..潔凈煤技術(shù)研究——型煤加工與氣化目錄摘要我摘要二簡(jiǎn)介1第1章煤球21.1型煤技術(shù)發(fā)展歷程21.1.1型煤技術(shù)的必要性21.1.2中國(guó)潔凈煤技術(shù)21.2潔凈煤技術(shù)的意義31.3型煤的特點(diǎn)和種類41.3.1什么是型煤41.3.2型煤的分類51.3.3工業(yè)型煤的要求和特點(diǎn)51.4型煤加工51.4.1型煤的形成機(jī)理51.4.2煤棒制造工藝51.5型煤的成型61.5.1型煤粘結(jié)劑成型61.5.2型煤無(wú)粘合劑成型81.6煤粉成型過(guò)程影響因素8第二章煤氣化工藝流程的確定102.1煤氣化方法102.1.1CAGOS產(chǎn)氣方法102.1.2埃克森催化煤氣化工藝102.1.3GI二級(jí)氣體發(fā)生器112.1.4煤泥氣化法112.1.5S—O氣化法122.1.6德士古煤氣化122.1.7魯奇渣氣化法122.2煤氣化機(jī)理132.2.1以空氣和水蒸氣為氣化劑的燃料層氣化工藝132.2.2氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡132.2.3氣化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)142.2.4半水產(chǎn)氣原理1515燃料層情況及特點(diǎn)2.3Texaco（UGI）間歇式氣化反應(yīng)機(jī)理及工藝流程162.3.1反應(yīng)機(jī)理162.3.2工藝流程162.3.3間歇?dú)饣ぷ餮h(huán)172.3.4半水煤氣批量生產(chǎn)工藝條件18第3章過(guò)程計(jì)算213.1氣體發(fā)生器材料與熱平衡213.2吹氣階段的物料和熱平衡計(jì)算233.3全過(guò)程計(jì)算293.4設(shè)備計(jì)算與選型343.4.1設(shè)計(jì)參數(shù)343.4.2設(shè)計(jì)材料選擇343.4.3制造技術(shù)要求的確定363.4.4施工設(shè)計(jì)及總體制造方案363.4.5煤氣爐指數(shù)的計(jì)算363.4.6燃?xì)庠钆_(tái)數(shù)的確定37結(jié)論38至39參考文獻(xiàn)40潔凈煤技術(shù)研究——型煤加工與氣化摘要：本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要介紹了型煤的加工工藝和幾種常見(jiàn)的氣化工藝，并比較了它們的特點(diǎn)。固定床間歇式氣化工藝與其他氣化工藝相比有其不足之處，但其氣化工藝較其他工藝更為成熟。根據(jù)我國(guó)的基本國(guó)情，本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣ā１驹O(shè)計(jì)介紹了型煤的加工工藝、粘結(jié)劑型煤成型，以及煤粉成型過(guò)程中的影響因素，包括成型壓力、粘結(jié)劑用量、含水量、攪拌均勻度、粘結(jié)劑種類、煤粉粒度對(duì)煤粉成型的影響。煤氣化機(jī)理、以空氣和水蒸氣為氣化劑的燃料層氣化過(guò)程、氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡、氣化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、半水煤氣制取原理、氣體的燃料層分離系統(tǒng)地介紹了爐子。本文詳細(xì)介紹了德士古（UGI）間歇?dú)饣姆磻?yīng)機(jī)理和工藝流程。在本設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了產(chǎn)氣段的工藝計(jì)算。在燃?xì)鉅t的物料平衡計(jì)算中，輸入項(xiàng)為100千克來(lái)料燃料，輸出項(xiàng)包括灰分、干料和不燃物之和99.99千克；在能量平衡計(jì)算中，輸入項(xiàng)包括燃料熱值。，空氣中水蒸氣的焓，干燥空氣的顯熱，燃料的顯熱，總計(jì)2,904,868kJ，輸出項(xiàng)目包括吹送空氣的熱值，帶出的熱值，吹出空氣中的水蒸氣焓和干吹出空氣的顯熱，總計(jì)1,575,130kJ可樂(lè)；產(chǎn)氣階段碳、氫、氧、氮、硫元素分別計(jì)算；在熱平衡計(jì)算中，輸入項(xiàng)目包括燃料的發(fā)熱量、燃料的顯熱、蒸汽的焓、氮?dú)饪諝庵械乃魵忪?，干燥氮?dú)饪諝獾目傦@熱為3,538,661kJ，產(chǎn)量4413465.74kJ，產(chǎn)氣效率80.18%；設(shè)備計(jì)算選用Φ3000mmUGI煤氣爐，每小時(shí)產(chǎn)水煤氣7500m3，年產(chǎn)量計(jì)算需關(guān)鍵詞:型煤粘合劑氣化工藝半水煤氣潔凈煤技術(shù)研究——型煤加工與氣化摘要：型煤加工與幾種常見(jiàn)氣化工藝的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述及其特點(diǎn)比較。固定床工藝雖然有其不足之處，與其他氣化工藝相比工藝落后，但氣化工藝比其他任何技術(shù)都更為成熟。本設(shè)計(jì)間歇China的基本國(guó)情采用常壓固定床氣化France。本設(shè)計(jì)對(duì)型煤的加工、型煤粘結(jié)劑成型在煤粉成型過(guò)程中的影響因素，包括成型壓力、粘結(jié)劑用量、含水量、混合均勻度、粘結(jié)劑種類、煤粉粒度等。成型。系統(tǒng)、煤氣化機(jī)理、以空氣和蒸汽為氣化劑的燃料床氣化過(guò)程、氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡、氣化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、半水煤氣的制造原理、煤氣爐燃料層段德士古（UGI）間歇?dú)饣磻?yīng)的條件和特點(diǎn)，機(jī)理和過(guò)程的細(xì)節(jié)。本設(shè)計(jì)工藝對(duì)燃?xì)饨孛妗⑷細(xì)庠畹奈锪掀胶膺M(jìn)行計(jì)算，進(jìn)爐出燃料100公斤，其中灰分、干料、不燃物共計(jì)99.99公斤；能量平衡，收益包括燃料熱值、空氣中的水蒸氣焓、干燥空氣顯熱、燃料顯熱共2,904,868kJ出項(xiàng)目包括吹熱值和熱值對(duì)象，吹動(dòng)空氣中的水蒸汽焓大氣，干吹顯熱總計(jì)1,575,130kJ；在氣相中，分別占碳、氫、氧、氮、硫；熱平衡，所得收益包括燃料熱值的焓、燃料熱、空氣中的蒸汽和氮?dú)狻⑺魵獾撵?、干燥氮?dú)獾目諝怙@熱共3,538,661kJ4,413,465.74kJ項(xiàng)目中，則氣體效率為80.18%；設(shè)備計(jì)算選用Φ3000mmUGI燃?xì)庠?，每小時(shí)生產(chǎn)7500m3水煤氣按年產(chǎn)量計(jì)算所需78臺(tái)。關(guān)鍵詞：煤球；粘合劑；氣化工藝；半水煤氣介紹氨是一種重要的化工原料，特別是用于化肥的生產(chǎn)。它由氫氣和氮?dú)夂铣?。為了生產(chǎn)氨，通常使用各種燃料作為原料[1]。首先使氣體中含有H2和CO2等成分，然后采用各種凈化方法去除氣體中的粉塵、H2S、有機(jī)硫化物、CO、CO2等有害雜質(zhì)，得到合成氨所需的潔凈1:3氮?dú)浠旌?，最后將氮?dú)浠旌衔飰嚎s到15Mpa以上，在催化劑的幫助下合成氨。在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭資源占比很大。隨著煤炭資源日趨緊張，無(wú)煙煤塊煤價(jià)格持續(xù)上漲，使用價(jià)格較低的無(wú)煙煤粉生產(chǎn)型煤制氣已成為必然趨勢(shì)。使用型煤制氣可以降低每噸原煤進(jìn)入氣化爐的成本，并以廉價(jià)的煤粉為原料進(jìn)行型煤氣化。目前，城鎮(zhèn)和大中型企業(yè)實(shí)現(xiàn)煤氣化越來(lái)越緊迫。迄今為止，以合成氣為原料合成含氮、含氧、烴和燃料的化學(xué)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成功。活動(dòng)仍在增加中。型煤氣化是以煤粉加工成的塊狀煤為原料，以氧氣、水蒸氣或氫氣為氣化劑，在高溫條件下，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或焦炭的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。過(guò)程。煤氣化得到的可燃?xì)怏w稱為氣化氣。氣化氣可用于城市燃?xì)?、工業(yè)燃?xì)?