1、 .PAGE61 / NUMPAGES61日產量10萬Nm3氣化廠設計1. 總論1.1設計依據（1）畢業實習任務書與畢業設計大綱（2）參照恒盛化肥的工藝經驗（3）導師儲睿智講師的指導1.2造氣工藝論證煤炭是我國儲量最豐富的能源資源，按目前的產量和已探明的儲量推算，我國煤炭資源可開采近百年，估計在可預期的時間里，煤在我國的能源結構中還占據著主導地位。相反我國的石油等其它重要的一次能源明顯不足，一方面，作為與其重要的能源物資和化工原料，隨著國民經濟的發展，石油需求日益高漲，但國石油的開采利用逐漸趨于遞減模式而不得不轉向國外進口，耗費大量外匯，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

2、粗放為主，利用效率低下，環境污染嚴重，不能緩解和明顯緩解國民經濟對石油的依賴性。近年來，國家相關部門已經明顯意識到這個問題，從長遠利益出發，大力發展煤炭深加工產業，使煤化工由傳統的能源型向新型化工型轉變是我國煤炭利用技術的長遠之計。煤炭氣化作為其中重要的一項正向著良好的方向蓬勃發展。而利用水煤氣發生爐制得的合成氣（CO+H2）是作為重要的化工原料氣而存在的。現在火熱的碳一化學工業就是在合成氣的基礎上發展起來的。如FT合成汽油、制氨、制甲醇、煤氣甲烷化、甲醇制醋酸、合成精細化學品和新材料據設計要求，本合成氣廠采用無煙煤為氣化原料，水蒸氣作為氣化劑，吹入熾熱碳層分解制取合成氣的工藝，日產量10萬N

3、m3。生產出的合成氣可為較大規模的甲醇生產提供原料氣。煤炭氣化自從1839年俄國第一臺空氣鼓風液態排渣氣化爐問世以來，至今已有100多年的歷史了，自上世紀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條件，氣化方法可分為：（1）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。因為細煤粒將會隨煤氣由煤氣爐頂帶出，增加了煤的損失。（2）流化床氣化 是以小顆粒煤為氣化原料，在氣化爐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。（3）氣流床氣化 一種并流式氣化，氣體（氧和蒸汽）將煤粉

4、（70%以上小于200目）帶入高溫氣化爐，在15001900高溫下將煤進一步轉化為CO、CO2、H2等氣體，殘渣以熔渣形式排出氣化爐。（4）熔融床氣化 俗稱浴床氣化或熔融流態床氣化，其特點是有一溫度較高（16001700）且高度穩定的熔池，粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入熔池，池熔融物保持高速旋轉。此時，氣液固三相密切接觸，在高溫條件下完成反應，生成CO和H2為主要成分的煤氣。 本廠采用移動床氣化法，該法氣化過程進行比較完全，灰渣中殘炭少，氣化效率高，是一種理想的氣化方法。爐型選用2260mm的UGI水煤氣爐。作為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，生產穩定，操作方便，機械除

5、灰，特別是工業化經驗豐富。生產的粗煤氣經過除塵，脫硫等凈化工藝后可直接供給甲醇合成廠。而現代較先進的氣化方法，如德士古法，殼牌法，GSP法，雖然氣化效率更高，優點眾多，當也存在投資大，工業化經驗不足等缺點，綜合比較，采用移動床間歇法工藝生產水煤氣。1.3造氣工藝1.3.1工藝指標采用間歇法工藝生產水煤氣的原料要求必須具有低揮發分產率，一定的塊度，較高的機械強度，好的熱穩定性，難結渣和適中的反應性以與較高的灰熔點，具體指標要求如下：固定碳（干基）70%水分7%灰分（干基）20%揮發分（干基）1250oC機械強度（落下實驗）70%塊度2575mm或50100mm本設計采用無煙煤，它的各項指標均符合

6、上述要求。1.3.2工藝流程1.3.2.1基本原理水煤氣生產的主要反應是水蒸氣與碳的反應：C+H2O（g） CO+H2 H=131.5MJ/kmolC+2H2O（g）CO2+2H2 H=90.0MJ/kmol 可見，水煤氣生產關鍵是水蒸氣的分解，而水蒸氣的分解需要由外界提供熱量。本設計采用間歇送風蓄熱法，分為兩個階段，吹風階段和制氣階段。吹風階段即是將空氣吹入爐中，與煤發生燃燒反應，放出大量的反應熱，熱量積蓄于料層，在制氣時，積蓄于料層的熱量使水蒸氣進行分解反應，生成水煤氣。待熱量消耗至一定程度時，制氣階段結束，再次向料層吹風，如此循環，即可。1.3.2.2流程說明本工段以無煙煤為原料，以水蒸

7、氣為氣化劑，通過固定床層間歇式氣化爐制成水煤氣。本廠采用2575mm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。空氣由空氣鼓風機從爐底吹入爐，使爐碳層燃燒。當碳層溫度達到1000oC左右時，停止吹空氣，通入水蒸氣，其在爐與熾熱的碳層發生反應：C+H2O（g） CO+H2上述過程由吹風 蒸汽吹凈 上吹 下吹 二次上吹 空氣吹凈六個階段組成。循環往復進行，使制成的煤氣持續進入系統。每個循環六個階段具體流向如下：（1）吹風階段 空氣由鼓風機從爐底進入爐，生成吹風氣，由爐頂排出。經過過熱除塵器回收余熱后進入廢熱鍋爐，產生2.0kgf/cm2的蒸汽，而吹風氣本身溫度降至230oC后由煙

