婁冰年產(chǎn)20萬(wàn)噸合成氨造氣爐設(shè)計(jì)解讀

1、目錄一、緒論 . 11.1 合成氨概述 11.2 煤氣化技術(shù)發(fā)展 1二、生產(chǎn)方法的選擇及論證 . 22.1 生產(chǎn)方法的介紹 22.2 生產(chǎn)方案的選擇及論證 3三、常壓固定床間歇?dú)饣?. 33.1 固定床氣化法的特點(diǎn) 33.2 半水煤氣制氣原理 33.3 發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況 43.4 間歇式制半水煤氣工藝流程 . 5四、工藝計(jì)算 . 54.1 工藝計(jì)算方法及已知條件確定 . 54.2 理想氣化過(guò)程原料煤消耗量 . 64.3 煤氣發(fā)生爐的物料及熱量衡算 . 74.4 吹風(fēng)階段的物料及熱量衡算 84.4.1 物料衡算 84.4.2 熱量衡算 104.5 制氣階段的物料及熱量衡算 114.5.1

2、物料衡算 . 114.5.2 熱量衡算 . 14五、設(shè)計(jì)的體會(huì)和收獲 . 16六、參考文獻(xiàn) . 17、緒論1.1 合成氨概述氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它是由氫和氮合成。合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。首先，制成含H2和CO等組分的煤氣，然后，采用各種凈化方法，除去氣體中的灰塵、HS、有機(jī)硫化物、CO CO等有害雜質(zhì)，以獲得符合氨合成要求的潔凈的 1：3 的氮?dú)浠旌蠚猓詈?，氮?dú)浠旌蠚饨?jīng) 過(guò)壓縮至15Mpa以上，借助催化劑合成氨。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占很大比重。煤的氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最主要的方面， 并已獲得廣泛的應(yīng)用。煤氣化提供潔凈的可以管

3、道輸送的氣體燃料。當(dāng)前城鎮(zhèn)及大中型 企業(yè)要求實(shí)現(xiàn)煤氣化的迫切性越來(lái)越大，至今以合成氣為原料的合成含氮、含氧化物、 烴類(lèi)及燃料的 C 化學(xué)技術(shù)已經(jīng)獲得相當(dāng)成功，并且這方面的開(kāi)發(fā)活動(dòng)至今仍方興未衰。 目前還在建設(shè)采用各種煤氣化技術(shù)的工業(yè)化裝置。煤氣化在各方面的應(yīng)用都依賴(lài)于煤氣 化技術(shù)的發(fā)展，這主要因?yàn)槊簹饣h(huán)節(jié)往往在總投資及生產(chǎn)成本中占相當(dāng)大的比重。我國(guó)合成氨工業(yè)原料路線是煤汽油并舉， 以煤為主。合成產(chǎn)量 60%以上是以煤為原料， 全國(guó)現(xiàn)有 1000多家大中小型以煤為原料的合成氨廠。隨著油價(jià)的不斷上漲，今后將停止 以油為原料的新設(shè)備建設(shè)，并要求進(jìn)行以煤代油的技術(shù)改造。1.2 煤氣化技術(shù)發(fā)展煤炭氣化

4、，是以煤或焦碳為原料，用氧氣（空氣、富氧或純氧）水蒸汽或氫氣等作 為氣化劑（或稱(chēng)氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或焦碳中的可燃部分轉(zhuǎn)化為 氣體燃料的過(guò)程。煤炭氣化包括煤的熱解、氣化和燃燒 3 部分。煤炭氣化時(shí)所得的可燃 氣體稱(chēng)氣化煤氣。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煤完全氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，概括地可以歸納出如下幾點(diǎn)：（1）氣化向大型化方向發(fā)展，因?yàn)榇笮突梢蕴岣邌挝辉O(shè)備的生產(chǎn)能力：（2）使用氧氣為氣化劑，提高煤氣化爐的操作溫度：（3）提高煤氣化操作壓力， 幾乎各種類(lèi)型的新開(kāi)發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化的工藝；（4）擴(kuò)大氣化煤種的范圍，隨著采煤機(jī)械化和水力采煤技術(shù)的發(fā)展，原煤中的碎煤產(chǎn)率越來(lái)越多，為了適應(yīng)這種

