料為計算基準(zhǔn).</p><p>　?。?）帶出物帶出的各元素量：</p><p>　　帶出物為3kg，則其中各元素量為：</p><p>　　C： 4×0.78.63=3.072

38、 kg</p><p>　　H： 4×0.0197=0.079 kg</p><p>　　O： 4×0.0217 =0.087kg</p><p>　　N： 4×0.0083=0.033 kg</p><p>　　S： 4×0.0047=0.019kg</p>&l

39、t;p>　　A： 4×0.1773=0.709kg</p><p>　　總重： 4 kg</p><p>　　（2）灰渣生成量及其中各元素量</p><p>　　灰分總重為100×17.01%=17.01kg</p><p>　　故灰渣量為=20.274 kg</p>

40、<p>　　灰渣中帶出的各元素量：</p><p>　　C： 20.274×0.193=3.913 kg</p><p>　　S： 20.274×0.003=0.061kg</p><p>　　A： 20.274×0.804=16.300 kg</p><p>　　共計：

41、 20.274kg</p><p>　?。?）氣化原料損失于帶出物和灰渣中各元素量：</p><p>　　C： 3.072+3.913=6.985 kg</p><p>　　H： 0.079 kg</p><p>　　O： 0.087 kg</p>&

42、lt;p>　　N： 0.033 kg</p><p>　　S： 0.019+0.061=0.080kg</p><p>　　A： 0.709+16.300=17.09 kg</p><p>　　共計： 24.273 kg</p><p>　?。?）原料氣化后進(jìn)入煤氣中的

43、各元素量：</p><p>　　C： 73.69－6.985=66.705 kg</p><p>　　H： 1.89+4.8×－0.079=2.264 kg</p><p>　　O： 2.08+4.8×－0.087=5.620 kg</p><p>　　N： 0.8－0.03

44、3=0.767 kg</p><p>　　S： 0.45－0.08=0.37 kg</p><p>　　共計： 75.726 kg</p><p><b>　　2.4吹風(fēng)階段計算</b></p><p>　　2.4.1吹風(fēng)階段的物料衡算</p><p&

45、gt;　?。?）每m3吹風(fēng)氣中所含各元素的量：</p><p>　　C： ×（0.0759+0.152+0.0071）=0.1259 kg</p><p>　　H： ×（0.0324×2+0.0071×4+0.0004×2）=0.003377 kg</p><p>　　O： ×（0.075

46、9+0.152×2+0.006×2）=0.2799 kg</p><p>　　N： ×0.7262=0.9081 kg</p><p>　　S： ×0.0004=0.0005714 kg</p><p>　　（2）由碳平衡計算吹風(fēng)氣產(chǎn)量.</p><p><b>　　=529.86

47、m3</b></p><p>　?。?）由氮平衡計算空氣耗量.</p><p><b>　　=486.31m3</b></p><p>　?。?）由空氣帶入的水汽量.</p><p>　　20℃干空氣含飽和水汽0.01847kg/m3，在相對濕度為70%時，空氣含水汽0.01847×0.7=0.01

48、293kg/m3。</p><p>　　由空氣帶入的水汽總量為</p><p>　　486.31×0.01293=6.288 kg</p><p>　?。?）由氫平衡計算吹風(fēng)氣中水汽含量.</p><p>　　收入： 原料帶入氫 2.264 kg</p><p>　　

49、空氣中水汽帶入氫 6.288×=0.6987 kg</p><p>　　共計 2.9627 kg</p><p>　　支出： 吹風(fēng)氣含氫 529.86×0.003091= 1.6378 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中水汽含氫（差額） 1.3249kg</p

50、><p>　　共計 2.967 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中水汽總量 1.3249×=11.9241 kg</p><p>　　單位體積吹風(fēng)氣含水汽量 =0.02251 kg/m3</p><p><b>　?。?）氧平衡校驗.<

