浅谈造气工艺

云锡职业技术学院毕业论文论文题目浅谈造气工艺学院云锡职业技术学院专业应用化工技术年级11级应用化工技术姓名谷智敏指导教师李德2023年9月10日云锡职业技术学院毕业设计（论文）任务书题目浅谈造气工艺专业应用化工技术班级11级应用化工技术学生姓名谷智敏学号指导教师李德学号摘要造气重要任务是以无烟块煤、小籽煤、煤棒或煤球为原料，采用固定床连续气化法，在高温条件下，交替或同时通空气和蒸汽进行气化反映，制得合格、充足的半水煤气供后工段使用。关键词：造气，工艺流程，工艺指标目录前言 11富富氧造气的性质与用途 11.1富富氧造气的物理性质 11.2富氧造气的化学性质 11.3富氧造气的用途 11.4富氧造气的生产方法 12工艺流程 22.1气体流程 22.2煤气系统工艺流程图 23富氧制气操作规程 33.1工艺流程 33.2工艺指标 33.3富氧炉正常操作要点： 44常见事故判断与解决 54.1富氧炉上气道温度过高 54.2灰仓温度超指标 54.3过氧 64.4炉内阻力增大 64.5炉下压力过大 64.6炉下压力过低 64.7安全注意事项： 75正常操作要点 75.1工艺调节、操作原则 75.2工艺调节操作要点 7总结 12参考文献 12致谢 13前言富氧造气重要是为合成氨做准备，目前，中国是世界上最大的化肥生产和消费大国，合成氨年生产能力已达4222万吨。但合成氨一直是化工产业的耗能大户。6月7日～8日，全国合成氨节能改造项目技术交流会在北京召开，明确了“十一五”期间合成氨节能工程在降耗、环保等方面要达成的具体目的。大型合成氨装置采用先进节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提高转化效率，加强余热回收运用；以天然气为原料的合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料的合成氨加快以洁净煤或天然气替代原料油改造；中小型合成氨采用节能设备和变压吸附回收技术，减少能源消耗。煤造气采用水煤浆或先进粉煤气化技术替代传统的固定床造气技术。到2023年，合成氨行业节能目的是：单位能耗由目前的1700公斤标煤／吨下降到1570公斤标煤／吨；能源运用效率由目前的42.0％提高到45.5％；实现节能570万～585万吨标煤，减少排放二氧化碳1377万～1413万吨。1富富氧造气的性质与用途1.1富富氧造气的物理性质以含氧量大于21％的空气和水蒸气为气化剂在高温下进行煤)连续气化的方法。富氧空气可由空气分离或变压吸附方法制得。富氧气化可在固定床炉中也可在流化床炉中进行。采用含氧量50％左右的富氧空气可制得符合合成氨原料气规定的合成气。1.2富氧造气的化学性质以无烟煤块、小籽煤、煤棒为原料，采用间歇式固定层气化法，在高温条件下，交替同空气和蒸汽进行气化反映，制得合格、充足的半水煤气。1.3富氧造气的用途富氧造气的气体重要是半水煤气，是气体燃料的一种。重要成分是氢和一氧化碳。由水蒸气和赤热的无烟煤或焦炭作用而得。工业上大多用蒸气和空气轮流吹风的间歇法，或用蒸气和氧一起吹风的连续法。热值约为10500千焦/标准立方米。此外，尚有用蒸气和空气一起吹风所得的“半水煤气”。可作为燃料，或用作合成氨、合成石油、有机合成、氢气制造等的原料。1.4富氧造气的生产方法目前的中氮厂大多以焦炭或山西无烟煤（白煤）为原料，采用间歇法工艺技术，生产半水煤气加工合成氨。2工艺流程2.1气体流程向造气炉内交替通入空气和蒸汽，与炉内灼热的炭进行气化反映。