1、 学 士 学 位 论 文年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计姓 名：学 号： 6指 导 教 师 ： 、院 系 （ 部 所 ） ： 化学化工与材料科学学院专 业： 化学工程与工艺2完 成 日 期 ： 2011 年 5 月 27 日枣庄学院学士学位论文作者声明本人声明：本人呈交的学位论文是本人在导师指导下取得的研究成果。对前人及其他人员对本文的启发和贡献已在论文中作出了明确的声明，并表示了谢意。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人和其它机构已经发表或者撰写过的研究成果。本人同意学校根据中华人民共和国学位条例暂行实施办法等有关规定保留本人学位论文并向国家有关部门或资料库送交论文
2、或者电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权枣庄学院可以将本人学位论文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其它复制手段和汇编学位论文（保密论文在解密后应遵守此规定） 。作者签名： 日期： 年 月 日摘 要随着能源短缺和环保压力的增强，节能和环保已成为可持续发展的目标，煤气化技术对于改善国家能源结构，提高能效具有重要意义。水煤气在我国主要用作合成氨原料气，遍及全国的中小型化肥厂绝大多数采用水煤气工艺生产合成气。常压固定床间歇制气工艺作为一种经济高效清洁的洁净煤技术，在我国化工行业得到了广泛的应用。本文论述了水煤气发生炉的发展概括和进展，阐述了煤气化技术的特点。在物料衡算
3、等的基础上通过数据参考，查阅文献，了解国内外现状的基础上，再查设计手册等等来计算确定了煤气发生炉的规格与性能，并对水煤气站的设备如鼓风机、集尘器、洗涤塔等进行工艺设计计算并对车间和管路做了合理的布置，最后画出了工艺流程图和水煤气炉的装配图。关键词：水煤气；水煤气发生炉；工艺流程设计iAbstractAlong with the energy shortages and the environmental pressure enhancement, the energy-saving and environment have become the goal of the sustainable
4、development. The gasification technology for the improvement country energy structure, and for enhancing the efficency of energy have the vital significance.The blue gas is mainly used in our country,ammonia gas material from the majority of small and mediumsized plant by syngas production process s
5、emi-water gas.The atmospheric pressure fixed bed intermittence vents ones anger the craft to take one economical highly effective clean cleaner coal technology, obtained the widespread application in our country chemical industry. This article elaborated the water gas production retort development t
6、o summarize and to progress, elaborated the gasification technology characteristic. In the material balance and so on in the foundation through the data reference, the consult literature, understood the domestic and foreign present situations in the foundation, looked up the design handbook and so o