51、;/b></p><p>　　收入： 原料帶入氧 5.620 kg</p><p>　　空氣帶入氧 486.31×0.21×=145.893 kg</p><p>　　空氣中水汽帶入氧 6.288×=5.589kg</p>

52、;<p>　　共計 157.102 kg</p><p>　　支出： 吹風(fēng)氣含氧 529.86×0.2799=148.308 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中水汽含氧 11.9241×=10.5992 kg</p><p>　　共

53、計 159.907 kg</p><p>　　誤差 ×100%= -1.148% 可行</p><p><b>　?。?）硫平衡</b></p><p>　　收入： 原料中帶入硫 0.37 kg</p>

54、<p>　　支出： 吹風(fēng)氣中含硫 529.86×0005714=0.3027 kg</p><p>　　誤差： ×100%= 1.816% 可行</p><p>　　2.4.2吹風(fēng)階段的熱量衡算</p><p><b>　　收入：</b></p><p&

55、gt;<b>　?。?）原料發(fā)熱量:</b></p><p>　　Q1=100Qgr.ar= 100×25874=2587400 kJ</p><p><b>　?。?）原料物理熱:</b></p><p>　　Q2=MCt=100×20×1.05=2100 kJ</p><

56、;p><b>　　C—無煙煤的比熱容</b></p><p>　?。?）干空氣物理熱:</p><p>　　Q3=VCt=486.31×20×1.30=12644.1 kJ</p><p>　　C—干空氣的的比熱容：0.31×4.1868=1.30</p><p>　?。?）空氣中水汽

57、熱焓:</p><p>　　Q4=MH=6.228×2537.2=15801.70 kJ</p><p>　　H—20度下的水氣熱焓： 2537.2 kJ/kg</p><p>　　共計 2617946 kJ </p><p><b>　　支出：

58、</b></p><p>　?。?）吹風(fēng)氣發(fā)熱量：</p><p>　　Q5=V×HHV(吹風(fēng)氣)=1657.8×529.86=878401.9 kJ</p><p>　?。?）吹風(fēng)氣物理熱：</p><p><b>　　Q6=VCPt</b></p><p>　　

59、Cp值由加權(quán)法求得，已知550度下列各氣體的Cp如下： </p><p><b>　　則吹風(fēng)氣熱容：</b></p><p>　　Cp=（0.312×0.0324+0.323×0.0759+0.49×0.152+0.337×0.006+</p><p>　　0.512×0.0071+0.4

60、06×0.0004+0.320×0.7262）×4.1868</p><p>　　=1.446KJ/m3C</p><p>　　則Q6=VCPt=517.57×550×1.446=421397.6 kJ</p><p>　?。?）吹風(fēng)氣中水汽熱焓</p><p>　　Q7=11.92×

61、;3595.6=42874.2 kJ</p><p>　　3595.6—550C下水氣熱焓</p><p>　　（8）帶出物的化學(xué)熱</p><p>　　Q8=4×30606=122424 kJ</p><p>　?。?）帶出物的物理熱</p><p>　　Q9=4×550×1.26=27

62、72 kJ</p><p><b>　?。?0）灰渣化學(xué)熱</b></p><p>　　Q10=×3.913+×0.062=128977.4 kJ</p><p><b>　　（11）灰渣物理熱</b></p><p>　　Q11=20.274×200×0.8

63、37=3393.9kJ</p><p>　　（12）爐壁熱損失（取原料發(fā)熱量的7%）</p><p>　　Q12=25874×100×0.07=18118kJ</p><p>　　共計 1658935 kJ</p><p>　　故積聚在料層中的熱量：</p>

64、;<p>　　QA=2617946－1658935=959011 kJ</p><p>　　吹風(fēng)效率： ×100%=×100%=36.63%</p><p><b>　　吹風(fēng)階段的熱平衡表</b></p><p><b>　　2.5制氣階段計算</b></p><p&

65、gt;　　2.5.1制氣階段的物料衡算</p><p>　?。?）單位體積水煤氣所含元素量（m3）</p><p>　　C： ﹙0.3569+0.0726+0.0136)=0.2373 kg</p><p>　　H： ﹙0.552×2+0.0136×4+0.0009×2)=0.05179 kg</p><

66、p>　　O： ﹙0.3569+0.0726×2+0.004×2)=0.3643 kg</p><p><b>　　N：</b></p><p>　　S： ×0.0009=0.00129 kg</p><p>　?。?）由碳平衡計算水煤氣產(chǎn)量</p><p>　　=281.

