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年产25万吨合成氨造气工艺设计
The Design of Synthesis Ammonia Gasification
Process of 250kt/a

目录
摘要 I
Abstract II
引言 1
第一章  综述 2
1.1 合成氨造气意义和目标 2
1.2 合成氨优点  2
1.3 合成氨用途  2
1.4 煤气化发展史 3
1.5 煤气化技术发展趋势 3
1.6 生产方法选择及论证 3
1.6.1 生产方法介绍： 4
1.6.2 固定床气化法   4
1.6.3 流化床气化 4
1.6.4 气流床气化 5
1.6.5 熔浴床气化   5
第二章 常压固定床间歇气化法 7
2.1 半水煤气定义 7
2.2 生产半水煤气对原料选择 7
2.3 半水煤气制气原理 8
2.4 发生炉内燃料分布情况 9
2.5 生产步骤选择及论证 9
2.6 间歇式气化工作循环 10
2.7 间歇式制半水煤气工艺步骤 11
2.8 间歇式制半水煤气工艺条件 12
第三章 工艺计算 15
3.1 煤气发生炉（含燃烧室）物料及热量衡算 15
3.2 吹风阶段物料衡算和热量衡算 17
3.2.1 吹风阶段物料衡算 17
3.2.2 吹风阶段热量衡算： 18
3.3制气阶段计算 19
3.3.1制气阶段物料衡算 19
3.3.2 制气阶段热量衡算 22
3.4 总过程计算 24
3.4.1 燃料使用分配 24
3.4.2 每100kg燃料生产指标 24
3.4.3 物料衡算 24
3.4.4热量衡算 26
3.5 配气计算 27
3.6 消耗定额 28
3.7 吹净时间 28
3.8 废热锅炉热量衡算 28
第四章 设备计算 34
4.1 煤气炉指标计算 34
4.2 煤气台数确实定 35
4.3 空气鼓风机选型及台数确定 35
结论 37
致谢 38
参考文件 39
附录 40

年产25万吨合成氨造气工艺设计
摘要:合成氨第一阶段为造气阶段，也就相当于合成氨龙头，而且大部分能耗和污染全部在造气阶段，所以说它关键性是不可言喻。合成氨造气生产半水煤气，经过比较本设计采取是常压固定床间歇制气法，而且对间歇制气步骤生产选择和工作循环全部作了叙述，此方法比较简单，使用空气和空气-水蒸汽作为气化剂，制得低热值半水煤气。
对于本设计工艺计算过程，能够在煤气发生炉（含燃烧室）、吹风阶段、制气阶段、和总过程进行物料衡算中得出每十二个月25万吨合成氨需要半水煤气为114583.33kg，块煤为29519.10kg。经过计算对合成氨造气工艺步骤中设备进行选型，在本设计中选择了Φ3000U.G.I半水煤气发生炉。最终经过计算可得在本设计中对半水煤气发生炉需要20台，鼓风机需要12台。
关键词：合成氨；半水煤气；造气工艺

The Design of Synthesis Ammonia Gasification
Process of 250kt/a
Abstract；Synthetic ammonia gasification is the first phase, alse is equivalent to the hend of
the synthesis ammonia, and most of the energy consumption and pollution in the gasification stage, so the importance is ineffable of it. Synthetic ammonia gasification production the semi-water gas, after eomparison the fixed bed intermittent gasification method is used in the design and the choice of intermittent gasification process to produce and the work cycle are described, This method is relatively simple, the air and air-water as the gasification is used, low calorific of semi-water gas is obtained.
The calculation process for the design process, in the material balance gas stove of the (including combustion chamber), blowing stage gas-making,and the total process is drow every year 250kt/a of synthesis ammonia need semi-water gas is 114583.33kg, lump coal is 29519.10kg. By calculating the synthesis ammonictionia gas-making process equipment selection in this design chose Φ3000U.G.I semi-water gas generator. Finally by computing available semi-water gas generator need 20 sets, blower need 12 sets in the design.
Key words: synthesis ammonia;semi-water gas; the gasification process

引言
氨是一个关键化工原料，尤其是生产化肥原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业基础。为了生产氨，通常均以多种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分煤气，然后，采取多种净化方法，除去气体中灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以取得符合氨合成要求洁净1：3氮氢混合气，最终，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。
中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合成氨厂。煤气化是煤转化技术中最关键方面，并已取得广泛应用。合成氨关键原料可分为固体原料、液体原料和气体原料，经过近百年发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色工艺步骤，但全部是有三个基础部分组成，即造气过程、净化过程和氨合成过程。对于造气阶段来说它是合成氨首要阶段，对于合成氨工艺关键性是不言而喻，而且在合成氨过程中大部分能耗和污染全部在造气阶段，所以说对于合成氨造气工段研究性是有很大意义，对此我设计课题为年产25万吨合成氨造气工艺设计。

