十五万吨合成氨造气工序工艺设计吴波模板.doc

学生毕业论文（设计）

题 目： 合成氨造气工段设计

姓 名： 吴波
学 号： 01020530
系 别： 化学工程系
班 级： 化工0915班
指导老师： 杨谦 副教授

年 11 月 20日

1 绪论
1合成氨发展历程 7
2 生产方法选择及论证 8
2.1 生产方法介绍 8
2.1.1 固定床气化法 8
2.1.2 流化床气化 9
2.1.3 气流床气化 9
2.2 生产方案选择及论证 10
3 常压固定床间歇气化法 11
3.1 半水煤气定义 11
3.2 固定床气化法特点 11
3.3 生产半水煤气对原料选择 12
3.4 半水煤气制气原理 12
3.5 发生炉内燃料分布情况 13
3.6 各关键设备作用 14
3.6.1 煤气发生炉 15
3.6.2 燃烧室 16
3.6.3 废热锅炉 16
3.6.4 洗气箱 16
3.6.5洗涤塔 17
3.6.6 烟囱 17
3.6.7 自动机 17
3.7 间歇式制半水煤气工艺条件 18
3.8 生产步骤选择及论证 18
3.9 间歇式气化工作循环 19
3.10 间歇式制半水煤气工艺步骤 20
4 工艺计算 20
4.1 煤气发生炉（含燃烧室）物料及热量衡算 21
4.2 物料及热量衡算 22
4.3制气阶段计算 24
4.3.1 物料衡算 26
4.3.2 热量衡算 28
4.4 总过程计算 30
4.5 配气计算 34
4.6 消耗定额 35
4.7 吹净时间核实 35
4.8 废热锅炉热量衡算 35
4.9 夹套锅炉物料及热量衡算 36
5 设备计算 37
5.1 煤气炉指标计算 38
5.2 煤气台数确实定 39
5.3 空气鼓风机选型及台数确定 39
6 各设备选型及工艺指标 40
6.1 Φ3米U.G.I型煤气发生炉工艺指标 40
6.2 燃料室工艺指标 41
6.3 洗气箱工艺指标 41
6.4索尔维式废热锅炉工艺指标 42
6.5填料式洗涤塔工艺指标 43
6.6 煤气发生炉自动加煤机工艺指标 43
6.7 10000m3螺旋式气柜工艺指标 44
6.8 集尘器 45
参考文件 45
致 谢 46

年产15万吨合成氨造气工段工艺设计
化学工程 吴波 指导老师：杨谦
摘要 本设计时年产能力为15万吨合成氨造气工段（合成氨所需原料气---半水煤气）初步工艺设计。本设计采取常压固定床间歇制气法。依据<小氮肥厂工艺设计手册>，完成物料、热量计算。此设计配有带控制点工艺步骤图一张。
说明书内容：1.煤造气发展及发展趋势；2.造气工段生产原理，步骤选择及生产方法论证和选择；3.物料衡算、热量 衡算；4.关键设备计算及选型；5.安全技术及节能；6.技术经济.
一张图纸： 带控制点物料步骤图
关键词：合成；氨；半水煤气；工艺；设计
The Design of Producing Coal Gas about
Manufacturing Synthesis of Ammonia 150000T/a
Chemical engineering Wu Bo Guide Teacher Yang Qian
Abstract：This design is a primary design about the synthesis of ammonia 150000T/year techniques accidence contrive. The design owns the process of producing semi-water gas. The design completed the calculation of material and heat quantity according to relevant date. During the design period an instruction and one serials of diagram have been worked out.
The instruction includes: 1. The development history of producing coal gas and the developing trend.
2. The production way of producing semi-water gas、demonstrating and the choosing ,factory chamber plan.
3. The calculation of material and the calculation of heat quantity.
4. The designing and technological calculation about the main equipments.
One serious of diagram includes: take control of the material flow chart.
Key words: synthesis; ammonia、semi-water gas、technology design.

前 言

本设计说明书是年产15万吨合成氨厂造气工段初步设计。
氨是一个关键化工原料，尤其是生产化肥原料，它是由氢和氮合成。合成氨工业是氮肥工业基础。为了生产氨，通常均以多种燃料为原料。首先，制成含H2和CO等组分煤气，然后，采取多种净化方法，除去气体中灰尘、H2S、有机硫化物、CO、CO2等有害杂质，以取得符合氨合成要求洁净1：3氮氢混合气，最终，氮氢混合气经过压缩至15Mpa以上，借助催化剂合成氨。
中国能源结构中，煤炭资源占很大比重。煤气化是煤转化技术中最关键方面，并已取得广泛应用。煤气化提供洁净能够管道输送气体燃料。现在还在建设采取多种煤气化技术工业化装置。煤气化在各方面应用全部依靠于煤气化技术发展，这关键因为煤气化步骤往往在总投资及生产成本中占相当大比重。
中国合成氨工业原料路线是煤汽油并举，以煤为主。合成产量60%以上是以煤为原料，全国现有1000多家大中小型以煤为原料合成氨厂。伴随油价不停上涨，以后将停止以油为原料新设备建设，并要求进行以煤代油技术改造。
本说明书是在工艺和设备计算基础上加以工艺论证及选择而编制。关键内容包含：绪论、设计任务及要求、生产方案，生产步骤选择及论证、制气生产原理、工艺指标、设备计算及选型。另外，随书附有造气工段带控制点工艺步骤图。