67、10 m3</p><p>　　（3）由氫平衡計算水蒸氣耗量及上、下行煤氣產(chǎn)量</p><p>　　設(shè)：上行煤氣中含水汽0.26kg/m3，下行煤氣中含水汽0.50kg/m3，上行煤氣產(chǎn)量為Xm3，下行煤氣產(chǎn)量為（281.10－X）m3。上、下吹蒸汽用量相等，均為W kg，上、下行煤氣組成相同。</p><p><b>　　上吹階段的氫平衡</b&g

68、t;</p><p>　　收入： 原料帶入氫 2.264×= 0.00854X kg</p><p>　　蒸汽帶入氫 W= W kg</p><p>　　共計 （0.00854X+）kg</p

69、><p>　　支出： 上行煤氣含氫 0.05179X kg</p><p>　　煤氣中水汽含氫 0.26×X=0.02889X kg</p><p>　　共計 0.08068X kg<

70、;/p><p>　　氫平衡： 0.00854X+=0.08068X</p><p><b>　　=0.07214X</b></p><p><b>　　下吹階段的氫平衡</b></p><p>　　收入： 原料帶入氫 2.264×（1－

71、）=2.264－0.00854X kg</p><p>　　水蒸氣帶入氫 W=W kg</p><p>　　共計 （2.264－0.00854X+）kg</p><p>　　支出： 下行煤氣含氫 （281.1－X）×0.05179=14.5

72、58－0.05179X kg</p><p>　　煤氣中水汽含氫 0.5××（281.1－X）=15.617－0.05556X kg</p><p>　　共計 （30.175－0.10735X）kg</p><p>　　氫平衡 2.264－0.00854X

73、+=30.175－0.10735X </p><p>　　=27.911－0.09881X</p><p>　　由上吹階段和下吹階段的氫平衡方程解得：</p><p>　　X=163.27 m3 W=106.00 kg</p><p><b>　　由此得到：</b></p><p>

74、　　上行煤氣產(chǎn)量為： 163.27 m3。</p><p>　　下行煤氣產(chǎn)量為：281.1－163.27=117.83 m3。</p><p>　　上行煤氣占總產(chǎn)量比例為：×100%=58.08%。</p><p>　　下行煤氣占總產(chǎn)量比例為： 1－58.08%=41.92%。</p><p>　　上行煤氣中水汽量為： 0.26&#

75、215;163.27=42.45 kg。</p><p>　　下行煤氣中水汽量為： 0.50×117.83=58.915 kg。</p><p>　　煤氣中含水汽總量為： 42.45+58.915=101.365 kg。</p><p>　　上吹蒸汽耗量為： 106.00 kg。</p><p>　　下吹蒸汽耗量為： 106.00

76、kg。</p><p>　　總蒸汽耗量為： 106.×2=212 kg</p><p>　　上吹蒸汽分解率為：×100%=59.95%。</p><p>　　下吹蒸汽分解率為：×100%=44.42%。</p><p>　　平均蒸汽分解率為：×100%=52.19%。</p><p&

77、gt;<b>　?。?）氧平衡校驗</b></p><p>　　收入： 原料帶入氧 5.62 kg</p><p>　　蒸汽帶入氧 212×=188.44 kg</p><p>　　共計

78、 194.06kg</p><p>　　支出： 煤氣含氧 281.1×0.3643=102.42 kg</p><p>　　煤氣中水汽含氧 101.365×=90.10 kg</p><p>　　共計

