年产36万吨合成氨造气工艺设计样本.doc

年产36万吨合成氨造气工艺设计
The Design of Producing Coal Gas about
Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/a

目 录
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
引 言 1
第1章 造气方法概述 2
1.1造气方法介绍 2
1.1.1固定床气化法 2
1.1.2流化床气化法 2
1.1.3气流床气化法 3
1.1.4熔浴床气化 3
1.2造气方法选择 4
第2章 常压固定床间歇气化法 5
2.1半水煤气定义 5
2.2半水煤气制气原理 5
2.3生产步骤选择及论证 6
2.4间歇式制半水煤气工艺步骤 6
2.5固定床气化法特点 7
2.6原料选择 7
2.7工艺条件 9
2.8工作循环 10
2.9 炉内燃料分布情况 11
第3章 工艺计算 13
3.1煤气发生炉物料及热量衡算 13
3.2物料及热量衡算 15
3.2.1吹风阶段计算 15
3.2.2热量衡算 16
3.3制气阶段计算 17
3.3.1物料衡算 17
3.3.2热量衡算 20
3.4总过程计算 21
3.4.1燃料使用分配及生产指标 21
3.4.2物料衡算 22
3.4.3热量衡算 23
3.5配气计算 24
3.6消耗定额 25
第4章 设备计算和选型 26
4.1煤气炉指标计算 26
4.2煤气台数确实定 27
4.3空气鼓风机选型及台数确定 28
第5章 能耗分析和节能路径 30
5.l 提升燃料利用率 30
5.1.1 提升吹风效率 31
5.1.2 提升制气效率 32
5.1.3 降低灰渣返炭率 33
5.1.4 降低吹风及制气带出物 34
5.1.5 降低热量损失 34
5.2 降低蒸汽消耗 35
结 论 37
致 谢 38
参考文件 39

年产36万吨合成氨造气工艺设计
摘要：本设计简明介绍了多个常见气化工艺并对其特点做了对比。即使固定床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。依据中国基础国情本设计采取常压固定床间歇气化法。
本设计介绍了半水煤气定义及制气原理；常压固定床间歇气化生产步骤选择及论证；常压固定床间歇气化工艺步骤；常压固定床间歇气化特点和对原料选择；常压固定床间歇气化工艺条件；常压固定床间歇气化工作循环有五个阶段；煤气炉内燃料分布情况，从上而下依次为干燥层、干馏层、还原层、氧化层、灰渣层。
本设计对造气工段进行了工艺计算，在煤气炉物料衡算中，进项为100千克入炉燃料，出项包含灰分、干料、不可燃物累计99.99千克，；能量衡算中，进项包含燃料热值、空气中水汽焓、干空气显热、燃料显热累计2904868千焦，出项包含吹风气热值、带出物热值、吹风气中水汽焓、干吹风气显热等累计1575130千焦；在制气阶段，分别对碳、氢、氧、氮、硫元素进行了衡算；热量衡算中，进项包含燃料热值、燃料显热、蒸汽焓、氮空气中水汽焓、干氮空气显热累计3538661千焦，出项4413465.74千焦；设备计算中，选择Φ3000mmUGI煤气炉，每台每小时产半水煤气7500 m3，由年产量计算需78台；空气鼓风机选择D700—14型，经计算需22台。
本设计最终从提升燃料有效利用率、降低蒸汽消耗方面叙述了合成氨生产造气工段降低能耗路径，提出了合成氨生产造气工段节能增效应对方法。
关键词：合成氨 半水煤气 工艺 设计 节能

The Design of Producing Coal Gas about Manufacturing Synthesis of Ammonia 360000t/a
Abstract：Several common gasification methods have been introduced in this design and their characteristics are compared. Although the fixed bed process has its shortcomings and the process is relatively backward, its gasification process technology is more mature than the others. According to the basic situation of our country, atmospheric fixed bed intermittent method is used in this design.
The definition of semi- water gas and gasification principle have been introduced in this design;atmospheric fixed bed gasification process’s selection and demonstration;the characteristics of atmospheric fixed bed gasification; the selection of raw materials;the conditions of atmospheric fixed bed gasification process; the working cycle of atmospheric fixed bed gasification includes five stages; fuel distribution in gas furnace, in turn from top to bottom for drying layer, carbonization layer, reducing layer, oxide layer and ash layer.
The gasification process of the design has been calculated, the material balance proceeds into the furnace of 100 kg fuel out, including ash, dry materials, nonflammable total of 99.99 kg; energy balance proceeds including the fuel calorific value, enthalpy of water vapor, dry air sensible heat, fuel sensible heat total of 2,904,868 kJ out, items including blown calorific value with a calorific value objects, blowing the enthalpy of water vapor, dry blown sensible heata total of 1,575,130 kJ; in the gas phase, accounting for carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur; heat balance, the proceeds including the enthalpy of the fuel calorific value, fuel heat, steam and nitrogen in the airthe enthalpy of water vapor, dry nitrogen air sensible heat total of 3,538,661 kJ, heat total of 4,413,465.74 kJ out; the equipment calculations the selection Φ3000mmUGI gas stove, capacity of 7500 m3/h by the annual production of calculation , needs 78 units,air blower choose D700—14 type,the calculation needs 22 sets.
The paths to reduce the energy consumption in gasification section have been described in the design, from aspects of increasing the effective usage rate of fuel and reducing the steam consumption; the replacing measures for energy saving and effect increasing in gasification section of ammonia synthesis production have been proposed.
Key words：Ammonia Synthesis；Semi-water Gas；Technology；Design；Energy Saving
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。
中国能源结构中，煤炭资源占很大比重。煤气化是煤转化技术中最关键方面，并已取得广泛应用。煤气化提供洁净能够管道输送气体燃料。目前城镇及大中型企业要求实现煤气化迫切性越来越大，至今以合成气为原料合成含氮、含氧化物、烃类及燃料碳化学技术已经取得相当成功，而且这方面开发活动至今仍方兴未衰。
合成氨造气，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、气化和燃烧三部分。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。
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]：
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。