8、囪排出放空。（2）蒸汽吹凈階段 蒸汽由爐底吹入，將爐與管道殘留吹風氣由煙囪吹出。（3）上吹階段 蒸汽由鍋爐房進入蒸汽緩沖罐，經蒸汽總管再分配到各套系統的過熱除塵器，過熱到180oC后由爐底進入爐，生成的水煤氣經過過熱除塵器、廢熱鍋爐除塵和廢熱回收后，經洗氣箱降溫除塵，再經洗氣塔冷卻至35oC左右，最后進入緩沖氣柜。（4）下吹階段 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溫度和氣體組成的穩定。蒸汽由爐頂進入爐，生成的煤氣由爐底導出，經下吹集塵器除塵后，直接進入洗氣箱、洗氣塔，然后匯合于緩沖氣柜。（5）二次上吹 經過蒸汽下吹后，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

9、的危險，為安全起見，下吹后還應進行一次上吹。其氣體流向同一次上吹階段。（6）空氣吹凈階段 空氣從爐底吹入爐，將爐剩余煤氣至上吹流向吹入水煤氣系統。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啟來實現流體的流向控制。1.3.2.3循環時間的分配合成氣生產工作循環的各個階段的時間分配隨原料的性質和工藝操作的具體要求而定，采用180s的工作循環。吹風階段的作用是積蓄盡可能多的熱量，為制氣準備條件，因此要求吹風后料層應具有適當的高溫，同時時間應該盡量的短，以相對增加制氣階段的時間，吹風時間一般占循環時間的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。為了保證吹

10、凈階段空氣由煤氣爐下部進入而不發生爆炸，二次上吹時間稍長一些為安全，一般占循環時間的8%左右，吹凈階段為了排除爐頂空間的水煤氣，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：循環時間的分配吹風上吹下吹二次上吹空氣吹凈蒸汽吹凈合計百分比%24263981.81.2100時間s43.246.870.214.43.242.16180.01.3.2.4各階段的操作指標（1）吹風階段的操作指標：鼓風機出口風壓：4479.8Pa煤氣爐出口溫度：550oC廢熱鍋爐溫度：230oC（2）上吹階段操作指標：水蒸氣入爐壓力：0.18kgf/cm2上行煤氣出口溫度：500oC過熱除塵

11、器出口溫度：300350oC（3）下吹階段操作指標：水蒸氣入爐壓力：0.18kgf/cm2下吹煤氣出口溫度：200oC洗氣箱出口溫度：75oC洗氣塔出口溫度：35oC2. 工藝計算2.1原料組成2.1.1原料已知數據： 原料已知數據成分CadHadNadSt.dAdMadMar質量分數，%74.421.550.920.4818.821.99 4.39以上數據源自郭二莊礦一坑混中快無煙煤。由于工藝計算中采用的是煤的收到基和干燥基的數據，而不是空氣干燥基數據，故應進行轉換。2.1.2目標數據 目標數據即為收到基和干燥基數據，根據煤化學有以下轉換公式：以X代表S，A，C，H，N，Q。Xd=Xad，X

12、ar=XadXd=Xar， Qgrad=6330kcal/kg（1）干燥基數據：由以上公式和已知數據，可得：Cd=Cad=74.42%=75.93%Hd=Had=1.55%=1.58%Nd=Nad=0.92%=0.94%Ad=18.82% ， Std=0.48%Od=100% Ad St.d Cd Hd Nd=100%18.82%0.48%75.93%1.58%0.94%=2.25%（2）收到基數據：由Xd=Xar,可得A ar=Ad,則Aar=18.82%=17.99%St.ar=0.48%=0.46% 由Xar=Xad，可得Car=Cad=74.42%=72.600%Har=Had=1.5

13、5%=1.51%Nar=Nad=0.92%=0.90%Mar=4.39%，Aar =17.99%，St.ar =0.46%Oar=100 Mar AarSt.arCar Har Nar=100%4.39%17.99%0.46%72.600%1.51%0.90%=2.15%原料熱值Qgr.ar=Qgr.ad=6330=6175 kcal/kg故目標數據可列表如下：組成CHONSAM合計重量，%（干）75.931.583.350.940.4818.82100.00重量，%（濕）72.6001.513.220.900.4617.994.390100.00Qgr.ar=6175 kcal/kg =61

14、754.1868=25853kJ/kg干基即代表干燥基，濕基即為收到基2.2設計已知條件（1）原料組成和熱值組成CHONSAM合計重量，%（干）75.931.582.250.940.4818.82100.00重量，%（濕）72.6001.512.150.900.4617.994.39100.00原料煤熱值Qgr.ar=175 kcal/kg =25853kJ/kg（2）吹風氣組成成分H2COCO2O2N2CH4H2S合計體積%3.28.1215.250.4972.130.40.041100.00（3）水煤氣組成成分H2COCO2O2CH4H2S合計體積%55.335.747.400.50.98