第一章  综述
1.1 合成氨造气意义和目标
氨是关键无机化工产品之一，在国民经济中占相关键地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用氮肥，比如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵和多种含氮复合肥，全部是以氨为原料。合成氨工业是氮肥工业基础。
为了生产氨，通常均以多种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分煤气，然后，采取多种净化方法，除去气体中灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以取得符合氨合成要求洁净1：3氮氢混合气，最终，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。合成氨是大宗化工产品之一，世界每十二个月合成氨产量已达成1亿吨以上，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品原料。
合成氨造气工序研究为部分工业部门提供了关键原料，工艺用氨量已占合成氨产量百分之十以上。基础化学工艺中硝酸、纯碱、多种含氮无机盐，有机化学中多种含氮中间体。制药工业中磺胺类药品和高分子化学工艺中氨基塑料、聚酰胺纤维、丁腈橡胶等，全部需要直接或间接以氨为原料。食品工业中，氨广泛用作冷冻剂，冶金工业、石油加工工业、机械工业亦需要使用氨或其加工产品，所以合成氨造气工序研究能够推进基础化学工业、制药工业、食品工业等发展，降低它们生产成本，也间接降低了物价，减轻了消费者经济压力，增加市场流通速度，愈加有利于经济平稳发展。
1.2 合成氨优点 
（1）农业对化肥需求是合成氨工业发展持久推进力。世界人口不停增加给粮食供给带来压力，而施用化学肥料是农业增产有效路径。氨水（即氨水溶液）和液氨体本身就是一个氮肥；农业上广泛采取尿素、硝酸铵、硫酸铵等固体氮肥，和磷酸铵、硝酸磷肥等复合肥料，全部是以合成氨加工生产为主。 
（2）和能源工业关系亲密。合成氨生产通常以多种燃料为原料，同时生产过程还需燃料供给能量,所以,合成氨是一个消耗大量能源化工产品。 
（3）和其它产品联合生产。合成氨生产中副产大量二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵原料。假如在合成氨原料气脱除二氧化碳过程中能联合生产这些产品，则能够简化步骤、降低能耗、降低成本。
1.3 合成氨用途 
氨关键用于制造氮肥和复合肥料，使农业生产大大提升。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量12%。氨还是生产炸药、燃料、医药、合成纤维、石油化工等关键原料。
1.4 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），在高温条件下经过化学反应将煤或焦碳中可燃部分转化为气体燃料过程。煤炭气化包含煤热解、气化和燃烧3部分。煤炭气化时所得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。
煤炭气化至今已经有150多年历史。19世纪50年代第一台阶梯式炉篦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，因为石油、天然气工业兴起，煤制气技术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”，部分工业发达国家又重新重视煤炭转化技术，多种新型气化方法和气化炉型应运而生。其种类繁多，方法各异。
现今，煤气化所制得煤气，关键用于以下几方面：（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。
1.5 煤气化技术发展趋势
目前中国外煤完全气化技术发展趋势，概括地能够归纳出以下几点：
（1）气化向大型化方向发展，因为大型化能够提升单位设备生产能力：
（2）使用氧气为气化剂，提升煤气化炉操作温度：
（3）提升煤气化操作压力，几乎多种类型新开发气化炉全部采取加压气化工艺；
（4）扩大气化煤种范围，伴随采煤机械化和水力采煤技术发展，原煤中碎煤产率越来越多，为了适应这种趋势，部分新开发新气化方法全部用碎煤或粉煤气化；
（5）开发利用无污染气化方法，很多开发气化方法，全部考虑了在工艺
过程中消除或降低有害物质产生。
总而言之，因为各国自然资源和社会条件不一样，具体能源政策也各不相同，但能够预料在二十一世纪煤炭仍将成为世界关键能源之一。对于中国来说，伴随国民经济不停发展及人民生活水平不停提升，应主动进行煤气化研究，掌握和利用中国外优异煤气化及其应用技术，对加紧中国实现四个现代化有着关键意义。
1.6 生产方法选择及论证
1.6.1 生产方法介绍：
煤气气化法按不一样分类有多个，分叙以下：
1.按制取煤气热值分类为（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~kJ/m3；（3）制取高热值煤气方法，煤气热值高于kJ/m3。
2.按供热方法分类，气化过程供热方法有（1）部分气化方法；（2）间接供热；（3）由平行进行反应器直接供热；（4）热载体 供热。
3.按反应器形式分类，气化方法有（1）移动床（固定床）；（2）流化床；（3）气流床；（4）熔融床。
本设计按反应器分类方法来分别简明介绍多种方法。
1.6.2 固定床气化法  
煤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，气化剂和煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体显热中相当部分供给煤气化前干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣显热又预热了入炉气化剂，所以气化剂效率高。这是一个理想完全气化方法。
（1）固定床常压气化 
此方法比较简单，但对煤类型有一定要求，即要求用块煤，低灰熔点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。所不一样是采取氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃湿度条件下连续气化方法。
1.6.3 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，是煤颗粒炉内呈沸腾状态进行气化反应。它是一个介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间操作。
（1）温克勒法
温克勒法是最早开发流化方法，在常压下，把煤粒度为0-8mm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，没和经过预热气化剂发生反应。
（2）高温温克勒法
将含水分85~12%褐煤输入到充压至0.98Mpa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。没和白云石类添加物在炉内和经过预热气化剂（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，在此分离出细颗粒经过密闭灰锁系统将灰渣排出，除去煤尘。
（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状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量低球状灰渣，有选择性地排出炉内。它和固态排渣相比，降低了灰渣碳损失。
（4）加氢气化法
所谓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方
1.6.4 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气体作为气化剂，生成富含CH4煤气化方法，其总反应方程式可表示为：煤＋H2→CH4＋焦
（1）K—T法
此法是最早工业化气流床气化方法，它采取干法进料技术，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一个气流床气化粉煤方法。
（2）德士平古法
它是一个湿法（水煤浆）进料加压气化工艺。气化炉是由美国德平古石油企业所属德平古开发企业开发气流床气化炉。
1.6.5 熔浴床气化  
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类床一些制气方法。
（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。此方法特点是：（1）适适用于多种固体或液体燃料；（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Na2CO2盐浴内进行，熔融Na2CO2对煤和蒸汽反应含有强烈催化作用，在较低温度下就可取得很快反应速度。此法现在尚处于开发研究阶段，试验能否成功，关键在于气化炉。
（3）ATGAS熔铁床气化法
ATGAS法实质是把煤粉和石灰石、蒸汽氧（或空气）一起吹到熔铁内，使煤挥发份逸出，残留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。所以，此工艺被认为有可能放大到工业化生产。
和固定床气化相比其它气化方法优点是：（1）气化能力大；（2）气化用煤广；（3）生产灵活性强，开停车轻易；（4）碳转化率高；（5）环境污染小。不过假如采取这些方法不仅其主体设备及相关必需设备投资就将大大增加而且能耗也将大大增大。这对中国氨需求量大而技术又相对落后而且资金短缺这一基础国情是不相符。所以，即使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。依据中国基础国情及当地情况本设计采取常压固定床间歇气化法。
合成氨生产方法有很多个，本章进行了具体叙述，采取了常压固定间歇气化法。 