、化工原料氣和?lián)合循環(huán)發(fā)電等。中國(guó)發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的目標(biāo)是：一是減少環(huán)境污染，如煤矸石、粉塵、煤泥水的影響；二是提高煤炭利用效率，降低煤炭消耗；三是加大一次能源消費(fèi)轉(zhuǎn)化，優(yōu)化終端能源結(jié)構(gòu)，將煤炭能源轉(zhuǎn)化為清潔的氣態(tài)和液態(tài)能源[2]?？傊?，潔凈煤技術(shù)涉及多行業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科，是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。研究潔凈煤技術(shù)可以減少環(huán)境污染，提高煤炭利用效率，降低煤炭消耗，是解決我國(guó)石油短缺的重要途徑。通過(guò)氣化將其轉(zhuǎn)化為天然氣，對(duì)于緩解石油資源短缺具有戰(zhàn)略性和現(xiàn)實(shí)意義[3]。第一章煤球能源是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題日益突出，成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。我國(guó)能源“多煤、少油、缺天然氣”的特點(diǎn)決定了我國(guó)能源格局在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變，我國(guó)能源安全戰(zhàn)略的制定必須從這個(gè)基本條件。然而，目前中國(guó)84%的煤炭用于直接燃燒。這種相對(duì)落后的能源供應(yīng)方式對(duì)環(huán)境有很多不利影響。例如，80%的SO2和煤煙是通過(guò)燃燒煤炭產(chǎn)生的，這會(huì)引起溫室效應(yīng)和酸雨。此外，掠奪性采礦方式造成部分地區(qū)地面沉降、地下水污染和流失。為了解決當(dāng)前的矛盾和困難，出路是發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)。綜上所述，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)不僅可以充分發(fā)揮我國(guó)豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，保障煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，滿足未來(lái)日益增長(zhǎng)的能源需求；當(dāng)前石油行業(yè)面臨的困境。因此，開(kāi)發(fā)利用潔凈煤技術(shù)對(duì)于減少環(huán)境污染、彌補(bǔ)石油資源短缺具有重要意義，是我國(guó)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措之一[3]。1.1型煤技術(shù)發(fā)展歷程1.1.1型煤技術(shù)的必要性近年來(lái)，隨著煤炭資源的日益緊缺，無(wú)煙煤塊煤價(jià)格持續(xù)上漲，采用價(jià)格較低的無(wú)煙煤粉生產(chǎn)型煤制氣已成為必然趨勢(shì)。降低了每噸化工爐的原煤成本，以廉價(jià)的煤粉為原料形成煤氣化，使企業(yè)獲得效益，贏得競(jìng)爭(zhēng)。影響產(chǎn)氣型煤質(zhì)量的因素及其改進(jìn)建議主要是由于型煤質(zhì)量差。因此，有必要對(duì)影響型煤質(zhì)量的因素進(jìn)行深入分析，提出提高型煤質(zhì)量的對(duì)策，使產(chǎn)氣型煤技術(shù)在生產(chǎn)中穩(wěn)定健康發(fā)展。1.1.2我國(guó)潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)是煤炭能源利用的主導(dǎo)技術(shù)之一，是世界各國(guó)解決環(huán)境問(wèn)題的重要領(lǐng)域。在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，隨著國(guó)家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略觀念的轉(zhuǎn)變，中國(guó)政府將潔凈煤技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)兩個(gè)根本性轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略舉措。中國(guó)政府、企業(yè)界和技術(shù)界圍繞提高煤炭開(kāi)發(fā)利用效率、減少環(huán)境污染等方面開(kāi)展了大量的研究、開(kāi)發(fā)和推廣工作。1994年，我國(guó)成立了煤炭工業(yè)潔凈煤工程技術(shù)研究中心，1995年成立了全國(guó)潔凈煤技術(shù)推廣應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)小組。在中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)第十個(gè)五年規(guī)劃和煤炭行業(yè)“第十個(gè)五年規(guī)劃”中，高度重視加大潔凈煤技術(shù)的研發(fā)力度，擴(kuò)大潔凈領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作。煤炭，著力推動(dòng)我國(guó)潔凈煤一體化技術(shù)的發(fā)展。工業(yè)化。1.2潔凈煤技術(shù)的意義目前，中國(guó)已成為全球最大的潔凈煤開(kāi)發(fā)市場(chǎng)和商品商業(yè)市場(chǎng)。中國(guó)已將潔凈煤技術(shù)的發(fā)展納入中國(guó)的21世紀(jì)議程。型煤技術(shù)是我國(guó)目前發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)產(chǎn)業(yè)化的七大技術(shù)之一。投資少，建設(shè)周期短，見(jiàn)效快，節(jié)能環(huán)保效益顯著。近30年來(lái)，在我國(guó)合成氨行業(yè)大力推廣。由于原料成本占合成氨生產(chǎn)成本的60%左右，這一舉措使我國(guó)煤制氨企業(yè)的生產(chǎn)成本降低了20%~30%左右，尤其是在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)為“富煤、少油、缺氣”，讓中國(guó)的煤制氨技術(shù)再次煥發(fā)生機(jī)，這確實(shí)是一項(xiàng)了不起的成就。由于目前型煤制氣具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，未來(lái)隨著制氣新技術(shù)、新設(shè)備的不斷應(yīng)用，制氣爐設(shè)備的不斷更新，不斷優(yōu)化改進(jìn)工藝條件方面，煤制氣技術(shù)也將不斷完善，如型煤富氧連續(xù)制氣技術(shù)等新技術(shù)的應(yīng)用，最終將克服存在的問(wèn)題，并將在國(guó)內(nèi)一定時(shí)期內(nèi)仍呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)[3]。煤氣化是將煤轉(zhuǎn)化為工業(yè)氣體的過(guò)程，其中最重要的是將煤轉(zhuǎn)化為CO和H2的混合物，也稱為合成氣，可合成甲醇、乙酸、二甲醚等多種化學(xué)品,天然氣和許多其他非常有用的化學(xué)品。①作為工業(yè)氣體一般采用常壓固定床氣化爐或流化床氣化爐可獲得熱值為1100～1350大卡的氣體。主要用于鋼鐵、機(jī)械、環(huán)衛(wèi)、建材、紡織、食品等部門加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。②作為民用燃?xì)庖话銦嶂翟?000-3500大卡之間，CO要求小于10%。焦?fàn)t煤氣除焦?fàn)t煤氣外，還可以直接氣化得到，更適合用魯啟爐。與直接燃煤相比，民用燃?xì)獠粌H能顯著提高煤炭利用效率，減少環(huán)境污染，而且極大地方便了人們的生活，具有良好的社會(huì)和環(huán)境效益。考慮到安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等因素，要求民用燃?xì)庵蠬2、CH4等烴類可燃?xì)怏w的含量盡可能高，以提高燃?xì)獾臒嶂?