吹风阶段生成的吹风气根据规定送三气岗位回收热量或直接由烟囱放空，并根据需要回收一小部分进入气柜，用以调节循环氢。从造气炉出来的半水煤气经显热回收、洗气塔冷却后，在气柜中混合，然后经静电除尘去压缩工段。上述制气过程在微机集成油压系统控制下，往复循环进行，每一个循环一般分六个阶段，其流程如下：（1）吹风阶段空气由鼓风机来→吹风阀→自炉底鼓风箱入炉→旋风除尘器→三气阀（或烟道阀）→三气岗位（或烟囱放空）（2）回收阶段空气由鼓风机来→吹风阀→自炉底鼓风箱入炉→旋风除尘器→上行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜→静电除焦→压缩（3）上吹（加氮）制气阶段蒸汽（加氮空气）由蒸汽总管来→上吹蒸汽阀→自炉底入造气炉→旋风除尘器→上行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜→静电除焦→压缩（4）下吹制气阶段蒸汽由蒸汽总管来→下吹蒸汽阀→自炉顶入造气炉→下行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜→静电除焦→压缩（5）二次上吹制气阶段蒸汽由蒸汽总管来→上吹蒸汽阀→自炉底入造气炉→旋风除尘器→上行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜→静电除焦→压缩（6）空气吹净阶段空气由鼓风机来→吹风阀→自炉底鼓风箱入炉→旋风除尘器→上行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜→静电除焦→压缩2.2煤气系统工艺流程图单台造气炉工艺流程图3富氧制气操作规程3.1工艺流程富氧制气过程是指将氧压缩机来的纯氧减压后与空气按照一定比例混合，然后与蒸汽混合从炉底进入与煤发气愤化反映的过程。富氧空气与蒸汽混合→自炉底入造气炉→旋风除尘器→上行煤气阀→煤气总阀入煤气总管→显热回收→洗气塔→气柜重要化学反映：C+O2=CO2+409.1kJ2C+O2=2CO+246.6kJ2CO+O2=2CO2+573.2kJC+H2O＝CO+H2-122.7kJC+2H2O＝CO2+2H2-80.4kJCO2+C＝2CO-165.0kJ3.2工艺指标（1）纯氧指标压力：减压前4.0MPa，减压后0.025MPa流量：正常使用时5000m3/h。（2）富氧指标压力：混合后富氧空气0.025MPa。富氧浓度：<50～60％正常流量：9000～10000m3/h。（3）混合气化剂指标入炉压力：0.025MPa气汽比：富氧/蒸汽＝1/1～1.2（4）炉内反映指标加炭周期：3min/次，后根据实际反映情况进行调整。碳层控制高度：与水夹套上沿平齐。炉内温度：上行煤气温度≦800℃，灰仓温度≦120℃出口煤气成分：CO2:12~16%,O2≦0.4%;CO+H2>70%;其中CO≦45％。3.3富氧炉正常操作要点：3.3.1间歇炉转富氧炉主操工在微机上对该炉先进行间歇炉停炉操作，副操工对各阀门启动状况进行确认后，主操工再点击“转换”按钮(未停炉时对其进行锁定保护)进入富氧炉操作界面，手动点击“停炉/运营”按钮（阀门状态为：上行煤气阀－开、煤气总阀－开、蒸总－开、上吹蒸汽阀－开、吹风，上加N2阀－关、下吹蒸汽阀－关、下行煤气阀－关、烟道阀－关），同时根据氧表显示调节富氧空气中氧含量到50－60%，副操工打开二楼平台处该炉富氧手动闸阀，10s后富氧液压闸阀启动，主操工启动该炉富氧自调阀，并根据炉温逐步增长富氧入炉流量至正常工艺指标，并根据炉况调节炉条机转速。