15万吨合成氨造气工序基本工艺设计.吴波.doc

学生毕业论文（设计）

题 目： 合成氨造气工段设计

姓 名： 吴波
学 号： 01020530
系 别： 化学工程系
班 级： 化工0915班
指引教师： 杨谦 副专家

年 11 月 20日

1 绪论
1合成氨发展历程 7
2 生产办法选取及论证 8
2.1 生产办法简介 8
2.1.1 固定床气化法 8
2.1.2 流化床气化 9
2.1.3 气流床气化 9
2.2 生产方案选取及论证 10
3 常压固定床间歇气化法 11
3.1 半水煤气定义 11
3.2 固定床气化法特点 11
3.3 生产半水煤气对原料选取 12
3.4 半水煤气制气原理 12
3.5 发生炉内燃料分布状况 13
3.6 各重要设备作用 14
3.6.1 煤气发生炉 15
3.6.2 燃烧室 16
3.6.3 废热锅炉 16
3.6.4 洗气箱 16
3.6.5洗涤塔 17
3.6.6 烟囱 17
3.6.7 自动机 17
3.7 间歇式制半水煤气工艺条件 18
3.8 生产流程选取及论证 18
3.9 间歇式气化工作循环 19
3.10 间歇式制半水煤气工艺流程 20
4 工艺计算 20
4.1 煤气发生炉（含燃烧室）物料及热量衡算 21
4.2 物料及热量衡算 22
4.3制气阶段计算 24
4.3.1 物料衡算 26
4.3.2 热量衡算 28
4.4 总过程计算 30
4.5 配气计算 34
4.6 消耗定额 35
4.7 吹净时间核算 35
4.8 废热锅炉热量衡算 35
4.9 夹套锅炉物料及热量衡算 36
5 设备计算 37
5.1 煤气炉指标计算 38
5.2 煤气台数拟定 39
5.3 空气鼓风机选型及台数拟定 39
6 各设备选型及工艺指标 40
6.1 Φ3米U.G.I型煤气发生炉工艺指标 40
6.2 燃料室工艺指标 41
6.3 洗气箱工艺指标 41
6.4索尔维式废热锅炉工艺指标 42
6.5填料式洗涤塔工艺指标 43
6.6 煤气发生炉自动加煤机工艺指标 43
6.7 10000m3螺旋式气柜工艺指标 44
6.8 集尘器 45
参照文献 45
致 谢 46

年产15万吨合成氨造气工段工艺设计
化学工程 吴波 指引教师：杨谦
摘要 本设计时年产能力为15万吨合成氨造气工段（合成氨所需原料气---半水煤气）初步工艺设计。本设计采用常压固定床间歇制气法。依照<小氮肥厂工艺设计手册>，完毕物料、热量计算。此设计配有带控制点工艺流程图一张。
阐明书内容：1.煤造气发展及发展趋势；2.造气工段生产原理，流程选取及生产办法论证与选取；3.物料衡算、热量 衡算；4.重要设备计算及选型；5.安全技术及节能；6.技术经济.
一张图纸： 带控制点物料流程图
核心词：合成；氨；半水煤气；工艺；设计
The Design of Producing Coal Gas about
Manufacturing Synthesis of Ammonia 150000T/a
Chemical engineering Wu Bo Guide Teacher Yang Qian
Abstract：This design is a primary design about the synthesis of ammonia 150000T/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 one 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 equipments.
One serious of diagram includes：take control of the material flow chart.
Key words：synthesis；ammonia、semi-water gas、technology design.

