6万吨合成氨造气工段工艺设计——毕业设计.doc

内蒙古宜化化工有限公司 第 1 页 6 万吨合成氨造气工段工艺设计 摘 要 摘要：本设计 6 万吨/年合成氨造气工段工艺设计采用块煤送入造气炉制 气，该工艺技术成熟，结合湖北宜化丰富的生产和管理经验，在同行业中具有 热量回收充分、消耗低、低成本等优势。根据已知参数，利用所学知识对合成 氨的工艺流程进行设计，工艺计算，并对设备进行了选型。 关键词：造气炉；已知参数；工艺衡算；设备计算 内蒙古宜化化工有限公司 第 2 页 目 录 摘 要1 1前言3 2.物料及热量衡算6 2.1.被损耗燃料各组分量的计算 8 2.2.炉渣生成量的计算 9 2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量.9 2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量.10 3.空气吹分阶段的计算 11 3.1.物料衡算11 3.2.热量衡算12 4.蒸汽吹送阶段的计算 15 4.1.物料衡算15 4.2 热平衡计算19 5 总过程计算.21 5.1 燃料使用分配21 5.2 吹风气产量21 5.3 物料平衡22 5.4 热量平衡.24 5.5 配气计算.26 5.6 消耗定额（以吨氨为基准）27 6 主要设备工艺计算 .29 6.1 空气鼓风机的计算 29 6.2 煤气发生炉的计算 31 6.3 废热锅炉的计算 32 6.4 洗气塔35 7 结论.40 参考文献41 致 谢42 内蒙古宜化化工有限公司 第 3 页 1 1前言前言 氨是一种重要的化工产品，主要用于化学肥料的生产。合成氨生产经过多 年的发展，现已发展成为一种成熟的化工生产工艺。本次设计采用间歇式固体 煤气发生炉造气，余热回收，具有环保、节能的优势。现对造气工段主要工艺 做一下简介。 1.固定层煤气发生炉制造的煤气根据气化剂不同, 工业煤气一般分以下四种: 空气煤气: 以空气为气化剂制取的煤气,合成氨生产中也称吹风气. 水煤气: 以水蒸汽为气化剂制取的煤气. 混合煤气: 以空气和适量的水蒸汽为气化剂制取的煤气. 半水煤气: 组成符合(氢气+氧化碳)与氮气体积比为 3.1-3.2 的混合煤气, 即合成氨原料气 2.煤气发生炉自上而下分为干燥层,干馏层,还原层,氧化层,灰渣层. 干燥层: 一般不产生气化反应,此区内的燃料因刚加入炉内,故温度低,主要 是通过吹风时的吹风气,上吹时的煤气,以及下吹时的过热蒸汽,通过此区域时, 将此区域的水蒸发掉,起干燥预热的作用. 干馏层: 此区燃料受到热气体连续加热并分解放出低分子烃,在热分解时析 出水份,醋酸,硫化氢,甲烷等,气化剂通过此区域时一般不发生反应. 还原层: 此区域是气化层发生气化反应的主要区域之一,由氧化层来的 co2 还原生成 co 及水蒸汽分解为氢气,燃料依靠与热的气体换热被再次预热,此区域 的化学反应是: co2+c=2co h2o+c=co+h2 2h2o+c=co2+2h2 co+h2o=co2+h2 氧化层: 在煤气炉的整个燃料中此区域的温度最高,燃料中的 c 与空气中的 o2产生反应,其反应 c+o2+3.76n2=co2+3.76n2 2c+o2+3.76n2=2co+3.76n2 氧化 层与还原层总称为气化层. 灰渣层: 燃料经过气化后,剩余物质称为灰渣,灰渣与炉体最下部分称为灰 渣层,在生产中起到预热气化剂,保护炉篦和承受燃料层骨架的作用. 3.间歇式制气通常分为五个阶段进行: 吹风阶段: 空气从炉底吹入,进行气化反应,提高燃料层的温度. 上吹制气阶段:蒸汽和加氮空气从炉底送入,经气化反应生成煤气送入气柜. 下吹制气阶段: 水蒸气自上而下通过燃料层生成的煤气也送入气柜，其目的 是吸收炉内热量可降低炉顶温度,使气化层恢复到正常位置,同时使炭层温度增 高,有利于燃尽残碳. 内蒙古宜化化工有限公司 第 4 页 二次上吹制气阶段: 蒸气由炉底入炉将炉底下部管道中的煤气排净,为吹风 做准备俗称安全上吹. 吹净回收阶段: 二次上吹后炉上部分空间出气管道及有关设备都充满煤气, 如吹入空气立即放空或送三气将造成浪费,因此转入吹风之前,从炉底部吹入空 气,与产生的空气煤气与原来残留的水煤气一并送入气柜加以回收。 造气炉图示 4.本次工艺设计计算的根据说明 (1).原料采用无烟块煤。 （2）.基本数据主要是参照湖北宜化以及煤炭科学研究所的实测结果，并作了 相应的适当调整。 加氮方法是采用上吹加氮，即开始上吹的同时，吹风暂不关闭，继续由空气管 路向炉内送空气，一并回收到系统中去。加氮时间可根据半水煤气成份要求随 内蒙古宜化化工有限公司 第 5 页 时调整。显然，这种方法不如上、下吹全过程均匀加氮的效果好，但简单方便， 亦可以满足生产需要。为简化计算，按照蒸汽吹送阶段均匀加氮来进行计算。 内蒙古宜化化工有限公司 第 6 页 2.2.