年產(chǎn)4萬(wàn)噸氣化工段設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要煤制油是以煤炭為原料生產(chǎn)液體燃料和化工原料的煤化工技術(shù)簡(jiǎn)稱。通常有兩種技術(shù)路線，直接液化和間接液化。本次設(shè)計(jì)采用煤間接液化中的多元料漿氣化技術(shù)。多元料漿氣化是一種氣流床加壓氣化專利技術(shù)，該技術(shù)主要有料漿制備和氣化兩部分組成，料漿制備是以一種或多種的含碳固態(tài)物質(zhì)為原料，經(jīng)一次濕磨制成氣化料漿，漿體呈非牛頓型流體中的假塑性流體特征，料漿穩(wěn)定，易于泵送；料漿氣化是通過加料泵加壓送入氣化爐，與氧氣在氣化爐內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成以co和h2為主要組成的粗合成氣。在上述基礎(chǔ)上，參考相關(guān)的資料和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣化、變換工段的設(shè)備進(jìn)行了合理布局；并編制了氣化、變換設(shè)備一覽表，物料流程圖，工藝管道及儀表流程圖，設(shè)備

2、平面布置圖和立面布置圖。關(guān)鍵詞：煤制油；間接液化；水煤漿；氣化內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書abstractthe coal liquefaction is the abbreviation of the coal chemical technology to produce industrial chemicals and liquid fuel with coal for raw material. usually, there are two technical routes: direct coal liquefaction and indirect coal liquefactio

3、n.this design uses indirect coal liquefaction of the multiple pulp gasification technology. multiple pulp gasification is a kind of air bed pressurized gasification patent technology, the technology is mainly two parts : pulp preparation and gasification. the preparation of the pulp uses one or more

4、 of the solid material containing carbon as raw material, after a wet grinding into gasification pulp, paste is the fluid of newton plastic fluid characteristics of false, pulp stable, easy to pumping; the gasification of slurry into the gasifier is pressurized through the feed pump , with oxygen in

5、 the gasifier ,the gasification reaction of the crude synthesis gas composed mainly of co and h2.on the basis of the above, reference materials and standard for gasification, transformation process and equipment to carry out the reasonable layout. and the preparation of gasification, transform equip

6、ment list, process flow diagram, process piping and instrumentation diagrams, equipment layout and vertical layout.key words: coal to liquids; indirect liquefaction; coal water slurry; gasification39內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)

7、注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論

8、文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。

9、涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄引 言1第1章 總論21.1項(xiàng)目概述21.2 設(shè)計(jì)依據(jù)21.3 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想21.4設(shè)計(jì)原則21.5 廠址概況21.6 廠地的水文地質(zhì)狀況及氣候條件2第2章 煤制油簡(jiǎn)介42.1 煤制油的意義42.2 煤氣化方案的分類42.2.1 移動(dòng)床氣化42.2.2 流化床氣化52.2.3 氣流床氣化52.3 工藝說明62.3.1 多元料漿制備系統(tǒng)62.3.2 多元料漿氣化系統(tǒng)7第3章 氣化、變換工藝計(jì)算103.1 氣化過程103.1.1 氣化爐計(jì)算實(shí)例103.1.2 水洗塔計(jì)算213.2 變換過程233.2.1 變換爐

10、計(jì)算233.2.2 低壓蒸汽發(fā)生器26第4章 設(shè)備的計(jì)算與選型304.1 氣化爐304.1.1 已知條件304.1.2 計(jì)算304.2 變換爐314.3 低壓蒸汽發(fā)生器324.3.1 傳熱面積的確定334.3.2 管子數(shù)的確定334.3.3 管子的排列方式344.3.4 殼體直徑的確定344.3.5 殼體厚度的計(jì)算344.3.6 換熱器封頭的確定34結(jié) 論36參考文獻(xiàn)37謝 辭38內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書引 言在我國(guó)的自然資源中, 基本特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣。與石油和天然氣相比而言, 我國(guó)煤炭的儲(chǔ)量相對(duì)比較豐富, 占世界儲(chǔ)量的60 %。而隨著近幾年中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展, 對(duì)石油的需求激增

11、, 國(guó)內(nèi)的石油產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需求。海關(guān)數(shù)據(jù)顯示, 2010 年全國(guó)累計(jì)進(jìn)口原油239 億t , 同比增長(zhǎng)17.4 % , 原油對(duì)外依存度達(dá)到53.8 % , 較上年同期提高了2.7 個(gè)百分點(diǎn)。另一方面, 作為煤炭資源大國(guó), 我國(guó)理應(yīng)把煤炭作為主要的能源之一, 以保證國(guó)家的能源安全。但是, 煤炭資源在我國(guó)也不是無(wú)限制開采利用的一次能源, 而且大量使用煤炭勢(shì)必造成我國(guó)的環(huán)境污染, 故而從國(guó)家能源戰(zhàn)略角度考慮, 應(yīng)該相當(dāng)謹(jǐn)慎地使用煤炭資源, 盡可能使煤炭能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)合理化。因此, 合理發(fā)展煤炭深加工具有重大的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義，石油資源的短缺和國(guó)際油價(jià)的不斷高漲使煤代油迫在眉睫, 以煤制油己成為我國(guó)