79、 192.52 kg</p><p>　　誤差 ： ×100%=0.79%</p><p><b>　　（5）硫平衡</b></p><p>　　收入： 原料帶入硫

80、 0.37 kg</p><p>　　支出： 煤氣含硫 281.1×0.00129=0.36 kg</p><p>　　誤差 ： ×100%=1.99%</p><p>　　2.5.2制氣階段的熱量衡算</p><p

81、><b>　　收入：</b></p><p><b>　?。?）原料發(fā)熱量</b></p><p>　　Q1=100×25874=2587400 kJ</p><p><b>　?。?）原料物理熱</b></p><p>　　Q2=100×20

82、5;1.05=2100 kJ</p><p>　?。?）水蒸氣熱焓Q3</p><p>　　上吹蒸汽180℃，i=2835.8 kJ/kg（過熱）</p><p>　　下吹蒸汽110℃，i=2691.28 kJ/kg（飽和）</p><p>　　Q3=106×2835.8+106×2691.28=585870.48kJ&l

83、t;/p><p>　　共計 3175370kJ</p><p><b>　　支出：</b></p><p><b>　?。?）水煤氣熱量</b></p><p>　　Q4=281.1×12112.7=3404880 kJ</p><p>

84、　　（5）干水煤氣物理熱Q5</p><p>　　上行煤氣500℃，下行煤氣200℃，各煤氣成分的熱容如下：（kcal/（m3·℃））</p><p><b>　　由加和計算得到：</b></p><p><b>　　200℃，</b></p><p>　　Cp1=0.311×0

85、.552+0.313×0.3569+0.429×0.00726+0.420×0.0136+0.337×0.0004+0.378×0.0009</p><p>　　=0.322 kcal/（m3·℃）=1.35 kJ/（m3·℃）</p><p><b>　　500℃</b></p>&

86、lt;p>　　Cp2=0.312×0.552+0.321×0.3569+0.478×0.00726+0.510×0.0136+0.371×0.0004+0.402×0.0009</p><p>　　=0.330 kcal/（m3·℃）=1.39 kJ/（m3·℃）</p><p>　　Q5=163.27&

87、#215;500×1.39+117.83×200×1.35=144294.33 kJ</p><p>　?。?）水煤氣中水汽熱焓Q6</p><p>　　水汽500℃，i=3487.6 kJ/kg</p><p>　　200℃，i=2874.7kJ/kg</p><p>　　Q6=42.45×3487

88、.6+58.92×2874.7=317411.6kJ</p><p>　?。?）帶出物的化學(xué)熱</p><p>　　Q7=122424 kJ</p><p>　　（8）帶出物的物理熱</p><p>　　Q8=4×550×1.26=2772 kJ</p><p><b>　?。?

89、）灰渣化學(xué)熱</b></p><p>　　Q9=128977.4kJ</p><p><b>　?。?0）灰渣物理熱</b></p><p>　　Q10=3393.9kJ</p><p>　　（11）爐壁熱損失（取原料發(fā)熱量的7%）</p><p>　　Q11=2587400×

90、;0.07=181118 kJ</p><p>　　共計 4183147 kJ</p><p>　　故需從料層中吸取的熱量QB=4183840-3175370=100847 kJ</p><p>　　制氣效率： ×100%</p><p>　　=×100%=81.42%</p>

91、<p><b>　　制氣階段的熱平衡表</b></p><p><b>　　2.6總過程計算</b></p><p>　　2.6.1原料使用分配</p><p>　　設(shè)100 kg原料中，制氣消耗x kg，則吹風(fēng)消耗（100－x）kg</p><p>　　1008470x=959011（

92、100－x）</p><p>　　x=48.74 kg</p><p>　　所以，100 kg原料中，48.74kg用于制氣，51.26 kg消耗于吹風(fēng)階段。</p><p>　　2.6.2生產(chǎn)指標(biāo)計算</p><p>　　每100 kg原料的生產(chǎn)指標(biāo)：</p><p>　　吹風(fēng)氣產(chǎn)量 ×51.26=271