物料及热量衡算物料及热量衡算 计算基准：以 100kg 块状无烟煤为原料。 本设计中块煤来源于山西，根据鄂尔多斯联合化工有限公司造气工艺指标分析 参数以及相关调整制定已知条件如下： 表 2-1 燃料组成及热值 序号成份 chonsa1w 合计 1 重量（%）湿 78.011.440.450.760.4813.765.1100 2 重量（%）干 82.21.520.4740.80.50614.5100 燃料热值：28164.6kj/kg 其中：a1为灰份 w 为水份 表 2-2 吹风气组成 成份 h2coco2 n2ch4o2 合计 h2s 体积 （%） 2.905.4516.9673.570.5060.40100 0.8281g/m3(标) 表 2-3 水煤气组成 成份 h2coco2 n2ch4o2 合计 h2s 体积 （%） 41.5031.757.8017.820.780.35100 1.353g/m3(标) 表 2-4 炉渣组成 成份 csa 合计 重量% 14.80.285100 内蒙古宜化化工有限公司 第 7 页 表 2-5 各种物料进炉的温度 名称温度 空气 30 吹风气 450 上行煤气 400 下行煤气 250 炉渣 250 蒸汽压力 （0.10mpa） 220 查过热蒸汽过热焓値表得焓値： =2914.01kj/kg 表 2-6 生产循环时间 序号 操作名 称 吹风上吹下吹 二次上 吹 空气吹 净 合计 1%20314063100 2 时间 ,s 3046.56094.5150 2.1.被损耗燃料各组分量的计算 燃烧在炉中被带出的损失量按照 4kg 计算，其为干燃料，根据表 1-1 燃料组 成及热值计算求得。 其中被损耗燃料中各组分之重量为： 表 2-7 被损耗燃料中各组分之重量 序号元素组成，重量%各组分重量，kg 1c82.240.822=3.288 2h1.5240.0152=0.0608 3o0.47440.0474=0.019 4n0.840.08=0.032 5s0.50640.0506=0.0202 6a214.540.145=0.58 合计 1004 内蒙古宜化化工有限公司 第 8 页 2.2.炉渣生成量的计算 按照标准 100kg 燃料计算 12 3 13.760.58 15.5059 0.85 aa lkg a 其中 12 3 13.760.58 15.5059 0.85 aa lkg a 为 100kg 块状无烟煤中灰份量（湿基） 。 1 a 为燃烧在炉中被带出的损失量按照 4kg 计算时灰份量。 2 a 为炉渣组成中灰份量。 3 a 由此可以炉渣中各组分的生成量为： c: 15.5049 0.1482.2949 c lkg s: 15.5049 0.0020.00310 s lkg a: 15.5049 0.8513.18 a lkg 由此可得： acs llll 2.29490.0031 13.1815.5059 acs llllkg 2.3.计算带出物及炉渣中各组分的总重量 根据表 1-7 被损耗燃料中各组分之重量计算和上式炉渣生成量的计算求带出物 及炉渣中各组分的总重量。 c: 3.2882.29495.5829ckg h: 0.0608hkg o: 0.019okg n: 0.032nkg s: 0.02020.03100.0512skg a: 0.58 13.1813.76akg 总计：19.5059kg 内蒙古宜化化工有限公司 第 9 页 2.4.燃烧气化后进入煤气中各元素的量 根据上式计算的带出物及炉渣中各组分的总重量和式 2-1 求得： c:78.01 5.582972.4271ckg h: 2 1.445.100.06081.9459 18 hkg o: 16 0.0455.100.0194.9643 18 okg n:0.760.0320.728nkg s:0.480.05120.4288skg 总计：80.4941kg 计算误差： 100(19.505980.4941) 0% 100 内蒙古宜化化工有限公司 第 10 页 3.3.空气吹分阶段的计算空气吹分阶段的计算 3.1.物料衡算 3.1.1.每标准吹风气中各元素的含量计算 c: 12 (0.05450.16960.0072)0.1239 22.4 ckg h: 22 (0.0290.0072 2) 0.00082810.00392 22.434 hkg o: 32 (0.0040.16960.5 0.0545)0.2869 22.4 okg n: 28 0.73570.9196 22.4 nkg s: 32 0.00082180.000794 34 skg 3.1.2.由碳平衡计算吹风气产量 （标准） 3 72.4271 584.5609 0.1239 m 3.1.3.