15、0.08100.00（4）灰渣組成組成CSA合計重量，%18.50.680.9100.0（5）氣化爐進出物料溫度空氣： 20，相對濕度70%.吹風氣： 550上行煤氣： 500下行煤氣： 200灰渣： 200蒸汽： 下吹蒸汽為110飽和蒸汽.；上吹蒸汽為180過熱蒸汽。.（6）帶出物為3kg干基原料注：根據煤氣設計手冊，可查得可燃氣的熱值如下：氣體H2COCH4H2S高熱值, kJ/m312778126433977525347低熱值, kJ/m3108051264335786223367則吹風氣和水煤氣的高低位熱值可計算如下：吹風氣熱值：HHV=(0.03212778+0.081212643+

16、0.00439775+0.0004125347)=1605 kJ/m3LHV=(0.03210805+0.081212643+0.00435786+0.00041223367) =1525 kJ/m3水煤氣熱值：HHV=(0.553012778+0.357412643+0.009839775+0.000825347) =11994 kJ/m3LHV=(0.553010805+0.357412643+0.009835786+0.0008223367) =10864 kJ/m32.3基本數據計算以100kg原料為計算基準.（1）帶出物帶出的各元素量： 帶出物為4kg，則其中各元素量為：C： 40.

17、7593=3.037kgH： 40.0158=0.063 kgO： 400.0225=0.09 kgN： 40.0094=0.038 kgS： 30.0048=0.019 kgA： 30.1882=0.753 kg總重： 4 kg（2）灰渣生成量與其中各元素量灰分總重為10017.99%=17.99kg故灰渣量為=21.31 kg灰渣中帶出的各元素量：C： 21.310.185=3.942 kgS： 21.310.006=0.128 kgA： 21.310.809=17.24 kg共計： 21.31 kg（3）氣化原料損失于帶出物和灰渣中各元素量：C： 3.037+3.942=6.979 kg

18、H： 0.063 kgO： 0.09 kgN： 0.038 kgS： 0.019+0.128=0.147 kgA： 0.753+17.24=17.99 kg共計： 25.31 kg（4）原料氣化后進入煤氣中的各元素量：C： 72.6006.979=65.621 kgH： 1.51+4.390.063=1.935 kgO： 2.15+4.390.09=5.962 kgN： 0.900.038=0.862 kgS： 0.460.147=0.313 kg共計： 74.693 kg2.4吹風階段計算2.4.1吹風階段的物料衡算（1）每m3吹風氣中所含各元素的量：C： （0.0812+0.1525+0.

19、004）=0.1273 kgH： （0.0322+0.0044+0.000412）=0.003608kgO： （0.0812+0.15252+0.008592）=0.2844 kgN： 0.7213=0.9016kgS： 0.00041=0.0005857kg（2）由碳平衡計算吹風氣產量.=515.48m3（3）由氮平衡計算空氣耗量.=469.77m3（4）由空氣帶入的水汽量.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0.018470.7=0.01293kg/m3。 由空氣帶入的水汽總量為469.770.01293=6.074 kg（5）由氫平衡計算吹風氣中

20、水汽含量.收入： 原料帶入氫 1.935 kg空氣中水汽帶入氫 6.074=0.675kg共計 2.610 kg支出： 吹風氣含氫 515.480.003608=1.860 kg吹風氣中水汽含氫（差額） 0.750 kg共計 2.610kg吹風氣中水汽總量 0.750=6.75kg單位體積吹風氣含水汽量 =0.0131kg/m3（6）氧平衡校驗.收入： 原料帶入氧 5.962 kg空氣帶入氧 469.770.21=140.931 kg空氣中水汽帶入氧 6.074=5.399 kg共計 152.29 kg支出： 吹風氣含氧 515.480.2844=146.693 kg吹風氣中水汽含氧 6.75

21、=6.00 kg共計 152.60 kg誤差 100%=0.20% 可行（7）硫平衡收入： 原料中帶入硫 0.313kg支出： 吹風氣中含硫 515.480.0005857=0.315 kg 誤差：100%=-0.63% 可行2.4.2吹風階段的熱量衡算收入：（1）原料發熱量:Q1=100Qgr.ar=10025853=2585300 kJ（2）原料物理熱:Q2=MCt=100201.05=2100kJ C無煙煤的比熱容（3）干空氣物理熱:Q3=VCt=469.77201.30=12214 kJ C干空氣的的比熱容：0. 0.614.1868=1.30（4）空氣中水汽熱焓:Q4=MH=6.07

22、42530.1=15368 kJ H20度下的水氣熱焓：2530.1 kJ/kg共計 2614982 kJ支出：（5）吹風氣發熱量：Q5=VHHV(吹風氣)=1605515.48=827345 kJ（6）吹風氣物理熱：Q6=VCPtCp值由加權法求得，已知550度下列各氣體的Cp如下： 氣體H2COCO2O2CH4H2SN2Cp0.3120.3230.4900.3370.5120.4060.320則吹風氣熱容：Cp=（0.3120.032+0.3230.0812+0.490.1525+0.3370.006+0.0920.004+0.4060.00041+0.3200.7213）4.1868=1