第1章 造气方法概述
1.1造气方法介绍
合成氨造气，是以煤或焦炭为原料，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炭中可燃部分转化为气体燃料过程。它有以下多个分类：
①按制取煤气热值分类，有低热值煤气法(煤气热值低于8347kJ/m3)、中热值煤气法（煤气热值16747-33494kJ/m3）、高热值煤气法(煤气热值高于33494 kJ/m3)
②按供热方法分类，有间接供热和直接供热
③按反应器形式分类，有固定床、流化床、气流床、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[2]。
1.1.1固定床气化法
固定床气化以块煤为原料,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。它有以下两种方法：
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℃温度条件下连续气化。
1.1.2流化床气化法
它是以粒度为0-10mm小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提升气化效率。它有以下四种方法：
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，煤和经过预热气化剂发生反应。
②高温温克勒法
将含水分5%-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。煤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。煤气经废热锅炉生产水蒸气以回收余热，然后经水洗塔深入冷却和除
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
它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CH4煤气方法，其总反应方程式可表示为：煤＋H2→CH4＋焦
1.1.3气流床气化法
它是一个并流气化，用气化剂将粒度为100um以下煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点温度下和气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。它有以下两种方法：
①K—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。气化炉是由美国德士古石油企业所属德士古开发企业开发气流床气化炉。
1.1.4熔浴床气化
20世纪50年代熔浴床煤气化方法开始得到开发，有熔渣床、熔盐床和熔铁床三类。下面分别介绍这三类方法。
①罗米方法
此法为常压粉煤熔渣浴气法，有单筒式和双筒式两种炉型，适适用于多种固体或液体燃料，气体温度高、强度高。
②觊洛格法
此法为加压熔浴气化法。它是在熔融Na2CO3盐浴内进行，熔融Na2CO3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。此法现在尚处于研究阶段，试验能否成功，关键在于气化炉。
③ATGAS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，使煤挥发分逸出，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，该工艺有可能放大到工业化生产。
1.2造气方法选择
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将大大增加，而且能耗也将大大增大，这和中国氨需求量大而技术又相对落后且资金短缺这一基础国情是不相符。所以，即使固定床气化工艺较其它气化工艺有不足之处且较为落后，但其工艺更成熟，依据中国基础国情采取常压固定床间歇气化法。

第2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CO+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。
表2.1以空气为气化剂关键反应方程式
序号
反应方程式
1
C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）
2
2C＋O2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）
3
C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）
4
C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2

表2.2以水蒸汽为气化剂关键反应方程式
序号
反应方程式
1
C＋H2O（汽）=CO＋H2
2
C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2
3
CO＋2H2O（汽）=CO2＋2H2
4
2H2＋O2=2H2O（汽）
5
C＋2H2=CH4
6
CO＋3H2=CH4＋H2O
7
CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）

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=2CO (2-1)
C＋H2O（汽）=CO＋H2 (2-2)
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。
2.3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[3]。
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。
2.4间歇式制半水煤气工艺步骤
固体燃料由加料机从炉顶间歇加入炉内，吹风时，空气自下而上经过燃料层，吹风气经燃烧室及废热锅炉后由烟囱放空。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。燃烧室盖子含有安全阀作用，当系统发生爆炸时可泻压，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。因为煤气温度较低，可直接经洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向和上吹相同。空气吹净时，气体经燃烧室、废热锅炉和洗涤塔进入气柜，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发生爆炸。燃料气化后，灰渣经旋转炉蓖由刮刀刮入灰箱，定时排出炉外[4][5]。
间歇式制半水煤气工艺步骤见图2.1

图2.1间歇式制半水煤气工艺步骤图
2.5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连续，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，伴随气化反应进行，以温度划分各区域将逐步上移，必需经过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到原来位置[6]。
2.6原料选择
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[4]，本设计采取无烟块煤。
2.7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）。它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[3]。气化效率用X表示：
X=Q半/(Q燃＋Q蒸)×100% (2-3)
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[5]。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。吹风速度采取炉温范围1000-1200℃。
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，则采取炉温范围1000-1200℃。
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。
2.8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[16]。间歇式制气工作循环各阶段气体流向图2.2所表示。