由氮平衡计算空气用量 （标准） 3 584.5609 0.91960.728 543.63 28 0.79 22.4 m 计算由空气带入水汽量 空气 （相对湿度：80%） 30 由物化手册查得空气中水汽含量为：0.0213kg(水汽)/kg（干气） 空气带入水汽量为： 543.63 1.293 0.021314.9720kg 3.1.4.氮的平衡 进：燃料带入氢 1.9459kg （2.4 计算已得） 空气中水汽带入氢 2 14.9721.6635 18 kg 合计：1.9459 1.66353.6094kg 出：吹风气中的氢 584.5609 0.003922.2916kg 吹风气中水汽含氢 3.60942.29151.3179kg 内蒙古宜化化工有限公司 第 11 页 合计为： 2.2915 1.31793.6094kg 吹风气中水汽含量 18 1.317911.9611 2 kg 故可得每标准吹风气中水汽含量为： 11.8611 0.0203 584.5609 kg 3.1.5.氧的平衡 进：燃料带入氧 4.9643kg （2.4 计算已得） 空气中带入氧 32 543.63 0.21163.099 22.4 kg 空气中水汽带入氧 16 14.97213.3084 18 kg 合计：4.9643 163.089 13.3084181.3617kg 出：吹风气中的氧: 584.5609 0.2869167.711kg 吹风气中水汽含氧 16 11.861110.5432 18 kg 合计为： 167.711 10.5432178.2542kg 误差： 181.3617 178.2542 100%1.71% 181.3617 1.1.2. 硫的平衡 进：燃料带入硫 0.4288kg （2.4 计算已得） 出：吹风气中带入硫 0.0007794 584.56090.4559kg 3.2.热量衡算 3.2.1 进项 燃料发热量：100 28164.62816460kj 燃料显热：100 30 1.04673140.1kj 式中 1.0467 为燃料的比热容： 根据燃料情况估算。/() o kjkgc 干空气焓543.63 30 1.297921107.32kj 式中 1.2979 为空气的比热容，查化工原理得。/() o kjkgc 空气中水汽焓：14.972 2555.622738262.783kj 式中 2555.6227 为 30时的干饱和蒸汽的焓 合计 2879030kj 3.2.2 出项 吹风气发热量：584.5609 1346.4081787057.53kj 内蒙古宜化化工有限公司 第 12 页 有表 2-2 吹风气组成查得各组分气体之高热值，计算单位吹风气发热量 单位吹风气发热量: 24 12769.7412644.14 255539858.34hcoch (表) 3 12769.74 0.029 12644.14 0.054539858.34 0.00721346.408/kj m 干吹风气的焓：584.5609 1.4455 450380242.25kj 其中：1.4455 为吹风气的平均热值， 标准。 3 /() o kjmc 由附录 1-5-9-17 查得各组分气体的平均比热容。 干吹风气平均比热容 (0.029 29.22390.0545 29.97750.1696 44.5894 1 0.004 31.0661 0.7357 29.73050.0072 46.8922) 22.4 cp 30 1 32.37891.4455/() 22.4 cpkgmc 吹风气中水汽焓： 11.8611 3384.190440140.221kj 式中 3384.1904450时的过热蒸汽的焓（物理化学手册） 。/kj kg 飞灰发热量（干燃料发热量） 1 28184.629699.26/ 1 0.51 29698.262 4118797.05 kj kg kj 飞灰显热： 450 4 1.04671884.06 式中 1.0467燃料的比热容 0 /()kjkgc 炉渣中可燃物的发热量 33913 2.2949 10467 0.03178151.421kj 式中 33913、10467 分别为碳和硫的发热值/kj kg 炉渣的显热： 15.5059 250 0.96303733kj 式中 0.9630煤渣的比热容 0 /()kjkgc 散失热（取燃烧发热量的 6%） 2816460 0.06168987.6kj 合计 1578993.1kj 3.2.3 积聚在炭层中的热量 2879030.2 1678993.11300037.1kj 3.2.4 吹风效率 内蒙古宜化化工有限公司 第 13 页 1300037.1 100%46.6% 2816460 表 3-1 空气吹分阶段的热量平衡表 进项 ， kj出项 ， kj 1.燃料发热量 28164601.吹风气发热量 787057.53 2.燃料显热 3140.12.干吹风气的焓 380242.25 3.干空气焓 21107.323.吹风气中水汽焓 40140.25 4.