第二章 常压固定床间歇气化法
2.1 半水煤气定义
半水煤气是以水蒸气为主加入适量空气为气化剂和赤热炭反应，所生成煤气称为半水煤气，它是合成氨原料气，其成份中CO2+H2通常在68%左右。用于合成氨半水煤气要求氢氮比为3：1。
2.2 生产半水煤气对原料选择
生产半水煤气原料有很多个，如焦炭、无烟煤、烟煤等。
间歇法生产半水煤气对原料要求：
（1）对水分要求
燃料中水分含量过高，会影响煤气发生炉气化效率，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。所以，要求入炉煤水分含量小于3～5%。
（2）对挥发份要求
燃料中假如挥发份含量高，则因为甲烷和焦油含水两增加而不仅会增加动力燃料消耗，而且降低炉子制气能力影响氨产量。所以，要求燃料中挥发份较低为宜。
（3）对灰份要求
煤中含灰分其关键成份为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。这些物质含量对灰份有决定性影响。灰份高燃料，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）对硫份要求
煤中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，依据步骤 特点，对含硫量有一定要求，并应在净化过程中将其除去。
（5）对化学活性要求
化学活性高燃料，有利于气体物质和气化率提升。至于对气化效率影响，则因所选择煤气发生炉炉型不一样而有所差异。
（6）对机械强度要求
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程度。热稳定性差燃料，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）对粘结性要求
粘结性是煤在高温下干馏粘结性能，粘结性较强原料煤，气化过程中煤相互粘结后生成焦，破坏燃料透气性，妨碍气化剂均匀分布，影响气体成份和制气产量。所以要求煤粘结性较低为宜。
（9）对燃料粒度要求
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取块煤和粉煤成型，尤其以23~50mm粒度最好。
总而言之，对间歇式生产水煤气，若要使生产取得良好气化指标，应采取热稳定性好、机械强度高、不粘结、粒度均匀、水分较少、灰分和挥发分不高，灰分熔点较高原料，本设计采取无烟块煤。
2.3 半水煤气制气原理
固体燃料气化过程实际上关键是碳和氧反应和碳和蒸汽反应，这两个反应称为固体燃料气化反应。
在气化炉燃烧层中，炭和空气及水蒸汽混合物相互作用时产物称为半水煤气，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
这种煤气组成由上列两反应热平衡条件决定。因为半水煤气是生产合成氨原料气，所以，要求入炉蒸汽和空气（习惯上称为氮空气）百分比合适以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3要求，不过在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≥3.2。