3.3.2富氧炉转间歇炉主操工在微机上关闭该炉富氧自调阀，停炉条机，再点击“运营/停炉”按钮（此时，富氧液压闸阀、煤气总阀关闭，烟道阀、蒸总和上吹蒸汽阀启动），同时，副操工关闭二楼平台处该炉富氧手动闸阀，10s后蒸总阀关闭，“转换”按钮解除锁定保护，点击“转换”按钮进入间歇炉操作界面，同时，副操对各阀门启动状况进行确认后，按照原间歇炉操作进行即可。3.3.3开炉主操工观测确认富氧空气中氧含量是否达标后，手动点击“停炉/运营”按钮（此时煤气总阀、蒸总阀启动），10s后富氧液压闸阀启动，主操工再启动该炉富氧自调阀，并根据炉温逐步增长富氧入炉流量至正常工艺指标，并根据炉况调节炉条机转速。3.3.4停炉主操工在微机上关闭该炉富氧自调阀，停炉条机，再点击“运营/停炉”按钮（此时，富氧液压闸阀、煤气总阀关闭，烟道阀、蒸总阀启动），10s后蒸总阀关闭，“转换”按钮解除锁定保护，此时打出联系灯（铃）。3.3.5下灰副操得到停炉下灰信号，检查确认富氧阀、煤气总阀等落到位处安全停炉状态后，向一楼下灰作业人员发出下灰指令。4常见事故判断与解决4.1富氧炉上气道温度过高因素：炉下结块灰渣层过厚富氧浓度高或富氧流量过大炉内炭层产生风洞蒸汽用量过小炭层过低解决:加快炉条机转速，适当加大蒸汽用量，停炉人工扒块，减负荷操作加快炉条机转速，适当减少负荷调节富氧浓度和富氧流量在指标范围内解决火层调节蒸汽用量提高炭层4.2灰仓温度超指标因素：灰渣层过薄炉下结大块富氧浓度忽然增高火层偏移有风洞漏炭气汽比偏低解决:减慢炉条机转速，适当增长负荷加快炉条机转速，适当加大蒸汽用量，并打开灰仓蒸汽吹扫手动阀；停炉人工扒块，减负荷操作调节富氧浓度和富氧流量在指标范围内注意操作，稳定火层解决火层调节气汽比4.3过氧因素：炉温过低或火层上移炭层过低火层偏、火层薄炉内有大块产生风洞解决：提高炉温，火层拉低提高炭层注意操作，稳定火层炉内有大块时，扒出大块解决4.4炉内阻力增大因素：炭层增高负荷过大炉内结块原料过碎或含粉太多解决：减少炭层适当减小负荷扒出大块提高原料质量4.5炉下压力过大因素：炉内炭层阻力增大带出物多，中心管堵解决：根据情况酌情解决4.6炉下压力过低因素：炉底煤气总冲破汽化剂混合罐防爆板鼓破，大量漏气断富氧或蒸汽烟囱阀未关或未关严解决：停炉加水，使煤气总有水溢流更换防爆板停车解决检修烟囱阀使其正常4.7安全注意事项：富氧与间歇制气互相切换前必须检查各阀门开、关是否正常，且切换后先进行10s上吹流程。开富氧炉时，先通蒸汽，再通入富氧；停富氧炉时，先断开氧气，再断开蒸汽。炉内进行检修前，必须插富氧空气管道盲板。5正常操作要点5.1工艺调节、操作原则根据原料煤的灰熔点，尽也许提高气化层温度，以减少半水煤气中二氧化碳含量，提高发气量。·根据煤质、吹风强度等变化情况，及时调整循环时间、吹风比例及二楼手轮门（车间工艺人员操作）；·准时加煤、出渣。根据炉内炭层高度、分布及灰渣情况，及时调节炉条机转速，使气化层厚度及所处位置相对稳定，保证炉况良好，控制好炉上、炉下温度，使其符合工艺指标；·根据蒸汽分解情况，调节好蒸汽压力和用量，同时注意各相关锅炉液位，防止蒸汽带水，并注意吹风排队，防止重风；·严格把握入炉煤棒、小籽煤的质量，发现问题及时与原料岗位联系。