空气中水汽焓 38262.7834.飞灰发热量 118797.05 5.飞灰显热 1884.06 6.炉渣中可燃物的发热量 78151.42 7.炉渣的显热 3733 8.散失热 168987.6 9.积聚在炭层中的热量 1300037.1 合计 2879030.2 内蒙古宜化化工有限公司 第 14 页 4.4.蒸汽吹送阶段的计算蒸汽吹送阶段的计算 4.1.物料衡算 4.1.1 每标准米 3煤气中所含元素量 c: 12 (0.31750.0780.0078)0.216 22.4 ckg h: 22 (0.4150.0078 2)0.0013530.0385 22.434 hkg o: 32 (0.3175 0.50.0780.0035)0.3432 22.4 okg n: 28 0.17820.2228 22.4 nkg s: 32 0.0013530.001273 34 skg 4.1.2 由碳平衡计算实际水煤气产量 （标准） 3 72.4271 335.311 0.216 m 4.1.3 由氮平衡计算空气用量 （标准） 3 335.311 0.22280.728 74.916 28 0.79 22.4 m 4.1.4 空气带入水汽量为： 74.916 1.293 0.02132.0633kg 4.1.5 氢平衡 设定已知和假设条件 上行煤气量 （标准） 3 xm 上行煤气含水量 （标准）干 3 0.26/kg m 上下吹蒸汽量相等各为wkg 下行煤气量 （标准） 3 335.311xm 下行煤气含水量 （标准）干 3 0.51/kg m 为计算方便起见，上下吹时气体成分假设相同，上吹、下吹加 n 作为均匀加入 计算。 上行阶段 进项 内蒙古宜化化工有限公司 第 15 页 燃料带入氢 1.9459 0.005803 335.311 x xkg 蒸汽带入氢 2 189 w wkg 空气中水汽带入氢 2 2.06330.0006837 18335.311 x xkg 合计：0.00649 9 w xkg 出项: 煤气中氢 0.0385xkg 煤气中水汽含氢 2 0.260.02889 18 xxkg 合计：0.03850.028890.02889xxxkg 平衡：0.006490.06739 9 w xxkg 0.0609 9 w x 0.5481wxkg 下行阶段 进项：燃料带入氢 1.9459 (1)1.94590.005803 335.311 x xkg 蒸汽带入氢 2 189 w wkg 空气中水汽带入氢 2 2.06330.0006837 18 xkg 出项：煤气中含氢 (335.311) 0.037812.6750.0378xxkg 煤气中水汽含氢量 2 (0.51)(335.311)19.001 0.05667 18 xxkg 合计：31.676 0.09447xkg 平衡：31.6760.094472.17520.006487 9 w xkg 29.50080.08798 9 w xkg 内蒙古宜化化工有限公司 第 16 页 265.50720.792wkg 解方程（1） （2） 0.5481265.50720.792xxkg 1.3401265.5072x （标准） 3 198.1248xm 108.59wkg 由此得： 上行煤气产量：（标） 3 198.1249wm 上行煤气产量占总量的百分数 198.1249 100%59.1% 335.311 下行煤气产量： （标） 3 335.311 198.1249137.186m 下行煤气产量占总产量的百分数 137.188 100%40.9% 335.311 上行煤气中水汽含量:0.26 198.124951.5125kg 下行煤气中水汽含量:0.51 137.18689.9649kg 煤气中总水汽量:51.512569.9649121.4774kg 上吹蒸汽量：108.5923kg 下吹蒸汽量：108.5923kg 蒸汽总耗量：108.5923 108.5923217.1846kg 上吹蒸汽分解率： 108.592351.5125 100%52.56% 108.5923 下吹蒸汽分解率： 108.592369.9649 100%35.57% 108.5923 平均蒸汽分解率 217.1846 121.4774 100%44.07% 108.5923 4.1.6 氧平衡 内蒙古宜化化工有限公司 第 17 页 进项： 燃料带入氧 4.9643kg 蒸汽带入氧 32 74.916193.053 22.4 kg 空气带入氧 空气中水汽带入氧 16 2.06331.834 18 kg 合计：4.9643 193.05322.4748 1.834222.3261kg 出项： 煤气中氧 335.311 0.342115.0787kg 煤气中水汽含氧 16 121.4774107.9799 18 kg 合计：115.0787107.9799223.0586kg 误差： 223.0586222.3261 100%0.33% 223.0586 4.1.7 硫平衡 煤料带入硫 0.4288kg 合计 0.4288kg 煤气中硫 0.001273 335.3110.4269kg 4.2 热平衡计算 4.2.1 进项 燃料发热量 100 28164.62816460kj 燃料显热 100 30 1.0467 3140.1kj 蒸汽焓 217.1846 2914.0128632878.7kj 干空气焓 74.916 30 1.29792917.0043kj 其中：1.2979 为由物化手册附录 1-5-10 查得， （标准） 。 