93、.61 m3</p><p>　　水煤氣產(chǎn)量 ×48.74=137.01 m3</p><p>　　空氣耗量 ×51.26=249.28 m3</p><p>　　蒸汽耗量 ×48.74=103.33 kg</p><p>　　總過程效率 ×100%=64.14%</p>

94、<p>　　總過程熱效率×100%=57.43%</p><p>　　2.6.3水煤氣制造總過程的物料平衡</p><p><b>　?。?）碳平衡</b></p><p>　　收入： 原料中碳 73.69 kg</p><p>　　支

95、出： 水煤氣中碳 137.01×0.2373=32.51 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中碳 271.61×0.1259=34.20 kg</p><p>　　帶出物中碳 3.07 kg</p><p>　　灰渣中碳

96、 3.91kg</p><p>　　共計 73.70 kg</p><p><b>　?。?）氫平衡</b></p><p>　　收入： 原料中氫 1.98+4.08

97、15;=2.43 kg</p><p>　　空氣中水汽含氫 249.28×0.01293×=0.32 kg</p><p>　　蒸汽含氫 103.33×=11.48 kg</p><p>　　共計 14.23 kg

98、</p><p>　　支出： 水煤氣含氫 137.01×0.05179=7.10 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣含氫 271.61×0.003377=0.92 kg</p><p>　　水煤氣中水汽含氫 137.01××=5.49 kg</p>

99、<p>　　吹風(fēng)氣中水汽含氫 240.88×0.02251×=0.68 kg</p><p>　　帶出物中氫 0.079kg</p><p>　　共計 14.26 kg</p><p><

100、;b>　?。?）氧平衡</b></p><p>　　收入： 原料中氧 2.08+4.08×=5.71kg</p><p>　　空氣中氧 249.28×0.21×=74.78 kg</p><p>　　空氣中水汽含氧 249.28×

101、;0.01293×=2.72 kg</p><p>　　蒸汽中氧 103.33×=91.85 kg</p><p>　　共計 175.06 kg</p><p>　　支出： 水煤氣中氧 137.01×0

102、.3643=49.91 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中氧 271.61×0.2799=76.02 kg</p><p>　　水煤氣中水汽含氧 137.01××=43.92 kg</p><p>　　吹風(fēng)氣中水汽含氧 271.61×0.02251×=5.435 kg<

103、;/p><p>　　帶出物中氧 0.0087 kg</p><p>　　共計 178.26 kg</p><p>　　誤差： ×100%=1.08%</p><p><b>　?。?）氮平衡<

104、/b></p><p>　　收入： 原料中氮 0.8 kg</p><p>　　空氣中氮 249.28×0.79×=246.13 kg</p><p>　　共計 246.92 kg</p

105、><p>　　支出： 吹風(fēng)氣中氮 271.61×0.9078=246.57 kg</p><p>　　帶出物中氮 0.033 kg</p><p>　　共計 246.60 kg</p><p&g

106、t;　　誤差： ×100%=0.127%</p><p><b>　?。?）硫平衡</b></p><p>　　收入： 原料中硫 0.45 kg</p><p>　　支出： 吹風(fēng)氣中硫 271.61×0.0005714=0.16 kg

107、</p><p>　　水煤氣中硫 137.01×0.000129=0.18 kg</p><p>　　帶出物中硫 0.019kg</p><p>　　灰渣中硫 0.061 kg</p><p>

108、;　　共計 0.452 kg</p><p>　　誤差： ×100%=0.44%</p><p>　?。?）總過程元素平衡表（單位：kg）</p><p>　　2.6.4水煤氣制造過程的熱量平衡</p><p><b>　　收入：原料發(fā)熱量</b

109、></p><p>　　Q1=2587400 kJ</p><p><b>　　原料物理熱</b></p><p>　　Q2=2100 kJ</p><p><b>　　干空氣熱焓</b></p><p>　　Q3=249.28×1.30×20=64