；一氧化碳的含量?yīng)盡可能低[21]。③作為化學(xué)合成和燃料油合成的原料氣早在二戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)等就使用費(fèi)托工藝合成航空燃料油。隨著合成氣化工和碳化工技術(shù)的發(fā)展，煤氣化生產(chǎn)合成氣，然后直接合成各種化學(xué)品的路線已成為現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酸酐等。、二甲醚和合成液體燃料。化學(xué)合成氣對(duì)熱值要求不高，主要是對(duì)氣體中的CO、H2等成分。一般德士古氣化爐和殼牌氣化爐比較合適。目前，我國(guó)合成氨甲醇產(chǎn)量的50%以上來(lái)自煤氣化合成工藝。④作為冶金還原氣體煤氣中的CO和H2有很強(qiáng)的還原作用。在冶金工業(yè)中，鐵礦石可以利用還原氣直接還原成海綿鐵；在有色金屬工業(yè)中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣冶煉。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的CO含量有要求。⑤作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電氣體整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（簡(jiǎn)稱IGCC）是指煤在壓力下氣化，產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過(guò)凈化燃燒，高溫?zé)煔鈳?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，煙氣余熱然后利用燃?xì)猱a(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。IGCC所用的氣體對(duì)熱值要求不高，但對(duì)氣體的凈化程度有很高的要求，如粉塵、硫化物含量等。IGCC煤氣化一般采用固定床加壓氣化（魯奇爐）、氣流床氣化（德士古）、加壓氣流（殼牌氣化爐）、加壓流化床氣化技術(shù)。熱值約為2200至2500大卡。⑥作為煤氣化燃料電池2、天然氣或煤氣等燃料（化學(xué)能）直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)發(fā)電技術(shù)。目前主要由磷酸鹽型（PAFC）、熔融碳酸鹽型（MCFC）、固體氧化物型（SOFC）等組成。他們與高效煤氣化相結(jié)合的發(fā)電技術(shù)是IG-MCFC和IG-SOFC，發(fā)電效率為53%。⑦煤氣化制氫氫氣廣泛應(yīng)用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化學(xué)合成、航空航天、煤直接液化和氫能電池。目前，全球96%的氫氣來(lái)自化石燃料的轉(zhuǎn)化。煤氣化在氫氣生產(chǎn)中起著重要作用。一般將煤轉(zhuǎn)化為CO和H2，再通過(guò)變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)化為H2和H2O，對(duì)富氫氣體進(jìn)行低溫分離或變壓吸附。采用膜分離技術(shù)，可以得到氫氣。⑧煤液化氣源煤的直接液化和間接氧化都離不開(kāi)煤氣化。煤炭液化需要煤氣化產(chǎn)生氫氣，可選的煤氣化工藝還包括固定床加壓氣化、加壓流化床氣化和加壓夾帶床氣化工藝。1.3型煤的特點(diǎn)和種類1.3.1什么是煤球型煤是將一種或幾種煤與一定比例的結(jié)合固硫劑等輔料加工成具有一定形狀和尺寸、具有一定替代性能的塊狀燃料[2]。當(dāng)今型煤發(fā)展的另一個(gè)領(lǐng)域是用煤粉和一定比例的煤泥和其他低熱值燃料或廢物加上粘合劑和添加劑來(lái)加工型煤。1.3.2型煤的分類目前，國(guó)外工業(yè)型煤種類繁多，工藝類型復(fù)雜，粘結(jié)劑原料不斷擴(kuò)大。為了對(duì)工業(yè)型煤的現(xiàn)狀有一個(gè)層次的了解，按成型對(duì)其進(jìn)行分類：①工業(yè)型煤：沖壓成型、擠壓成型、滾壓成型、圓形成型、圓盤造粒；②民用型煤：沖壓成型、滾壓成型。按形狀分類：①工業(yè)型煤：球形、橢圓形、圓柱形、枕形、管狀（見(jiàn)圖1.1）；②民用型煤：蜂窩狀、球形、橢圓形。枕頭橢圓球形圖1.1型煤的形狀和尺寸1.3.3工業(yè)型煤的要求和特點(diǎn)①不同爐排的鍋爐，型煤的大小和冷強(qiáng)度應(yīng)不同。往復(fù)爐排型煤的粒度和粒度可以更大，鏈爐型煤的粒度和粒度可以更小，對(duì)冷強(qiáng)度的要求可以更低。②對(duì)于燃?xì)獍l(fā)生器的型煤和焦炭，工業(yè)鍋爐型煤的技術(shù)指標(biāo)要求可以低一些。③冷壓強(qiáng)度：工業(yè)鍋爐型煤和煤氣發(fā)生爐型煤與焦炭的冷壓強(qiáng)度可以基本相同，也可以更低。一般20～30公斤/件。④熱強(qiáng)度：工業(yè)鍋爐型煤可以沒(méi)有熱強(qiáng)度，或者強(qiáng)度很小，但煤氣發(fā)生爐型煤和焦炭必須有足夠的熱強(qiáng)度。一般不低于20公斤/件。⑤粒度大?。汗I(yè)鍋爐型煤的粒度一般50克為固定爐排1個(gè)/片，移動(dòng)爐排10～20⑥其他如耐水性、干燥性、跌落強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度相差不大。以商用工業(yè)鍋爐型煤為例，比較容易滿足防水、不干燥、粘合劑便宜、冷強(qiáng)度高的要求。對(duì)于商用煤氣發(fā)生爐和型煤，除上述條件外，還需要滿足熱工要求。強(qiáng)度要求。1.4型煤加工1.4.1型煤的形成機(jī)理型煤擠壓機(jī)（見(jiàn)圖1.2）利用螺桿擠壓原理，將制備好的煤粉壓縮成具有一定強(qiáng)度和預(yù)定形狀的煤棒成型裝置。它是一種將燃料煤粉擠壓成具有一定強(qiáng)度的圓形（或六角形或方形）煤棒，進(jìn)入制氣爐燃燒，以替代傳統(tǒng)燃燒塊煤和型煤制氣工藝的新工藝。5]。1.4.2煤棒生產(chǎn)工藝原煤經(jīng)過(guò)篩分、粉碎、加入粘合劑、攪拌、堆肥、擠壓、干燥，制成干煤棒后送入爐內(nèi)。具體流程如下：振動(dòng)篩篩分出雜物和散狀物料后，進(jìn)入二級(jí)破碎系統(tǒng)。粉碎后的原煤粉通過(guò)埋刮板輸送機(jī)進(jìn)入系列雙軸混合機(jī)，在腐植酸鈉制備桶中制備的熱粘合劑也加入到第一級(jí)雙軸混合機(jī)中。兩級(jí)充分?jǐn)嚢韬?，用輸送帶輸送至堆漚倉(cāng)進(jìn)行漚制。漚制一定時(shí)間（一般為24小時(shí)以上）后，漚制后的煤由裝車車運(yùn)入煤斗，再通過(guò)輸送帶輸送至單軸攪拌機(jī)。圖1.2煤棒擠壓機(jī)成型模煤棒機(jī)出來(lái)的煤棒通過(guò)皮帶直接輸送到立式干燥爐進(jìn)行干燥。干燥爐出來(lái)的干煤棒由皮帶輸送到成品料斗燃燒。1.5型煤的成型型煤的生產(chǎn)方法可分為有粘合劑成型和無(wú)粘合劑成型兩大類。粘合劑成型是研究時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用最廣泛的成型方法。1.5.1型煤粘結(jié)劑成型①粘合劑成型的基本工藝 粘結(jié)劑成型實(shí)際上是將粘結(jié)劑和煤顆粒攪拌均勻，然后用型煤機(jī)壓制成型，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)暮筇幚恚罱K得到符合要求的型煤。粘合劑成型的基本流程圖如圖1.3[3]所示。圖1.3粘合劑成型的基本流程②過(guò)篩篩選的目的是為其他目的選擇塊煤。篩分的大小因每個(gè)工廠的工藝而異。有的工廠選擇塊煤后，將較小的20毫米煤用破碎機(jī)破碎至0-3毫米或0-6毫米，直接用于生產(chǎn)型煤。有的工廠在選用大于或6毫米以上的塊煤后3毫米，省略了破碎工序，將小于或以上的煤粉3毫米直接6毫米③干燥工序干燥的目的是使混合原煤的水分保持在一定水平。根據(jù)所用粘合劑的不同，對(duì)混合原煤的水分含量的要求也不同。例如，如果使用瀝青作為粘合劑，原煤的含水量應(yīng)保持在2%～4%；若用紙漿廢液或腐植酸鹽溶液作粘結(jié)劑，原煤含水率應(yīng)控制在10%～12%。破碎的目的是將原煤破碎到所需的粒度。為避免鐵損損壞破碎機(jī)，一般在破碎機(jī)前安裝電磁除鐵器。攪拌過(guò)程的目的是使原煤與粘結(jié)劑混合均勻，使粘結(jié)劑均勻分布在煤顆粒表面。