23、.56KJ/m3C則Q6=VCPt=515.485501.56=442282 kJ（7）吹風氣中水汽熱焓Q7=6.753595.6=24270 kJ3595.6550C下水氣熱焓（8）帶出物的化學熱Q8=430606=122424 kJ（9）帶出物的物理熱Q9=45501.26=2772 kJ（10）灰渣化學熱Q10=340683.942+104670.128=135636kJ（11）灰渣物理熱Q11=21.312000.837=3567 kJ（12）爐壁熱損失（取原料發熱量的7%）Q12=258531000.07=180971 kJ共計 1739267 kJ故積聚在料層中的熱量：QA=261

24、49821739267=875715 kJ吹風效率： 100%=100%=33.87%吹風階段的熱平衡表項目熱量，kJ比例，%收入1.原料發熱量Q1258530098.862.原料物理熱Q221000.083.干空氣物理熱Q3122140.474.空氣中水汽熱焓Q4153680.59共計2614982100.00支出1.吹風氣發熱量Q582734547.572.吹風氣物理熱Q644228225.433.吹風氣中水汽熱焓Q7242701.404.帶出物的化學熱Q81224247.045.帶出物的物理熱Q927720.166.灰渣化學熱Q101356367.807.灰渣物理熱Q1135670.21

25、8.爐壁熱損失Q1218097110.41共計1739267100.00.2.5制氣階段計算2.5.1制氣階段的物料衡算（1）單位體積水煤氣所含元素量（m3）C： 0.3574+0.074+0.0098)=0.2364 kgH： 0.55302+0.00984+0.00082)=0.0512 kgO： 0.3574+0.0742+0.0052)=0.3682 kgN：S： 0.0008=0.00114 kg（2）由碳平衡計算水煤氣產量=277.59 m3（3）由氫平衡計算水蒸氣耗量與上、下行煤氣產量設：上行煤氣中含水汽0.26kg/m3，下行煤氣中含水汽0.50kg/m3，上行煤氣產量為Xm3

26、，下行煤氣產量為（277.59X）m3。上、下吹蒸汽用量相等，均為Wkg，上、下行煤氣組成一樣。上吹階段的氫平衡收入： 原料帶入氫 1.935=0.006971Xkg蒸汽帶入氫 W=Wkg共計 （0.006971X+）kg支出： 上行煤氣含氫 0.0512Xkg煤氣中水汽含氫 0.26X=0.02889Xkg共計 0.0801Xkg氫平衡： 0.006971X+=0.0801X=0.0731X下吹階段的氫平衡收入： 原料帶入氫 1.935（1）=1.9350.006971X kg水蒸氣帶入氫 W=W kg共計 （1.9350.006971X+）kg支出： 下行煤氣含氫 （277.59X）0.0

27、512=14.2130.0512X kg煤氣中水汽含氫 0.5（277.59X）=15.4220.05556Xkg共計 （29.6350.1086X）kg氫平衡 1.9350.006971X+=29.6350.1086X=27.70.0998X由上吹階段和下吹階段的氫平衡方程解得：X=160.208 m3 W=105.40 kg由此得到：上行煤氣產量為： 160.208 m3。下行煤氣產量為：277.59160.208=117.382 m3。上行煤氣占總產量比例為：100%=57.71%。下行煤氣占總產量比例為： 157.71%=42.29%。上行煤氣中水汽量為： 0.26160.208=41

28、.65 kg。下行煤氣中水汽量為： 0.50117.382=58.69kg。煤氣中含水汽總量為： 41.65+58.69=100.34 kg。上吹蒸汽耗量為： 105.40 kg。下吹蒸汽耗量為： 105.40 kg。總蒸汽耗量為： 105.402=210.8 kg上吹蒸汽分解率為：100%=60.48%。下吹蒸汽分解率為：100%=44.32%。平均蒸汽分解率為：100%=52.40%。（4）氧平衡校驗收入： 原料帶入氧 5.962 kg蒸汽帶入氧 210.8=187.38kg共計 193.342 kg支出： 煤氣含氧 277.590.3682=102.21 kg煤氣中水汽含氧 100.34

29、=89.19 kg共計 191.399 kg誤差 ： 100%=1.02%（5）硫平衡收入： 原料帶入硫 0.313 kg支出： 煤氣含硫 277.590.00114=0.317 kg誤差 ： 100%=-1.26%2.5.2制氣階段的熱量衡算收入：（1）原料發熱量Q1=10025853=2585300 kJ（2）原料物理熱Q2=100201.05=2100kJ（3）水蒸氣熱焓Q3上吹蒸汽180，i=2835.8 kJ/kg（過熱）下吹蒸汽110，i=2691.28 kJ/kg（飽和）Q3=105.402835.8+105.402691.28=582554 kJ共計 3169954 kJ支出：

30、（4）水煤氣熱量Q4=277.5911994=2908785 kJ（5）干水煤氣物理熱Q5上行煤氣500，下行煤氣200，各煤氣成分的熱容如下：（kcal/（m3）由加和計算得到：氣體H2COCO2CH4O2H2S2000.3110.3130.4290.4200.3370.3785000.3120.3210.4780.0900.3710.402200，Cp1=0.3110.5530+0.3130.3574+0.4290.074+0.4200.0098+0.3370.005+0.6780.0008=0.330kcal/（m3）=1.381 kJ/（m3）500Cp2=0.3120.5530+0.