前 言

本设计阐明书是年产15万吨合成氨厂造气工段初步设计。
氨是一种重要化工原料，特别是生产化肥原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业基本。为了生产氨，普通均以各种燃料为原料。一方面，制成含H2和CO等组分煤气，然后，采用各种净化办法，除去气体中灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以获得符合氨合成规定干净1：3氮氢混合气，最后，氮氢混合气通过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。
国内能源构造中，煤炭资源占很大比重。煤气化是煤转化技术中最重要方面，并已获得广泛应用。煤气化提供干净可以管道输送气体燃料。当前还在建设采用各种煤气化技术工业化装置。煤气化在各方面应用都依赖于煤气化技术发展，这重要由于煤气化环节往往在总投资及生产成本中占相称大比重。
国内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，全国既有1000多家大中小型以煤为原料合成氨厂。随着油价不断上涨，此后将停止以油为原料新设备建设，并规定进行以煤代油技术改造。
本阐明书是在工艺和设备计算基本上加以工艺论证及选取而编制。重要内容涉及：绪论、设计任务及规定、生产方案，生产流程选取及论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算及选型。此外，随书附有造气工段带控制点工艺流程图。

1 绪论
1.1合成氨发展历程
在摸索合成氨崎岖道路上，它不但使两位杰出化学家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，并且使一位对人类社会发展作出巨大贡献，并因而获得诺贝尔化学奖哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌可耻下场。日后人们把合成氨称为化学发展史上“水门事件”。
19，法国化学家勒夏特列在研究平衡移动基本上通过理论计算，以为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨，接着，她用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。她没有调查事故发生因素，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，她合成氨实验就这样夭折了。日后才查明实验失败因素，是她所用混合气体中具有O2，在实验过程中H2和O2发生了爆炸反映。
稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，以为合成氨是不能进行。因而人工合成氨研究又惨遭厄运。日后才发现，她在计算时误用一种热力学数据，以致得到错误结论。
在合成氨研究屡屡受挫状况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统研究和实验，终于在197月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。当哈伯工艺流程展示之后，及时引起了早有用战争兼并欧洲称霸世界野心德国军政要员高度注重，为了运用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁贪婪心理。从19到19短短两年内，哈伯不但提高了合成氨产率，并且合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。到19第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小合成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸药，因而导致并蔓延了这场殃祸全球世界大战。这就是第一次世界大战德国为什么可以坚持这样久不解之谜谜底。
当事实真相大白于天下时，哈伯爱到了世界各国科学家剧烈抨击，特别当她获得19诺贝尔化学奖时，更激起世界人民愤怒。
人工合成氨实验成功令人欢欣鼓舞，它对工业、农业生产和国际科技重大意义是不言而喻，但对三位杰出科学家而言则是黑色“水门事件”。
1949年前，全国仅在南京、大连有两家合成氨厂，在上海有一种以水电解法制氢为原料小型合成氨车间，年生产能力共为46kt氨。中华人民共和国成立后来，合成氨产量增长不久。为了满足农业发展迫切需要，除了恢复并扩建旧厂外，50年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。后来在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔基本上，于60年代在云南、上海、衢州、广州等地先后建设了20多座中型氨厂。此外，结合国外经验，完毕“三触媒”流程（氧化锌脱硫、低温变换、甲烷化）氨厂年产50kt通用设计，并在石家庄化肥厂采用。与此同步开发了合成氨与碳酸氢铵联合生产新工艺，兴建大批年产5～20kt氨小型氨厂，其中相称一某些是以无烟煤代替焦炭进行生产。70年代开始到80年代又建设了具备先进技术，以天然气、石脑油、重质油和煤为原料年产300kt氨大型氨厂，分布在四川、江苏、浙江、山西等地。1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt（不涉及台湾省），仅次于苏联而占世界第二位。当前已拥有以各种燃料为原料、不同流程大型装置15座，中型装置57座，小型装置1200多座，年生产能力近20Mt氨。
当前，中华人民共和国是世界上最大化肥生产和消费大国，合成氨年生产能力已达4222万吨。但合成氨始终是化工产业耗能大户。6月7日～8日，全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开，明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达到详细目的。
会议依照“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实行方案》规划，拟定这一重点节能工程目的是：大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提高转化效率，加强余热回收运用；以天然气为原料合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料合成氨加快以干净煤或天然气代替原料油改造；中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术，减少能源消耗。煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术代替老式固定床造气技术。到，合成氨行业节能目的是：单位能耗由当前1700公斤标煤／吨下降到1570公斤标煤／吨；能源运用效率由当前42.0％提高到45.5％；实现节能570万～585万吨标煤，减少排放二氧化碳1377万～1413万吨。
据理解，十近年来，国内合成氨装置先后通过油改煤、煤改油、油改气和无烟煤改粉煤等多次重复原料路线改造和节能改造，先后在烃类蒸汽转化工段、变换工段、脱碳工段、控制系统等进行了数十项大型改造。其中造气炉、炉况监测与系统优化、脱硫系统等技改始终是重点。但是，由于装置原料路线、资源供应、运送、资金与技术成熟度等诸多方面因素，合成氨节能技术改造效果始终未能达到预期目的。究竟，合成氨单位能耗平均为1700公斤标煤／吨，吨氨平均水平与国际先进水平相差600～700公斤标煤。据理解，合成氨节能改造项目详细实行由中华人民共和国化工节能技术协会负责。