2.4 发生炉内燃料分布情况灰渣层
氧化层
干馏层
干燥层
还原层

图2.1 燃料层分区示意图
在发生炉中原料层分为干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。
（1）干燥层 干燥层厚度和加入燃料量相关。
（2）干馏层 干燥层厚度小于干燥层，在干燥层和干馏层中进行原料预热、干燥和干馏。
（3）还原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已含有多种气体成份，而在还原层里，关键进行CO还原反应。
（4）氧化层 在这里层中，从下面来空气和弹反应，生成碳氧化物，因为氧化速度较快，故其厚度比还原层薄如用水蒸汽作气化剂时，在该层中还进行碳和水蒸汽氧化反应。通常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。
必需指出，各层之间并没有严格界限，即没有显著分层，各层高度随燃料种类性质和气化条件不一样而异。
2.5 生产步骤选择及论证
依据水煤气生产工艺步骤中废热利用程度，可分为五类：
（1）不回收废热步骤：
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。通常为小型水煤气站采取。
（2）只利用吹气特点持有热步骤：
该步骤在吹风阶段，将吹风气经过燃烧室，同时向燃烧室内送入二次空气，合使吹风气中在燃烧室中燃烧，蓄热，高温燃烧后废热锅炉收热量后放空。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步骤
这是中国现在广泛使用一类步骤，它可使大部分废热得以回收利用。此步骤适适用于炉径大于2740mm。
（4）完全利用吹风气所持有热及上、下行煤气显热步骤
该步骤和步骤（3）差异仅在于下行煤气显热亦于回收，废热回收利用程度最高，废热锅炉温度波动较小，蒸发量也较稳定。
（5）增热水煤气步骤
在水煤气生产中，用油裂解来提升煤气热值方法称为增热，它热值高达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，但可作为城市煤气补充气源以备调峰之用。
总而言之，以（2）和（3）两种步骤为最好，步骤（4）效率高于（3）、（4）中因为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，且因为煤气温度不高于200℃，从经济效益上考虑，步骤（3）比步骤（4）更为实用，本设计采取步骤（3）。
2.6 间歇式气化工作循环
常压固定床法制半水煤气其工艺步骤气化过程按5个阶段分别叙述以下：
（1）吹风阶段 来自鼓风机加压空气送入煤气发生炉底部，经和燃料层燃烧放出大量热量储存于炭层内，生成吹风气由炉顶出，经旋风除尘 器除去灰尘后，进入废热锅炉管间水换热，水受热蒸汽产生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 蒸汽和加氮空气一起自炉底送入，经和灼热燃烧层反应后，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，经灼热气化层反应，气化层下移，炉温继续下降，生成水煤气由炉底引出，因下行煤气经过灰渣层降低温度，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 基础同一次上吹制气阶段，但不加入氮空气，其目标在于置换下部及管道中残余煤气，预防爆炸现象。
（5）吹净阶段 其工艺步骤同上吹制气阶段，但不用蒸汽而改用空气，以回收系统中煤气至气柜。
以上5个阶段工作循环，由液压或气压两种形式自动机控制，现在正在发展成微型程序制替换自动机控制。
间歇式制气工作循环各阶段气体流向图所表示。阀门开闭情况见表4