31、3210.3574+0.4780.074+0.0900.0098+0.3710.005+0.4020.0008=0.322 kcal/（m3）=1.347 kJ/（m3）Q5=160.2085001.381+117.38242001.347=142246 kJ（6）水煤氣中水汽熱焓Q6水汽500，i=3487.6kJ/kg200，i=2874.7kJ/kgQ6=41.653487.6+58.692874.7=313975kJ（7）帶出物的化學熱Q7=122424 kJ（8）帶出物的物理熱Q8=45501.26=2772 kJ（9）灰渣化學熱Q9=135636kJ（10）灰渣物理熱Q10=356

32、7kJ（11）爐壁熱損失（取原料發熱量的7%）Q11=25853000.07=180971 kJ共計 3810376 kJ故需從料層中吸取的熱量QB=38103763169954=640422 kJ制氣效率： 100%=100%=76.38%制氣階段的熱平衡表收入項目熱量，kJ支出項目熱量，kJ1.原料發熱量Q125853001.水煤氣熱量Q429087852.原料物理熱Q221002.干水煤氣物理熱Q51422463.水蒸氣熱焓Q35825543.水煤氣中水汽熱焓Q63139754.從料層中吸取的熱量QB6404224.帶出物的化學熱Q71224245.帶出物的物理熱Q827726.灰渣化學

33、熱Q91356367.灰渣物理熱Q1035678.熱損失Q11180971共計3810376共計38103762.6總過程計算2.6.1原料使用分配 設100kg原料中，制氣消耗xkg，則吹風消耗（100 x）kg640422x=875715（100 x） x=57.76 kg所以，100kg原料中，57.76 kg用于制氣，42.24 kg消耗于吹風階段。2.6.2生產指標計算 每100kg原料的生產指標：吹風氣產量 42.24=217.74 m3水煤氣產量 57.76=160.34 m3空氣耗量 42.24=198.43m3蒸汽耗量 57.76=121.76kg總過程效率 100%=74.

34、39%總過程熱效率100%=44.99%2.6.3水煤氣制造總過程的物料平衡（1）碳平衡收入： 原料中碳 72.60kg支出： 水煤氣中碳 160.340.2364=37.90 kg吹風氣中碳 217.740.1273=27.72 kg帶出物中碳 3.037 kg灰渣中碳 3.942 kg共計 72.60kg （2）氫平衡收入： 原料中氫 1.51+4.39=1.998 kg空氣中水汽含氫 198.430.01293=0.285 kg蒸汽含氫 121.76=13.53kg共計 15.813 kg支出： 水煤氣含氫 160.340.0512=8.209 kg吹風氣含氫 217.740.00360

35、8=0.786 kg水煤氣中水汽含氫 160.34=6.440kg吹風氣中水汽含氫 217.740.0131=0.317kg帶出物中氫 0.063kg共計 15.815kg （3）氧平衡收入： 原料中氧 2.15+4.39=6.052 kg空氣中氧 198.430.21=59.529kg空氣中水汽含氧 198.430.01293=2.281 kg蒸汽中氧 121.76=108.231kg共計 176.093 kg支出： 水煤氣中氧 160.340.3682=59.037 kg吹風氣中氧 217.740.2844=61.925 kg水煤氣中水汽含氧 160.34=51.518 kg吹風氣中水汽含

36、氧 217.740.0131=2.535 kg帶出物中氧 0.09kg共計 172.914 kg 誤差： 100%=0.56% （4）氮平衡收入： 原料中氮 0.90 kg空氣中氮 198.430.79=195.95kg共計 196.850kg支出： 吹風氣中氮 217.740.9016=196.314 kg帶出物中氮 0.038kg共計 196.352 kg 誤差：100%=0.25% （5）硫平衡收入： 原料中硫 0.46 kg支出： 吹風氣中硫 217.740.0005857=0.128 kg水煤氣中硫 160.340.00114=0.183 kg帶出物中硫 0.019kg灰渣中硫 0.

37、128kg共計 0.458 kg 誤差： 100%=0.43%（6）總過程元素平衡表（單位：kg）項目CHONSA共計收入1.原料72.601.9986.0520.90.4617.99100.002.空氣（含水汽）0.28561.81195.95258.0453.蒸汽13.53108.231121.761共計72.6015.813176.093196.8500.4617.99479.806支出1.水煤氣37.908.20959.0370.128105.2742.吹風氣27.720.78661.925196.3140.180286.9253.水煤氣中水汽6.44051.51857.5984.吹風

38、氣中水汽0.3172.5352.8525.帶出物3.0370.0630.090.0380.0190.75346.灰渣3.9420.12817.2421.31共計72.6015.815175.105196.3520.45817.993478.32誤差 0-0.010.560.250.43-0.0170.3112.6.4水煤氣制造過程的熱量平衡收入：原料發熱量Q1=2585300 kJ原料物理熱Q2=2100kJ干空氣熱焓Q3=198.431.3020=5159 kJ空氣中水汽熱焓Q4=153680.4654=6491 kJ蒸汽熱焓Q5=5825540.5776=79316 kJ共計 292388