2 生产办法选取及论证
2.1 生产办法简介：
煤气化法按不同分类有各种，分叙如下：
1.按制取煤气热值分类为（1）制取低热值煤气办法，煤气热值低于8347kJ/m3；（2）制取中热值煤气办法，煤气热值16747~kJ/m3；（3）制取高热值煤气办法，煤气热值高于kJ/m3。
2.按供热方式分类，气化过程供热方式有（1）某些气化办法；（2）间接供热；（3）由平行进行反映器直接供热；（4）热载体 供热。
3.按反映器形式分类，气化办法有（1）移动床（固定床）；（2）流化床；（3）气流床。
本设计按反映器分类办法来分别简要简介各种办法。
2.1.1 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，产物气体显热中相称某些供应煤气化前干燥和干馏，煤气出口温度低，并且灰渣显热又预热了入炉气化剂，因而气化剂效率高。这是一种抱负完全气化方式。
（1）固定床常压气化
此办法比较简朴，但对煤类型有一定规定，即规定用块煤，低灰熔点煤难以使用常压办法用空气或空气-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。它和常压移动床同样，也是自热式逆流反映床。所不同是采用氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃温度条件下持续气化办法。
2.1.2 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映。它是一种介于逆流操作和顺流操作这两种状况之间操作。
（1）温克勒法
温克勒法是最早开发流化办法，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，没与通过预热气化剂发生反映。
（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。没与白云石类添加物在炉内与通过预热气化剂（氧气/蒸汽或空气/蒸汽）发气愤化反映。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，在此分离出细颗粒通过密闭灰锁系统将灰渣排出，除去煤尘。煤气经废热锅炉生产水蒸气以回收余热，然后经水洗塔进一步冷却和除
（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互相熔聚而粘结成含碳量低球状灰渣，有选取性地排出炉内。它与固态排渣相比，减少了灰渣碳损失。
2.1.3 气流床气化 所谓气流床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煤气化办法，其总反映方程式可表达为：煤＋H2→CH4＋焦
（1）K—T法
此法是最早工业化气流床气化办法，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一种气流床气化粉煤办法。
（2）德士平古法
它是一种湿法（水煤浆）进料加压气化工艺。气化炉是由美国德平古石油公司所属德平古开发公司开发气流床气化炉。
2.2 生产方案选取及论证
2.2.1水煤浆气化法技术
该技术具备气化炉构造简朴、煤种适应较广、水煤浆进料以控制安全、单炉生产能力大环保性能好、操作弹性大及气化过程碳转化率较高等特点。
2.2.2移动床气化法技术
移动床气化法分为压和常压两种，该技术对煤类型有一定规定，要用块煤，底灰熔点煤难以使用。
2.2.3流化床气化法技术
该技术有生产强度较固定床大，可直接使用小颗粒碎煤为原料、对煤种适应性强等特点。
2.2.4气流床气化法技术
该技术有煤种适应范畴较宽、合成气质量好、煤气中具有效成分（CO＋H2）高达85%—88%、单炉生产能力强等特点。
总之与固定床气化相比其他气化办法涉及水煤气加压气化法、移动床气化法、硫化床气化法、气流床气化法长处是：（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。但是如果采用这些办法不但其主体设备及有关必要设备投资就将大大增长并且能耗也将大大增大。这对国内氨需求量大而技术又相对落后并且资金短缺、煤资源丰富这一基本国情是不相符。因此，虽然固定床其工艺较其他气化工艺有其局限性之处且工艺较为落后。但其气化工艺较之其他工艺更成熟。依照国内基本国情及本地状况本设计采用常压固定床间歇气化法。
3 常压固定床间歇气化法
3.1 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与赤热炭反映，所生成煤气称为半水煤气，它是合成氨原料气，其成分中CO2+H2普通在68%左右。用于合成氨半水煤气规定氢氮比为3：1。
3.2 固定床气化法特点
固定床气化法其煤气发生炉排渣和加料不是持续，而是间断排渣和加料，其致密煤层在气化过程中是静止不动，随着气化反映进行，以温度化分各区域将逐渐上移，必要通过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到本来位置。