7、n to calculate again had determined the producer gas generator specification and the performance, and added water the equipment like air blower, the dust catcher, the tower scrubber which the coal gas stood and so on carry on the technological design computation and to the workshop and the pipeline
8、have made the reasonable arrangement, finally has drawn the flow chart and the blue gas stove assembly drawing. Key words: Blue gas; Water gas generator; Technical process design目 录第 1 章 绪论 11.1 选题背景意义 11.1.1 严峻的世界能源形势 11.1.2 能源利用现状和污染 21.2 国内外技术现状和发展趋势 31.2.1 国外发展概况 31.2.2 国内的技术现状和发展趋势 41.3 本文主要工作
9、5第 2 章 煤气化技术简介 62.1 煤的分类和性质 62.1.1 煤的分类 62.1.2 煤的性质 62.2 煤炭气化的基本原理 72.2.1 基本原理 72.2.2 煤炭气化过程 82.2.3 煤炭气化的原则流程 92.2.4 煤炭气化方法的分类 102.2.5 煤炭气化方法的分类固定床、流化床及熔盐床基本原理 112.3 水煤气 132.3.1 制气原理 132.3.2 间歇法制造水煤气 13第 3 章 年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计 163.1 工艺流程设计 163.1.1 工艺流程的分类 163.1.2 工艺流程的选择 173.2 气化原料 183.2.1 气化原料的
10、一般要求 183.2.2 气化原料的选择 19I3.3 水煤气炉物料衡算和热量衡算 193.4 主要设备工艺计算及选型 263.4.1 水煤气发生炉 263.4.2 鼓风机 283.4.3 集尘器 293.4.4 洗涤塔 323.4.5 缓冲气柜 333.4.6 脱硫箱 333.5 车间布置 343.6 管路设计 353.6.1 工艺外管设计 353.6.2 管路布置 363.7 工艺辅助设计 383.7.1 防护 383.7.2 化验 383.8 水煤气站的生产工艺流程 38第 4 章 结论与与展望 394.1 结论 394.2 展望 39参考文献 41附 录 43致 谢 450第 1 章
11、绪论1.1 选题背景意义本文的研究对象为水煤气煤气站的初步设计，为此我们首先从为什么要研究这种课题开始。上世纪 70 年代初期，由中东战争引发的石油危机以及不断恶化的环境污染问题给世界带来巨大影响和冲击。西方主要工业国家从经济发展和国家安全的战略角度考虑，推行能源多样化的政策，根据对世界能源结构的分析，化石燃料中煤的储量大、价格低廉、供应稳定。但直接燃煤严重污染环境是一个不容忽视的问题。因此，各国政府在考虑利用储量丰富的煤炭资源时，特别重视洁净煤技术的研究与开发工作。“洁净煤技术”的提出，是从我国能源结构的现实特点出发的。我国是以煤为主要能源的国家，煤炭在能源结构中占 70%左右，实现煤炭洁净
12、、高效、经济和合理的利用，包括煤的气化，对中国无论目前和长远都具有重要意义。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC 发电、多联产系统、制氢等工艺过程的共性技术、关键技术和龙头技术。国内大量在建、拟建的甲醇项目，合成氨、尿素项目，煤制油项目，煤制天然气项目等展现了对煤气化技术的强劲需求。煤化工涉及领域广泛，可生产几乎所有种类的石油化工产品，目前我国油品短缺与原油储量及开采不足的矛盾已突现出来，二十一世纪前期我国煤化工的发展直接关系着国家能源战略安全和基本化工产品的供给。作为世界煤炭消费大国，我国在煤炭转换效率和污染物减排方面明显落后于西方发达国家。我国二氧化硫排放总量仅次于美国，居世
13、界第 2 位，而且将不断增加。严峻的现实使我们不得不认真思考煤的可持续发展问题。这不仅是我国化工行业面临的重要课题，也是关系到我国建设资源节约型和环境友好型社会的一个重要问题。五中全会通过的“十一五”划建议已经明确提出：“源产业，要强化节约和高效利用的政策导向，坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展，构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系”。1.1.1 严峻的世界能源形势能源是人类社会发展的重要基础资源，人类社会进步发展都必须以能源的年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 1 页 共 45 页充分供给为前提 1-5。随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高