5.2工艺调节操作要点5.2.1造气炉合理工艺指标的制定煤气发生炉要想达成优质、高产、安全、低耗，除了受设备状况和原料性质的影响外，如何制定出合理的工艺指标是直接影响造气炉工况好坏的一项很重要的工作。重要工艺指标的制定依据：炉渣含碳量：≤20%半水煤气成分：O2＜0.5%（CO+H2≥65%）循环时间与比例的分派-循环时间长短：目前我公司造气炉所采用的时间为2.5分钟/循环。循环时间长短的制定，重要依据原料的化学活性，活性差的原料，循环时间宜短，反之则宜长。时间过长或过短均不利于生产，过长气化层温度和产气量以及气体成分波动大；过短虽能获得气化层温度稳定、产气量佳的效果，但是自动阀门动作所需要的时间占去太多，相应地减少了有效制气时间。-循环比例的分派：吹风和制气各个阶段的时间分派，总的原则是使吹风后燃料层中具有抱负的较高温度，且吹风阶段的时间要短，以增长制气阶段的时间，从而获得高产、优质的煤气。当吹风量拟定后，吹风时间长短的选择，重要依据热量平衡。在实现热量平衡时，则吹风时间越短越好。一次上吹和下吹制气时间分派，重要决定于可以使上行温度和气化层温度（火层）维持正常稳定为原则。二次上吹和空气吹净无较高规定，只要能达成安全生产和回收余气的目的就可以。（1）温度-上行温度：原料化学活性和灰熔点是制定上行温度的重要依据。煤球和煤棒的冷、热强度差，不宜高，一般在300～400℃。-下行温度：下行温度的制定，重要防止炉下温度过高而烧坏设备，其温度高低也决定于气化层上下移动的变化。一般下行温度在200～300℃为宜。-气化层温度（火层）：在实际生产中气化层温度目前还无法用仪表直接测量出，只能通过炉上、下温度和用探测炉内火层情况来推测。根据不同的炉型，有两种方法：一种使用钢钎垂直插入炉内，钢钎在炉内烧2～3分钟后拔出，烧红部分在200～300毫米为宜，另一种是钢钎（俗称火棍）水平方向查入炉内2～3分钟，烧红部位在200～400毫米为宜。在制定工艺指标时切忌盲目追求大火层，虽然火层大，气化层温度高，产气量高，气体成分好，但是火层大易导致炉内结大块，烧坏炉篦和灰盘，给生产带来更大损害。（2）流量-空气流量：根据不同的炉型和燃料性质来选择造气炉的抱负吹风强度，应在不破坏固定床层的条件下，送入的空气量达成最大值，使炭的燃烧达成最佳状态。从节能角度考虑，吹风气中CO含量规定越低越好，可减少能量损失。在燃烧较好的情况下，吹风气中CO和O2含量应在1.0%以下较为合理。-入炉蒸汽流量：入炉蒸汽流量适中与否是决定造气炉气化效率高低的一项重要因素。入炉蒸汽量过少，导致炉内气化层温度过高，结疤结块，严重影响煤气的产量和质量；入炉蒸汽量过多，蒸汽分解率下降，气化层温度下降过快，燃料气化不完全，炉渣含炭量过高，也同样影响到煤气的产量和质量。-半水煤气中CO2含量：半水煤气中CO2含量指标，是诊断造气炉气化情况正常与否的脉搏，也是判断入炉蒸汽用量是否恰当的一个重要指标。控制好上、下吹半水煤气中CO2指标，是调节蒸汽流量的重要依据。（3）灰盘转速灰盘转速指标的制定，重要决定于燃料自身灰份含量的多少、造气炉负荷的高低以及灰盘自身转速的快慢。平时的调节重要依造气炉火层和炭层下降情况而加以调节。（4）炭层高度合理的炭层指标，大都是通过生产实践不断摸索出来的。要根据炉型和所使用原料性质及系统阻力而定。一般认为，燃料层的阻力不宜太大，在炉内风量达成最大时，以不破坏气化层为宜，我公司一般控制在见夹套为宜。5.2.2造气炉抱负生产负荷的选择煤气发生炉的负荷，实质上是指吹风强度，抱负的吹风强度是在炉内燃料层不被吹翻原则下，尽量加大吹风量（燃料层的总高度也要在抱负高度范围内，不宜太高或太低）。