3.3 生产半水煤气对原料选取
间歇法生产半水煤气对原料规定：
（1）对水分规定
普通焦炭和无烟煤正常水分含量均在临界水分如下，如果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导致炉温下降使燃料消耗增长，炉子操作条件恶化，影响水煤气产量和质量。因而，规定入炉煤水分含量不大于3～5%。
（2）对挥发分规定
煤中所含挥发分得多少与煤碳化限度关于，用含高挥发分煤制取半水煤气中甲烷含量过高，它既消耗动力又挥霍了原料，并且减少炉子生产能力。因而，普通规定煤中灰分含量不得超过6%。
（3）对灰分规定
煤中含灰分其重要成分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。这些物质含量对灰熔点有决定性影响。灰分高燃料，不但增长运送费用，并且使气化条件变得复杂，因此普通规定煤中灰分含量不得超过15%~20%。
（4）对硫分规定
煤中硫分在气化过程中转化为含硫气体，不但对设备和系统管道有腐蚀作用，并且会使催化剂中毒。在合成氨生产系统中，依照流程特点，对含硫量有一定规定。
（5）对化学活性规定
化学活性高燃料，有助于气体物质和气化率提高。至于对气化效率影响，则因所选用煤气发生炉炉型不同而有所差别。
（6）对机械强度规定
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长，气化能力下降，消耗增高。
（7）对热稳定性规定
热稳定性是指燃料在受高温后粉碎限度。热稳定性差燃料，不但增长炭阻力和气体带出物，并且会堵塞炉膛和系统管道，增长动力消耗，影响制气产量。
（8）对粘结性规定
粘结性是煤在高温下干馏粘结性能，粘结性较强原料煤，气化过程中煤互相粘结后生成焦，破坏燃料透气性，妨碍气化剂均匀分布，影响气体成分和制气产量。因此规定煤粘结性较低为宜。
（9）对燃料粒度规定
合成氨原料煤一方面对煤种规定是无烟煤，另一方面对粒度则规定采用块煤和粉煤成型，特别以23~50mm粒度最佳。
总之，对间歇式生产水煤气，若要使生产获得良好气化指标，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，灰分熔点较高原料，本设计采用无烟块煤。
3.4 半水煤气制气原理
固体燃料气化过程事实上重要是碳与氧反映和碳与蒸汽反映，这两个反映称为固体燃料气化反映。
表1 以空气为气化剂重要反映方程
序号
反映方程式
1
C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）
2
C＋O2=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）
3
C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2）
4
2C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2
表2 以水蒸汽为气化剂重要反映方程式
序号
反映方程式
1
C＋H2O（汽）=CO＋H2
2
C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2
3
CO＋2H2O（汽）=CO2＋H2
4
2H2＋O2=2H2O（汽）
5
C＋H2=CH4
6
CO＋3H2=CH4＋H2O
7
CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）
在气化炉燃烧层中，炭与空气及水蒸汽混合物互相作用时产物称为半水煤气，其化学反映按下列方程式进行：2C＋O2＋3.76N2=2CO2＋3.76N2
C＋H2O（汽）=CO＋H2
这种煤气构成由上列两反映热平衡条件决定。由于半水煤气是生产合成氨原料气，因而，规定入炉蒸汽与空气（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3规定，但是在实际生产中规定半水煤气（CO＋H2）：N2≧3.2。
3.5 发生炉内燃料分布状况
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，当气化剂通过燃料层时，进行燃料气化反映，同步随着物理变化，燃料层大体可分为如图所示5个区层
（1） 干燥层 新加入燃料由于下层高温燃料和炉壁辐射热以及下面高温气流导热，使燃料中水分蒸发，形成干燥层，干燥层厚度与加入燃料量关于。
（2） 干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中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，燃料自身也逐渐碳化，干馏层厚度不大于干燥层。