5、趨勢(shì)，一些新開(kāi)發(fā)的新氣化方法都用碎煤或粉煤氣化；（5）開(kāi)發(fā)利用無(wú)污染的氣化方法，許多開(kāi)發(fā)的氣化方法，都考慮了在工藝過(guò)程中消除或減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生總之，由于各國(guó)自然資源和社會(huì)條件的不同，具體的能源政策也各不相同，但可以預(yù)料在 21 世紀(jì)煤炭仍將成為世界的主要能源之一。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷 發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，掌握和運(yùn)用國(guó)內(nèi)外的先進(jìn) 煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，對(duì)加快我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化有著重要的意義。二、生產(chǎn)方法的選擇及論證2.1 生產(chǎn)方法的介紹煤氣化方法按不同的分類(lèi)有多種，分?jǐn)⑷缦拢喊粗迫∶簹獾臒嶂捣诸?lèi)為 (1)制取低熱值煤氣方法，煤氣熱值低于 8347kJ

6、/m3；(2) 制取中熱值煤氣方法，煤氣熱值 16747334948347kJ/m3 (3)制取高熱值煤氣方法，煤 氣熱值高于 334948347kJ/m3。按供熱方式分類(lèi)，氣化過(guò)程的供熱方式有( 1)部分氣化方法；( 2)間接供熱；( 3) 由平行進(jìn)行的反應(yīng)器直接供熱； ( 4)熱載體 供熱。按反應(yīng)器的形式分類(lèi)，氣化方法有( 1 )移動(dòng)床(固定床) ；( 2)流化床；( 3)氣流 床；( 4)熔融床。本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類(lèi)方法來(lái)分別簡(jiǎn)要介紹各種方法：固定床氣化法：煤的固定床氣化是以塊煤為原料。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化 劑由爐底送入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過(guò)程進(jìn)行得很完全，灰渣中殘?zhí)忌?，產(chǎn)

7、物氣 體的顯熱中的相當(dāng)部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱 又預(yù)熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。這是一種理想的完全氣化方式。它分固定 床常壓氣化和固定床加壓氣化。流化床氣化：流化床氣化又稱(chēng)沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑(蒸 汽和富氧或氧氣)送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。它是一種介于 逆流操作和順流操作這兩種情況之間的操作。氣流床氣化：所謂加氫氣化就是，在煤氣化過(guò)程中直接用氫或富含H2的氣體作為氣化劑，生成富含CH的煤氣化方法，其總反應(yīng)方程式可表示為：煤+ HbCH+焦熔浴床氣化： 50 年代熔浴床煤氣氣化方法開(kāi)始得到開(kāi)發(fā)。熔浴床有熔渣床

8、、熔鹽床和熔鐵床3類(lèi)。2.2生產(chǎn)方案的選擇及論證與固定床氣化相比其它氣化方法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）氣化能力大；（2）氣化用煤廣；（3） 生產(chǎn)靈活性強(qiáng)，開(kāi)停車(chē)容易；（4）碳轉(zhuǎn)化率高；（5）環(huán)境污染小。但是如果采用其它氣 化方法的話，不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大的增加，而且能耗也將大 大的增大。這對(duì)我國(guó)氨需求量大、技術(shù)又相對(duì)有些落后而且資金短缺這一基本國(guó)情是不 太相符的。所以，雖然固定床氣化法其工藝較其它氣化工藝有其不足之處且工藝較為落 后。但其氣化工藝較之其它工藝更為成熟。根據(jù)我國(guó)基本國(guó)情，本設(shè)計(jì)采用常壓固定床 間歇?dú)饣?。三、常壓固定床間歇?dú)饣?.1固定床氣化法的特點(diǎn)固定床氣化法其煤