使用瀝青作粘結(jié)劑時(shí)，還需要通蒸汽加熱。④成型工藝成型工藝是型煤成型的關(guān)鍵。型煤成型機(jī)主要包括滾壓成型機(jī)、沖壓成型機(jī)和環(huán)形成型機(jī)。目前，工業(yè)型煤中應(yīng)用最廣泛的是滾壓成型機(jī)。⑤后處理工序新成型的煤球強(qiáng)度很低，需要進(jìn)行后處理才能達(dá)到一定的強(qiáng)度。后處理工藝的目的是使粘結(jié)劑在適當(dāng)?shù)臏囟认掳l(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使型煤具有一定的強(qiáng)度。歐洲一些國(guó)家的型煤廠還在后加工過(guò)程中給型煤涂上一層保護(hù)膜，使型煤具有防潮、耐磨的特性。⑥粘合劑[4]粘結(jié)劑——型煤技術(shù)的關(guān)鍵，型煤粘結(jié)劑大致可分為：有機(jī)粘結(jié)劑、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、工業(yè)廢料和復(fù)合粘結(jié)劑。有機(jī)粘合劑可分為親水型和疏水型。有機(jī)粘結(jié)劑具有良好的粘結(jié)性能，可以使型煤固化后具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。在高溫下，有機(jī)物易分解，因此用有機(jī)粘合劑生產(chǎn)的型煤的熱機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性并不理想。無(wú)機(jī)粘合劑主要有石灰、粘土、石膏和硅酸鈉。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的共同特點(diǎn)是具有很強(qiáng)的粘結(jié)能力，固化后可充當(dāng)“骨架”，使型煤具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。熱穩(wěn)定性理想。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑的主要缺點(diǎn)是耐水性差，型煤灰分增加。工業(yè)廢棄物主要指紙漿廢棄物、釀造廢棄物、制革廢棄物和糖類廢棄物。這些廢液主要屬于有機(jī)粘合劑。使用工業(yè)廢棄物作為粘合劑，不僅可以充分利用廢棄物，還可以大大減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的污染。復(fù)合粘合劑是指同時(shí)使用兩種或兩種以上不同的物質(zhì)作為粘合劑。復(fù)合粘合劑可以利用不同物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，使型煤具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。復(fù)合粘合劑主要包括有機(jī)-有機(jī)、有機(jī)-無(wú)機(jī)、無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)三種形式。1.5.2型煤的無(wú)粘合劑成型型煤無(wú)粘結(jié)劑成型是指不添加粘結(jié)劑，用高壓直接成型。即原煤經(jīng)過(guò)篩分后，送入烘干機(jī)烘干，烘干后的煤粉冷卻至40-45℃，然后壓入成型機(jī)。這種成型方法廣泛用于褐煤的加工，雖然沒(méi)有外來(lái)粘結(jié)劑，但仍利用了煤本身所含的粘性成分。1.6煤粉成型過(guò)程影響因素①壓力對(duì)煤粉成型的影響提高成型壓力是提高型煤強(qiáng)度的關(guān)鍵。成型機(jī)的壓力越高，球的強(qiáng)度就越好。目前我國(guó)生產(chǎn)的成型機(jī)輥面壓力最高為11t/cm，主要用于金屬粉末成型成球。制作煤球不需要那么高。過(guò)去，低壓成球的輥面壓力低于10kN/cm?，F(xiàn)在很多公司都使用高中壓成球機(jī)，效果非常好。中壓成球機(jī)輥面線壓力為10-50kN/cm，高壓成球機(jī)輥面線壓力在50kN/cm以上。②煤粉粒度對(duì)煤粉形成的影響煤粉的粒度和分布對(duì)型煤的強(qiáng)度也有一定的影響。合適的粒徑可以與粘結(jié)劑充分接觸結(jié)合。過(guò)細(xì)的煤粉有利于成型強(qiáng)度，但增加粘結(jié)劑的用量，煤粉粒度應(yīng)控制在3mm2-3mm以內(nèi)，占50%[5]。③均勻攪拌對(duì)煤粉成型的影響煤粉和粘結(jié)劑需要混合均勻。攪拌2～3次后，物料可基本均勻光滑，有利于提高型煤強(qiáng)度。④型煤含水率對(duì)煤粉成型的影響型煤的含水量直接關(guān)系到型煤的成型速度、固化時(shí)間、初期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度。根據(jù)壓塊機(jī)的壓力和實(shí)際生產(chǎn)情況，將成型品的含水率控制在12%～14%為宜。⑤粘合劑種類對(duì)型煤質(zhì)量的影響粘結(jié)劑的種類分為有機(jī)型、無(wú)機(jī)型和復(fù)合型三大類。使用有機(jī)粘合劑可以在不降低固定碳和增加灰分的情況下提高型煤的冷強(qiáng)度，但不能保證型煤的熱強(qiáng)度。使用無(wú)機(jī)粘合劑可以提高型煤的熱強(qiáng)度和灰熔點(diǎn)，但內(nèi)聚性較差，型煤灰分增加。因此，目前開(kāi)發(fā)的許多新型粘合劑都是復(fù)合型的，既有有機(jī)材料也有無(wú)機(jī)材料。利用各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)各自的不足，生產(chǎn)的型煤具有較高的冷熱強(qiáng)度。,高灰熔點(diǎn)、防水、防潮、固硫的優(yōu)質(zhì)型煤?？梢?jiàn)，型煤的好壞不僅與粘結(jié)劑密切相關(guān)，還與煤的粒度組成、攪拌條件、成型壓力、成型總水分等有關(guān)。粘合劑與煤之間的結(jié)合力是機(jī)械結(jié)合和物理結(jié)合的綜合結(jié)果。型煤的強(qiáng)度與粘合劑的表面狀態(tài)有關(guān)。對(duì)于煤顆粒等非極性材料，機(jī)械結(jié)合力起決定性作用，因此型煤的凝固過(guò)程必須具備合適的條件。第二章煤氣化工藝流程的確定煤氣化的方法2.1.1CAGOS產(chǎn)氣方法①用途：將任何等級(jí)或含硫的煤轉(zhuǎn)化為合成天然氣。②產(chǎn)品：合成天然氣、汽油重整原料級(jí)石腦油等。③簡(jiǎn)述：煤經(jīng)破碎、篩分、加壓至345kPa送入多級(jí)流化床，分階段干燥、加熱除去揮發(fā)物。殘?jiān)蛱剂鞯椒序v床氣化器與蒸汽反應(yīng)生成合成氣。合成氣提供熱解所需的熱量并與揮發(fā)物混合。將混合氣和油氣材料送至采油并驟冷，然后從富合成氣中分離出凝析油，對(duì)凝析油進(jìn)行加氫處理，生成石腦油、燃料油或合成原油[5]。原料合成氣經(jīng)過(guò)壓縮和提純，然后轉(zhuǎn)化甲烷化以去除大部分二氧化碳，脫水并壓縮成適合管道運(yùn)輸?shù)臍怏w（見(jiàn)圖2.1）。圖2.1COGSA方法2.1.2?？松呋簹饣儆猛荆簩⒚禾哭D(zhuǎn)化為代用天然氣。②原料：各種煤，包括褐煤、次煙煤、煙煤。③簡(jiǎn)述：將原煤粉碎至8目，加入溶液催化劑，催化后的煤經(jīng)緩慢氧化、干燥后通過(guò)煤斗送入流化床氣化爐。在壓力3.45MPa、溫度722℃的條件下，蒸汽和循環(huán)混合成流化氣流，未反應(yīng)的蒸汽從反應(yīng)器出口氣體中冷凝出來(lái)，再通過(guò)普通酸性氣體處理（物理溶劑）除去方法。產(chǎn)品甲烷從循環(huán)中低溫分離出來(lái)。含催化劑的焦炭、未反應(yīng)的焦炭和煤不斷被去除，約10%的催化劑通過(guò)水洗回收，然后循環(huán)使用（見(jiàn)圖2.2）。圖2.2埃克森催化氣體工藝2.1.3GI二級(jí)氣體發(fā)生器①用途：連續(xù)或間歇生產(chǎn)低熱值或中熱值燃料氣的煤炭。②原料：精選低結(jié)塊煤、褐煤、煙煤、無(wú)煙煤、焦炭。③簡(jiǎn)述：兩級(jí)氣化發(fā)生器的工藝原理是煤的緩慢蒸餾，只有焦炭被氣化。因此不存在瀝青和膠組分開(kāi)裂和形成的麻煩。氣化爐可連續(xù)運(yùn)行或間歇運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行可使用或不使用富氧。氣化爐直徑為1.4～4米，產(chǎn)量因所用煤而異。