灰渣层
氧化层
干馏层
干燥层
还原层

图1燃料层分区示意图
（3）还原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已具有各种气体成分，而在还原层里，重要进行CO还原反映。
（4）氧化层 在这里层中，从下面来空气与弹反映，生成碳氧化物，由于氧化速度较快，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氧化反映。普通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，没有化学反映发生，起作用是能分布热空气和保护炉。
必要指出，各层之间并没有严格界限，即没有明显分层，各层高度随燃料种类性质和气化条件不同而异。见表3
3.6 各重要设备作用
3.6.1 煤气发生炉 在间歇法工艺中，用于生产半水煤气发生炉重要为UGI水煤气炉。当前中、小合成氨公司惯用煤气炉有：Φ1500，Φ2260，Φ3000，Φ3600等一系列半水煤气炉，它们构造与UGI半水煤气炉基本相似。
水煤气发生炉构造大体分为五个某些，起各某些作用分叙如下：
（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，夹套锅炉作用重要是减少氧化层温度，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，理解火层分布和温度状况上部装有液位计，水位自动调节器和安全阀等附件。
（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，起安全作用。
（4）机械除灰装置
涉及可以转动灰盘和炉条及固定不动会犁。灰犁固定在出灰口上，运用它与旋转灰盘之间相对运动，以削弱机械磨损。
（5）传动装置
机械除灰装置旋转是由电机提供动力。通过减速箱蜗杆、蜗轮来完毕。传动装置附有注油器，以削弱机械磨损。
表3 发生炉内状况
区域
区域名称用途及进行过程
化学反映
Ⅰ
灰渣层
分派气化剂，防止炉蓖受高温影响，在本区域中，借灰渣预热气化剂。

Ⅱ
氧化层（燃烧层）
碳被气化剂中氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出热量。
最后反映：
C＋O2＋3.76N2=CO2＋3.76N2
2C＋O2＋3.76N2=2CO＋3.76N2
Ⅲ
还原区
二氧化碳还原成一氧化碳或水蒸气分解为氢，燃料依托热气体而被预热。
CO2＋C=2CO
H2O＋C=CO＋H2
2H2O＋C=CO2＋2H2
Ⅳ
干馏区
燃料依托热气体换热进行分解，并析出下列物质：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）。