12、能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要趨勢(shì), 煤制油化工就是其中的典型代表。而多元料漿氣化更有合成條件較溫和；轉(zhuǎn)化率高；煤種適應(yīng)性強(qiáng)；工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)。所以本次設(shè)計(jì)采用多元料漿氣化法。第1章 總論1.1項(xiàng)目概述本項(xiàng)目為40kt/a煤制油氣化工段工藝設(shè)計(jì)，廠址選定在呼和浩特市，年工作日為300天，煤為原料，采用德士古氣化法。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)依據(jù)為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書。1.3 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想貫徹執(zhí)行了國(guó)家基本建設(shè)的方針政策，使設(shè)計(jì)切合實(shí)際，技術(shù)先進(jìn)，安全適用，經(jīng)濟(jì)合理。貫徹“五化”（ 露天化、一體化、社會(huì)化、輕型化、國(guó)產(chǎn)化）的措施及效果。1.4設(shè)計(jì)原則低碳高效環(huán)保節(jié)能原則。1.5 廠址概況初步?jīng)Q定將廠區(qū)

13、建設(shè)在呼和浩特市土默特左旗附近，因該地區(qū)地勢(shì)平坦，開闊，交通便利。土默特左旗地理位置優(yōu)越，地處草原鋼城包頭市、呼和浩特市、和國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目鄂爾多斯大煤田的“金三角”腹地，京包鐵路、呼包高速公路、110國(guó)道橫貫全境，呼清、呼準(zhǔn)、呼托公路縱貫境東部，為物流暢通提供了優(yōu)越的便利條件。1.6 廠地的水文地質(zhì)狀況及氣候條件呼和浩特屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季氣候變化顯著，其特點(diǎn)：冬季漫長(zhǎng)嚴(yán)寒，夏季短暫炎熱，春秋兩季氣候變化劇烈。年平均氣溫由南向北遞增，北部大青山區(qū)溫度僅在2左右，南部溫度達(dá)到6.7。最冷月氣溫-12.716.1；最熱月平均氣溫為17-22.9。平均溫度年較差為34.4-35.7，平均溫

14、度日較差為l3.5-13.7。極端氣溫最高為38.5，最低為-41.5。無(wú)霜期: 低山丘陵區(qū)110天，北部山區(qū)為75天，南部平原區(qū)為113-134天：日照年均1 600小時(shí)。降水量：大青山區(qū)在430-500毫米；平原區(qū)在400毫米左右；年平均降水量為335.2-534.6毫米，其地域分布是西南最少，年雨量?jī)H為350毫米；最多年均降水達(dá)到5346毫米；井鄉(xiāng)，年均降水量為489.3毫米；最少是在黑城鄉(xiāng)、南坪鄉(xiāng)、新營(yíng)鎮(zhèn)一帶，年均降水量?jī)H335.2-362.8毫米。呼和浩特交通便利，通訊較便捷。京包鐵路途經(jīng)呼和浩特市，有始發(fā)北京、蘭州、成都、滿洲里、通遼、烏蘭浩特、赤峰、錫林浩特的列車，還有通往天津、

15、沈陽(yáng)北、哈爾濱、杭州、廣州、漢口、石家莊、銀川、西安、青島的列車，管內(nèi)始發(fā)二連浩特東勝的列車、烏海西，基本覆蓋全區(qū)所有地級(jí)市。第2章 煤制油簡(jiǎn)介2.1 煤制油的意義我國(guó)總的能源特征是“富煤、少油、有氣”。煤炭因其儲(chǔ)量大和價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，成為中國(guó)動(dòng)力生產(chǎn)的首選燃料。在本世紀(jì)前50年內(nèi)，煤炭在中國(guó)一次能源構(gòu)成中仍將占主導(dǎo)地位。石油資源的短缺使煤制油重新提上議事日程，以煤制油己成為我國(guó)能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要趨勢(shì)。煤制油是以煤炭為原料，通過化學(xué)加工過程生產(chǎn)油品和石油化工產(chǎn)品的一項(xiàng)技術(shù)，包含煤直接液化和煤間接液化兩種技術(shù)路線。煤的直接液化將煤在高溫高壓條件下，通過催化加氫直接液化合成液態(tài)烴類燃料，并脫除硫、氮

16、、氧等原子。具有對(duì)煤的種類適應(yīng)性差，反應(yīng)及操作條件苛刻，產(chǎn)出燃油的芳烴、硫和氮等雜質(zhì)含量高，十六烷值低的特點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)上直接燃用較為困難。煤的間接液化首先把煤氣化，再通過費(fèi)托合成轉(zhuǎn)化為烴類燃料。生產(chǎn)的油品具有十六烷值高、h/c含量較高、低硫和低芳烴以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。而內(nèi)蒙古地區(qū)的煤質(zhì)適合間接液化，而且工藝較成熟。2.2 煤氣化方案的分類煤氣化技術(shù)按氣化反應(yīng)器的形式，氣化工藝可分為移動(dòng)床（固定床）、流化床、氣流床三種。2.2.1 移動(dòng)床氣化采用一定粒度范圍的碎煤（5mm50mm）為原料，與氣化劑逆流接觸，爐內(nèi)溫度分布曲線出現(xiàn)最高點(diǎn)，反應(yīng)殘?jiān)鼜臓t底排出，生成氣中含有可觀量的揮發(fā)