3 /kj m 空气中水汽焓 32 74.9160.2122.4748 22.4 kg 内蒙古宜化化工有限公司 第 18 页 2.0633 2555.62275273.0163kj 合计3400668.8kj 4.2.2 出项 水煤气发热量 335.311 9624.85173227318.6kj 式中 9624.8517 为水煤气热值，由下式得： 单位煤气发热量 24 12769.7412644.14 255539858.34hcoch 12769.74 0.415 12644.14 0.317539858.34 0.00789624.8517kj 上下行干煤气焓 上行煤气焓 198.1249 1.3739 400108878.42 式中 1.3739上行煤气的平均比热容 30 /()kjmc 22 24 (% 29.2239% 29.9356% 43.542730.8986% 1 % 29.2239% 45.3430) 22.4 cphcocoo nch (0.415 29.22390.3175 29.93560.078 43.542730.8986 0.0035 1 0.1782 29.64250.0078 45.3430) 22.4 （标） 30 1.379/()kjmc 下行煤气焓 137.186 1.3534 25046416.883kj 式中 1.3534下行煤气的平均比热容 30 /()kjmc 由物化手册附录查得各气体在 0-250的平均比热容 22 24 (% 29.0232% 29.3568% 41.074530.0657% 1 % 29.2738% 40.866) 22.4 cphcocoo nch (0.415 29.02320.3175 29.35680.078 41.074530.0657 0.0035 1 0.1782 29.27380.0078 40.866) 22.4 cp 30 1.3534/()cpkjmc 上下行干气焓：108878.4248416.88155295.30kj 4.2.3 煤气中水汽焓 上行：51.5125 3276.5897168785.33kj 下行：69.9649 2973.4654208038.2kj 内蒙古宜化化工有限公司 第 19 页 式中 3384.1904,2973.4654 分别为 400250时的过热蒸汽的焓/kj kg 上下行煤气总水汽焓： 168785.33208038.21376823.54kj 4.2.4 飞灰可燃物的发热量 4 29677.773118711.11kj 飞灰燃料的显热 4 450 1.04671884.06kj 炉渣中可燃物的发热量 3391.03 2.2949 10467 0.03178151.60kj 炉渣显热： 15.5050 250 0.96303733.045kj 散失热量（取燃烧发热量的 5.256%） 2816480 0.0526148258.4544kj 合计：4710175.72kj 4.2.5 需从碳层中吸取的热量 4110175.723460668.8649506.9204kj 4.2.6 制气效率 3460668.8 100%84.4% 2816460632878.7649506.9204 表 4-1 空气吹分阶段的热量平衡表 进项 ， kj出项 ， kj 内蒙古宜化化工有限公司 第 20 页 1.燃料发热量 28164601.煤气发热量 3227318.6 2.燃料显热 3140.12.干煤气的焓 155295.3 3.干空气焓 2917.003.煤气中水汽焓 376823.54 4.空气中水汽焓 5273.024.飞灰可燃物的发热量 118711.11 5.蒸汽焓 632878.75.飞灰燃料的显热 1884.06 合计 3460668.86.炉渣中可燃物的发热量 78151.60 从碳层中吸收热量 649506.92047.炉渣的显热 3733.05 8.