9、氣發(fā)生爐的排渣和加料不是連續(xù)的，而是間斷的排渣和加料，其 致密的煤層在氣化過(guò)程中是靜止不動(dòng)的，隨著氣化反應(yīng)的進(jìn)行，以溫度化分的各區(qū)域?qū)?逐漸上移，必須經(jīng)過(guò)間歇排渣和加炭后各區(qū)域才恢復(fù)到原來(lái)的位置。3.2半水煤氣制氣原理固體燃料的氣化過(guò)程實(shí)際上主要是碳與氧的反應(yīng)和碳與蒸汽的反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)稱(chēng) 為固體燃料的氣化反應(yīng)。表1以空氣為氣化劑主要反應(yīng)方程序號(hào)反應(yīng)方程式1C+ Q (3.762) =CO (+3.762)2C+ 0=2( 3.762) =2C0( +3.762)3C+ CO (3.76N2)=2C0( +3.76N=2)42C+ 3.76N2+ Q+ 3.76N2=CO+ 7.522表2以水

10、蒸汽為氣化劑主要反應(yīng)方程式序號(hào)反應(yīng)方程式1C+ 140（汽）=C+ H22C+ 2H2O （汽）=C0+ 2H23CO 2H2O （汽）=C0+ Hb42H2+ Q=2H0 （汽）5C+ H=CH6CO 3H=CH+ H207CO + 4H=CH+ 2H2O （汽）在氣化爐燃燒層中，炭與空氣幾水蒸汽的混合物相互作用時(shí)的產(chǎn)物稱(chēng)為半水煤氣，其化學(xué)反應(yīng)按下列方程式進(jìn)行：2C+ Q+ 3.76N2=2C（O+ 3.762C+ H20 （汽）=CO+ HH這種煤氣的組成由上列兩反應(yīng)的熱平衡條件決定。由于半水煤氣是生產(chǎn)合成氨的原 料氣，因此，要求入爐蒸汽與空氣（習(xí)慣上稱(chēng)為氮空氣）比例恰當(dāng)以滿足半水煤氣中（

11、CO + H2） : 2=3要求，但是在實(shí)際生產(chǎn)中要求半水煤氣（C3 H2） : 2三3.2。3.3發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況在煤氣發(fā)生爐中固體燃料氣化過(guò)程，燃料與氣化呈相反方向 和順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣化劑經(jīng)過(guò)燃料層時(shí)，進(jìn)行燃料的氣化反 應(yīng)，同時(shí)伴隨物理變化，燃料層大致可分為如圖所示的5個(gè)區(qū)層（1）干燥層 新加入的燃料由于下層高溫燃料和爐壁的輻 射熱以及下面的高溫氣流的導(dǎo)熱，使燃料中的水分蒸發(fā)，形成干 燥層，干燥層的厚度與加入燃料的量有關(guān)。（2）干餾層 干燥層下面溫度較高，燃料中的水分蒸發(fā)至 差不多后，在高溫條件下，燃料便發(fā)生分解，放出揮發(fā)分，燃料本身圖1燃料層分區(qū)示意圖也逐漸碳化，干餾層厚度小于干

12、燥層（3）還原層 氣化劑從下面進(jìn)入碳層氧化區(qū)中已含有各種氣體成，而在還原層里， 主要進(jìn)行co的還原分反應(yīng)。（4）氧化層 在這里層中，從下面來(lái)的空氣與彈反應(yīng)，生成碳的氧化物，因?yàn)檠趸?速度較快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時(shí)，在該層中還進(jìn)行碳與水蒸汽的 氧化反應(yīng)。一般將還原層和氧化層通稱(chēng)之為氣化區(qū)。（4）灰渣層 氧化層下面就是灰渣層，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣 和保護(hù)爐。必須指出，各層之間并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，即沒(méi)有明顯的分層，各層高度隨燃料的種 類(lèi)性質(zhì)和氣化條件不同而異。3.4 間歇式制半水煤氣工藝流程 固體燃料由加料機(jī)從爐頂間歇加入爐內(nèi)，吹風(fēng)時(shí)，空氣鼓風(fēng)機(jī)自下而上通過(guò)燃料層，

