大学毕业设计---年产25万吨合成氨造气工艺的.doc

年产25万吨合成氨造气工艺的设计
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 合成氨造气的意义和目的 2
1.2 合成氨的优点  2
1.3 合成氨的用途  2
1.4 煤气化发展史 3
1.5 煤气化技术发展趋势 3
1.6 生产方法的选择及论证 3
1.6.1 生产方法的介绍： 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的选择 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 生产流程的选择及论证 9
2.6 间歇式气化的工作循环 10
2.7 间歇式制半水煤气工艺流程 11
2.8 间歇式制半水煤气的工艺条件 12
第三章 工艺计算 15
3.1 煤气发生炉（含燃烧室）的物料及热量衡算 15
3.2 吹风阶段的物料衡算以及热量衡算 17
3.2.1 吹风阶段的物料衡算 17
3.2.2 吹风阶段的热量衡算： 18
3.3制气阶段的计算 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燃料的生产指标 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 废热锅炉的热量衡算 28
第四章 设备计算 34
4.1 煤气炉指标计算 34
4.2 煤气台数的确定 35
4.3 空气鼓风机的选型及台数确定 35
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录 40

年产25万吨合成氨造气工艺的设计
摘要:合成氨的第一阶段为造气阶段，也就相当于合成氨的龙头，并且大部分的能耗和污染都在造气阶段，所以说它的重要性是不可言喻的。合成氨造气生产半水煤气，经过比较本设计采用的是常压固定床间歇制气法，并且对间歇制气流程生产的选择与工作循环都作了阐述，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。
对于本设计的工艺计算过程，可以在煤气发生炉（含燃烧室）、吹风阶段、制气阶段、以及总过程进行的物料衡算中得出每年25万吨合成氨需要的半水煤气为114583.33kg，块煤为29519.10kg。通过计算对合成氨造气工艺流程中的设备进行选型，在本设计中选择了Φ3000的U.G.I半水煤气发生炉。最后通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

I

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

II

引言
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。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。合成氨的主要原料可分为固体原料、液体原料和气体原料，经过近百年的发展，合成氨技术趋于成熟，形成了一大批各有特色的工艺流程，但都是有三个基本部分组成，即造气过程、净化过程以及氨合成过程。对于造气阶段来说它是合成氨的首要阶段，对于合成氨工艺的重要性是不言而喻的，并且在合成氨的过程中大部分的能耗和污染都在造气阶段，所以说对于合成氨造气工段的研究性是有很大意义的，对此我的设计课题为年产25万吨合成氨造气工艺的设计。

第一章  综述
1.1 合成氨造气的意义和目的
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。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。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
合成氨造气工序的研究为一些工业部门提供了重要原料，工艺用氨量已占合成氨产量的百分之十以上。基本化学工艺中的硝酸、纯碱、各种含氮无机盐，有机化学中的各种含氮中间体。制药工业中的磺胺类药物和高分子化学工艺中的氨基塑料、聚酰胺纤维、丁腈橡胶等，都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，因此合成氨造气工序的研究可以推动基本化学工业、制药工业、食品工业等的发展，降低它们的生产成本，也间接的降低了物价，减轻了消费者的经济压力，增加市场的流通速度，更加有利于经济的平稳发展。
1.2 合成氨的优点 
（1）农业对化肥的需求是合成氨工业发展的持久推动力。世界人口不断增长给粮食供应带来压力，而施用化学肥料是农业增产的有效途径。氨水（即氨的水溶液）和液氨体本身就是一种氮肥；农业上广泛采用的尿素、硝酸铵、硫酸铵等固体氮肥，和磷酸铵、硝酸磷肥等复合肥料，都是以合成氨加工生产为主。 
（2）与能源工业关系密切。合成氨生产通常以各种燃料为原料，同时生产过程还需燃料供给能量,因此,合成氨是一种消耗大量能源的化工产品。 
（3）与其他产品联合生产。合成氨生产中副产大量的二氧化碳，不仅可用于冷冻、饮料、灭火，也是生产尿素、纯碱、碳酸氢铵的原料。如果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，则可以简化流程、减少能耗、降低成本。
1.3 合成氨的用途 
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，使农业生产大大提高。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。氨还是生产炸药、燃料、医药、合成纤维、石油化工等的重要原料。
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。
1.5 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。
1.6 生产方法的选择及论证
1.6.1 生产方法的介绍：
煤气气化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。
1.6.2 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。
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。
（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
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。
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类床的某些制气方法。
（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。
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。根据我国基本国情及当地情况本设计采用常压固定床间歇气化法。
合成氨的生产方式有很多种，本章进行了详细的阐述，采用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。
2.2 生产半水煤气对原料的选择
生产半水煤气的原料有很多种，如焦炭、无烟煤、烟煤等。
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。
（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。
2.3 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。
在气化炉燃烧层中，炭与空气及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）：N2=3要求，但是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 干燥层的厚度与加入燃料的量有关。
（2）干馏层 干燥层的厚度小于干燥层，在干燥层与干馏层中进行原料的预热、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各种气体成分，而在还原层里，主要进行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，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。
2.5 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）。
2.6 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 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

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流程

图2.3 间歇式制半水煤气工艺流程图
如图所示，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。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，气体流向与上吹相同，不加入氮空气。空气吹净时， 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,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。
2.8 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
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：
（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℃。
（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） 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。
（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。
（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。
（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。
对半水煤气进行了一些阐述，并介绍了工艺流程。接下来是工艺计算。

第三章 工艺计算
在本设计的工艺计算过程中，对煤气发生炉（含燃烧室）、吹风阶段、制气阶段、以及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）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3.1 入炉煤组成，质量%
C
H
O
N
S
A
W
合计
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
合计
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
合计
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500℃；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3.4 生产循环时间
吹风
上吹
下吹
二次上吹
吹净
合计
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
合计
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
合计 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
合计：15.82
8.燃料气化后转入煤气中的元素量，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
合计：82.17
计算误差==[100－（15.82＋82.17＋2）]/100×100%=0.01%
3.2 吹风阶段的物料衡算以及热量衡算
3.2.1 吹风阶段的物料衡算
1. 每Nm3吹风气中含有的元素量，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的比例)
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
合计：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
合计：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.合计： 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.合计：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