110、81 kJ</p><p><b>　　空氣中水汽熱焓</b></p><p>　　Q4=15801.7×0.5126=8100 kJ</p><p><b>　　蒸汽熱焓</b></p><p>　　Q5=58570×0.4874=285553 kJ</p>&l

111、t;p>　　共計 2889634kJ</p><p><b>　　支出：水煤氣熱值</b></p><p>　　Q6=3404880×0.4874=1659538 kJ</p><p><b>　　水煤氣物理熱</b></p><p>　　Q7=14

112、4294×0.4874 =70328 kJ</p><p><b>　　吹風(fēng)氣熱值</b></p><p>　　Q8=878401.9×0.5126=450269 kJ</p><p><b>　　吹風(fēng)氣物理熱</b></p><p>　　Q9=421397.6×0.5

113、126=216008 kJ</p><p><b>　　吹風(fēng)氣中水汽熱焓</b></p><p>　　Q10=42874.2×0.5126=21977 kJ</p><p><b>　　水煤氣中水汽熱焓</b></p><p>　　Q11=317411.6×0.4874=154

114、706 kJ</p><p><b>　　帶出物的化學(xué)熱</b></p><p>　　Q12=122424 kJ</p><p><b>　　帶出物的物理熱</b></p><p>　　Q13=2772kJ</p><p><b>　　灰渣化學(xué)熱</b>

115、</p><p>　　Q14=128977.4 kJ</p><p><b>　　灰渣物理熱</b></p><p>　　Q15=3393.9 kJ</p><p><b>　　熱損失（按差額計）</b></p><p>　　Q16=191311 kJ</p>

116、<p>　　共計 3097338 kJ</p><p><b>　　總過程的熱平衡表</b></p><p>　　3. 主要設(shè)備的計算與選型</p><p><b>　　3.1水煤氣發(fā)生爐</b></p><p>　　3.1.1水煤氣發(fā)生爐的選型及臺數(shù)確定

117、</p><p>　　水煤氣發(fā)生爐的選型原則是應(yīng)在滿足生產(chǎn)條件的前提下，盡可能的使臺數(shù)減少，如此能減少固定投資費用</p><p>　　以無煙煤為氣化原料,可選W-G型氣化爐,采用干式排渣方式。</p><p>　　預(yù)設(shè)日產(chǎn)180萬標(biāo)立方米合成氣廠,假定每天工作24小時,即</p><p>　　=75000Nm3/h。</p>

118、<p>　　選φ3000mm水煤氣爐</p><p>　　此爐每小時產(chǎn)水煤氣7000--8000Nm3/h。假定需要n臺水煤氣爐，則</p><p><b>　　n=，</b></p><p>　　n=9.3~10.7臺</p><p>　　選用φ3000mm的水煤氣發(fā)生爐12臺，10開2備。</p>

119、;<p><b>　　其技術(shù)指標(biāo)如下：</b></p><p>　　爐 膛 內(nèi) 徑 ：3m</p><p>　　爐 膛 面 積 ：7.07m2</p><p>　　蒸汽水套受熱面積：18m3</p><p>　　夾 套 蒸 汽壓 力：0.5~0.8kg/cm2</p><

120、p>　　進(jìn) 風(fēng) 口 直 徑 ： 1060/760mm</p><p>　　煤氣出口直徑上口：1060mm</p><p>　　煤氣出口直徑下口：760mm</p><p>　　水 煤 氣 產(chǎn) 量 ：6000~7500Nm3/h</p><p>　　燃 料 層 高 度 ：3500mm</p><p>　　焦

121、炭 消 耗 量 ：4000kg/h</p><p>　　最 大 風(fēng) 壓 ：1800mmH20</p><p>　　電 動 機 功 率 ：7.5kW</p><p>　　灰 盤 轉(zhuǎn) 速 ：0336～1.68r/h</p><p>　　外形尺寸(長×寬×高) ：7235×4497×117