1 绪论
1.1合成氨发展历程
在探索合成氨崎岖道路上，它不仅使两位杰出化学家勒夏特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献，并所以取得诺贝尔化学奖哈伯堕落成为助纣为虐和人民为敌可耻下场。以后大家把合成氨称为化学发展史上“水门事件”。
19，法国化学家勒夏特列在研究平衡移动基础上经过理论计算，认为N2和H2在高压下能够直接化合生成氨，接着，她用试验来验证，但在试验过程中发生了爆炸。她没有调查事故发生原因，而是认为这个试验有危险，于是放弃了这项研究工作，她合成氨试验就这么夭折了。以后才查明试验失败原因，是她所用混合气体中含有O2，在试验过程中H2和O2发生了爆炸反应。
稍后，德国化学家能斯特经过理论计算，认为合成氨是不能进行。所以人工合成氨研究又惨遭厄运。以后才发觉，她在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误结论。
在合成氨研究频频受挫情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全方面系统研究和试验，最终在197月在试验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。当哈伯工艺步骤展示以后，立即引发了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心德国军政要员高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要恰好迎合了哈伯想成百万富翁贪婪心理。从19到19短短两年内，哈伯不仅提升了合成氨产率，而且合成了1000吨液氨，而且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。到19第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小合成氨工厂，为侵略者制造了数百万吨炸药，所以造成并蔓延了这场殃祸全球世界大战。这就是第一次世界大战德国为何能够坚持这么久不解之谜谜底。
当事实真相大白于天下时，哈伯爱到了世界各国科学家猛烈抨击，尤其当她取得19诺贝尔化学奖时，更激起世界人民愤怒。
人工合成氨试验成功令人欢欣鼓舞，它对工业、农业生产和国际科技重大意义是不言而喻，但对三位杰出科学家而言则是黑色“水门事件”。
1949年前，全国仅在南京、大连有两家合成氨厂，在上海有一个以水电解法制氢为原料小型合成氨车间，年生产能力共为46kt氨。中国成立以后，合成氨产量增加很快。为了满足农业发展迫切需要，除了恢复并扩建旧厂外，50年代建成吉林、兰州、太原、四川四个氨厂。以后在试制成功高压往复式氮氢气压缩机和高压氨合成塔基础上，于60年代在云南、上海、衢州、广州等地前后建设了20多座中型氨厂。另外，结合国外经验，完成“三触媒”步骤（氧化锌脱硫、低温变换、甲烷化）氨厂年产50kt通用设计，并在石家庄化肥厂采取。和此同时开发了合成氨和碳酸氢铵联合生产新工艺，兴建大批年产5～20kt氨小型氨厂，其中相当一部分是以无烟煤替换焦炭进行生产。70年代开始到80年代又建设了含有优异技术，以天然气、石脑油、重质油和煤为原料年产300kt氨大型氨厂，分布在四川、江苏、浙江、山西等地。1983、1984年产量分别为16770kt、18373kt（不包含台湾省），仅次于苏联而占世界第二位。现在已拥有以多种燃料为原料、不一样步骤大型装置15座，中型装置57座，小型装置1200多座，年生产能力近20Mt氨。
现在，中国是世界上最大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、环境保护等方面要达成具体目标。
会议依据“十一五”期间《合成氨能量优化节能工程实施方案》计划，确定这一关键节能工程目标是：大型合成氨装置采取优异节能工艺、新型催化剂和高效节能设备，提升转化效率，加强余热回收利用；以天然气为原料合成氨推广一段炉烟气余热回收技术，并改造蒸汽系统；以石油为原料合成氨加紧以洁净煤或天然气替换原料油改造；中小型合成氨采取节能设备和变压吸附回收技术，降低能源消耗。煤造气采取水煤浆或优异粉煤气化技术替换传统固定床造气技术。到，合成氨行业节能目标是：单位能耗由现在1700千克标煤／吨下降到1570千克标煤／吨；能源利用效率由现在42.0％提升到45.5％；实现节能570万～585万吨标煤，降低排放二氧化碳1377万～1413万吨。
据了解，十多年来，中国合成氨装置前后经过油改煤、煤改油、油改气和无烟煤改粉煤等数次反复原料路线改造和节能改造，前后在烃类蒸汽转化工段、变换工段、脱碳工段、控制系统等进行了数十项大型改造。其中造气炉、炉况监测和系统优化、脱硫系统等技改一直是关键。不过，因为装置原料路线、资源供给、运输、资金和技术成熟度等很多方面原因，合成氨节能技术改造效果一直未能达成预期目标。到底，合成氨单位能耗平均为1700千克标煤／吨，吨氨平均水平和国际优异水平相差600～700千克标煤。据了解，合成氨节能改造项目标具体实施由中国化工节能技术协会负责。