17、氣。典型的氣化爐為魯奇（lurgi）爐。移動(dòng)床氣化，是目前世界上用于生產(chǎn)合成氣的主要方法之一。在大型煤制氣的裝置中，固定床的優(yōu)點(diǎn)是投資低，可是它有很多不足1：（1）對(duì)原料煤的黏結(jié)性有一定有一定要求：（2）氣化強(qiáng)度低：（3）環(huán)境污染負(fù)荷大，治理較麻煩。2.2.2 流化床氣化采用一定粒度分布的細(xì)粒煤（10mm）為原料，吹入爐內(nèi)的氣化劑使煤粒呈連續(xù)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的流化狀態(tài)，床層中的混合和傳熱都很快。所以氣體組成和溫度均勻，解決了固定床氣化需用煤的限制。生成的煤氣基本不含焦油，但飛灰量很大。發(fā)展較早且比較成熟的是常壓溫克（winkler）爐。它的缺點(diǎn)是：（1）在常壓或接近于常壓下生產(chǎn)，生產(chǎn)強(qiáng)度低、能耗高、碳

18、轉(zhuǎn)化率只有88%90%。（2）對(duì)煤的氣化活性要求高，僅適合于氣化褐煤和高活性的煙煤。（3）缺少大型使用經(jīng)驗(yàn)；要在大型甲醇裝置中推廣，受一定限制。2.2.3 氣流床氣化氣流床采用粉煤為原料，反應(yīng)溫度高，灰分是熔融狀態(tài)。典型代表為gsp,shell,texaco氣流床氣化工藝。氣流床氣化優(yōu)點(diǎn)很多，它是針對(duì)流化床的不足開發(fā)的。氣流床氣化具有以下特點(diǎn)2： （1)采用<10mm的粉煤。 （2）氣化溫度達(dá)14001600，對(duì)環(huán)保很有利，沒有酚、焦油，有機(jī)硫很少，且硫形態(tài)單一。 (3)氣化壓力可達(dá)3.56.5mpa， 可大大節(jié)省合成氣的壓縮功。 (4)碳轉(zhuǎn)化率高，均大于90%，能耗低。 (5)氣化強(qiáng)度

19、大。 (6)但投資相對(duì)較高，尤其是shell粉煤氣化。從技術(shù)先進(jìn)性、能耗、環(huán)保等方面考慮，對(duì)于大型甲醇煤氣化應(yīng)選用氣流床氣化為宜. 從流程分，可分為冷激式流程和廢熱鍋爐流程。前者在煤氣離開氣化爐后用激冷水直接冷卻，它適合于制造氨氣或氫氣。因?yàn)檫@種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷中產(chǎn)生的蒸汽可滿足變換反應(yīng)的需要。后者熱煤氣是經(jīng)輻射鍋爐，再送往對(duì)流鍋爐，產(chǎn)生高壓蒸汽可用于發(fā)電或作熱源。目前，常用的、技術(shù)較成熟的氣流床主要有干粉和水煤漿兩種。2.2.3.1 干粉氣流床：該技術(shù)的特點(diǎn)是碳的轉(zhuǎn)化率高，氣化反應(yīng)中，所產(chǎn)煤氣中co含量高，h2含量較低，這種煤氣的熱值較高。另外，這種氣化爐均采用水冷壁而不是耐火

20、磚，爐襯的使用壽命長(zhǎng)。2.2.3.2 水煤漿氣流床：水煤漿氣化技術(shù)的特點(diǎn)是煤漿帶35%40%水入爐。其煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，氣化壓力范圍在4.0 mpa6.5 mpa之間。氣化流程的熱回收有激冷和廢鍋兩種形式，可根據(jù)產(chǎn)品氣的用途加以選擇。氣化爐高溫排出的融渣，冷卻?；笮再|(zhì)穩(wěn)定，可作水泥等建筑材料。為保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，一般需設(shè)置備用氣化爐。而且其前期投資較少，成本較低。2.3 工藝說明2.3.1 多元料漿制備系統(tǒng)多元料漿制備系統(tǒng)按雙系列設(shè)置，磨機(jī)兩臺(tái)；料漿制備系統(tǒng)設(shè)置的原料貯倉(cāng)為兩臺(tái)磨機(jī)共用，制得多元料漿進(jìn)入氣化系統(tǒng)的料漿貯槽（f0104）。本說明僅針對(duì)多元料漿單系列制備過程加以說明，并對(duì)共用設(shè)備