39、2 kJ支出：水煤氣熱值Q6=29087850.5776=1621939 kJ水煤氣物理熱Q7=1422460.5346=79316 kJ吹風氣熱值Q8=8273450.4224=349470kJ吹風氣物理熱Q9=4422820.4224=186820 kJ吹風氣中水汽熱焓Q10=242700.4224=10252 kJ水煤氣中水汽熱焓Q11=3139750.5776=175072 kJ帶出物的化學熱Q12=122424 kJ帶出物的物理熱Q13=2772 kJ灰渣化學熱Q14=135636 kJ灰渣物理熱Q15=3567 kJ熱損失（按差額計）Q16=233614 kJ共計 2923882

40、kJ總過程的熱平衡表項目熱量，kJ比例，%收入1.原料發熱量Q1258530088.422.原料物理熱Q221000.073.干空氣熱焓Q351590.184.空氣中水汽熱焓Q464910.225.蒸汽熱焓Q532483211.11共計2923882100.00支出1.水煤氣熱值Q61621939585.472.水煤氣物理熱Q7793162.713.吹風氣熱值Q834947011.954.吹風氣物理熱Q91868206.395.吹風氣中水汽熱焓Q10102520.356.水煤氣中水汽熱焓Q111750725.997.帶出物的化學熱Q121224244.198.帶出物的物理熱Q1327720.0

41、99.灰渣化學熱Q141356364.6410.灰渣物理熱Q1535670.1211.熱損失Q162366148.09共計2923882100.003. 主要設備的計算與選型3.1水煤氣發生爐3.1.1水煤氣發生爐的選型與臺數確定水煤氣發生爐的選型原則是應在滿足生產條件的前提下，盡可能的使臺數減少，如此能減少固定投資費用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。預設日產210萬合成氣廠,假定每天工作24小時,即=87500Nm3/h。（1）3000氣爐此爐每小時產水煤氣60007500要n臺水煤氣爐，則n=11.8（2）2740氣爐此爐每小時產水煤氣60006500要n臺水煤氣

42、爐，則n=13.5綜合比較，選用300水煤氣發生爐十四臺，十二開二備。其技術指標如下： 爐膛 徑 ：3.0m爐膛面積：7.07m2蒸汽水套受熱面積：18m3夾套蒸汽壓力：0.50.8kg/cm2(1)進風口直徑：1060/760mm煤氣出口直徑上口：1060mm煤氣出口直徑下口：760mm水煤氣產量：7400Nm3/h燃料層高度：3500mm焦炭消耗量 ：4000kg/h最大風壓：1800mmH20(2)電動機功率：7.5kW灰盤轉速：0.3361.68r/h外形尺寸(長寬高)：7235449711708總重(不包括耐火磚) ：59.5t包括耐火磚：90t注： （1） 1kg/cm2=98.1

43、kPa （2） 1mmH2O=9.80Pa3.1.2水煤氣發生爐指標計算由于煤氣爐是間歇生產，因而實際的煤氣產量與空氣、蒸汽流量是多變的，在進行緩沖氣柜之前的設備計算時，不能根據平均值,必須計算出煤氣爐的瞬時產氣量和原料消耗量。（1）循環時間的確定選用3000mm水煤氣爐，每小時產水煤氣7400Nm3/h。根據水煤氣生產過程中的實際生產工藝條件的要求，必須具有短的循環時間，一般為34min，另吹凈和二次上吹階段以能達到排除殘留氣為原則，則吹凈約占34%，為保證安全，二次上吹可稍長，約占69%，吹風時間既要保證經吹風后料層具有較高的溫度，又使制氣時間較長，按以往經驗，可采用以下時間分配百分率，見

44、下表。循環時間與百分率分配表吹風上吹下吹二次上吹空氣吹凈蒸汽吹凈合計時間S43.246.870.214.43.242.16180百分比%24263981.81.2100根據物料衡算,每100kg燃料的生產指標（標態）為: 水煤氣(干) 160.34 Nm3吹風氣(干) 217.74Nm3消耗空氣(干) 198.43 Nm3消耗蒸汽 121.76kg每循環平均產氣量：=370Nm3(干氣)（2）吹風空氣流量計算198.43=35496 Nm3/h（3）蒸汽產量計算上吹蒸汽流量121.760.5=7982 kg/h下吹蒸汽流量121.760.5=7204 kg/h（4）吹風氣流量計算217.74=

45、41871 Nm3/h（5）水煤氣流量計算上行煤氣計算3700.5776=12571 Nm3/h下行煤氣計算3700.4224=8015 Nm3/h說明：（1）以上流量未包括漏損量；（2）煤氣流量在加煤后各個循環并不一樣，以上指標是平均值。3.2空氣鼓風機（1）選型空氣鼓風機的選型原則是空氣鼓風機要能滿足爐子的最大用量，且留有一定的余量。又每臺爐子生產時最大風量為41871Nm3/h，管道損失取5%，則所需風量是=44705 Nm3/h由風量44705Nm3/h，可選9-19-D型NO.16序號為4的鼓風機，其參數如下：機號：NO.16傳動方式：D轉數：1450r/min序號：4效率：81.0