14、，世界能源需求量持续增大，能源的争夺日趋激烈，上世纪 90 年代以来爆发的两次海湾战争，其根源正是以美国为首的发达国家为占有石油资源而进行的军事行动。在能源供需双方的博弈下，以石油为代表的国际能源价格不断上涨。2008 年由美国次贷危机而引发的全球性金融危机似乎使持续高温的能源市场暂时冷却了下来，但随着各国采取的积极财政政策的效果显现以及各国抵御危机能力的不断增强，世界必将重新走上高速发展的轨迹，能源作为各国恢复经济的关键因素，其需求将出现报复性反弹，而目前的低迷状况必将导致未来国际能源供给短缺。世界性能源供给紧张状况将长期持续下去。1.1.2 能源利用现状和污染传统的煤炭开发和利用技术以及不
15、加限制的消耗矿物能源极大地污染了人类赖以生存的环境，出现了许多环境问题 3-5。从而诱发温室效应、酸雨，引起疾病、农业减产进而带来更加严重的经济、社会问题。我国能源与环境领域面临的形势非常严峻：一方面，煤的大量使用不可避免；另一方面，环境污染必须控制。面对中国多煤少油少气的现状，尤其是多劣质煤少高品质煤的现状，以及煤在利用中的特点和困难，我们应该对中国可能发展的，以煤为核心的能源利用系统进行研究，对传统能源利用方式中能耗高、污染大的技术进行改进，以解决我国能源与环境的矛盾。作为经济可持续发展的基础，能源的可持续发展对我国来说，具有重要的战略意义。因此，如何从中国的现实出发，在一次能源以煤为主的
16、情况下，构建资源、能源、环境整体化的可持续发展能源系统，是从现在就要开始重点研究并逐步实施的战略性问题。我国是一个能源大国，但是一个人均能源资源占有量低的贫国。我国的人均能源资源占有量为全世界人均水平的 1/2，仅为美国人均水平的 1/10，而且一次能源架构中 75%以上是煤 6,7。预计到 21 世纪中叶，甚至到 21 世纪末，我国以煤为主的能源结构将不会改变。煤的高效、清洁利用，是我国经济和社会可持续发展的战略抉择，是保证我国能源稳定可靠供应以及可持续发展的重要科技基础。在相当长的时期内，我国以煤为主的能源结构将难以改变，为了满足未来经济、社会和环境协调发展对能源的需求，煤炭的洁净利用必须
17、以科学的发展观，依靠科技进步，走出一条兼顾高效、环保和经济的新型工业化道路。2发展基于煤气化的煤基及化工系统是在可预见范围内最高效的技术途径，以成为能源领域科技界和企业界的共识。以煤气化为基础的能源及化工系统不仅能较好的解决煤转化过程中提高效率和降低污染排放的问题，而且能生产液体燃料和氢等能源产品，对缓解交通能源紧张问题有重要的意义。1.2 国内外技术现状和发展趋势煤炭气化属于煤炭能源转化的基础技术。统观国内外煤制气技术的发展历程，近几十年来有了较大的进展。工业发达国家一方面对原有的制气技术进行完善和提高，向深度迈进；另一方面在不断地研究、探索新的制气工艺，向广度扩展 8。1.2.1 国外发展
18、概况迄今，世界上已商业化的 IGCC 大型(250MW 以上)电站都是采用气流床煤气化炉，可见其技术上具有优势 9。它们是以水煤浆为原料的ChevronTexaco(Texaco),GlobalE-Gas,以干粉煤为原料的 Shell,Prenflo,Noell(GSP)。ChevronTexaco 气化炉 10是美国 Texaco 开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为 6065%的水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，气化压力在 3.08.5MPa 之间，气化温度1400，液态排渣，煤气成份 CO+H2为 80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率 9699%
19、，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，而且煤适应范围较宽。从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况，由于工程设计和操作经验的不完善，还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态，存在的问题还较多。Global E-Gas 气化炉 11已建设两套商业装置： LGTI(气化炉容量2200t/d，160MW,2.8Mpa,1987 年运行，1995 年停运) Wabash River(二台炉，一开一备，单炉容量 2500t/d,262MW,2.8Mpa,净发电效率(HHV)为 38.9%,1995 年投运) 。 E-Gas 气化炉采用压力螺旋式连续排渣系统。Global E-Gas 气化技术缺