21、予以注明。多元料漿制備系統(tǒng)見pid圖。原料經(jīng)破碎后顆粒尺寸最大為50mm，送入料倉(cāng)（f0102）,再經(jīng)稱煤重給料機(jī)（v0102）,計(jì)量送入磨機(jī)（l0101）。本設(shè)計(jì)設(shè)置了助熔劑添加系統(tǒng)。助熔劑選用石灰石，用以改善多元料漿灰渣熔融性能。助熔劑通過風(fēng)力輸送到助熔劑倉(cāng)（f0101）。助熔劑經(jīng)助熔劑進(jìn)料機(jī)（v0102），與原料一起送入磨機(jī)。為改善料漿中固體的分散性能和料漿流動(dòng)性能，降低料漿粘度，提高料漿濃度，本設(shè)計(jì)設(shè)置了料漿添加劑系統(tǒng)。料漿添加劑選用gha-5型料漿添加劑。添加劑經(jīng)添加劑制備槽被水溶解后，制成25%的添加劑溶液。再經(jīng)添加劑制備泵送入添加劑槽。添加劑制備系統(tǒng)和添加劑槽為兩臺(tái)制漿磨機(jī)共用，

22、添加劑制備槽中配置蒸汽加熱。添加劑槽中貯有供裝置正常運(yùn)行10天所需的添加劑量。添加劑通過添加劑計(jì)量給料泵分別送入兩臺(tái)磨機(jī)。本設(shè)計(jì)設(shè)置有料漿ph值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以氫氧化鈉水溶液作為ph值調(diào)節(jié)劑。用堿液計(jì)量給料泵將堿液從堿液槽送往磨機(jī)，保持料漿ph值在79之間。原料在磨機(jī)（l0101）中與水、添加劑、ph調(diào)節(jié)劑進(jìn)行共磨制漿，達(dá)到要求的粒度分布，制得料漿濃度約為6063（wt）。磨機(jī)溢流出的料漿經(jīng)料漿篩分器除去料漿中的大顆粒后，依靠重力流入磨機(jī)出口槽（f0103），磨機(jī)出口槽攪拌器使料漿均化并保持懸浮狀態(tài)。料漿再通過低壓料漿泵（j0103）送入氣化系統(tǒng)的料漿篩分器（l0102），過篩后料漿靠重力流入料漿

23、貯槽（f0104）供氣化用。多元料漿制備用水單系列設(shè)置。制漿用水由制漿水泵（j0101）將水由制漿水槽并經(jīng)計(jì)量后送入磨機(jī)。制漿用水為來(lái)自灰水處理系統(tǒng)的灰水、甲醇精餾廢水和變換工段的冷凝液，不足部分用原水進(jìn)行補(bǔ)充。制漿區(qū)域的各種排放、沖洗及泄漏都匯集去開工廢漿池。2.3.2 多元料漿氣化系統(tǒng)多元料漿氣化系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)多元料漿氣化爐。本說明僅針對(duì)一套氣化系列的情形加以說明。多元料漿氣化系統(tǒng)見pid圖。2.3.2.1 多元料漿供料及氣化爐系列來(lái)自多元料漿制備系統(tǒng)的料漿，經(jīng)料漿篩分器（l0102）過篩除去>2.5mm的大顆粒后，合格的多元料漿靠重力流入料漿貯槽（f0104）。本設(shè)計(jì)兩個(gè)氣化爐共用一

24、個(gè)多元料漿貯槽。多元料漿經(jīng)高壓料漿泵（j0104）送入工藝燒嘴。多元料漿和氧氣經(jīng)工藝燒嘴噴入氣化爐（b0101）內(nèi)，在部分氧化條件下進(jìn)行氣化反應(yīng)。生成的粗煤氣為主要含氫、一氧化碳、二氧化碳及水蒸氣等的混合物。氣化原料中的未轉(zhuǎn)化組份和由部分灰形成的液態(tài)熔渣與生成的粗煤氣一起并流向下進(jìn)入氣化爐下部的激冷室。進(jìn)入氣化爐激冷室的激冷水來(lái)自于洗滌塔（e0101）下部的灰水循環(huán)泵（p0106a/b），激冷水進(jìn)入位于激冷室下降管頂端的激冷環(huán)，并沿下降管內(nèi)壁向下流入激冷室。激冷水與出氣化爐渣口的高溫氣流接觸，部分激冷水汽化對(duì)粗煤氣和夾帶的固體及熔渣進(jìn)行淬冷、降溫。激冷水沿下降管內(nèi)壁向下流還可對(duì)激冷室下降管起保

25、護(hù)作用。激冷水中任何可能堵塞激冷環(huán)的較大固體顆粒經(jīng)黑水過濾器（l0105）除去。氣化爐激冷室中的黑水通過液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)連續(xù)排出，并送往多元料漿氣化灰水系統(tǒng)?；厥盏幕宜祷貧饣到y(tǒng)使用。開車期間，在多元料漿投料前，通過一套自動(dòng)閥門控制系統(tǒng)先建立料漿循環(huán)和料漿流量，料漿返回料漿貯槽。氣化爐投料后，建立的料漿流量應(yīng)全部入爐，要絕對(duì)避免料漿再有返回。入氣化爐的氧氣來(lái)自空分裝置。多元料漿氣化反應(yīng)在氣化爐燃燒室中進(jìn)行，氣化溫度大約為13501400，氣化壓力約6.5mpa，燃燒室內(nèi)襯耐火磚和隔熱磚，可保持氣化爐外部爐壁溫度大約為285315。氣化反應(yīng)生成的粗煤氣及少量的其它物質(zhì)（包括氯化物、硫化物、氮?dú)?、?/p>