46、 %功率：229.61 kW所需功率：269.44 kW電動機型號：S128-4電動機功率：315 kW（2）空氣鼓風機臺數的確定由于水煤氣間歇產生，故煤氣爐不需連續鼓風，因此只要將吹風機階段錯開，一臺風機可滿足多臺水煤氣爐的生產。吹風時間為43.2+5.40.6=46.44s 故在一個循環中，一臺鼓風機可供應=3.8臺煤氣爐。在實際生產中，煤氣爐十二開二備，所以采用五臺鼓風機，四開一備即可。另外，為了降低鼓風噪音，可在鼓風機空氣進口處安裝消音器，消音器一臺即可，裝在進風管口處。3.3夾套鍋爐的計算3.3.1夾套鍋爐的作用夾套鍋爐的作用是冷卻爐壁，保護爐壁，并副產蒸汽，經過熱除塵器過熱后被送入

47、煤氣爐發生反應。另通過夾套鍋爐物料、熱量衡算可求出夾套鍋爐的蒸汽產量、軟水消耗量和污水排放量。3.3.2已知條件（1）煤氣爐散失熱量180971kJ，其中夾套鍋爐回收50%；（2）軟水進口30oC,總固體150PPm；（3）排污水總固體2000PPm；（4）鍋爐產氣壓0.29MPa(絕)飽和蒸汽。3.3.3產氣與耗水量的計算設進口軟水量為xkg，產氣量為ykg，以100kg原料為計算基準。（1）熱量平衡進項：回收廢熱量1809710.50=90486 kJ 軟水焓 4.186830 xkJ 合計 （90486+125.61x）kJ出項：蒸汽焓 2724ykJ式中27243.5kgf/cm2 下

48、(絕)飽和蒸汽焓，kJ/kg。排污水焓：559(xy)kJ式中5590.29MPa (絕)沸騰水的焓，kJ/kg。 合計：559x+2165y平衡：90486+125.61x=559x+2165y433x+2165y=90486（2）總固體平衡150 x=2000(xy)1850 x2000y=0（3）解方程式、得x=37.15 kg y=34.36 kg即每100kg燃料：副產蒸汽34.36kg 消耗軟水37.15kg 排污水37.1534.36=2.79kg3.4過熱除塵器的設計3.4.1過熱除塵器的作用與設計原則從煤氣爐出來的上行水煤氣溫度較高，500 oC，且帶有大量的灰塵，必須進行脫

49、除，過熱除塵器的作用就是脫塵，并用水蒸氣將水煤氣降溫，同時回收熱量，過熱水蒸氣，為水煤氣反應創造條件。因煤氣爐是間歇生產的，則過熱除塵器應滿足其最大熱負荷。在吹風階段中，過熱除塵器沒有飽和蒸汽通過，故吹風氣顯熱沒有在此處進行交換，而在廢熱鍋爐換，產生蒸汽（2.0kgf/cm2）。在制氣的下吹階段中，由于下行煤氣經過下行集塵器，不經過過熱除塵器后直接進入洗氣箱，且溫度較低（200 oC）故此階段亦無大的熱交換。在上吹階段中，500 oC的上行煤氣經由過熱除塵器，將飽和蒸汽（110oC）過熱到180oC，故此階段的熱負荷最大。則過熱除塵器以上行煤氣各參數進行計算。3.4.2按上行煤氣計算生產能力3

50、.4.2.1已知條件（1）上行煤氣流量：12571 Nm3/h（2）上吹蒸汽流量：7982 kg/h（3）每標準立方米干上行煤氣中水汽含量：0.26kg/Nm3=0.2622.4/18=0.3236Nm3/Nm3（4）濕上行煤氣成分與流量成分H2COCO2CH4O2H2SH2O共計Nm3/h6951.764492.88930.25123.2062.8610.063609.7616180.77kmol/h310.61200.5841.535.52.810.45161.15722.64%43.027.775.750.760.390.0622.31100濕水煤氣的平均分子量M=（243.0+2827

51、.77+445.75+160.76+340.06+320.39+1822.31）=15.44 kg/ mol（5）濕上行煤氣進口溫度495oC（扣除5oC損失）（6）濕上行煤氣出口溫度350oC（假設）（7）煤氣壓力1.15kgf/cm2（絕），即1.159.807104=0.113MPa（8）蒸汽進口溫度110oC（飽和）（9）蒸汽出口溫度180oC（過熱）3.4.2.2熱量平衡進項：（1）干煤氣熱焓Q1=125714951.418=8823711 kJ/h（2）上行煤氣中水蒸氣的熱Q2=125710.263487.3= 11368684 kJ/h3478.3 kJ/kg-500oC下水蒸氣

52、熱焓（3）飽和蒸汽帶入的物理熱Q3=79822691.5=21483553 kJ/h式中2691.5110oC飽和蒸汽的熱焓 共計 41675948 kJ/h出項：（4）350oC時上行煤氣熱值350oC各組分的熱容（kcal/(m3oC)）見下表：成分H2COCO2CH4O2H2Scp0.3110.3170.4600.4650.3270.390百分比%55.335.747.400.980.50.08Cp=0.55300.311+0.35740.317+0.740.46+0.00980.465+0.0050.327+0.00080.39=0.3258 kcal/(m3oC)=1.364 kJ/