20、点为二次水煤浆停留时间短；碳转化率较低；设有一个庞大的分离器，以分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。Shell 公司早在 50 年代便开始从事以重油为原料的气化技术(SGP)的研究与年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 3 页 共 45 页开发，在过去的几十年中，世界各地相继建成了 150 多套 SGP 气化装置 12,13。Shell 煤气化过程是在高温加压下进行的，是目前世界上较为先进、典型的第 2代煤气化工艺之一。按进料方式，Shell 煤气化属气流床气化，煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进人气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转
21、化等一系列物理和化学过程。由于气化炉内在高温加压条件下发生多相反应，影响因素繁多，其过程极为复杂。1.2.2 国内的技术现状和发展趋势1.研究开发现状中国自煤的商业化和社会化迄今已 100 余年，但没有形成能与国际抗衡的商业化自主产权煤气化技术 14。70 年代起西北化工研究院研究开发水煤浆气化技术并建设了中试装置，为此后 4 家厂引进 Texaco 水煤浆气化技术提供了丰富的经验；近 20 年来，我国共引进 10 余台 Texaco 气化炉，国内配套完成了分设计、安装与操作，积累了丰富的经验。固定床气化工艺分为常压固定床气化和加压固定床气化两种形式，目前在国内较为成熟的仍然只是常压固定床气化
22、技术 15,16。我国在流化床技术研究方面基础良好，国内常压气化炉使用了恩德炉、U-Gas、灰熔聚气化、水煤浆流化床气化炉等。自 20 世纪 80 年代开始，中国科学院山西煤炭化学研究所独立研究开发了具有国际先进水平的灰熔聚流化床粉煤气化技术，但目前该技术仍处于中试阶段。“九五”期间华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、中国天辰化学工程公司承担了国家重点科技攻关课题“新型(多喷嘴对置)水煤浆气化炉开发”，进行了多喷嘴对置式水煤浆气化炉的中试研究。兖矿国泰化工有限公司采用两台日处理 1150t 煤多喷嘴对置式水煤浆气化炉(4.0MPa)配套生产 24 万吨甲醇/a、联产 71.8MW 发电，进行了多喷嘴
23、对置式水煤浆气化技术的工业示范，标志着该气化工艺产业化的实现，实现了我国大型煤气化技术零的突破，为推动我国煤化工产业的发展和能源结构调整提供了技术支撑，经济效益、社会效益显著。2. 发展我国煤炭气化技术的战略我国发展煤炭气化技术的总体目标是基于我国煤炭自身的特点，形成具有自主知识产权的产业化技术，为新型煤化工和能源转化提供满足不同需要的龙4头技术 14。常压固定床气化技术应在现有基础上挖潜改造，应有条件地放弃进一步使用。加压固定床气化技术因受到煤种资源影响和煤气处理费用高而限制其用途。使用活性高的粉煤为原料的加压流化床技术，目前在开发和使用上有些问题尚未得到很好解决。相对而言，加压气流床气化工
24、艺在大型煤炭气化工艺研究及开发中处于优势地位，也符合目前世界上煤炭气化技术的发展趋势。我国煤炭气化的发展要顺应国际上煤炭气化技术的发展趋势，并要结合中国的国情，重点应放在大型、高效、对环境友好、易于工业化的气流床气化技术的开发和应用。加速开发和应用具有自主知识产权的加压气流床气化技术不仅迫在眉睫，而且时机成熟。国内自主知识产权的新型煤气化示范装置已在建设之中，技术特点是：四喷嘴对置的水煤浆气流床气化炉及复合床煤气洗涤冷却设备；分级净化的煤气初步净化工艺；蒸发分离直接换热式含渣水处理及热回收工艺。待示范成功，将扭转我国煤气化技术长期依赖进口的局面，为发展我国的洁净煤技术奠定良好的基础。1.3 本
25、文主要工作本文通过数据参考，查阅文献，了解国内外现状的基础上，结合国内外工艺，参照一般化工工程设计的原则，设计一个水煤气站生产工艺流程，并画出工艺流程图和水煤气炉的装配图。再查设计手册等等来计算主要设备的尺寸、管径等等，进行年产 10 万立方米水煤气的煤气站工艺初步的设计。年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 5 页 共 45 页第 2 章 煤气化技术简介2.1 煤的分类和性质2.1.1 煤的分类煤的种类繁多。其组成、性质又各不相同，而各种工业用煤对煤的质量又有特定的要求，所以为了合理的利用煤炭资源和指导生产，必须将煤炭进行分类 17。对煤炭进行分类时，根据分类目的的不同