散失热量 148258.4544 合计 4110175.72 合计 2879030.2 内蒙古宜化化工有限公司 第 21 页 5 5 总过程计算总过程计算 5.1 燃料使用分配 每 100kg 燃料中用于制半水煤气为 xkg 根据热平衡得： 652517.46(100) 1317994.5xx 得66.89xkg 每 100kg 燃料用于制取水煤气为66.89kg 每 100kg 燃料用于制取吹风气为33.11kg 5.2 吹风气产量 （标） 3 584.5609 0.3311193.55m 吹风耗空气量 （标） 3 543.63 0.3311180m 水煤气产量 （标） 3 335.311 0.6689224.29m 加氮空气耗量 （标） 3 74.916 0.668950.11m 蒸汽耗量 （标）215.702 0.6689144.28kg 总过程效率 224.29 9572.1 100%66.33% 281640 144.28 2914.01 5.3 物料平衡 碳平衡 进项: 燃料含碳：72.427kg 合计： 72.427kg 出项： 内蒙古宜化化工有限公司 第 22 页 水煤气含碳：224.29 0.216 48.4466kg 吹风气中含碳： 193.55 0.123923.9809kg 合计：72.4275kg 氢平衡 进项： 燃料中氢 1.9459kg 空气中水汽带入氢 2 180.5 1.293 0.02130.5508 18 kg 加氮空气中水汽带入氢 2 50.11 1.293 0.02130.1533 18 kg 蒸汽带入氢 2 144.2816.031 18 kg 合计：16.6811kg 出项： 水煤气中含氢 224.29 0.037858.6353kg 水煤气中水汽带入氢 121.47742 224.299.0285 335.31118 kg 吹风气中含氢 224.29 0.003920.8792kg 吹风气中水汽含氢 2 193.55 0.02030.4366 18 kg 合计 18.9796kg 氧平衡 进项： 燃料中氧 4.9643kg 空气中水汽带入氧 32 180.5 0.2154 22.4 kg 加氮空气中水汽带入氧 32 50.11 0.2115.033 22.4 kg 蒸汽带入氧 内蒙古宜化化工有限公司 第 23 页 16 144.28128.2489 18 kg 合计：207.8794kg 出项： 水煤气中含氧 224.29 0.343276.98kg 水煤气中水汽带入氧 121.477416 224.2972.2279 335.31118 kg 吹风气中含氧193.55 0.286955.5295kg 吹风气中水汽含氧 16 193.55 0.02033.4925 18 kg 合计 208.2299kg 误差： 208.2299207.8794 100%0.17% 208.2299 氮平衡 进项： 燃料中氮 0.728kg 空气中水汽带入氮 28 180.5 0.79177.75 22.4 kg 加氮空气中水汽带入氮 28 50.11 0.7949.48 22.4 kg 合计：227.96kg 出项： 水煤气中含氮 224.29 0.222849.9718kg 吹风气中含氮 193.55 0.9196177.99kg 合计 227.96kg 硫平衡 进项： 燃料中硫含量 0.4288kg 合计 0.4288kg 出项： 吹风气中硫含量 0.000779 193.550.1508kg 内蒙古宜化化工有限公司 第 24 页 水煤气中硫含量 0.001273 193.550.2855kg 合计：0.4355kg 5.4 热量平衡 进项 燃料发热量 2816460kj 燃料显热 3140.1kj 干空气焓 180.0 1.2979 307008.66kg 空气中水汽焓 180.0 1.293 0.0213 2555.622712669.147kg 加氮干空气焓 50.11 1.293 301951.1331kj 加氮空气中水汽焓50.11 1.293 0.0213 2555.62273526.9497kj 蒸汽焓 144.28 2914.0128 420433.77kj 合计： 3265189.8kj 出项 吹风气发热量 193.55 1346.4081260597.2878kj 干吹风气焓 193.55 1.4455 450125899.44kj 吹风气中水汽焓 193.55 0.0203 3384.190413296.704kj 水煤气发热量 224.29 9624.85172158757.988kj 干水煤气焓 72847.1431038.405103885.55kj 其中，上行 224.29 0.591 1.3739 40072847.14kj 下行 224.29 0.409 1.3534 25031038.405kj 水煤气中水汽焓 113041.14 139112.54252153.68kj 其中：上行 224.29 0.594 0.26 3279.9391113041.14kj 其中：下行 224.29 0.409 0.51 2973.4654139112.54kj 飞灰可燃物发热量 118711.11kj 飞灰燃料的显热量 4 0.3311 1.0467 4504 0.6689 1.0467 4001744.0325kj 炉渣中可燃物的发热量 78151.6kj 炉渣的显热量 3733.045kj 散失热量 148258.4644kj 内蒙古宜化化工有限公司 第 25 页 表 5-1 热量平衡表 进项 ， kj出项 ， kj 1.