進(jìn)煤量可達(dá)5噸/小時(shí)。2.1.4泥漿氣化①用途：合成天然氣。②原料：泥炭、水、空氣。③簡(jiǎn)述：該工藝采用兩級(jí)氣化器將泥炭轉(zhuǎn)化為高熱值氣體或其他合成燃料。反應(yīng)器中產(chǎn)生的甲烷高達(dá)82%。將含水率25-50%的泥炭粉碎至10目，通過(guò)鎖式儲(chǔ)料斗進(jìn)入反應(yīng)器頂部。除了兩個(gè)氣化層外，流化床連接到反應(yīng)器的頂部，用于干燥進(jìn)入的泥炭。干燥后的泥炭進(jìn)入立管，進(jìn)入短停留加氫系統(tǒng)，在這里泥炭與來(lái)自下方氣化單元的合成氣發(fā)生反應(yīng)，其中產(chǎn)生的甲烷占整個(gè)過(guò)程的65%，氣體從這里進(jìn)入干燥層；碳溢流落入碳?xì)饣b置，在壓力6.9MPa、溫度889～944℃的條件下與流化床中的蒸汽和氧氣反應(yīng)生成合成氣。大約95%的進(jìn)入炭被氣化。熱灰排出后，用循環(huán)水冷卻，灰水漿經(jīng)過(guò)濾后循環(huán)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)[6]（見(jiàn)圖2.3）。圖2.3泥煤煤氣化工藝2.1.5S—O氣化法①用途：生產(chǎn)富含CO和H2的氣體，適用于低熱值或中熱值燃料②原料：所有灰分不超過(guò)40%的煤及煤加氫裝置的殘?jiān)?。③?jiǎn)要說(shuō)明：采用流化床渣式高溫氣化爐，帶壓運(yùn)行，氣體產(chǎn)品不含油和焦油。煤必須在3毫米下面粉碎并干燥至水分含量約為2%至12%。干燥后的煤粉以循環(huán)載氣送入氣化爐，原料和氣化介質(zhì)（氧氣/蒸汽、氧氣/氣化反應(yīng)在1650-2400℃進(jìn)行，壓力在常壓和2.45MPa之間。氧氣或氧氣/空氣由來(lái)自廢熱鍋爐的飽和蒸汽預(yù)熱，工藝蒸汽被過(guò)熱。2.1.6德士古煤氣化目前，以塊煤為原料的UGI間歇?dú)饣に囌既珖?guó)合成氨工業(yè)的70%以上。詳見(jiàn)2.3。2.1.7Lugi渣氣化法①用途：合成天然氣、氨合成氣、羰基合成氣、費(fèi)托合成氣、中熱值氣體、發(fā)電。②原料：各種煤種，包括焦煤和軟煤。③產(chǎn)品：中等熱值的煤氣。④簡(jiǎn)述：原煤通過(guò)煤斗系統(tǒng)送入氣化爐，氣化爐內(nèi)保持燃料充足。煤顆粒與主料一起加入氣化爐，更細(xì)的煤也可以通過(guò)噴嘴吹入氣化爐。在壓力2.43MPa、溫度427-527℃的條件下，通過(guò)噴嘴將蒸汽和氧氣吹入氣化爐，使煤氣化。氣體中所含的焦油、油類和其他有機(jī)副產(chǎn)品可以被分離出來(lái)并循環(huán)到處理系統(tǒng)中。煤灰呈爐渣狀，用水急冷形成玻璃球狀顆粒。此外，還有以下幾種：Receptor氣化法、WermanGriusza氣化法、HYGAS氣化法、Kopps-Tocek氣化法、Westinghouse煤氣化法、Winkler氣化法等。2.2煤氣化機(jī)理2.2.1以空氣和水蒸氣為氣化劑的燃料層氣化工藝燃料層氣化劑的氣化過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，氣化過(guò)程不能完全按照特征反應(yīng)進(jìn)行，工業(yè)化生產(chǎn)的氣化反應(yīng)設(shè)備熱損失大，遠(yuǎn)未達(dá)到理論計(jì)算。通過(guò)燃料層后，不可能得到完全分解，總有一部分未分解的蒸汽。一般來(lái)說(shuō)，在常壓氣化過(guò)程中，蒸汽通過(guò)燃料層的最高分解率為50-60%[8]。氣化過(guò)程如圖2.4所示。圖2.4致密層氣化過(guò)程示意圖2.2.2氣化反應(yīng)的化學(xué)平衡在氣化過(guò)程中，各反應(yīng)的平衡常數(shù)見(jiàn)表2.1。表2.1不同溫度下各反應(yīng)平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值反應(yīng)41.04032.06350.017-8.977-6.790-4.603-2.31046.6433.31220.41820.67320.1630.2550.3350.4150.20020.003-0.98213.54516.81510.2753.2702.7552.2400.40011.305-2.35110.10614.8305.3824.7243.9543.1830.6206.923-2.918從表中我們知道：①碳與CO的燃燒反應(yīng)平衡常數(shù)很大。在煤氣爐可能存在的溫度下，平衡成分幾乎都是產(chǎn)物，這表明這些反應(yīng)以極快的速度進(jìn)行。即碳和CO的燃燒反應(yīng)基本上可以認(rèn)為是不可逆的。②在二氧化碳的還原反應(yīng)中，平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)在正負(fù)值之間變化，即溫度升高，混合氣體中一氧化碳含量增加。在1000℃的反應(yīng)中，一氧化碳的平衡組成可達(dá)99%，二氧化碳幾乎全部轉(zhuǎn)化為一氧化碳。③在氣化層中，水蒸氣與碳的主要反應(yīng)：(2-1)(2-2)上述反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，如上述還原反應(yīng)。根據(jù)平衡位移原理可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，平衡向產(chǎn)物方向位移。同時(shí)，溫度升高更有利于反應(yīng)生成CO，因此氣化層溫度越高，氣體中CO含量越高[14]。2.2.3氣化過(guò)程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)氣化反應(yīng)屬于氣固相體系的多相反應(yīng)。整個(gè)過(guò)程包括物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程?？梢苑譃橐韵聨讉€(gè)步驟：①氣流中的活性成分?jǐn)U散到碳表面（物理過(guò)程）；②活性成分被碳表面吸附（物理過(guò)程）；③生成中間產(chǎn)品（化學(xué)過(guò)程）；④中間產(chǎn)物分解成反應(yīng)產(chǎn)物（化學(xué)過(guò)程）；⑤反應(yīng)產(chǎn)物的解吸（物理過(guò)程）；⑥反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到氣流中（物理過(guò)程）。物理過(guò)程主要與氣體的擴(kuò)散有關(guān)，化學(xué)過(guò)程與化學(xué)反應(yīng)的速度有關(guān)。2.2.4半水煤氣生產(chǎn)原理在氣化器燃料層中，炭與空氣和蒸汽的混合物相互作用的產(chǎn)物稱為半水煤氣。其化學(xué)反應(yīng)按下列方程式進(jìn)行：(2-3)(2-4)這種氣體的成分是由上述兩個(gè)反應(yīng)的熱效應(yīng)的平衡條件決定的。由于半水煤氣是生產(chǎn)合成氨的原料氣，因此要求進(jìn)水蒸汽和空氣（定制為氮?dú)猓┑谋壤线m，以滿足半水煤氣的要求，但在實(shí)際生產(chǎn)，要求在半水氣中。2.2.5燃?xì)鉅t燃料層細(xì)分情況及特點(diǎn)以直徑3米爐為例，從上到下：干燥區(qū)高度為150-200mm；干餾區(qū)高度為300-400毫米；還原區(qū)高度為350-450毫米；氧化區(qū)高度為200-300mm；該區(qū)域的高度為100至200每個(gè)區(qū)層的高度隨爐型、燃料的種類和性質(zhì)以及所用氣化劑的等級(jí)而變化。需要注意的是，各區(qū)之間往往相互交織，沒(méi)有明顯的分界線。干燥區(qū)一般不發(fā)生氣化反應(yīng)，該區(qū)的燃料由于剛加入爐內(nèi)，溫度較低。只是當(dāng)該區(qū)域燃料中的水分蒸發(fā)時(shí)，吹氣和吹氣中的氣體以及下垂的過(guò)熱蒸汽（由燃燒室預(yù)熱）上下通過(guò)該區(qū)域，起到預(yù)熱和加熱的作用。烘干。干餾區(qū)的燃料被熱氣不斷加熱，分解釋放出低分子烴。在熱分解過(guò)程中，水分、乙酸、甲醇、甲醛、苯酚、樹(shù)脂、一氧化碳、二氧化碳（取決于燃料中的氧氣和一氧化碳）、硫化氫、甲烷被分離出來(lái)。、乙烯、氨、氮和氫。當(dāng)氣化劑通過(guò)該區(qū)域時(shí)，幾乎不發(fā)生氣化反應(yīng)。還原區(qū)是氣化層進(jìn)行氣化反應(yīng)的主要區(qū)域之一。