26、，有实用分类和科学分类两大类。我国原有的分类方案是以炼焦煤为主的工业分类方案。由原煤炭部、原冶金部和中国科学院有关科研单位共同研究，于 1956 年 12 月提出方案提出。1958 年 4 月经原国家技术委员会正式颁布试行。该分类方案的分类指标是煤的干燥无灰基挥发分（ ）和煤质层最大厚度的 （ Y 值）。从褐煤到无烟煤之dafV间的所有煤种，共分为 10 大类、24 小类，10 大类为无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、长焰煤和褐煤。2.1.2 煤的性质煤的性质包括反应活性、黏结性、结渣性、热稳定性、机械强度及粒度18,19。1.反应活性：是指在一定条件下，煤炭与不同的气体介质，如二
27、氧化碳、氧气、水蒸气、氢气，相互作用的反应能力。表示煤炭反应活性的方法很多，现在通常以被还原为 CO 的 CO2 量占通入 CO2 总量的体积分数，即 CO2 的还原率，作为反应活性的指标。此外，煤的着火点、活化能也能大致反应煤的反应活性的高低。2.煤的黏结性：是指煤被加热到一定温度时，煤质受热分解并产生胶质体，最后黏结成块状焦炭的能力。煤的黏结性不利于气化过程的进行。3.结渣性：煤种的矿物质，在高温和活性气体介质的作用下，转变为牢固的黏结物或熔融物质炉渣的能力称为结渣性。煤的结渣性不仅与煤的灰熔点和灰分含量有关，也与气化的温度、压力、停留时间以及外部介质性质等操作条件有关。在生产中，往往以灰
28、熔点作为判断结渣性的主要指标。灰熔点愈低的6煤愈宜结渣。4.热稳定性：是指煤在高温下燃烧或气化过程中，对温度剧烈变化的稳定程度，也就是块煤在温度急剧变化时，保持原来粒度的性能。热稳定性好的煤，在燃烧或气化过程中，能以原来的粒度烧掉或气化，而不碎成小块，而热稳定性差的煤，则迅速碎成小块或粉煤。一般烟煤中水分含量高，褐煤、无烟煤和贫煤的热稳定性较差。5.煤的机械强度：是指块煤的抗碎强度、耐磨强度和抗压强度等综合性物理和机械性能。机械强度高的煤在移动床气化炉的输送过程中能保持其粒度，从而有利于气化过程均匀进行，减少带出物量。机械强度较低的煤，只能采用流化床或喷流床气化。6.粒度分布：不同气化方式对原
29、料煤的粒度要求不同。移动床气化炉要求 10100 mm 的且较均匀的块煤，流化床气化炉要求 08 mm 的细粒煤，喷流床气化炉则要求7.0 Mpa） 。4.以气化介质为主进行分类：空气鼓风气化、空气-水蒸气气化、氧-水蒸气气化及加氢气化。5.以排渣方式为主进行分类：干式或湿式排渣气化、固态或液态排渣气化、连续或间歇排渣气化等。6.以气化过程的供热方式进行分类：外热式气化、内热式气化和热载体（气、固、液热载体）气化等。7.以入炉煤在炉内的过程动态进行分类：固定床（移动床和重力床）气化、流化床气化、气流床气化和熔渣（或熔盐）床气化等。8.以固体煤和气化介质的相对运动方向进行分类：并流气化、逆流气化
30、。9.以反应的类型为主进行分类：热力学过程、催化过程等。10.以过程的阶段性（或炉筒的结构形式）为主进行分类：单段气化、两段（单筒、双筒）或多段气化等。11.以过程的操作方式为主进行分类：连续式和间歇式或循环式气化等。2.2.5 煤炭气化方法的分类固定床、流化床及熔盐床基本原理按煤在气化炉中的流体力学行为，可分为固定床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化四种方法，前三种已工业化或已建示范装置，熔融床气化则处于中试阶段 24-28。1.固定床气化当气体流速较低时，它只能从静止煤粒间的空隙中穿过，均匀流通，这时，相对于运动速度较大的气化介质，煤粒床是静止的，固定的，所以叫做固定床。煤炭在固定床
31、气化炉中的气化，也可称块煤气化。包括常压固定床和加压固定床气化炉两类。常压固定床气化炉多用无烟煤，焦炭或不粘结性烟煤为气化原料。加压固年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 11 页 共 45页定床气化，指煤的气化过程是在高于大气压力的条件下，通常为 1.02.0Mpa，或在更高的压力下进行。代表性的炉型为鲁奇炉。固定层煤气炉第一次使以煤为原料大规模生产合成气成为现实。该工艺技术成熟、工艺可靠，加上投资省和各厂自己具有建设、改造、运行、管理的能力和较丰富的经验，在今后相当长的时间内，仍可能存在并发展下去。2.流化床气化气体速度继续提高，煤粒层的体积也逐渐增加到约为原体积的