燃料发热量 28164601.吹风气发热量 260597.2878 2.燃料显热 3140.12.干吹风气的热焓 125899.44 3.干空气热焓 7008.663.吹风气中水汽焓 13296.704 4.空气中水汽焓 12669.1474.水煤气发热量 2158757.988 5.加氮干空气焓 1951.13315.干水煤气热焓 103885.55 6.加氮空气中水汽焓 3526.94976.水煤气中水汽焓 252153.68 7.蒸汽热焓 420433.777.飞灰可燃物发热量 118711.11 8.飞灰燃料的显热量 1744.0325 9.炉渣中可燃物的发热量 78151.60 10.炉渣的显热量 3733.05 11.散失量 148258.4544 12.计算误差 -0.9 合计 3265189.8 合计 3265188.99 5.5 配气计算 配气量计算 半水煤气中 2 ():3.2:1cohn 吹风气中有效成份 2 5.462.98.35coh 2 73.57n 水煤气中有效成份 2 2 31.7541.573.25 17.82 coh n 设单位水煤气中配入吹风气量为（标） 3 xm 8.3573.253.2(17.8273.57 ) 0.0715 xx x 内蒙古宜化化工有限公司 第 26 页 100kg 燃料制气时水煤气产量 224.29需要配入的吹风气量为： 3 m （标） 3 224.29 0.071516.04m 100kg 燃料可制取半水煤气为：（标） 3 224.29 16.04240.33m 2 0.4150.029 0.0715 100%38.92% 1 0.0715 h 0.31750.0545 0.0715 100%30% 1 0.0715 co 2 0.0780.1696 0.0715 100%8.14% 1 0.0715 co 2 0.00350.004 0.0715 100%0.35% 1 0.0715 o 2 0.17820.7357 0.0715 100%21.54% 1 0.0715 n 4 0.00780.0072 0.0715 100%0.78% 1 0.0715 ch 5.6 消耗定额（以吨氨为基准） 半水煤气吨氨耗为 3 3350m 吨氨原料煤消耗 3350 1001393.92 240.33 kg 折合含碳量为 84%的标准燃料煤 78.01 1393.921294.52 84 kg 空气消耗量（标准） 3 1393.92 (18050.11)3207.55 100 m 蒸汽消耗量1393.2144.282011.15 100 kg 吹净时间核算 配入水煤气中的吹风气为 ，占吹风气总量的百分数为： 3 16.04m 16.04 100%8.29% 193.55 吹净时风量的 65%左右，根据循环时间计算，吹净气量占吹风气总量百分数： 0.65 3 100%8.88% 200.66 3 二者接近，吹风回收气量即为配入水煤气中的吹风气量，故已定循环时间百分 比基本适应。 煤气炉指标（各气体的瞬时流量） 合成氨能力为 6 万吨/年，采用块煤，吨氨需要半水煤气量为 3350nm3，小时半 内蒙古宜化化工有限公司 第 27 页 水煤气量为 3350 nm3/h620100nm3/h。 根据湖北宜化生产的 2.8m 煤气发生炉实际情况，单台煤气发生炉产气量为： 5500 nm3/h 需要 2.8m 煤气发生炉台数：2010055003.65 即 4 台 采用 5 台煤气发生炉，预留 1 台作为备用。 表 2-6 生产循环时间 序号 操作名 称 吹风上吹下吹 二次上 吹 空气吹 净 合计 1%20314063100 2 时间 ,s 3046.56094.5150 根据表 2-6 生产循环时间 每 100kg 块煤的生产指标为： 生产量： 加氮水煤气 （标） 3 224.29m 半水煤气 （标） 3 240.33m 吹风气 3 180 16.04163.96m 消耗量： 吹风空气（包括吹净） 3 180m 蒸汽量 144.28kg 每个循环平均产半水煤气量 3 5000 2.5 208.33 60 m 吹风空气流量 吹净时风量为吹风时风量的 65%左右 3 208.333600 18017060.55/ 240.33304.5 0.65 mh 加氮空气流量 3 208.333600 50.113362.93/ 240.3346.5 mh 蒸汽流量 