來(lái)自氧化區(qū)的二氧化碳被還原為一氧化碳，水蒸氣被分解為氫氣，燃料通過(guò)與熱氣體的熱交換再次被預(yù)熱。該區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)是：(2-5)(2-6)(2-7)(2-8)在煤氣爐的整個(gè)燃燒層中，氧化區(qū)的溫度最高。燃?xì)鉅t定期測(cè)量其火層狀況，即間接測(cè)量其溫度。在氣化層中，燃料中的碳與氣化劑中的氧氣（空氣中的氧氣或富氧）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氣化反應(yīng)為：(2-9)(2-10)氧化層和上述還原層統(tǒng)稱為汽化層。燃料層中燃料氣化后剩余的物質(zhì)稱為灰分，在爐體最下部形成灰分區(qū)。在生產(chǎn)中，灰渣起到預(yù)熱氣化劑、分散氣化劑、保護(hù)爐排和承載燃料層骨架的作用[5]。2.3Texaco（UGI）間歇?dú)饣磻?yīng)機(jī)理及工藝流程綜合考慮以往成功工程案例、年產(chǎn)能、煤轉(zhuǎn)化率、生產(chǎn)成本、原煤煤質(zhì)等因素，選用煤粉加工的型煤，采用德士古（UGI）間歇?dú)饣に噷?shí)現(xiàn)煤氣化。2.3.1反應(yīng)機(jī)理將固體原料研磨并在水或油中制成漿料，然后泵入氣化爐。氣化采用部分氧化法，無(wú)催化劑。氣化爐壓力8.13MPa，工作溫度1300-1600℃。煤漿與氧氣反應(yīng)迅速，所有重質(zhì)烴基本都轉(zhuǎn)化為氣態(tài)產(chǎn)物，主要成分是CO和H2，停留時(shí)間只有幾秒鐘，漿水可以穩(wěn)定溫度。反應(yīng)堆是一個(gè)內(nèi)襯耐火磚的壓力容器，高運(yùn)行溫度產(chǎn)生爐渣，從水封的“鎖灰料斗”排出。爐渣顆粒不透水，為了處理它，控制了最小的爐渣力。2.3.2工藝流程固體燃料由加料器從爐頂間歇性地送入爐內(nèi)。吹氣時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)自下而上穿過(guò)燃料層，吹出的空氣經(jīng)過(guò)燃燒室和余熱后從煙囪排出。將二次風(fēng)加入燃燒室，使吹送空氣中的可燃?xì)怏w燃燒，使燃燒室內(nèi)格子蓄熱磚的溫度升高。燃燒室蓋具有安全閥功能，可在系統(tǒng)爆炸時(shí)釋放壓力，減少對(duì)設(shè)備的損壞。當(dāng)氣體吹上蒸汽時(shí)，氣體被燃燒室和余熱鍋爐回收，然后通過(guò)洗滌塔進(jìn)入氣柜。吹下燃?xì)鈺r(shí)，蒸汽從燃燒室頂部進(jìn)入，預(yù)熱后自上而下流經(jīng)燃料層。由于氣體溫度低，可直接從洗滌塔進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。第二次吹氣時(shí)，氣流與吹氣相同?？諝獯祪艉?，氣體經(jīng)燃燒室、旋風(fēng)除塵器、余熱鍋爐、洗滌塔進(jìn)入氣柜。此時(shí)，無(wú)需向燃燒室添加二次空氣。加料時(shí)間應(yīng)稍晚于水蒸氣加料，并應(yīng)在停汽前切斷，以免遇空氣和氣體發(fā)生爆炸。燃料氣化后，灰渣被刮板通過(guò)旋轉(zhuǎn)爐排刮入灰箱，定期排出爐外[15]。工藝流程圖如圖2.5所示。圖2.5煤氣爐工藝流程圖2.3.3間歇式氣化工作循環(huán)常壓固定床法生產(chǎn)半水煤氣的氣化過(guò)程分五個(gè)階段進(jìn)行描述：①在鼓風(fēng)階段，來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的加壓空氣被送到燃?xì)獍l(fā)生器的底部，與燃料層一起燃燒后，釋放出大量熱量并儲(chǔ)存在碳層中。管子之間的水進(jìn)行熱交換，水蒸汽加熱后產(chǎn)生的低壓蒸汽通過(guò)汽包蒸汽管道可用于爐子的產(chǎn)氣。吹出的空氣冷卻后，排出余熱鍋爐，由煙囪排空。②在上吹氣階段，蒸汽和加氮空氣一起從爐底送出。與熱燃燒層反應(yīng)后，氣層向上移動(dòng)，爐溫下降，從爐頂產(chǎn)生半水煤氣，去除粉塵?；厥諝怏w中的顯熱進(jìn)入余熱鍋爐后，進(jìn)入洗滌塔洗滌冷卻至常溫，由洗滌塔上部引出，送至氣柜。③下吹氣階段，蒸汽從爐頂送入，經(jīng)熱氣化層反應(yīng)，氣化層下移，爐溫繼續(xù)下降，產(chǎn)生的水氣從爐底抽出爐子。不再進(jìn)入余熱鍋爐，直接進(jìn)入洗滌塔洗滌冷卻，從塔頂引出至煤氣柜。④第二吹階段與上吹階段基本相同，但不添加氮?dú)?。目的是更換下部和管道中殘留的氣體，防止爆炸。⑤吹氣階段的工藝流程與吹氣階段的工藝流程相同，但不使用蒸汽，而是使用空氣將系統(tǒng)中的氣體回收到儲(chǔ)氣罐中。上述五個(gè)階段的工作循環(huán)由液壓或氣動(dòng)兩種形式的自動(dòng)機(jī)控制，目前正在開(kāi)發(fā)成微程序系統(tǒng)來(lái)代替自動(dòng)機(jī)控制[17]。間歇產(chǎn)氣循環(huán)各階段的氣體流動(dòng)方向（見(jiàn)圖2.6）。閥門開(kāi)啟和關(guān)閉（見(jiàn)表2.2）圖2.6半水煤氣批量生產(chǎn)各階段氣體流程圖表2.2各階段閥門開(kāi)度閥門開(kāi)啟和關(guān)閉階段1234567電吹風(fēng)○XX○○XX炸一次X○X○X○X吹倒XX○XX○○第二次打擊X○X○X○X吹氣○XX○X○X注：O閥門打開(kāi)X閥門關(guān)閉2.3.4半水煤氣批量生產(chǎn)工藝條件在選擇生產(chǎn)工藝條件時(shí)，要求氣化效率高、爐內(nèi)生產(chǎn)強(qiáng)度高、氣體質(zhì)量好。氣化效率是指半水煤氣的熱值與產(chǎn)氣熱量的比值。輸入熱量包括氣化所消耗的燃料的熱值和氣化劑帶來(lái)的熱量（后者主要指蒸汽的潛熱）。用于表示氣化過(guò)程中的熱能利用情況。氣化效率高，燃料利用率高，生產(chǎn)成本低。氣化效率用X表示：X=Q半/(Q燒+Q蒸)×100%(2-11)式中：Qhalf半水煤氣的熱值Q燃燒消耗燃料的熱值Q蒸消耗蒸汽的熱值生產(chǎn)強(qiáng)度是指每小時(shí)每平方米爐段產(chǎn)生的瓦斯量，在煤標(biāo)狀態(tài)下以立方米表示。氣體質(zhì)量是根據(jù)生產(chǎn)要求通過(guò)熱值或規(guī)定的成分要求來(lái)衡量的。為保持上述要求，氣化工藝的工藝條件為：溫度反應(yīng)溫度沿燃料層的高度變化，其中氧化層的溫度最高。工作溫度一般主要指氧化層的溫度，簡(jiǎn)稱爐溫。爐溫高，反應(yīng)速度快，蒸汽分解率高，出氣量高，質(zhì)量好。但爐溫高，吹氣中一氧化碳含量高，燃燒熱量少，熱損失大。此外，爐溫還受到燃料和灰燼熔點(diǎn)的限制，高溫熔化會(huì)造成爐膛結(jié)疤。因此，爐溫通常應(yīng)低于灰熔點(diǎn)50℃，工業(yè)上爐溫一般為1000-1200℃。吹速提高爐溫的主要手段是提高吹速，延長(zhǎng)吹煉時(shí)間。后者縮短了產(chǎn)氣時(shí)間，不利于提高產(chǎn)量，而前者對(duì)產(chǎn)氣時(shí)間沒(méi)有影響。通過(guò)提高吹氣速度，爐溫迅速升高，二氧化碳在還原層的停留時(shí)間縮短。為了降低吹送空氣中的一氧化碳含量，減少熱損失[21]。蒸汽消耗蒸汽消耗是提高氣體產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段之一。蒸汽流量越大，產(chǎn)氣時(shí)間越長(zhǎng)，產(chǎn)氣量越大。但它受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。當(dāng)燃料活動(dòng)良好時(shí)。當(dāng)爐溫較高時(shí)，增加蒸汽流量可以加快氣化反應(yīng)，還可以提高產(chǎn)氣量和質(zhì)量。但同時(shí)，由于燃料層溫度迅速下降，應(yīng)縮短吹蒸汽的時(shí)間。但是，當(dāng)燃料活度較低時(shí)，應(yīng)使用較小的蒸汽流量和較長(zhǎng)的進(jìn)料時(shí)間。燃料層高度處于產(chǎn)氣階段。較高的燃料層會(huì)延長(zhǎng)水蒸氣的停留時(shí)間，燃料層的溫度會(huì)比較穩(wěn)定，有利于提高蒸汽分解率。但在吹氣階段，由于空氣與燃料的接觸時(shí)間長(zhǎng)，吹氣介質(zhì)中的CO含量增加，更重要的是，過(guò)高的燃料層增加了輸送空氣的動(dòng)力消耗，因?yàn)樵黾拥挚沽?。根?jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于粒徑較大、熱穩(wěn)定性較好的燃料，可采用較高的燃料層，但對(duì)于顆粒較小或熱穩(wěn)定性較差的燃料，燃料層不宜過(guò)高。