13、 吹風(fēng)氣經(jīng)燃燒室及廢熱量后由煙囪放空。燃燒室中加入二次空氣，將吹風(fēng)氣中的可燃?xì)?體燃燒，使室內(nèi)的格子蓄熱磚溫度升高。燃燒室蓋子具有安全閥作用，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生爆炸 時(shí)可泄壓，以減輕設(shè)備的破壞。蒸汽上吹制氣時(shí)，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后， 再經(jīng)洗氣箱及洗滌塔進(jìn)入氣柜。下吹制氣時(shí)，蒸汽從燃燒室頂部進(jìn)入，經(jīng)預(yù)熱后自上而 下流經(jīng)燃料層。由于煤氣溫度較低，可直接由洗氣箱經(jīng)洗滌塔進(jìn)入氣柜。二次上吹時(shí)， 氣體流向與上吹相同?？諝獯祪魰r(shí)，氣體經(jīng)燃燒室、廢熱鍋爐、洗氣箱和洗滌塔進(jìn)入氣 柜，此時(shí)燃燒室不必加入二次空氣，在上、下吹制氣時(shí)，如配入加氮空氣，則其送入時(shí) 間應(yīng)稍遲于水蒸汽的送入， 并在蒸汽停送之前切斷，

14、以避免空氣與煤氣相遇而發(fā)生爆炸。 燃料氣化后，灰渣經(jīng)旋轉(zhuǎn)爐蓖由刮刀刮入灰箱，定期排出爐外。四、工藝計(jì)算4.1 工藝計(jì)算方法及已知條件確定1. 實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算法 實(shí)際計(jì)算法是以實(shí)測(cè)煤氣組成為依據(jù)的計(jì)算法，采用此法計(jì)算時(shí)，首先將氣化煤進(jìn) 行試燒，以得到準(zhǔn)確的煤氣組成分析數(shù)據(jù)。2. 已知條件的確定(1)入爐煤組成，重量%表3入爐煤組成，重量%CHONSAW合計(jì)78.131.320.430.770.5113.245.6100燃燒熱值為28476kJ/ kg(2)吹風(fēng)氣組成，體積%表4吹風(fēng)氣組成， 體積%COQCOCH合計(jì)I4S16.550.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3(

15、3)半水煤氣真正組成，體積%表5半水煤氣組成， 體積%COQCOCH合計(jì)I4S7.50.2032.10440.5416.661001.45g/Nm3(4)各物料進(jìn)出爐的溫度空氣25C ;相對(duì)濕度80%空氣含水汽量0.0213kg (水汽)/kg (干汽)；吹風(fēng)氣，上行煤氣流600E ;下吹煤氣200C；灰渣200C；上行蒸汽120C ;飽和蒸汽的焓2730kJ/kg ;下吹蒸汽550C；過(guò)熱蒸汽的焓3595kJ/kg ;4.2理想氣化過(guò)程原料煤消耗量生產(chǎn)ImoINH消耗的理論氮、氫量可按下式計(jì)算。1/2N2 + 3/2H2=NH(1) 生產(chǎn)ImoINH需0.5molN2,由于氮來(lái)源于空氣相應(yīng)帶

16、入 0.5 - 0.78=0.641mol空 氣，因而帶入氧量為0.641 x 0.21=0.1346mol。按式C+ Q=CO求得消耗碳量為0.1346mol。(2) 生產(chǎn)1molNH需1.5molH2,按式C+ 2HO=C2+ 2H2求得碳的消耗量為0.75mol。按以上計(jì)算過(guò)程反應(yīng)的總式為0.8846C+1.5H2O+0.641 (0.78N2+0.21Q+0.01A)= NI4+0.8846 CQ+0.0046A 式熱量未平衡，如使其平衡，則生產(chǎn)1molNH尚需增加0.0372 molC。式生產(chǎn)1molNH需0.8846molC，故生產(chǎn)每噸氨的理論耗碳量為1000/17 X 0.884