122、08</p><p>　　總重(不包括耐火磚) ：59.5t</p><p>　　包 括 耐 火 磚 ：~50t</p><p>　　3.1.2水煤氣發(fā)生爐指標(biāo)計算</p><p>　　由于煤氣爐是間歇生產(chǎn)，因而實際的煤氣產(chǎn)量及空氣、蒸汽流量是多變的，在進(jìn)行緩沖氣柜之前的設(shè)備計算時，不能根據(jù)平均值,必須計算出煤氣爐的瞬時產(chǎn)氣量和原料

123、消耗量。</p><p>　　（1）循環(huán)時間的確定</p><p>　　選用φ3000mm水煤氣爐，每小時產(chǎn)水煤氣7500Nm3/h。</p><p>　　根據(jù)水煤氣生產(chǎn)過程中的實際生產(chǎn)工藝條件的要求，必須具有短的循環(huán)時間，一般為3—4min，另吹凈和二次上吹階段以能達(dá)到排除殘留氣為原則，則吹凈約占3—4%，為保證安全，二次上吹可稍長，約占6—9%，吹風(fēng)時間既要保證

124、經(jīng)吹風(fēng)后料層具有較高的溫度，又使制氣時間較長，按以往經(jīng)驗，可采用以下時間分配百分率，見下表。</p><p>　　循環(huán)時間及百分率分配表</p><p>　　根據(jù)物料衡算,每100kg燃料的生產(chǎn)指標(biāo)（標(biāo)態(tài)）為:</p><p>　　水煤氣(干) 137.01 Nm3</p><p>　　吹風(fēng)氣(干) 271.61 Nm3&

125、lt;/p><p>　　消耗空氣(干) 249.28 Nm3</p><p>　　消耗蒸汽 103.33kg</p><p>　　每循環(huán)平均產(chǎn)氣量：=375Nm3(干氣)</p><p>　?。?）吹風(fēng)空氣流量計算</p><p>　　×249.28×=56438.03Nm3/h<

126、;/p><p><b>　?。?）蒸汽產(chǎn)量計算</b></p><p><b>　　上吹蒸汽流量</b></p><p>　　×103.33×0.5×=8034.57 kg/h</p><p><b>　　下吹蒸汽流量</b></p>&

127、lt;p>　　×103.33×0.5×=7251.72 kg/h</p><p>　?。?）吹風(fēng)氣流量計算</p><p>　　×271.61×=61950.31 Nm3/h</p><p>　?。?）水煤氣流量計算</p><p><b>　　上行煤氣計算</b>

128、</p><p>　　375×0.5808×=12811.76 Nm3/h</p><p><b>　　下行煤氣計算</b></p><p>　　375×0.4192×=8061.54 Nm3/h</p><p>　　說明：（1）以上流量未包括漏損量；</p><

129、;p>　　（2）煤氣流量在加煤后各個循環(huán)并不相同，以上指標(biāo)是平均值。</p><p><b>　　3.2空氣鼓風(fēng)機</b></p><p><b>　?。?）選型</b></p><p>　　空氣鼓風(fēng)機的選型原則是空氣鼓風(fēng)機要能滿足爐子的最大用量，且留有一定的余量。</p><p>　　又每臺

130、爐子生產(chǎn)時最大風(fēng)量為39968.30 Nm3/h，管道損失取5%，</p><p>　　則所需風(fēng)量是=59408.45 Nm3/h</p><p>　　由風(fēng)量59408.45 Nm3/h，可選9-19-D型NO.16序號為5的鼓風(fēng)機，其參數(shù)如下：</p><p><b>　　機號：NO.16</b></p><p>&l

131、t;b>　　傳動方式：D</b></p><p>　　轉(zhuǎn)數(shù)：1450 r/min</p><p><b>　　序號：5</b></p><p>　　全壓×9.8Pa：1480</p><p>　　流量：50997 m3/h</p><p>　　所需功率：96.82 kW