53、(m3oC)Q4=125713501.364=6001395 kJ/h（5）350oC時上行煤氣中水汽熱3176.9kJ/kg350oC過熱蒸汽焓Q5=125713176.90.26=10383571 kJ/h （6）180oC過熱蒸汽熱Q6=79822823.9=22540370 kJ/h2823.9kJ/kg180oC過熱蒸汽熱（7）取熱損失為7%Q損=416759487%=2917316 kJ/h共計 41842652 kJ/h誤差：100%=0.40%3.4.3確定爐體規格過熱器采用U型管，用直列法排列，管徑采用直徑為382.5無縫鋼管。煤氣的平均溫度是=422.5 oC蒸汽平均體積V

54、=7982=2.38 m3/s初選蒸汽流速16m/s。管子根數n=185.6 即取186根管間距取50mm，填充率取90%。D=1.05t=1.050.05=1.067m 取1.2m以管板直徑1200mm作圖，按直列法排出管子數199根，管板折邊取100mm，于是爐體壁直徑為1400mm，見圖示一。核算流速u=13.99m/s結果與假設接近，可行。 圖一 過熱器管板管數的確定3.4.4傳熱系數的計算3.4.4.1列管總截面積與ReA=ndi2=1990.0332=0.170 m2水蒸汽質量流速G=7982=13.04 kg/m2s 查得145oC下水蒸氣的黏度為=1.3910-2cp=1.39

55、10-5PasRe=3096410000故蒸汽在管呈湍流狀態，選定條件合適。3.4.4.2管傳熱系數的計算（1）管對流傳熱系數查得180oC過熱蒸汽導熱系數1=0.0265kcal/(mhoC)110oC飽和蒸汽導熱系數2=0.0194kcal/(mhoC)則管平均導熱系數：=0.024kcal/(mhoC)=0.0279w/(moC)145oC過熱蒸汽的比熱容：Cp=0.48kcal/(kgoC)=2.01kJ/(kgoC)所以：Pr=1.00又=1.3910-5Pas10000，0.7Pr120,流體被加熱n=0.4。=76.12W /(m2hoC)=274.03kJ/(m2hoC)（2）

56、管傳熱系數由于輻射傳熱系數，則可忽略故=76.12kJ/(m2hoC)3.4.4.3管外傳熱系數的計算(1)上行煤氣質量流速換熱管裝有圓缺形擋板（缺口面積為25%的殼體截面積），擋板間距取800mm，則流體通過管間距最大的截面積為：A=0.211m2式中，h：板間距0.8m d0：管外徑0.038m D：換熱器徑1.2m t：管間距0.05m上行煤氣質量流速G=12571=11.41kg/m2s12571上行煤氣摩爾流量15. 44上行煤氣平均分子量(2)上行煤氣混合黏度由大學版化工原理查得=422.5oC下各組分的黏度如下：組成H2COCO2CH4O2H2SH2OmPas0.01560.03

57、250.03100.01940.03600.03000.0246按平方加和法計算，混合煤氣的黏度如下：=(43.0+27.71+5.75+0.39+0.76+22.31+0.06)/100=3.459=(43.00.0156+27.710.0325+5.750.0310+0.390.0360+0.760.0194+23.310.0246+0.060.0300)/100=0.0938所以=2.7210-5Pas(3)雷諾數Re 由于換熱管采取正方形排列，所以水力半徑可由下式求出：de=0.0458m故Re=19439由于Re位于21031106之間，故可采用凱恩法求出。即=對氣體，=1.0（4）

58、上行煤氣混合導熱系數混合煤氣的導熱系數可按下式求解：=查得422.5oC下煤氣中各組分的導熱系數如下表：成分H2COCO2CH4O2H2SH2OW/(moC)0.3600.0500.040.0700.05690.010.070.430.360+0.27170.050+0.05750.04+0.00390.0569+0.00760.070+0.22310.07+0.00060.01=0.29950.43+0.2717+0.0575+0.0039+0.00763+0.2231+0.0006=2.231所以混合煤氣的導熱系數=0.134 W/(moC)（4）上行煤氣混合熱容422.5oC下煤氣中各組

59、分的熱容如下表：成分H2COCO2CH4O2H2SH2Okcal/(m3oC)0.3120.3180.4710.4800.3300.400.374cp=(43.00.312+27.710.318+5.750.471+0.0390.330+0.760.480+22.310.374+0.060.40)/100=0.342kcal/(m3oC)=1.432 kJ/(kgoC)（5）管外傳熱系數 Pr=0.289則=158.39 W/(m2oC)由于輻射傳熱系數10000則氣體在管呈湍流狀態，選定條件合適。（4）吹風氣的混合導熱系數387.5oC下各組分氣體的導熱系數如下表：成分H2COCO2CH4O

60、2N2H2SH2OW/(moC)0.029200.0400.03960.08780.04650.04290.0450.045按以下公式計算：=（3.15+7.99+15.01+0.85+70.97+0.39+0.04+1.60）/100 =3.047（3.150.02920+7.990.040+15.010.0396+0.850.04657+70.970.0429+0.390.0878+0.040.045+1.600.045）/100 =0.143=0.0196W/(moC)（5）吹風氣的混合平均熱容387.5oC下各組分氣體的熱容如下表：成分H2COCO2CH4O2N2H2SH2Okcal/