17、6 X 12=624KgC/tNH（如考慮熱平衡尚須增加耗碳 26Kg/tNHa，即650Kg/tNHa）由此，還可從一定半水煤氣成分 （CO32.1% CO7.5%）中含碳量和理論耗碳量求出此 成分下每噸氨理論耗半水煤氣量為624/127 X22.4 X 1/（0.321+0.075）=2941m 3 （標(biāo)）/tNHs可查得半水煤氣制造過(guò)程中碳的利用率最大為75%因而每噸氨的最小耗碳量為G 最小=624/0.75=832 KgC/tNH 3折合含碳 78.13%的煤為 832/0.7813=1064.89Kg 煤/tNH34420萬(wàn)噸 NH所需煤量為：1064.89 X 20X 10=212

18、97.8 X 10 kg實(shí)際氣化過(guò)程中由于存在各種熱損失，故氨的實(shí)際耗煤量G實(shí)=0理/ n實(shí)，n實(shí)為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的氣化效率，一般在 60%- 70沱間。所以44G實(shí)=21297.8 X 10/0.65=32765.84 X 10 kg4.3煤氣發(fā)生爐的物料及熱量衡算1.帶出物數(shù)量及其組分帶出物數(shù)量：占加入燃料的2%帶出物組分及各組分重量表6帶出物數(shù)量及其組分 兒糸組成，重量%各組分重量（以X 10 kg計(jì)）C82.5.655.32 X 0.8250=540.64H1.66655.32 X 0.0166=10.88O0.47655.32 X 0.0047=3.08N0.80655.32X 0.0

19、08=5.24S0.57655.3 2X 0.0057=3.74灰分14.00655.32X 0.14=91.74合計(jì)100655.32帶出物熱值30030kJ/ kg摘自 鐘蘊(yùn)英、關(guān)夢(mèng)嬪、崔開(kāi)仁、王惠中編.煤化學(xué).2. 灰渣組成及其各組分重量表7灰渣組成。重量%CS灰分合計(jì)14.600.385.2100灰渣重量（按灰分平衡計(jì)算）44(32765.84 X 0.1324-91.74 )x 10 十0.852=4984.1 X 10 kg灰渣各組分重量(以x 10kg計(jì))C 4984.1 X 0.146= 722.7S 4984.1 X 0.003=14.95灰分 4984.1 X 0.852=

20、4246.45合計(jì)：4984.1 X 10 kg3.燃料氣化后轉(zhuǎn)入煤氣中的元素量(以X 104kg計(jì))C25599.95(540.64 + 722.7)=24336.61H432.51+ ( 1834.89 X2218 )10.88=625.51O140.89+ ( 1834.89 X 16/18 )-3.08=1768.82N252.35.24=247.06S167.11(3.74 + 14.95) =148.42合計(jì)：427126.42 X 10 kg計(jì)算誤差=32765.84 ( 27126.42 + 4984.1 + 655.32 ) /100 X 100%=0%4.4吹風(fēng)階段的物料及

21、熱量衡算4.4.1物料衡算1. 每Nrh吹風(fēng)氣中含有的元素量(以kg計(jì))C 12 X( 0.1655 + 0.0656 + 0.0076) /22.4=0.128H 2 X( 0.0334 + 0.0076 X 2) /22.4 + 0.00085 X 2/34=0.00438O 32 X( 0.0035 + 0.1655 + 0.0656 X 0.5) /22.4=0.288N 28/22.4 X 0.7245=0.906S 0.00085 X 32/34=0.00084432. 由碳平衡計(jì)算吹風(fēng)氣量： 24336.61X104/0.128=190130X104Nm33. 由氮平衡計(jì)算空氣用