26、氣及甲烷等）、液態(tài)熔渣及細(xì)灰顆粒。這些物質(zhì)出氣化爐燃燒室，沿下降管進(jìn)入激冷室水浴。熔渣在水中淬冷固化，并沉入氣化爐底部渣浴。粗煤氣與水直接接觸進(jìn)行冷卻，大部分細(xì)灰留在水中。粗煤氣沿下降管與導(dǎo)氣管之間的環(huán)隙上升，經(jīng)激冷室上部折流板折流分離出部分粗煤氣中夾帶的水份，從氣化爐旁側(cè)的出氣口引出，送往文丘里管（l0104）和洗滌塔（e0101）。在氣化爐燃燒室裝有四個(gè)直接測(cè)量反應(yīng)溫度的熱電偶。由于熔渣沉積，氣化爐內(nèi)溫度又非常高，這些熱電偶要經(jīng)常更換。隨著操作經(jīng)驗(yàn)的積累，在直接測(cè)溫?zé)犭娕际д娴那闆r下，可以通過位于洗滌塔下游粗煤氣管線上的連續(xù)分析儀測(cè)量出粗煤氣中甲烷含量和粗煤氣組成，并借助于甲烷溫度曲線和物

27、料熱量平衡，確認(rèn)熱電偶讀數(shù)或氣化反應(yīng)溫度。氣化爐爐底聚集的粗渣，經(jīng)破渣機(jī)（l0103）破碎，用水帶入鎖斗系統(tǒng)，由鎖渣系統(tǒng)定期自動(dòng)排放。2.3.2.2 氣化爐燒嘴冷卻系統(tǒng)燒嘴冷卻水通過工藝燒嘴端部的水夾套及冷卻盤管連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，以保護(hù)處于氣化爐燃燒室高溫環(huán)境中的工藝燒嘴。燒嘴冷卻水系統(tǒng)包括一套供兩臺(tái)氣化爐共用的燒嘴冷卻水槽、燒嘴冷卻水泵（j0102）及燒嘴冷卻水換熱器（c0101）。備用泵在燒嘴冷卻水壓力低的情況下可自動(dòng)啟動(dòng)，并與事故電源相接。燒嘴冷卻水回水進(jìn)入每個(gè)氣化爐系列分別設(shè)置的燒嘴冷卻水氣體分離器。分離器通氣口上設(shè)置的一氧化碳分析儀可對(duì)燒嘴冷卻水系統(tǒng)中漏入的煤氣進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)并發(fā)出預(yù)警。燒

28、嘴冷卻水泵從正常供電向事故供電切換的時(shí)候，燒嘴冷卻水由事故燒嘴冷卻水槽供給。在開車投料前烘爐期間，用預(yù)熱燒嘴臨時(shí)替換工藝燒嘴進(jìn)行升溫，直到氣化爐內(nèi)溫度達(dá)到要求的點(diǎn)火溫度。預(yù)熱燒嘴有其單獨(dú)的燃料供給及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。燃燒需要的空氣通過開工抽引器引入氣化爐，開工抽引器使用蒸汽將氣化爐內(nèi)抽負(fù)壓。蒸汽及燃燒后的煙氣經(jīng)抽引器消音器排入大氣。2.3.2.3 氣化爐渣處理系統(tǒng)沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作用帶入鎖斗（f0105）。大的渣塊經(jīng)破渣機(jī)進(jìn)行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖斗底部。從鎖斗頂部抽出較清的水，經(jīng)鎖斗循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)入氣化爐激冷室水浴。氣化爐聯(lián)鎖排渣系統(tǒng)的排渣

29、循環(huán)時(shí)間預(yù)先設(shè)定，排渣周期一般大約為30分鐘，渣池中設(shè)置撈渣機(jī)的部分與渣池另一部分通過關(guān)閉隔板閥暫時(shí)隔開，以便渣沉降到撈渣機(jī)上，由撈渣機(jī)送出渣池。2.3.2.4 粗煤氣洗滌系統(tǒng)出氣化爐（b0101）的粗煤氣進(jìn)入文丘里管（l0104），粗煤氣與來(lái)自灰水循環(huán)泵（j0106）的水經(jīng)文丘里管混合。細(xì)灰在此被水完全浸濕，在洗滌塔（e0101）中從粗煤氣中除去。濕粗煤氣進(jìn)入洗滌塔（e0101）沿下降管進(jìn)入洗滌塔底部水浴，粗煤氣中夾帶的大部分細(xì)灰在此從粗煤氣中除去。粗煤氣經(jīng)下降管和導(dǎo)氣管間的環(huán)隙上升，進(jìn)入洗滌塔頂部的塔板，來(lái)自本設(shè)計(jì)界區(qū)外的一股潔凈變換工藝熱冷凝液在此將粗煤氣中殘留的細(xì)灰洗滌下來(lái)。粗煤氣夾帶