高风量的目的是在较小的吹风比例的条件下，能保持气化层有较高的温度。在高风量、高炉温的条件下，气化反映速度快，生成的吹风气能迅速地离开燃料层表面，炭和氧接触时间短，不利于吹风气中的CO2还原成CO，有助于减少能耗。高负荷生产能使气化层温度迅速上升，可以缩短吹风阶段时间，增长制气时间。此外，由于高负荷条件下气化层温度升高，入炉蒸汽用量也相应地增长，故发气量也大。需要说明的是，因使用的原料性质不同，其最佳吹风强度也不同，要根据本公司自己实际情况选择造气炉最佳负荷，不可盲目追求造气炉高负荷。值得注意的是，造气炉处在高负荷生产时，许多工艺条件大都处在临界状态，规定高度集中精力操作，一旦疏忽，即会导致气化层情况恶化，出现结疤、结块、风洞等异常情况。5.2.3造气炉合理吹风率的调节吹风率（即单位时间内吹风空气流量）的选择，重要依据燃料的特性及燃料层的控制高度的变化。粒度比较小或热稳定性比较差的燃料，一般应选择比较低的吹风率，反之，应选择较高的吹风率。当造气炉所用燃料的粒度和品种变更时，吹风率也要及时进行调整。此外，燃料层的控制高度比较高时，其燃料层的阻力也相应增长，会使吹风率减少，此时假如盲目提高吹风率，容易导致燃料层吹翻。假如保持或提高气化层温度，只宜增长吹风比例。燃料层的控制高度较低时，一般由于燃料层的阻力相应减少，会使吹风率增高，其燃料层温度会相应增高，可适当提高燃料高度，或适当减少吹风率，否则会使燃料吹翻。5.2.4吹风比例的最佳选择最佳吹风时间的分派，以使燃料层具有较高温度为重要原则，即运用较短的时间达成最高温度。实现这个目的，决定于空气鼓风机能否提供较高的空气流速和燃料层是否能承受较高的空气流速。原料煤性质与吹风时间分派随燃料的机械强度、热稳定性及化学活性的不同而有差别。一般而言，上述三种性质较好，燃料层阻力小，有助于提高空气流速，只要用较少的时间就能使燃料层达成高温，反之则相反。燃料层的阻力，除了受燃料的机械强度和热稳定性的影响外，与燃料层的高度和煤的粒度都有很大的关系。此外，气化剂在燃料层的分布均匀与否与炉篦结构也有关系。我厂吹风比例大都在24～26%之间，运用高强度风机后，吹风比例可下降到20%左右。5.2.5造气炉一个工作循环内各阶段产气量的变化吹风阶段结束后，炉内气化层温度最高，一次上吹制气初期是气化最佳时期，产气量和煤气质量好。随着制气时间的推移和阶段的转化，产气量逐渐下降，气体质量也随之下降，至二次上吹结束前，是一个工作循环中制气最差阶段。5.2.6上下吹蒸汽用量不妥的危害上、下吹入炉蒸汽用量不妥会影响炉内工况的正常，严重时还会使炉内气化层恶化，甚至于迫使炉子熄火，进入炉内打疤打块。·上、下吹蒸汽用量同时过大，炉内气化层温度低，产气率低，蒸汽分解率低，灰渣中返炭高。有些公司所谓开太平炉，就是这种状况，不挂壁、不结疤、不结块，但产气量低，并且能耗很高；·上、下吹蒸汽用量同时都过少，则会出现炉上挂壁结疤，炉下结大块，虽然蒸汽分解率高，但是因炉况恶化无法维持生产，最终只有熄火解决；·上吹蒸汽用量大于下吹蒸汽用量太多，会出现气化层严重上移，炉上表面因温度过高，而导致结疤挂壁。炉下则出现温度低返炭高，整个气化层上移到炉面气化，无疑气化效率相称低；·下吹蒸汽用量大于上吹蒸汽用量过多，则会出现气化层严重下移，炉上温度低，炉下温度高，严重时会出现烧坏炉篦和灰盘等设备，此种情况，一般炉篦传动机构因炉下温度高灰盘膨胀无法启动，也就是人们常说的“造气炉变成了炼铁炉了”。