循環(huán)時(shí)間氣體生產(chǎn)過(guò)程的循環(huán)時(shí)間包括五個(gè)階段的時(shí)間，每個(gè)階段的時(shí)間分配根據(jù)燃料性質(zhì)、氣化劑分配比例和氣體成分的要求確定。一個(gè)循環(huán)時(shí)間短時(shí)，爐溫波動(dòng)小，氣體的產(chǎn)量和質(zhì)量也比較穩(wěn)定，所以循環(huán)時(shí)間不宜長(zhǎng)，但使用氣化活性低的燃料時(shí)，由于反應(yīng)速度慢，應(yīng)使用較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間。氣體成分主要調(diào)節(jié)半水煤氣中(H2+CO)與N2的比例。方法是改變氮?dú)馓砑恿?，或改變空氣吹掃時(shí)間。生產(chǎn)中還應(yīng)注意保持半水煤氣中的含氧量較低（≤0.5%），否則會(huì)給后續(xù)工段造成困難，含氧量過(guò)高有發(fā)生燒毀的危險(xiǎn)。爆炸。第3章過(guò)程計(jì)算3.1氣體發(fā)生器材料與熱平衡計(jì)算方法：實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算方法實(shí)際計(jì)算方法以實(shí)際測(cè)量的氣體成分為準(zhǔn)。采用該方法計(jì)算時(shí)，首先對(duì)氣化煤進(jìn)行測(cè)試，以獲得準(zhǔn)確的氣體成分分析數(shù)據(jù)。已知條件的測(cè)定：表3.1入爐煤成分（wt%）CH○?小號(hào)一個(gè)W全部的78.131.320.430.770.5113.245.6100燃燒熱值28476kJ/㎏①吹氣的組成表3.2吹氣組成（體積%）二氧化碳2氧2一氧化碳H2第四頻道氮2全部的H2S__16.540.356.563.340.7672.451000.85g/Nm3②半水煤氣的真實(shí)成分表3.3半水氣組成（vol%）二氧化碳2氧2一氧化碳H2第四頻道氮2全部的H2S__7.50.2032.10430.5416.661001.45g/Nm3③各物料進(jìn)出爐溫度空氣25℃；相對(duì)濕度80%，空氣水蒸氣含量0.0213kg（水蒸氣）/kg（干蒸氣）；吹氣，向上氣流600℃；向下吹氣200℃；灰200℃;上汽120℃；飽和蒸汽焓2730kJ/kg；向下吹蒸汽550℃；過(guò)熱蒸汽焓3595kJ/kg；④生產(chǎn)周期表3.4生產(chǎn)周期時(shí)間（時(shí)間%）電吹風(fēng)爆炸吹倒第二次打擊吹熄全部的2626368410046.8s46.8s64.8s14.4s7.2s180年代⑤計(jì)算依據(jù)：年產(chǎn)煤100萬(wàn)噸/年；年運(yùn)行時(shí)間：8000小時(shí)；作為基準(zhǔn)計(jì)算。⑥進(jìn)行的數(shù)量和組成出料量：2kg絕對(duì)干料運(yùn)出組件和每個(gè)組件的重量表3.5帶出物質(zhì)的數(shù)量和組成元素組成(wt%)各部件重量（kg）C82.502×0.8250=1.65H1.662×0.0166=0.03○0.472×0.0047=0.01?0.802×0.008=0.02小號(hào)0.572×0.0057=0.01灰14.002×0.14=0.28全部的100.002.00所進(jìn)行物料的熱值為30030kJ/kg[24]。⑦灰分的組成及各組分的重量表3.6灰分組成（wt%）C小號(hào)灰全部的14.500.3085.20100.00灰分重量（按灰分平衡計(jì)算）灰分各成分的重量C小號(hào)灰總計(jì)：15.21⑧燃料氣化后轉(zhuǎn)移到氣體中的元素量CH○?小號(hào)全部的：計(jì)算錯(cuò)誤鼓風(fēng)階段物料熱平衡計(jì)算吹塑階段的計(jì)算：（物料平衡）每1Nm3吹氣所含元素量CH○?小號(hào)②根據(jù)碳平衡計(jì)算吹氣量：③從氮平衡計(jì)算耗氣量：帶入空氣中的水蒸氣量：（1.293為空氣密度）④氫平衡輸入：帶入燃料的氫氣量：空氣中水蒸氣攜帶的氫氣量：全部的：項(xiàng)目：吹氣中的氫含量：吹出空氣中的水蒸氣含量：全部的：吹出空氣中的水蒸氣含量：每標(biāo)準(zhǔn)立方米吹氣的水蒸氣含量：⑤氧平衡輸入：帶入燃料的氧氣量：空氣中的氧氣含量：空氣中水蒸氣的含氧量：全部的：輸出：吹氣中的氧氣含量：吹氣中水蒸氣的含氧量：全部的：錯(cuò)誤：⑥硫平衡輸入：帶入燃料的硫量：輸出：吹氣中的硫含量：錯(cuò)誤：卡路里平衡：輸入：燃料熱值：熱：（1.05為燃料比熱）[26]。干空氣顯熱：（1.30為空氣比熱）空氣中水蒸氣的焓：全部的：輸出：吹氣熱值：1m3吹出空氣的熱值為：干空氣顯熱：吹送空氣中的水蒸氣焓：（32599為過(guò)熱蒸汽焓）600℃產(chǎn)品熱值：出料的顯熱：（1.05為燃料的比熱）[24]?；抑锌扇嘉锏臒嶂担海?4020、10500分別為碳和硫的熱值）熱：（0.94為灰比熱）熱損失（取燃料熱值的8%）：全部的：煤層中儲(chǔ)存的熱量：吹氣效率：卡路里資產(chǎn)負(fù)債表：表3.7熱平衡表（kJ）輸入物品燃料熱值2847600吹氣熱值684852燃料顯熱2625干燥空氣顯熱489984干空氣顯熱17225吹氣中水蒸氣的焓32599空氣中水蒸氣的焓37418產(chǎn)品熱值為60060進(jìn)行的顯熱1260灰中可燃物的熱值75709灰顯熱2858熱損失227808煤層中積聚的熱量1329738總計(jì)2904868總計(jì)2904868氣體生產(chǎn)階段的計(jì)算（基于100kg輸入燃料）物質(zhì)平衡-每Nm3的水氣CH○?小號(hào)②從碳平衡計(jì)算半水氣產(chǎn)量：③從氮平衡計(jì)算氮?dú)夂涂諝獾牧浚旱獨(dú)庵械乃趾浚孩軞淦胶庖阎图僭O(shè)數(shù)據(jù)向上的半水煤氣產(chǎn)量為向上的半水氣中的水汽含量為上下吹出的蒸汽量等于下半水氣產(chǎn)量為下降的半水氣中的水汽含量為為計(jì)算方便，假設(shè)上下吹氣的成分相同，采用上下吹氮?dú)庾鳛榫鶆蚣恿坑?jì)。上行產(chǎn)氣階段氫氣平衡（千克）輸入：帶入燃料的氫氣量：帶入水蒸氣中的氫氣量：氮?dú)饪諝庵兴魵獾臍浜浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械臍浜浚?.03944X半水煤氣中水蒸氣的氫含量：總計(jì)：0.0672X平衡：(3-1)尾氣生產(chǎn)階段的氫氣平衡輸入：帶入燃料的氫氣量帶入蒸汽的氫氣量氮?dú)饪諝庵兴魵獾臍浜浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械臍浜浚喊胨簹庵兴魵獾臍浜浚喝康模浩胶猓?3-2)求解方程(3-1)和(3-2)給出：由此我們得到：上游半水氣輸出：上游半水氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比：下半水產(chǎn)氣：向下半水氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的百分比：向上的半水氣中的水蒸氣量：下降半水氣中的水汽量：全部的：總蒸汽消耗：上游蒸汽分解率：下吹蒸汽分解率：平均蒸汽分解率：⑤氧平衡輸入：帶入燃料的氧氣量：帶入蒸汽的氧氣量：氮?dú)庵械难鯕夂浚旱獨(dú)饪諝庵兴魵獾暮趿浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械难鹾浚喊胨簹庵兴魵獾暮趿浚喝康模哄e(cuò)誤：⑥硫平衡輸入：帶入燃料的硫量：全部的：輸出：半水煤氣中的硫含量：卡路里平衡輸入：燃料熱值：燃料顯熱：蒸汽焓：（2730、3595分別為上行蒸汽和下行蒸汽的焓）[9]。干氮空氣顯熱：（1.30為空氣比熱）氮?dú)饪諝庵械恼魵猓海?564是水蒸氣的焓）全部的：輸出：半水煤氣熱值：1標(biāo)準(zhǔn)m3半水煤氣為：干半水煤氣的顯熱：向上半水煤氣的比熱：下半水煤氣比熱：半水煤氣中水蒸氣的焓：（200℃3696、2890600℃分別為水蒸氣的焓）[26]產(chǎn)品熱值：帶電的顯熱：（1.05為帶電的比熱）灰中可燃物的熱值：（34020、10500分別為碳和硫的熱值）[26]。熱：（0.97為灰比熱）[24]。