30、的水滴在塔板上方的除沫器中分離下來(lái)。基本上不含細(xì)灰的粗煤氣出洗滌塔送到界區(qū)外的變換系統(tǒng)。洗滌塔底部排出的黑水，通過流量控制經(jīng)減壓后進(jìn)入灰水系統(tǒng)。在灰水系統(tǒng)中，黑水經(jīng)閃蒸、冷凝和液固分離。灰水再經(jīng)過預(yù)熱返回到洗滌塔，以維持洗滌塔的液位。洗滌塔底部黑水出口一部分水經(jīng)灰水循環(huán)泵向氣化爐激冷環(huán)及文丘里管供水。第3章 氣化、變換工藝計(jì)算3.1 氣化過程3.1.1 氣化爐計(jì)算實(shí)例3.1.1.1 原料煤性質(zhì)表2-1 原料煤的性質(zhì)原料煤性質(zhì) 工業(yè)分析/% 10.0 3.91 6.75 33.23 60.02 表2-2 原料煤的性質(zhì) 原料煤性質(zhì) 元素分析/% 74.34 4.25 13.65 0.82 0.19

31、表2-3 灰熔點(diǎn)灰熔點(diǎn) dt st ft/ 1200 1240 1260 3.1.1.2 操作條件操作溫度：1400操作壓力：6.5mpa水煤漿的水煤比：r=30：70 氧氣純度：99.6%氣化爐碳轉(zhuǎn)化率：99%出口粗煤氣含甲烷：0.02%煤中硫全部轉(zhuǎn)化成硫化氫，少量cos。（計(jì)算時(shí)取:cos=17:1）捕渣率 q=60%粗煤氣中帶出灰含量 20%渣中含碳量：2%-10%（計(jì)算按2%）3.1.1.3 計(jì)算步驟以100kg無(wú)水無(wú)灰基煤為基準(zhǔn)（daf）（1） 將煤元素分析轉(zhuǎn)換成無(wú)水無(wú)灰基根據(jù) = 可得表2-4 元素分析煤元素 /% 79.72 4.56 14.48 0.88 0.20 35.63式

32、中 某干燥基； 某干燥無(wú)灰基； 揮發(fā)分； 煤的灰分產(chǎn)率；（2） 煤的發(fā)熱量 =80+300+10+400.5 =80×79.72+300×4.56+10×0.88+40×0.2014.482-0.5×35.63=7534.91 kcal/kg daf 煤=31547.18 kj/kg daf 煤（3） 實(shí)際投煤量的計(jì)算= = =7.24 kg/100kg daf 煤= = =4.38 kg/100kg daf 煤故實(shí)際投煤量：=+=100+7.24+4.38=111.62kg/100kg daf 煤水煤漿制備加入水量： =×r =11

33、1.62× =47.84 kg/100kg daf 煤氣化爐排渣量： =7.24×0.6/0.98=4.43 kg/100kg daf 煤氣化爐帶出灰量： = =7.24×(1-0.6)×0.8/0.98 =2.36kg/100kg daf 煤(4) 物料衡算 設(shè)氣化爐需氧量： x kmol/100 kg daf 煤 出口粗煤氣含： kmol/100 kg daf 煤 = b mol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 干煤氣為 kmol/100 kg da

34、f 煤a. 碳平衡： 入氣化爐總碳: =6.195kmol/100 kg daf 煤 出氣化爐總碳: 粗煤氣含碳：= kmol/100 kg daf 煤 粗煤氣飛灰含碳：=0.0493 kmol/100 kg daf 煤 渣中含碳：=0.0074 kmol/100 kg daf 煤 cos中含碳：=0.0003 kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 因?yàn)?=所以 （2-1）b. 氫平衡： 煤中含氫： kmol/100 kg daf 煤 煤漿中含氫：kmol/100 kg daf 煤 煤中水含氫：kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf

35、 煤出氣化爐： 煤氣中含氫： kmol/100 kg daf 煤 甲烷中含氫：=0.0008v kmol/100 kg daf 煤 硫化氫中氫：=0.0126 kmol/100 kg daf 煤 蒸汽中含氫： kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤由于 = 所以 b+0.004v+h=5.175 （2-2）c. 氧平衡 入氣化爐氧 煤中含氧：=0.905 kmol/100 kg daf 煤 煤中水含氧：=0.2433 kmol/100 kg daf 煤 煤漿中水含氧：=2.6578 kmol/100 kg daf 煤 外供氧：= kmol/100 kg daf

36、煤 = kmol/100 kg daf 煤出氣化爐氧 cos中含氧：=0.0003 kmol/100 kg daf 煤 一氧化碳含氧：= kmol/100 kg daf 煤 二氧化碳含氧：=2 kmol/100 kg daf 煤 蒸汽中含氧：= kmol/100 kg daf 煤 =a+2m+h+0.0003 =所以 故得 （2-3）d. 出口干氣平衡 kmol/100 kg daf 煤 = kmol/100 kg daf 煤 cos=0.0003 kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 =0.006 kmol/100 kg