22、量：443（190130X 0.906247.06）X 104/（0.79X 28/22.4 ） =174188X 104 Nm344 空氣帶入水汽量： 174188X 104X 1.293X 0.0213=4797.29X 104 （1.293 為空氣密度）4. 氫平衡（以X 104kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料帶入氫量： 625.51b. 空氣中水蒸汽帶入氫量：4797.29 X 2/18= 533.034合計(jì)： 1158.54X104kg出項(xiàng)：a. 吹風(fēng)氣中含氫量： 190130X0.00438=832.77b. 吹風(fēng)氣中水汽含氫量：158.54832.77=325.774合計(jì)： 1158.5

23、4X104kg吹風(fēng)氣中水汽含量： 325.77 X 18/2=2931 .93每標(biāo)準(zhǔn)m吹風(fēng)氣中水汽含量：2931.93/190130=0.015445 .氧平衡（以X 10 kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料帶入氧量： 1768.82b. 空氣中含氧量： 174188X 0.21 X32/22.4= 52256.4c. 空氣中水汽含氧量： 4797.29X 16/18=4264.264合計(jì)： 58289.48X104kg出項(xiàng)：a. 吹風(fēng)氣中氧量： 190130X 0.288=54757.44b. 吹風(fēng)氣中水汽含氧量： 2931.93X16/18=2606.164合計(jì)： 57363.6X104kg誤差：（

24、58289.48 57363.6） /58289.48 X 100%=159%46 .硫平衡（以X 10 kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a.燃料帶入硫量：148.42出項(xiàng)：a. 吹風(fēng)氣中含硫量： 190130X0.0008=152.1誤差：（152.1 148.2） /148.2 X100%=2.5%4.4.2 熱量衡算41. 進(jìn)項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）a. 燃料熱值： 32765.84X 28476=933040060b. 燃料顯熱：32765.84 X 25X 1.05= 860103 （1.05 為燃料的比熱）c. 干空氣顯熱： 174188X25X1.30=5661110（1.30 為空氣的比熱）d.

25、 空氣中水汽的焓： 4797.29X2562.84=122946874合計(jì)： 951855960X 104kJ42. 出項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）a. 吹風(fēng)氣熱值：190130X 1180.78= 2245017011 m3 吹風(fēng)氣熱值為：12810X 0.0334 + 12684X 0.0656 + 39984X 0.0076=1180.78b. 干吹風(fēng)氣顯熱： 190130X1.408X600=2677031m3： 0.1655X2.0660.0035X1.4200.0656X1.3600.0334X1.3020.0076X2.255+ 0.7245 X 1.352=1.408 kJ/ m

26、3Cc. 吹風(fēng)氣中水汽的焓：2931.93 X 3696=10836413 （3696為600C時(shí)過(guò)熱蒸汽的焓）d. 帶出物熱值： 30030X 655.32=19679260e. 帶出物顯熱：655.3 2X 1.05 X 600=412852 （1.05為燃料的比熱）f. 灰渣中可燃物熱值： 34020X 722.710500X 14.95=24743229（34020，10500分別為碳和硫的發(fā)熱值）g. 灰渣顯熱： 4984.1 X0.94X200=937011（0.94 為灰渣的比熱）h. 熱損失（取燃料發(fā)熱量的 8%） :933040060X0.08=746432054ah 合計(jì)：

27、1575121X 10 kJ3. 積蓄在煤層中的熱量：951855960 356021374=5958345864. 吹風(fēng)效率：595834586/933040060X 10063.86%5. 熱量平衡表：表8熱量平衡表4進(jìn)項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）4出項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）燃料熱值 933040060吹風(fēng)氣熱值 224501701燃料顯熱 860103干吹風(fēng)氣顯熱 267703干空氣顯熱 5661110吹風(fēng)氣中水汽的焓10836413空氣中水汽的焓 12294687帶出物熱值 19679260帶出物顯熱 412852灰渣中可燃物熱值24743229灰渣顯熱 93701熱損失 74643205