图2.2 间歇制半水煤气各阶段气体流向图
表2.1 各阶段阀门开启情况
阶段
阀门开闭情况
1
2
3
4
5
6
7
吹风
O
X
X
O
O
X
X
一次上吹
X
O
X
O
X
O
X
下吹
X
X
O
X
X
O
O
二次上吹
X
O
X
O
X
O
X
空气吹净
O
X
X
O
X
O
X
注：O---阀门开启：X------阀门关闭
2.7 间歇式制半水煤气工艺步骤

图2.3 间歇式制半水煤气工艺步骤图
图所表示，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经过燃料层，吹风气经燃烧室及废热量后放空。燃烧室中加入二次空气，将吹风气中可燃气体燃烧，使室内格子蓄热砖温度升高。燃烧室盖子含有安全阀作用，当系统发生爆炸时可泄压，以减轻设备破坏。蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后。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。二次上吹时，气体流向和上吹相同，不加入氮空气。空气吹净时， 其工艺步骤同上吹制气阶段，但不用蒸汽而改用空气，以回收系统中煤气至气柜,此时燃烧室无须加入二次空气，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送入，并在蒸汽停送之前切断，以避免空气和煤气相遇而发生爆炸。
2.8 间歇式制半水煤气工艺条件
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含有热值和制气投入热量之比。投入热量包含气化所消耗燃料热值和气化剂带入热量（后者关键指蒸汽潜热）。她是用来表示气化过程中热能利用率。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----------半水煤气热值
Q燃-------------------消耗燃料热值
Q蒸-------------------消耗蒸汽热值
生产强度是指每平方米炉膛截面在每小时生产煤气量，以没标准状态下立方米表示。煤气质量则依据生产要求以热值或以指定成份要求来衡量。为了保留以上要求，气化过程工艺条件有：
（1） 温度 反应温度沿着燃料层高度而改变，其中氧化层温度最高。操作温度通常关键是指氧化层温度，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，燃烧发烧少，热损失大。另外，炉温还受燃料及灰渣熔点限制，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，工业上采取炉温范围1000~1200℃。
（2） 吹风速度 提升炉温关键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，不利于提升产量，而前者对制气时间无影响，经过提升吹风速度，快速提升炉温，缩短二氧化碳在还原层停留时间。以降低吹风气中一氧化碳含量，降低热损失。吹风速度以下不使炭层出现风洞为限。
（3） 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤气产量和质量关键手段之一。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、炉温和热平衡限制。当燃料活性好。炉温高时，加大蒸汽流量可加紧气化反应，煤气产率和质量也得到提升。但同时因燃料层温下降快而应缩短吹入蒸汽时间。但燃料活性较低时，宜采取较小蒸汽流量和较长送入时间。
（4） 燃料层高度 在制气阶段，较高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，有利于提升蒸汽分解率，但在吹风阶段，因为空气和燃料接触时间家长，吹风气中CO含量增加，更关键是，过高燃料层因为阻力增加，使输送空气动力消耗增加。依据实践经验，对粒度较大、热稳定性很好燃料，可采取较高燃料层，但对颗粒小或热稳定性差燃料，则燃料层不宜过高。
（5）循环时间 制气过程一个循环时间包含五个阶段时间，各阶段时间分配要依据燃料性质，气化剂配分比和煤气组成要求而定，一个循环时间短时，炉温波动小，煤气产量和质量也较稳定，故循环时间不宜长，但气化活化较低燃料时，因反应速度慢，应采取较长循环时间。
（6） 气体成份 关键调整半水煤气中（H2+CO）和N2比值。方法是改变加氮气，或改变空气吹净时间。在生产中还应常常注意保持半水煤气中低氧含量（≤0.5%），不然将引发后序工段困难，氧含量过高还有爆炸危险。
对半水煤气进行了部分叙述，并介绍了工艺步骤。接下来是工艺计算。

第三章 工艺计算
在本设计工艺计算过程中，对煤气发生炉（含燃烧室）、吹风阶段、制气阶段、和总过程进行了物料衡算和热量衡算。
3.1 煤气发生炉（含燃烧室）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计算法，采取此法计算时，首先将气化煤进行试烧，以得到正确煤气组成份析数据。
已知条件确实定:
表3.1 入炉煤组成，质量%
C
H
O
N
S
A
W
累计
78.01
1.44
0.45
0.76
0.48
13.76
5.1
100
燃烧热值 28476kJ/㎏
其中 A为灰份
W为水份
1. 吹风气组成，体积%
表3.2 吹风气组成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
16.55
0.35
6.56
3.34
0.76
72.44
100
0.85g/Nm3
2. 半水煤气真正组成，体积%
表3.3 半水煤气组成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
9.57
0.41
26.16
39.74
2.65
21.47
100
1.45g/Nm3
3.各物料进出炉温度
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500℃；下吹煤气200℃；灰渣200℃；
上行蒸汽120℃；饱和蒸汽焓2730kJ/kg；
下吹蒸汽550℃；过热蒸汽焓3595kJ/kg；
4.生产循环时间%，时间（S）