37、daf 煤 kmol/100 kg daf 煤 故得： 所以 （2-4）e. 水煤氣反應(yīng)取平衡溫距為：400取水煤氣平衡反應(yīng)溫度：1300-300=1000查得平衡常數(shù)：k=0.4834 故得： （2-5）（5） 熱量平衡 計(jì)算以0為基準(zhǔn)輸入熱a 煤的熱值 煤帶入熱量 =7615.14煤 =761514煤 =3188306.82煤b 煤帶入顯熱（25） 煤 煤灰渣顯熱 c 煤中內(nèi)水帶入顯熱 4.38×1×25 109.5煤=458.45 d氧氣的顯熱氧氣30時(shí) =1.77 煤 輸出熱a干煤氣帶出熱查表得干燥氣中各組分高熱值如下表2-5 熱值組分 3034 3052 6100

38、 9527 （67961.6a68364.8b819.8442.68v）kcalb煤氣的顯熱查1400對(duì)煤氣中各組分比熱容如下所示表2-6 各組分比熱容組分 7.78 12.41 16.23 7.25 9.70 7.69 c水蒸汽的潛熱查表得：0 1atm h2o597.3 d水蒸汽的顯熱查1400 e. 灰渣帶出的顯熱 查資料知： f. 灰渣和飛灰未燒結(jié)碳的熱量灰渣中碳的熱量取值:,其中： 所以，灰渣中碳的熱量?。?煤飛灰中碳的熱量; 煤 805.91+6581.597387.5煤g熱損失取總?cè)霠t煤發(fā)熱量的1%， 由于 +1880.77=763342.86 (2-6)聯(lián)立方程(2-1)(2-

39、6)得： 將上述方程寫成數(shù)字矩陣求解有： 解得由此可得每煤可生產(chǎn):co=5.1165kmol； cos=0.0013kmol； =0.0209kmol；=3.6044kmol； =0.0321kmol； =1.4362kmol；=0.0140kmol； =0.0021kmol； =2.0929kmol；整理結(jié)果如下表：表2-7 計(jì)算整理結(jié)果m/(kmol/100kg daf煤)vm3(標(biāo))/100kg daf煤/%(干基)/%(濕基)co5.1165114.609650.0341.53h23.604480.738635.2529.26cos0.00130.02910.010.01co21.43

40、6232.170914.0411.66 ch40.00210.04700.020.02h2s0.02090.46820.200.17n20.03210.71900.310.26ar0.01400.31360.140.11干氣10.2275229.096100.00h2o2.092946.881016.98濕氣12.3204275.9770100.00每1000（標(biāo)）粗煤氣（干基）消耗煤水氧每1000（標(biāo)）（干基）消耗煤水氧3.1.2 水洗塔計(jì)算3.1.2.1 操作條件（1） 有上述結(jié)果可得，進(jìn)入水洗塔的干煤氣量為229.096(標(biāo))，t=270；（2） 查資料可得出水洗塔、出文丘里管氣體組分如

41、下表：表2-8 出水洗塔氣體組分組分coh2cosco2ch4h2sn2+arh2o/%21.1814.920.005.950.040.090.1957.66表2-9 出文丘里管氣體組分組分coh2cosco2ch4h2sn2+arh2o/%18.8413.270.005.290.010.080.1762.34（3） 冷卻水進(jìn)口溫度為193，出口溫度為215；（4） 出塔濕煤氣溫度為240；（5） 塔內(nèi)操作壓力6.39mpa;（6） 假設(shè)干煤氣經(jīng)水洗塔、文丘里管，各組分沒發(fā)生變化。3.1.2.2 計(jì)算由操作條件可得出水洗塔的氣體組分中濕氣總量為濕氣=24.1556kmol；出文丘里管的氣體總量

42、為濕氣=27.1575kmol所以水洗塔中冷凝的水蒸氣的量為=27.1575-24.1556=3.0019kmol熱量衡算：設(shè)冷卻水用量為w1.進(jìn)熱查表可得 干氣顯熱229.096××t=229.096×1.352×270=83629.20kj水蒸氣的焓304.74×2768.3=843611.74kj式中 2768.3為270時(shí)水蒸氣的焓 kj/k；冷卻水帶入熱：807.64w kj式中 807.64為193時(shí)水的焓 kj/kg 入熱總計(jì)：927240.94+807.64w2.出熱查表可得干氣顯熱229.096××240=

43、229.096×1.346×240=74007.17kj水蒸氣焓250.71×2796.8=701185.73kj式中 2796.8為240時(shí)水蒸氣的焓 kj/kg冷凝水帶出熱量897.23×54.0342=48481.11kj冷卻水帶出熱量:897.23w出熱總計(jì)；823674.01+897.23w故得927240.94+807.64w = 823674.01+897.23ww=1156.01kg3.2 變換過程3.2.1 變換爐計(jì)算3.2.1.1 操作條件（1） 查可得進(jìn)變換爐氣體組分如下表：表2-10 進(jìn)變換爐氣體組分組分coh2cosco2ch4