28、積蓄在煤層中的熱量 595834586合計(jì) 951855960合計(jì) 9518559604.5制氣階段的物料及熱量衡算4.5.1物料衡算1. 每Nm半水煤氣中含有的元素量(以kg計(jì))C=12/22.4 X( 0.075 + 0.321 + 0.0054) =0.215H=2/22.4 X( 0.43 + 2X 0.005)+ 2/34 X 0.00145=0.03900=32/22.4 X( 0.002 + 0.075 + 0.321 X 0.5) =0.340N=28/22.4 X 0.1666=0.2083S=32/34 X 0.00145=0.001362. 由碳平衡計(jì)算半水煤氣產(chǎn)量：24

29、336.61/0.215=113194Nm33. 由氮平衡計(jì)算氮空氣用量：(113194X 0.2083 247.06) / (0.79 X 28/22.4 ) =23627Nni氮空氣中含水汽量：23627X 1.293 X 0.0213=650.714. 氫平衡（1） 已知和假設(shè)數(shù)據(jù) 上行半水煤氣產(chǎn)量為 X Nm上行半水煤氣中含水蒸汽量為0.25kg/N m上、下吹蒸汽用量相等各為 W kg 下行半水煤氣產(chǎn)量為（ 113194 X） Nm3 下行半水煤氣中含水蒸汽量為 0.42kg/ Nm為方便計(jì)算，假設(shè)上、下吹氣體成分相同，上、下吹氮空氣作為均勻加入計(jì)（2）上行制氣階段氫平衡（以x 10

30、4kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料帶入氫量： 625.51 x X/113194=0.00553b. 水蒸汽帶入氫量： Wx 2/18=W/9c. 氮空氣中水蒸汽含氫量： 650.71 x2/18xX/113194=0.00064X合計(jì)： W/9 0.00617X出項(xiàng)：a. 半水煤氣中氫量： 0.0390Xb. 半水煤氣中水汽含氫量： （0.25x 2/18） X=0.0278X合計(jì)： 0.067X平衡：W/9+ 0.00617X=0.067XW=0.54747X 下行制氣階段氫平衡（以x 104kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料帶入氫量 625.51 0.00553Xb. 蒸汽帶入氫量 Wx 2/18=W/9

31、c. 氮空氣中水汽含氫量： 650.71 x2/180.00064X=72.30.00064X合計(jì)： W/9+2.13-0.0062X出項(xiàng)：a. 半水煤氣中氫量（ 113194X）x 0.0390=13.424414.57 0.0390Xb. 半水煤氣中水汽含氫量(0.42 X 2/18 )X( 113194 X) =5285.39 0.047X 合計(jì) 9696.960.086X平衡：W/9+ 697.81 0.00617X=9696.96 0.086XW=80992.350.71847X 4(4) 解方程和得： X=63978X 104kg4W=3502X6 104kg由此得：43上行半水煤

32、氣產(chǎn)量： 63978X 104Nm3上行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)： 63978/113194X 100%=56.5%444下行半水煤氣產(chǎn)量： 113194X 104 63978X 104=49216X 104kg 下行半水煤氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)： 49216/113194X 100%=43.5%44上行半水煤氣中水蒸汽量： 0.25X 63978X104=15994.5X104kg44下行半水煤氣中水蒸汽量： 0.42X 49216X104=20670.72X104kg444上+下： 15994.5X10420670.72X104=36665.22X104kg44蒸汽總耗量： 35026

33、X 104X 2=70052X 104kg 上吹蒸汽分解率：(3502615994.5) /35026 X 100%=54.34% 下吹蒸汽分解率：(3502620670.72) /35026 X 100%=40.98% 平均蒸汽分解率： 70052(15994.520670.72) /70052X100%=47.66%45.氧平衡(以X 10 kg計(jì))進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料中帶入氧量： 1768.82b. 蒸汽帶入氧量： 70052X 16/18=62268.44c. 氮空氣中氧含量： 23627X 0.21 X 32/22.4= 7088.1d. 氮空氣中水汽含氧量： 650.1 X16/18=