表3.4 生产循环时间
吹风
上吹
下吹
二次上吹
吹净
累计
26
26
37
8
3
100
46.8s
46.8s
67.5s
14.4s
4.5s
180s
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
带出物组分及各组分质量
带出物热值30030kJ/㎏.
表3.5 带出物数量及其组分
元素
质量%
各组分质量，kg
C
82.5
2×0.8250=1.65
H
1.66
2×0.0166=0.03
O
0.47
2×0.0047=0.01
N
0.80
2×0.008=0.02
S
0.57
2×0.0057=0.01
灰分
14.00
2×0.14=0.28
累计
100
2
7. 灰渣组成及其各组分质量
表3.6 灰渣组成及其各组分质量
灰渣组成 质量%
C 14.60
S 0.3
灰分 85.2
累计 100

灰渣质量（按灰分平衡计算），kg
（13.76-0.28）÷0.852=15.82
灰渣各组分质量，kg
C 15.82×0.146=2.3
S 15.82×0.003=0.05
灰分 15.82×0.852=13.47
累计：15.82
8.燃料气化后转入煤气中元素量，kg
C 78.01－（1.65＋2.3）=74.06
H 1.44＋（5.1×2）/18－0.03=1.98
O 0.45＋（5.1×16）/18－0.01=4.97
N 0.76－0.02=0.74
S 0.48－（0.01＋0.05）=0.42
累计：82.17
计算误差==[100－（15.82＋82.17＋2）]/100×100%=0.01%
3.2 吹风阶段物料衡算和热量衡算
3.2.1 吹风阶段物料衡算
1. 每Nm3吹风气中含有元素量，kg
C [12×（0.1655＋0.0656＋0.0076）]/22.4=0.127875
H [2×（0.0334＋0.0076×2）]/22.4＋0.00085×2/34=0.00438
O [32×（0.0035＋0.1655＋0.0656×0.5）]/22.4=0.288
N 28/22.4×0.7244=0.9055
S 0.00085×32/34=0.0008
2. 由碳平衡计算吹风气量：74.206/0.127875=575Nm3
3. 由氮平衡计算空气用量：(575×0.9055－0.74)/（0.79×28/22.4）=527
(0.79为氮气在空气中所占百分比)
空气带入水汽量 ： 527×1.293×0.0213=14.514（1.293为空气密度）
4. 氢平衡（以千克计）
进项：a。燃料带入氢量： 1.98
b．空气中水蒸汽带入氢量：14.514×2/18=1.613
累计：3.593
出项：a.吹风气中含氢量：575×0.00438=2.5185
b.吹风气中水汽含量：3.593－2.5185=1.0745
累计：3.593
吹风气中水汽含量：1.0745×18/2=9.6705
每标准m3吹风气中水汽含量：9.6705 /527=0.0184
5．氧平衡（以kg计）
进项：a.燃料带入氧量；4.99
b.空气中含氧量：527×0.21×32/22.4=158.1
c.空气中水汽含氧量：14.514×16/18=12.901
d.累计： 175.971
出项：a.吹风气中氧量：575×0.288=165.6
b.吹风气中水汽含氧量：9.6705×16/18=8.596
c.累计：174.196
误差：（175.971－174.196）/175.971×100%=1.01%
6．硫平衡（以kg计）
进项：燃料带入硫量：0.42
出项：吹风气中含硫量：575×0.0008=0.46
误差：（0.42－0.46）/0.42×100%=9.5%
3.2.2 吹风阶段热量衡算：
1. 进项（以kJ计）
（1）燃料热值：100×28164.6=2816460
（2）燃料显热：100×25×1.0467=2616.75（1.0467为燃料比热）
（3）干空气显热：527×25×1.2979=17099.8（1.2979为空气比热）
（4）空气中水汽焓：14.514×2538.8=36848.1
累计：2873024.65
2. 出项（以kJ计）
（1）吹风气热值：575×1180.78=678948.5
1m3吹风气热值为:12810×0.0334+12684×0.0656×3