44、h2sn2+arh2o/%23.7516.750.016.670.010.10.2152.53（2） 查得氣體進(jìn)變換爐爐口溫度為280，出變換爐溫度為415；（3） 查得原料氣預(yù)熱器管程的溫度為240，出預(yù)熱器時(shí)的溫度為280，變換氣進(jìn)預(yù)熱器殼程時(shí)溫度為415，出預(yù)熱器時(shí)溫度為350；（4） 假設(shè)一氧化碳在變換爐中的變換率為80%；（5） 由于采用的是部分變換，所以經(jīng)過原料氣預(yù)熱器后約有60%的原料氣參加變換，剩余的原料氣不參加變換，直接去1#低壓蒸汽發(fā)生器。3.2.1.2 計(jì)算(1) 物料衡算由操作條件可得進(jìn)變換爐氣體總量濕氣=21.5448kmol則變換爐中消耗掉的一氧化碳為=21.544

45、8×23.75%×60%×80%=2.4561kmol則剩余的=5.1165-2.4561=2.6044kmol =3.6044+2.4561=6.0605kmol=1.4362+2.4561=3.8923kmol =21.5448×52.53%-2.4561=8.8614kmol所以變換爐出口氣體組成如下表：表2-11 變換爐出口氣體組分組分coh2cosco2ch4h2sn2+arh2o/%4.7435.730.0125.670.010.10.2133.53（2） 熱量衡算已知條件： 進(jìn)變換爐溫度280； 出變換爐變換氣溫度415。反應(yīng)放熱：在變換反

46、應(yīng)中，物質(zhì)會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)co +h2o=co2+h2此反應(yīng)為放熱反應(yīng)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，擬采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（或稱生成焓）計(jì)算。以p=1atm，t=25為基準(zhǔn)的氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓計(jì)算式為： （2-7）采用氣體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓進(jìn)行熱量平衡計(jì)算，不必考慮系統(tǒng)中反應(yīng)如何進(jìn)行，步驟有多少，只要計(jì)算出過程始態(tài)和末態(tài)焓差，即得出該過程的總熱效果。 式中h 過程熱效應(yīng)，其值為正數(shù)時(shí)為放熱，為負(fù)數(shù)時(shí)系統(tǒng)為吸熱 kcal； 始態(tài)或末態(tài)氣體的千摩爾數(shù)，kmol； 始態(tài)溫度下或末態(tài)溫度下體的統(tǒng)一基準(zhǔn)焓，kcal/kmol現(xiàn)將有關(guān)氣體的計(jì)算常數(shù)列于下表中表2-12 氣體統(tǒng)一基準(zhǔn)焓（通式）常數(shù)表分子式 1.90318×103

47、5.802982.15675×103-7.40499×1071.08808×1010-2.11244×1037.20974-5.5584×1044.8459×107-8.18957×1011-6.0036×1047.110921.2932×1031.28506×107-5.78039×1011-1.97673×1036.459035.18164×1042.03296×107-7.65632×1011co-2.83637×1046.266

48、278.98694×1045.04519×109-4.14272×1011-96377.888676.3965.05×103-1.135×1060.00計(jì)算各組分的生成焓：根據(jù)式（2-7），在415時(shí)，t=415+273=688k計(jì)算后將各組分的生成焓列于下表：表2-13 各組分生成焓組分（kcal/kmol）2724.221-54502.665-23634.754-89956.67833（kj/kmol）11405.77-228191.759-98953.987-376630.6208 =376630.6208-11405.77-98953.

49、987-228191.759 =38079.10484kj/koml=2.4561×38079.10484=93526.08kj吸熱：根據(jù)物理化學(xué)知co, ，可用公式：來(lái)計(jì)算熱容。熱容的單位為j/（mol.k）查表可得：表2-14 各組分熱容物質(zhì)coh2h2oco2a26.53726.8829.1626.75b×7.68314.34714.4942.258c×-1.172-0.3265-2.022-14.25所以=37.12 kj/（kmol·k）所以氣體吸熱q3=37.12×21.5448×(688-553) ×0.6=64779.18kj假設(shè)熱損失根據(jù)熱量平衡的： = =28746.9kj3.2.2 低壓蒸汽發(fā)生器3.2.2.1 已知條件（1） 進(jìn)管程氣體組成如下表表2-15 進(jìn)管程氣體組成組分coh2cosco2ch4h2sn2+arh2o/%12.3528.130.0118.070.010.10.2141.13（2） 進(jìn)發(fā)生器的氣體溫度為350，出發(fā)生器的溫度為230；（3） 進(jìn)設(shè)備的水溫為100，出設(shè)備的水溫為189；（4） 進(jìn)出設(shè)備的氣體的總量為21.5448kmol；（5） 設(shè)進(jìn)出設(shè)備水量為kmol；（6） 物料在設(shè)備里沒發(fā)生物量上的變化。3.2.2.