熱損失（取燃料熱值的8%）全部的：從煤層中提取的熱量：產(chǎn)氣效率：表3.8熱平衡表（kJ）輸入物品燃料熱值2847600半水煤氣熱值3379544燃料顯熱2625干式半水氣顯熱204107蒸汽焓681012半水氣中水蒸氣的焓361927干氮空氣顯熱2340產(chǎn)品熱值為60060氮?dú)庵械乃魵忪?084進(jìn)行的顯熱1260從煤層中取熱874804.74灰中可燃物的熱值75709灰顯熱2950.74熱損失227808總計(jì)4413465.74總計(jì)4413465.743.3全過(guò)程計(jì)算使用分配設(shè)置100kg制造半水煤氣的燃料為Xkg根據(jù)卡路里平衡：每種100kg燃料用于制造半水煤氣60.32%，用于制造吹氣39.68%②100kg各燃料吹氣量的生產(chǎn)指標(biāo)：半水氣生產(chǎn)：氮?dú)夂臍饬浚赫羝模捍禋鈺r(shí)耗氣量：整體流程效率：③物料平衡碳平衡輸入：燃料中的碳含量：全部的：輸出：半水煤氣中的碳含量：吹氣中的碳含量：全部的：錯(cuò)誤：氫平衡輸入：燃料中的氫含量：空氣中水蒸氣的含氫量：氮?dú)饪諝庵兴魵獾臍浜浚赫羝瑲淞浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械臍浜浚喊胨簹庵兴魵獾臍浜浚捍禋庵械臍浜浚捍邓涂諝庵兴魵獾暮瑲淞浚喝康模哄e(cuò)誤：氧平衡輸入：燃料中的氧含量空氣中的氧氣含量：蒸汽中的氧氣含量：空氣中水蒸氣的含氧量：氮?dú)饪諝庵兴魵獾暮趿浚旱獨(dú)庵械难鯕夂浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械难鹾浚喊胨簹庵兴魵庵械难鹾浚捍禋庵械难鯕夂浚捍禋庵兴魵獾暮趿浚喝康模哄e(cuò)誤：氮平衡輸入：燃料中的氮含量：空氣中的氮含量：氮?dú)饪諝庵械牡浚喝康模狠敵觯喊胨簹庵械牡浚捍禋庵械牡浚喝康模哄e(cuò)誤：硫平衡輸入：燃料中的硫含量：輸出：吹氣中的硫含量：半水煤氣中的硫含量：總計(jì)：錯(cuò)誤：④熱量平衡計(jì)算輸入：燃料熱值：燃料顯熱：干燥空氣的顯熱：空氣中的水蒸氣焓：（2564水蒸氣焓）干燥氮?dú)獾娘@熱：氮?dú)庵兴魵獾撵剩赫羝撵剩喝康模狠敵觯捍禋鉄嶂担焊煽諝怙@熱：吹出空氣中水蒸氣的焓：半水煤氣熱值：干半水煤氣的顯熱：半水煤氣焓：產(chǎn)品熱值：進(jìn)行的顯熱：灰中可燃物的熱值：灰顯熱：熱損失：（取燃料加熱的8%）全部的：錯(cuò)誤：⑤配氣計(jì)算配氣計(jì)算：半水煤氣（CO+H2）：N2取3.1:1吹氣中的CO+H2：N2：_2半水煤氣：N2：_設(shè)加入每種標(biāo)準(zhǔn)水氣的吹氣量為100kg燃?xì)鈺r(shí)為208.10Nm。所需風(fēng)量為：100公斤燃料實(shí)際可得到的半水煤氣量為：實(shí)際半水氣組成體積%：二氧化碳2氧2一氧化碳H2第四頻道氮2⑥消耗定額（以噸氨計(jì)）每噸氨水消耗一半水氣汽油：相當(dāng)于85%碳的燃料是：蒸汽：3.4設(shè)備計(jì)算與選型煤氣化技術(shù)是全球首個(gè)大型工業(yè)化潔凈煤技術(shù)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的投產(chǎn)將對(duì)世界能源格局的發(fā)展產(chǎn)生巨大影響。煤氣化是將適用于液化過(guò)程的煤漿制成煤漿，在煤氣化發(fā)生器中反應(yīng)制氣，然后將粗煤氣加工成合格的粗煤氣[21]。煤氣化爐是整個(gè)煤氣化裝置的核心設(shè)備。3.4.1設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)工藝要求（按UGI氣體發(fā)生器工藝設(shè)計(jì)），Φ3000mmU.GI型氣體發(fā)生器工藝指標(biāo)（見(jiàn)表3.9）。表3.93000mmΦUGI型氣體發(fā)生器工藝指標(biāo)工藝范圍生產(chǎn)能力6500～7500m3/h燃油消耗3.1～4.5t/h爐徑Φ3000mm夾套鍋爐受熱面積19m2爐排形式寶塔灰盤速度0～1410r/min灰盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)J02-41-4.4kw灰盤驅(qū)動(dòng)減速機(jī)PM350-IV-2g夾套鍋爐蒸汽壓力40～60kPa（表壓）設(shè)備尺寸（長(zhǎng)×寬×高）7235×4497×10700mm爐膛高度4970mm有效容積20m3出氣口直徑Φ1050mm高徑比2:1空氣蒸汽比1:23.4.2設(shè)計(jì)材料對(duì)于氫氣操作的壓力容器，根據(jù)AIPRP941中的納爾遜曲線選擇合適的材料。它表明了鋼在氫氣條件下的使用限制，是目前設(shè)計(jì)和使用單位選擇加氫設(shè)備材料的依據(jù)。根據(jù)溫度和氫分壓確定：殼體用鋼鍛件，根據(jù)腐蝕要求堆焊殼體壁面用TP309L材料，表面堆焊用TP材料347L，零件材料用347型不銹鋼。設(shè)計(jì)規(guī)范BJ4372《鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[20]。由于殼體所用材料為鋼鍛件，尚未列入我國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)，初步設(shè)計(jì)計(jì)算主要參考ASME鍋爐和壓力容器標(biāo)準(zhǔn)ASME第1卷A、C、D部分[15].設(shè)備示意圖如圖3.1所示。圖3.1UGI氣體發(fā)生器3.4.3制造技術(shù)要求的確定要制造的制造技術(shù)的文件基礎(chǔ)。也是判斷最終制造結(jié)果是否合格的依據(jù)。在制造工藝要求的基礎(chǔ)上，按照ASME鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，參照美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API934的相關(guān)規(guī)定，編制了嚴(yán)格的工程技術(shù)條件，要求對(duì)材料、焊接、制造方法和無(wú)損檢測(cè)等方面提出了明確的要求，保證設(shè)備的質(zhì)量要求，特別是國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模使用TOFD多通道自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，促進(jìn)了推廣這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)在中國(guó)。3.4.4施工設(shè)計(jì)及整體制造方案完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是制造的良好基礎(chǔ)。由于設(shè)備體積大，很多結(jié)構(gòu)尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)都是通過(guò)詳細(xì)的力學(xué)分析計(jì)算確定的。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中完成制造工藝方案的確定，保證設(shè)計(jì)項(xiàng)目的可行性。和經(jīng)濟(jì)理性[17]。在密封結(jié)構(gòu)選擇方面，GRAY-LOCK法蘭連接形式首次用于大型反應(yīng)堆。這種結(jié)構(gòu)在高溫高壓條件下具有更可靠的密封性能。同時(shí)，與傳統(tǒng)的環(huán)連接面密封形式相比，結(jié)構(gòu)緊湊。，重量輕，螺栓數(shù)量少，螺栓受力小，拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，給實(shí)際操作和維護(hù)工作帶來(lái)更大的方便。3.4.5煤氣爐指標(biāo)計(jì)算ΦUGI氣體發(fā)生器每小時(shí)產(chǎn)生7500Nm3000mm3的水煤氣。已知條件：①各階段的循環(huán)周期及時(shí)間分配 表3.10每個(gè)階段的周期和時(shí)間分配程序電吹風(fēng)爆炸吹倒第二次打擊吹熄全部的%26263684100第二46.846.864.814.47.2180②根據(jù)計(jì)算：生產(chǎn)：吹氣產(chǎn)量：半水氣生產(chǎn)：氮化水氣：消耗量：空氣消耗量：蒸汽量：③每個(gè)周期的平均產(chǎn)氣量：吹氣流量（吹氣時(shí)的風(fēng)量約為吹氣量的70%）：水蒸氣流量：上吹（包括二次吹）：吹倒：空氣流動(dòng)：上游氣流：下游氣流：上面的計(jì)算有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：①以上流量未考慮過(guò)濾和泄漏損失。②加煤后各循環(huán)的產(chǎn)氣量不一樣，以上指標(biāo)均為平均