32、1.5 倍时，整个床层就会像液体一样形成明显的界面。这时气体又趋于均匀流动状态。在这种条件下，煤粒与流体之间的摩察力和它本身的重量相平衡。这样，煤粒便悬浮在向上流动的气体之中做相对运动，犹如沸腾的水泡一样。这时床层的状态叫做沸腾床，通称流化床。流化床气化炉用煤粒度小(1250机械强度（落下试验） 70%块度 2575mm 或 50100mm。183.2.2 气化原料的选择水煤气原料以无烟煤和焦炭为主。焦炭的机械强度和热稳定性好，反应性高，是最佳的水煤气原料。但使用焦炭将使水煤气的成本提高 1/3 左右，是不经济的，故应当尽量避免。如使用无烟煤为原料，在块煤来源紧张或无烟煤热稳定性差时，可采用粉
33、煤成型。这也是降低煤气成本，提高经济效益的需要。粉煤成型常用的粘结剂有：石灰、工业废液、水玻璃、沥青和腐植酸盐溶液等。其中以石灰碳化煤球历史较长、技术成熟。由于其强度好，单炉产气量高，一直是小氮肥厂造气利用粉煤的主要形式。粘土煤球和各种煤棒的粘结剂加入量比碳化煤球减少一半以上，使入炉固定碳含量相对提高了 10%左右，制气时有效气体成分提高了 35%，因而降低了生产能耗。由于粘结剂费用较少，设备和加工工艺简单，因而降低了原料加工成本，提高了企业的经济效益。煤棒制作因其改变了成型方式，使煤粒在较高压力下发生剪切变形，结合更加紧密，从而获得较高强度的棒煤，为粉煤成型提供了又一途径。腐殖酸钠的粘结性能
34、较好，亦不增加原料中的灰分，其中钠离子还有一定的催化作用，是一种前途广阔的粉煤成型粘结剂。粉煤成型方式及粘结剂的选择，应当因地制宜，充分利用当地的资源和现有的条件，在调查研究的基础上，经过试验检验后才可确定。气化型煤的质量，直接影响到气化指标的好坏。3.3 水煤气炉物料衡算和热量衡算根据某一给定的气化原料，假定吹风气、水煤气和灰渣的平均组成，分别进行吹风阶段、制气阶段以及总过程的物料和热量衡算，从而计算出水煤气的气化指标。这就是所谓的实际数据法气化计算。应当注意的是吹风气和水煤气平均组成的假定，要根据给定原料的气化试验报告，或参照煤的实际气化指标，并在物料衡算时做适当调整，以取得进出原料的元素
35、平衡。另外亦可以用综合计算法进行煤气炉的物料和热量衡算。气化炉的热平衡和物料平衡计算是气化炉炉体设计和工艺设计的基础，它根据煤气化发生的化学反应、利用热力学的基本原理、按照一定的方法对吹风、制气时的物料和热量的流向做定量的描述并由此得出气化过程的理论耗煤量、年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 19 页 共 45页耗蒸汽量和煤气产量、灰渣产量、鼓风烟气量，然后根据这些参数进行气化炉炉型、配套辅机(如鼓风机、锅炉等)的选型和配套的煤气管道、空气管道、蒸汽管道、鼓风烟气管道管径的选择，是煤气化工艺设计中极其重要的组成部分，也是指导生产、促进技术改造的重要方法之一。用实际数据计
36、算法进行发生炉煤气化过程计算：本法以原料煤在试验操作或正式生产时测得的煤气组成等数据为依据进行计算。1.已知直接测定和在煤气发生炉试验时所获原始数据如下（以 100kg 无烟煤为基准）：（1）无烟煤的工业分析：W ar=4.0%;A ar =12.00%;Vda=2.0%（2）无烟煤的元素分析：w(C) ar =81.84%;w(H)ar=1.76%;w(O)ar=2.02%；w(N) ar=0.88%;w(S)ar=1.5%;w(A)ar=12.00%；（3）水煤气组成组成： （CO 2）=5.0%; (O2)=0.5%; (H2S)=0.12%；(CO)=38.3%; (H2)=48.0%
37、; (CH4)=1.5%; (N2)=6.4%（4）吹风气组成： （CO 2）=14.5%; (O2)=0.5%; (H2S)=0.1%；(CO)=8.8%; (H2)=2.5%; (CH4)=0.2%; (N2)=73.7%（5）灰渣组成：w(C)=20.0%;w(S)=0.3%;w(A)=79.7%（6）气化炉进出口物料温度空气 15；吹风气 400；上行煤气 150；下行煤气 140；灰渣 280（7）带出物的组成与数量假设带出物的组成均与无烟煤相同，且每 100kg 无烟煤带出物为 4kg，则100kg 无烟煤转入带出物中的元素量C 4 81.84% = 3.27kgH 4 1.76%
38、 = 0.07kgO 4 2.02% = 0.08kgN 4 0.88% =0.04kgS 4 1.5% =0.06kgA 4 12.00% = 0.48kg共计 4.0kg20（8）灰渣生成量：灰渣重量=(12-0.48) 0.797=14.45kg每 100kg 无烟煤转入灰渣中的元素C 14.45 0.20 = 2.89kgS 14.45 0.003=0.04 kgA 14.45 0.797 = 11.52 kg共计 14.45kg（9）每 100kg 无烟煤损失于带出物及灰渣中的总重量C 3.27+2.89=6.16kgH 0.07kgO 0.08kgN 0.04kgS 0.06+0.