5.2.7上下吹蒸汽用量差值的选择一般来说，下吹蒸汽用量要大于上吹蒸汽用量，由于下吹蒸汽用量大，可使气化层集中在比较抱负的位置，不会导致炉上温度偏高而发亮挂壁；上下吹蒸汽用量的差值究竟多大为宜，重要根据造气炉使用原料品种而定，一般烧优质原料的蒸汽差值在1.0～1.5吨/时范围内，假如烧劣质原料其差值就可以小些，可在0～1.0吨/时之间，有时由于所用的原料熔点过低，还会出现上吹蒸汽用量大于下吹蒸汽用量的现象。5.2.8制定造气炉上下吹时间和蒸汽用量的依据一般是根据造气炉所使用的原料性质和以往的实践经验订出比例和上、下吹蒸汽用量，然后根据分析测定数据加以调整。·假如造气炉所使用的原料灰熔点低，灰份高，固定碳低，则上吹蒸汽用量适当加大些，上吹制气时间适当加长些，同时灰盘转速适当加快，使气化层稳定在规定的位置上；·对那些粒度或机械强度差的原料煤，炉内床层阻力大，吹风时空气中的氧与炭的燃烧反映往往集中在炉下部，所以上吹制气时间要长些，上吹蒸汽用量也应放大些，反之则相反；·在理论上还可通过原料的发热值和吹风时间的长短来决定上、下吹比例和蒸汽用量之差。一般使上吹时间的蒸汽用量与炭起反映所吸取的热量，基本上等于下吹时间的蒸汽用量与炭起反映所吸取的热量；·造气炉使用任何不同品种的原料都要通过实践摸索，逐步达成最佳制气条件。通常调节上、下吹比例和蒸汽用量多少的重要依据是根据单炉上、下吹气体成分中CO2含量多少和蒸汽分解率高低来决定的；·实践证明下吹CO2<上吹CO21～1.5%为宜，一般而言，蒸汽用量改变0.25吨/时，相称于改变1%制气比例，在调节两者之间的分派时，以改变比例的效果更好些。造气炉一次产气量增长1500m3/时左右，则需要增长上、下吹蒸汽各0.25吨/时。5.2.9对的调节造气炉上下吹入炉蒸汽用量上、下吹入炉蒸汽用量的多少，是直接影响气化炉炉内工况好坏的重要因素之一。当上、下吹比例分派比较合理时，一般都采用上、下吹蒸汽来维持造气炉的正常工况，调节上、下吹蒸汽用量的重要依据如下：·根据炉上、炉下温度高低变化情况进行调节；·视单炉上、下吹半水煤气成份CO2含量高低进行调节，在炉况正常的情况下CO2偏高，则说明蒸汽用量过多，反之则蒸汽用量太少；·根据炉内出灰渣情况进行调节，排出渣中块度太大且又硬，应适当增长上吹蒸汽用量，如排出渣较碎并且返炭高，则应适当减少上吹蒸汽用量。5.2.10炉渣含炭量高的因素·造气炉操作失控，导致气化层下移或偏移，致使未燃尽的炭进入灰渣区；·灰盘转速过快；·蒸汽用量过大；·造气炉负荷太低，致使气化层温度低；·气化床被破坏，出现漏炭或炉下有大块；·原料粒度不均，大小悬殊太大；·原料含粉量太多，致使床层阻力增长；·原料中煤矸石过多，影响气化层温度提高；·灰盘排灰口过高或灰犁过长，易形成漏炭和排渣强度增大；·炉篦通风不均或通风面积过小，炉篦无破渣力；·加煤不匀，截面炭层高低悬殊过大，导致床层阻力偏差。5.2.11造气炉正常生产时加减负荷·加负荷的环节-炉温维持不变，适当提高炭层（即增长入炉煤量）；-加大吹风量，假如入炉风量到了极限值时，可增长吹风比例；-炉温上涨后，适当加大上下吹蒸汽用量。·减负荷的环节-减小吹风量或吹风比例；-炉温维持不变，炭层高度适当减少；-假如炉温开始下降即减少入炉蒸汽用量。·加减负荷时均不能过猛，要慢慢进行，此外蒸汽用量要及时进行调整；·加减负荷一段时间之后，要注意及时调整灰盘转速。总结从公司富氧气化装置的实际运营情况不难看出，无论是工艺的技术性、经济性，还是装置的操作、维修、环