34、578.414合計(jì)： 69934.95X104kg出項(xiàng)：a. 半水煤氣中氧量：113194X 0.34=38485.96b. 半水煤氣中水汽含氧量：（15994.5 + 20670.72 ）x 16/18=32591.314合計(jì):71077.27 x104kg誤差：（71077.2769934.95） /69934.95 x100%=1.6%46 .硫平衡（以x 10 kg計(jì)）進(jìn)項(xiàng)：a. 燃料帶入硫量： 148.42出項(xiàng)：a. 半水煤氣中含硫量： 113194x0.00136=153.944.5.2 熱量衡算41. 進(jìn)項(xiàng)（以x 10 kJ計(jì)）a. 燃料熱值： 32765.84x 28476=9

35、33040060b. 燃料顯熱：32765.84 x 25X 1.05= 860103 （1.05 為燃料的比熱）c. 蒸汽的焓： 35026x273035026x 3595=221539450 （2730 、 3595 分別為上行蒸汽和 下行蒸汽的焓）d. 干氮空氣顯熱： 23627x25x1.30=767878（1.30 為空氣的比熱）e. 氮空氣中水汽的焓： 650.71 x 2564=1 668420 （ 2564為水蒸汽的焓）4合計(jì)： 1157875911x 104kJ42. 出項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）a. 半水煤氣熱值： 113194x9795.77=11088223891ml半水

36、煤氣熱值為：12810X 0.43 + 12684X 0.321 + 39984X 0.0054=9795.77b. 干半水煤氣的顯熱： 63978x1.223x60049216x1.346x200=60196003 上行半水煤氣比熱： 0.075X2.06 0.002X1.42 0.321X1.36 0.43X1.31 30.0054X 2.26 + 0.1666 X 1.3 5=1.223kJ/ m C下行半水煤氣比熱： 0.075X1.81 0.002X1.34 0.321X1.31 0.43X1.30 0.0054 X 1.76 + 0.1666 X 1.31=1.346kJ/ m 3

37、Cc. 半水煤氣中水汽的焓：15994.5 X 3696+ 20670.72 X 2890=118854053（ 3696、2890 分別為600 C和200 C蒸汽的焓）d. 帶出物熱值：30030X 655.32=19679260e. 帶出物顯熱：655.3 2X 1.05 X 600=412852 （1.05為燃料的比熱）f. 灰渣中可燃物熱值：34020X 722.7 + 10500X 14.95=24743229 （34020, 10500 分別為碳和硫的發(fā)熱值）g. 灰渣顯熱：4984.1 X 0.94 X 200=937011 （0.94 為灰渣的比熱）h. 熱損失（取燃料發(fā)熱量

38、的 8% :933040060 X 0.08= 746432054ah 合計(jì)：1408288002X 10 kJ3. 需從煤層中吸取的熱量 1408288002- 115787591仁2504120914. 制氣效率：1157875911/ （933040060+ 250412091+ 221539450）X 100%=82.4%5. 熱量平衡表表9熱量平衡表4進(jìn)項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）4出項(xiàng)（以X 10 kJ計(jì)）燃料熱值 933040060半水煤氣熱值 1108822389燃料顯熱 860103干半水煤氣顯熱 60196003蒸汽的焓 221539450半水煤氣中水汽的焓 118854053干氮空氣顯熱 767878帶出物熱值 19679260氮空氣中水汽的焓1668420帶出物顯熱 412852從煤層中吸取熱量 250412091灰渣中可燃物熱值 24743229灰渣顯熱 937011熱損失 74643205合計(jì) 1408288002合計(jì) 1408288002五、設(shè)計(jì)的體會(huì)和收獲本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)，完成年產(chǎn)二十萬(wàn)噸合成氨造氣工段的初步設(shè)計(jì)，從合成氨廠 的生產(chǎn)能力出發(fā)