图2.2 制气工作循环气体流向图
阀门开闭情况见下表2.3
表2.3各阶段阀门开启情况

阶段

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
2.9 炉内燃料分布情况
炉内燃料分布情况见图2.3

图2.3燃料层分区示意图

①干燥层 新加入燃料因为下层高温燃料和炉壁辐射热和下面高温气流导热，使燃料中水分蒸发，形成干燥层，干燥层厚度和加入燃料量相关。
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，燃料本身也逐步碳化，干馏层厚度小于干燥层。
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，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[21]。

第3章 工艺计算
3.1煤气发生炉物料及热量衡算
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:
①入炉煤组成见下表3.1[5]
表3.1入炉煤组成，重量%
C
H
O
N
S
A
W
累计
78.13
1.32
0.43
0.77
0.51
13.24
5.6
100
燃烧热值 28476kJ/㎏
②吹风气组成见表3.2
表3.2吹风气组成，体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
16.54
0.35
6.56
3.34
0.76
72.45
100
0.85g/Nm3
③半水煤气真正组成见表3.3[6]
表3.3半水煤气组成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
7.5
0.20
32.10
43
0.54
16.66
100
1.45g/Nm3
④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600℃；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；
⑤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
46.8s
46.8s
64.8s
14.4s
7.2s
180s
⑥计算基准：100kg入炉燃料
⑦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重量见下表3.5[7]
表3.5带出物数量及其组分
元素
组成，重量%
各组分重量，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
带出物热值30030kJ/㎏
⑧灰渣组成及其各组分重量
表3.6 灰渣组成（重量%）
C
S
灰分
累计
14.50
0.30
85.20
100.00
灰渣重量（按灰分平衡计算），kg
（13.24-0.28）/0.852=15.2
灰渣各组分重量，kg
C 15.2×0.145=2.20
S 15.2×0.003=0.05
灰分 15.2×0.852=12.95
累计：15.2
⑨燃料气化后转入煤气中元素量，kg
C
H
O
N
S
累计：82.79
计算误差：
3.2物料及热量衡算
3.2.1 吹风阶段计算（物料衡算）
①每Nm3吹风气中含有元素量，kg
C
H
O
N 28/22.4×0.7245=0.906
S 0.00085×32/34=0.0008
②由碳平衡计算吹风气量：74.28/0.128=580Nm3
③由氮平衡计算空气用量：[580×0.906－（0.77－0.02）]/（0.79×28/22.4）=530Nm3
空气带入水汽量：530×1.293×0.0213=14.6(1.293为空气密度)
④氢平衡（kg）
进项：燃料带入氢量： 1.91
空气中水蒸汽带入氢量：14.6×2/18=1.62
累计： 3.53
出项：吹风气中含氢量：580×0.00438=2.54
吹风气中水汽含量：3.53－2.54=0.99
累计：3.53
吹风气中水汽含量：0.99×18/2=8.91
每标准m3吹风气中水汽含量：8.91/580=0.0154
⑤氧平衡（以kg计）
进项：燃料带入氧量: 5.40
空气中含氧量: 530×0.21×32/22.4=159
空气中水汽含氧量： 14.6×16/18=12.98
累计： 177.38
出项：吹风气中氧量：580×0.288=167.04
吹风气中水汽含氧量：8.91×16/18=7.92
累计：174.96
误差：（177.38－174.96）/177.38×100%=1.36%
⑥硫平衡（以kg计）
进项：燃料带入硫量：0.45
出项：吹风气中含硫量：580×0.0008=0.46
误差：（0.45－0.46）/0.45×100%=2.2%
3.2.2 热量衡算
进项（以kJ计）:
①燃料热值：100×28476=2847600
②燃料显热：100×25×1.05=2625（1.05为燃料比热[17]）
③干空气显热：530×25×1.30=17225（1.30为空气比热[17]）
④空气中水汽焓：14.6×2562.84=37418
累计：2904868
出项（以kJ计）:
①吹风气热值：580×1180.78=684852
1 m3吹风气热值为：12810×0.0334＋12684×0.0656＋39984×0.0076=1180.78
②干吹风气显热：580×1.408×600=489984
0.1655×2.066＋0.0035×1.420＋0.0656×1.360＋0.0334×1.302＋0.0076×2.255＋0.7245×1.352
=1.408kJ/ m3℃
③吹风气中水汽焓：8.91×3696=32931（32931为600℃时过热蒸汽焓[17]）
④带出物热值：30030×2=60060
28164.6/（1－0.056）=29835.38
⑤带出物显热：2×1.05×600=1260（1.05为燃料比热[17]）
⑥灰渣中可燃物热值：34020×2.20＋10500×0.05=75369
（34020，10500分别为碳和硫发烧值[17]）
⑦灰渣显热：15.2×0.94×200=2858 （0.94为灰渣比热[17]）
⑧热损失（取燃料发烧量8%）
2847600×0.08=227808
①～⑧累计：1575121
⑨积蓄在煤层中热量：2904868－1575121=1329747
以上各部分热量见表3.6
表3.6热量平衡表（k