Ⅴ
干燥区
依托气体显热来蒸发燃料中水分

Ⅵ
自由空间
起聚积煤气作用。
有时，煤气中某些一氧化碳与蒸汽进行反映：
H2O＋CO=CO2＋H2

3.6.2 燃烧室 燃烧室上部都呈锥形，中部为柱体，内衬有耐火砖及蓄热用格子砖。燃烧室作用：
（1）向吹风气添加二次空气，使其中CO等可燃物在其中燃烧，所生成热量被积蓄在格子砖内。
（2）运用所蓄积热量，预热下吹蒸汽和加氮空气，提高气体入炉温度，提高分解率。
（3）除去煤气中细灰，以减少对废热锅炉损害。
气体从下部入口切线方向进室，避免直接冲撞室壁，以减少对耐火砖磨损，并使气体在室内分布均匀。燃烧室顶盖起着泄压作用，当系统发生爆炸时，爆炸压力超过盖子弹簧作用力，盖子张开，减少压力，避免设备损坏。
3.6.3 废热锅炉 废热锅炉重要用于回收吹风气和上行半水煤气显热，生产0.49-1.18Mpa蒸汽，为制气和其他用途提供一某些蒸汽来源。
煤气生产中惯用火管立式废热锅炉，炉体为始终立圆筒，用钢板焊接，两头装有钢板封头，内部装有若干根无缝钢管。高温气从上而下与管间水进行逆流热互换，汽水混合物从上循环管进入气包产生蒸汽。分离下来水及向气泡补充新鲜水（软水）由下循环流入废热锅炉下部管间。进炉气体普通为500~700℃出炉后可降至200℃左右。
由于废热锅炉上部装有气泡，为保持炉体重心达到平衡，避免基本受力不均而下陷，故安装时，锅炉炉体倾斜7°，用以增进对流，使热互换效率提高。
3.6.4 洗气箱 洗气箱作用是防止水封后来煤气倒回煤气炉和空气发生爆炸，并兼冷却除尘作用。
洗气箱外形是一种具备圆筒形容器。半水煤气进口管浸入水面如下75~125mm，水至箱顶加入，不断地从锥体某些溢流管溢出。以保持一定水面，起到安全水封作用。它是煤气炉系统保证安全生产不可缺少设备。
进洗气箱煤气温度约200℃，出气温度为70℃左右，洗气箱冷却水用量大，其冷却作用重要靠水蒸发，煤气重要因失去显热而降温。出洗气箱煤气已被饱和。
3.6.5洗涤塔 洗涤塔作用是冷却（降温），冷凝（蒸汽）和除尘，它可采用喷塔，也可采用填料塔，其外形普通为柱形。煤气由下部入塔，由上部出塔。由于进塔煤气被水汽饱和。因此，如想继续降温，必要使煤气中水汽冷凝，由于冷凝热大，故必要用大量水喷淋，使煤气继续冷却。
3.6.6 烟囱 烟囱也是煤气生产中不可缺少设备，其重要作用是排放废气，另还兼有封尘和除尘作用。
3.6.7 自动机 自动机作用在于通过自动机程序控制，使水煤气生产操作基本实现自动化。
自动机把高压水准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规定准时准备启动，精确控制和调节，保证生产稳定和安全。
3.7 间歇式制半水煤气工艺条件
选取生产工艺条件时，规定气化效率高，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备热值与制气投入热量之比。投入热量涉及气化所消耗燃料热值和气化剂带入热量（后者重要指蒸汽潜热）。它是用来表达气化过程中热能运用率。气化效率高，燃料运用率高，生产成本低。气化效率用X表达：
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，以煤原则状态下立方米表达。煤气质量则依照生产规定以热值或以指定成分规定来衡量。为了保存以上规定，气化过程工艺条件有：
3.7.1 温度 反映温度沿着燃料层高度而变化，其中氧化层温度最高。操作温度普通重要是指氧化层温度，简称炉温。炉温高，反映速度快，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限制，高温熔融将导致炉内结疤。故炉温普通应比灰熔点低50℃左右，工业上采用炉温范畴1000~1200℃。
3.7.2 吹风速度 提高炉温重要手段是增长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停留时间。以减少吹风气中一氧化碳含量，减少热损失。吹风速度如下不使炭层浮现风洞为限。
3.7.3 蒸汽用量 蒸汽用量是改进煤气产量与质量重要手段之一。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、炉温和热平衡限制。当燃料活性好。炉温高时，加大蒸汽流量可加快气化反映，煤气产率和质量也得到提高。但同步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，宜采用较小蒸汽流量和较长送入时间。
3.7.4 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，并且燃料层温度较为稳定，有助于提高蒸汽分解率，但在吹风阶段，由于空气与燃料接触时间加长，吹风气中CO含量增长，更重要是，过高燃料层由于阻力增长，使输送空气动力消耗增长。依照实践经验，对粒度较大、热稳定性较好燃料，可采用较高燃料层，但对颗粒小或热稳定性差燃料，则燃料层不适当过高。