39、04= 0.10kgA 0.48+11.52= 12.00kg共计 18.45kg（10）每 100kg 无烟煤气化后进入煤气中的各元素量C 81.84-6.16=75.68kgH 1.76-0.07=1.69kgO 2.02-0.08=1.94kgN 0.88-0.04=0.84kgS 1.5-0.10=1.40kg共计 81.55kg2.空气吹风阶段的物料衡算（1）每 m3 吹风气中所含的元素量C (0.145+0.0808+0.002) 12/22.4=0.122kgH (0.025+0.02 2+0.001) 2/22.4=0.027kgO (0.145 2+0.088+0.002 2
40、) 16/22.4=0.273kgN 0.737 28/22.4=0.921kgS 0.001 32/22.4=0.0014kg（2）由碳平衡计算吹风气产量：75.68 0.122=620m3年产 10 万 m3 水煤气的煤气站初步设计作者：杜艳 第 21 页 共 45页（3）由氮平衡计算空气耗量：(620 0.921-0.84) (0.79 28/22.4)= 577m3（4）空气带入的水汽量取空气温度 15，则 100%饱和时每 m3 干空气中含水分 13.8g/ m3。取空气湿度 50%，则此时空气中含水量为：13.8 50%=6.9 g/ m3随空气带入水汽量：577 0.0069=3
41、.98 kg（5）由氢平衡计算吹风气中水汽含量收入：燃料带入氢 1.69kg空气中水汽带入氢 3.98 2/18=0.44kg共计 2.13kg支出：支出:吹风气中含氢 0. =1.67kg吹风气中水汽含氢 2.13-1.67=0.46kg吹风气中水汽总含量 0.46 18/2=4.14kg每 m3 吹风气中水汽含量 4.14 620=0.0067kg/ m3（6）氧平衡收入：燃料带入氧：1.94kg空气带入氧 577 0.21 32/27.4=141.5kg空气水汽带入氧 3.98 16/8=3.54kg共计 145.04kg支出：吹风气中的氧 620 0.273=169.26kg吹风气中水
42、汽含氧 4.14 16/18=3.68kg共计 172.94kg（7）硫平衡收入：燃料带入硫：1.4kg支出：吹风气中含硫 620 0.0014=0.868kg3.制气阶段的物料衡算（1）每 m3 煤气中所含的元素量C (0.05+0.383+0.015) 12/22.4=0.24kgH (0.48+2 0.015+0.0012) 2 /22.4=0.046kgO (0.05 2+0.383+0.005) 16/22.4=0.349kg22N 0. /22.4=0.08kgS 0. /22.4=0.002kg每 100kg 无烟煤转入煤气中的元素量仍以吹风阶段取之。（2）由碳平衡计算制气时净煤
43、气产量：75.68 0.24=315m3 （3）由氢平衡计算蒸汽消耗量，为计算方便，先作如下假设：上吹煤气含水蒸汽 0.25kg/ m3，下吹煤气含水蒸汽 0.45 kg/ m3上、下吹净煤气组成相同上、下吹蒸气用量相同。设上吹煤气产量为 X m3，上下吹蒸汽用量各为 Wkg计算上吹阶段的氢平衡收入：燃料带入氢 21.69X/315=0.0054Xkg蒸汽带入氢 W2/18=W/9kg共计 0.0054X+W/9kg支出：上吹煤气含氢 0.046Xkg煤气中水汽含氢 0.25 2X/ 18=0.028Xkg共计 0.046X+0.028X=0.074Xkg由氢平衡： W=0.6876X计算下吹阶段的氢平衡收入：燃料带入氢 1.69-0.0054Xkg蒸气带入氢 W 2/18=W/9kg共计 1.69-0.0096X+W/9kg支出：下吹煤气含氢 0.046(315- X) =14.49-0.046Xkg煤气中水汽含氢 0.45 2 /18 (315-X)=15.75-0.05Xkg由上、下吹氢平衡可解得X=179m3 W=110kg所以 100kg 无烟煤可产上吹煤气 179 m3，下吹煤气 136 m3，上下吹各需水蒸汽 110kg。上吹煤气中水蒸汽量 0.25 179=44.75kg下吹煤气中水蒸汽量 0.45 136=61.2kg