上吹蒸汽流量（包括二次上吹） 208.333600 144.28 0.54056.295/ 240.3346.59 kg h 下吹蒸汽流量 内蒙古宜化化工有限公司 第 28 页 208.333600 144.28 0.53362.93/ 240.3360 kg h 吹风气流量 （标） 3 208.333600 193.5520133.45/ 240.3330 mh 上行煤气流量 3 208.333600 224.29 0.5947491.171/ 240.3346.59 mh 下行煤气流量 3 208.333600 224.29 0.4094771.207/ 240.3360 mh 关于上面的计算有以下几点需要说明： 以上计算流量未考虑设备工况不稳定时会有泄露。 煤气产量在加煤后各循环中并不相同，以上指标是平均值。 假定上吹阶段为均匀加氮过程。 6 6 主要设备工艺计算主要设备工艺计算 6.1 空气鼓风机的计算 6.1.1 干空气用量：以一台炉上吹加氮计。由 5.6 可得： （干） 3 17060.553362.9320423.48/mh 6.1.2 空气含水量 内蒙古宜化化工有限公司 第 29 页 （干） 3 20423.48 2926441.11/ 22.4 mh 则含水量为：（标准） 3 26441.11 0.021 22.4 690.99/ 18 mh 式中 0.019 由下图根据已知参数在温度 30，相对湿度 80%，查得湿度约为 0.021 图 6-1 空气-水系统的湿度-温度图（100kpa） 6.1.3 湿空气用量 （标准） 3 20423.48690.9921114.47/mh 当海拔高度低于 3000 米以下时，海拔高度每升高 12 米，大气压降低 133pa， 根据已知海拔高度选择 400 米及下降 4433pa， 3 27330101.33 26441.1130689.39/ 273101.334.433 mh 即为： 3 511.49m / min 内蒙古宜化化工有限公司 第 30 页 可以中意机电（湖北）鼓风机制造有限公司生产的 d600 共 2 台，1 台备用。 3 600m / min 6.2 煤气发生炉的计算 夹套锅炉的作用：降低氧化层的温度，防止灰渣粘壁并副产蒸汽。夹套锅炉 的液位控制在 1/22/3。 规定夹套锅炉回收热量为煤气炉散热量的 50%，软水采用离子交换工艺出水 控制水质及监控电导率(其规定工艺指标为 10us/cm)，温度进口 30，总固体 150ppm，锅炉产蒸汽压力为 0.2mpa(绝压)饱和蒸汽。排污水总固体 2000ppm。 炉膛面积 , 2 4 fd 则： 22 3.14 2.86.154 4 fm 生产强度 /台 32 5000 812.4/() 6.154 mmh 根据此参数可以选择由山东博山渣浆泵厂生产的 2800 造气炉，夹套水蒸发量 为，副产的 0.2mpa 蒸汽冬季用于取暖，其余返回造气锅炉。750860/kg h 夹套产汽量及耗水量 根据 100kg 燃料为基准的热量计算 已求得煤气炉散失热量， 148258.4644kj 假设进口脱盐水量为，产汽量为xkgykg 进项： 回收散失热量： 148258.4644 0.574129.23kj 软水显热： 125.46xkj 合计 74129.23 125.46xkg 出项： 蒸汽热焓： 2705.3358ykj 式中为 0.2mpa 蒸汽饱和蒸汽焓 2705.3358/kj kg 排污水热焓： () 498.4944xykj 式中 498.4944 为 0.2mpa 沸水的焓，/kj kg 合计：(498.49442203.914 )/xy kj kg 平衡： （1）74129.2330498.492203.9xxy 内蒙古宜化化工有限公司 第 31 页 总固相平衡： （2）1502000()xxy 联立求解得: 29.228xkg27.038ykg 则每 100kg 燃料副产蒸汽 27.038kg 每 100kg 燃料消耗水 29.228kg 每 100kg 燃料排出污水：2.19kg 由计算已得吨氨耗原煤1393.92kg 每台炉每小时产氨 5500 1.6418 3350 t 折合每小时：副产蒸汽 1393.92 1.64179 27.038618.77/ 100 kg h 消耗软水： 1393.92 1.64179 29.228668.889/ 100 kg h 排污：50.12/kg h 6.3 废热锅炉的计算 6.31 已知条件 废热锅炉的作用：回收吹风气和上吹煤气的显热，产生蒸汽，为煤气炉制 气和其他化工生产提供一部分蒸汽来源，废热锅炉炉身倾斜 7 度，用于促进对 流，提高热交换率，并使炉身和汽包重心达到平衡，避免基础受力不均而塌陷， 以致发生锅炉倒塌的严重事故，废热锅炉的外壁包有石棉制品隔热保温层，防 止热量损失。废热锅炉的液位控制在 1/31/。 煤气炉是间歇