3.7.5 循环时间 制气过程一种循环时间涉及五个阶段时间，各阶段时间分派要依照燃料性质，气化剂配分比和煤气构成规定而定，一种循环时间短时，炉温波动小，煤气产量和质量也较稳定，故循环时间不适当长，但气化活化较低燃料时，因反映速度慢，应采用较长循环时间。
3.7.6 气体成分 重要调节半水煤气中（H2+CO）与N2比值。办法是变化加氮气，或变化空气吹净时间。在生产中还应经常注意保持半水煤气中低氧含量（≤0.5%），否则将引起后序工段困难，氧含量过崇高有爆炸危险。
3.8 生产流程选取及论证
依照水煤气生产工艺流程中废热运用限度，可分为五类：
1.不回收废热流程：
吹风直接放空，上下形煤气直接进入冷却净化系统，故其热效率差。普通为小型水煤气站采
2.只运用吹气特点持有热流程：
该流程在吹风阶段，将吹风气通过燃烧室，同步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。上形、下形煤气直接进入冷却净化系统，不进形热量回收。
3.运用吹气持有热和上形煤气显热流程
这是国内当前广泛使用一类流程，它可使大某些废热得以回收运用。此流程合用于炉径不不大于2740mm。
4.完全运用吹风气所持有热及上、下形煤气显热流程
该流程与流程（3）差别仅在于下形煤气显热亦于回收，废热回收运用限度最高，废热锅炉温度波动较小，蒸发量也较稳定。
3.9 间歇式气化工作循环
常压固定床法制半水煤气其工艺流程气化过程按5个阶段分别论述如下：
（1）吹风阶段 来自鼓风机加压空气送入煤气发生炉底部，经与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 蒸汽与加氮空气一起自炉底送入，经与灼热燃烧层反映后，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，经灼热气化层反映，气化层下移，炉温继续下降，生成水煤气由炉底引出，因下形煤气通过灰渣层减少温度，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，其目在于置换下部及管道中残存煤气，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，当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流向如图所示。阀门开闭状况见表4
图2 间歇制半水煤气各阶段气体流向图
表4 各阶段阀门启动状况
阶段
阀门开闭状况
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---阀门启动：X------阀门关闭
3.10 间歇式制半水煤气工艺流程
如附图1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由烟囱放空。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。燃烧室盖子具备安全阀作用，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，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，气体流向与上吹相似。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。
4 工艺计算
4.1 煤气发生炉（含燃烧室）物料及热量衡算
办法：实际数据计算法
实际计算法是以实测煤气构成为根据计算法，采用此法计算时，一方面将气化煤进形试烧，以得到精确煤气构成分析数据。
已知条件拟定：
表5 入炉煤构成，重量%
成分
C
H
O
N
S
A
W
共计
重量%(湿)
71.87
1.50
1.35
1.27
0.30
12.25
11.46
100
重量%(干)
81.91
1.71
1.54
1.44
0.34
13.06
-
100
燃烧热值 28476kJ/㎏
1.吹风气构成，体积%
表6 吹风气构成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
共计
H2S
17.50
2.10
2.50
1.00
2.00
74.90
100
0.6g/m3
2.半水煤气真正构成，体积%
表7 半水煤气构成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
共计
H2S
9.57
0.41
26.16
39.74
2.65
21.47
100
0.7g/m3
3.各物料进出炉温度
大气压力：0.1MPa；大气温度25℃；相对湿度70%；
吹风气温度：235℃，上形煤气温度：230℃；下形煤气温度123℃；
出炉渣温度：95℃；
入系统蒸汽：0.121Mpa（表压）饱和蒸汽；
蒸汽消耗量：220㎏/100㎏燃料。
4.生产循环时间%，时间（S）
表8 生产循环时间
吹风
上吹
下吹
二次上吹
吹净
共计
26
26
36
8
4
100
46.8s
46.8s
64.8s
14.4s
7.2s
180s
5.计算基准：100kg入炉燃料
6.带出物数量及其组分
成分
Vg
Ag