2 生产方法选择及论证
2.1 生产方法介绍：
煤气化法按不一样分类有多个，分叙以下：
1.按制取煤气热值分类为（1）制取低热值煤气方法，煤气热值低于8347kJ/m3；（2）制取中热值煤气方法，煤气热值16747~kJ/m3；（3）制取高热值煤气方法，煤气热值高于kJ/m3。
2.按供热方法分类，气化过程供热方法有（1）部分气化方法；（2）间接供热；（3）由平行进行反应器直接供热；（4）热载体 供热。
3.按反应器形式分类，气化方法有（1）移动床（固定床）；（2）流化床；（3）气流床。
本设计按反应器分类方法来分别简明介绍多种方法。
2.1.1 固定床气化法 煤固定床气化是以块煤为原料。煤由气化炉顶部间歇加入，气化剂由炉底送入，气化剂和煤逆流接触，气化过程进行得很完全，灰渣中残碳少，产物气体显热中相当部分供给煤气化前干燥和干馏，煤气出口温度低，而且灰渣显热又预热了入炉气化剂，所以气化剂效率高。这是一个理想完全气化方法。
（1）固定床常压气化
此方法比较简单，但对煤类型有一定要求，即要求用块煤，低灰熔点煤难以使用常压方法用空气或空气-水蒸汽作为气化剂，制得低热值煤气。
（2）固定床加压气化
固定床加压气化最成熟炉型是鲁奇炉。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应床。所不一样是采取氧气-水蒸汽或空气-水蒸汽为气化剂，在2.0-3.0Mpa和900~1100℃温度条件下连续气化方法。
2.1.2 流化床气化 流化床气化又称沸腾床气化，它是以小颗粒煤为原料，将气化剂（蒸汽和富氧或氧气）送入炉内，是煤颗粒炉内呈沸腾状态进行气化反应。它是一个介于逆流操作和顺流操作这两种情况之间操作。
（1）温克勒法
温克勒法是最早开发流化方法，在常压下，把煤粒度为0-8mm褐煤、弱粘结性烟煤或焦碳经给煤机加入到气化炉内。在炉底部通入空气或氧气作介质，没和经过预热气化剂发生反应。
（2）高温温克勒法
将含水分85~12%褐煤输入到充压至0.98Mpa密闭料锁系统后，经给煤机加入气化炉内。白云石、石灰石或石灰经给料机输入炉内。没和白云石类添加物在炉内和经过预热气化剂（氧气/蒸汽或空气/蒸汽）发生气化反应。粗煤气由气化炉上方逸出进入第一旋风分离器，在此分离出较粗颗粒、灰粒循环返回气化炉。粗煤气再进入第二旋风分离器，在此分离出细颗粒经过密闭灰锁系统将灰渣排出，除去煤尘。煤气经废热锅炉生产水蒸气以回收余热，然后经水洗塔深入冷却和除
（3）灰团聚气化法
它是在流化床中导入氧化性高速气流，使煤灰在软化而未熔融状态下在锥形床层中相互熔聚而粘结成含碳量低球状灰渣，有选择性地排出炉内。它和固态排渣相比，降低了灰渣碳损失。
2.1.3 气流床气化 所谓气流床气化就是在煤气化过程中直接用氢或富含H2气体作为气化剂，生成富含CH4煤气化方法，其总反应方程式可表示为：煤＋H2→CH4＋焦
（1）K—T法
此法是最早工业化气流床气化方法，它采取干法进料技术，因在常压下操作，存在问题较多。它是1948年德国海因里希-柯柏斯和托切克博士提出一个气流床气化粉煤方法。
（2）德士平古法
它是一个湿法（水煤浆）进料加压气化工艺。气化炉是由美国德平古石油企业所属德平古开发企业开发气流床气化炉。
2.2 生产方案选择及论证
2.2.1水煤浆气化法技术
该技术含有气化炉结构简单、煤种适应较广、水煤浆进料以控制安全、单炉生产能力大环境保护性能好、操作弹性大及气化过程碳转化率较高等特点。
2.2.2移动床气化法技术
移动床气化法分为压和常压两种，该技术对煤类型有一定要求，要用块煤，底灰熔点煤难以使用。
2.2.3流化床气化法技术
该技术有生产强度较固定床大，可直接使用小颗粒碎煤为原料、对煤种适应性强等特点。
2.2.4气流床气化法技术
该技术有煤种适应范围较宽、合成气质量好、煤气中含有效成份（CO＋H2）高达85%—88%、单炉生产能力强等特点。
总而言之和固定床气化相比其它气化方法包含水煤气加压气化法、移动床气化法、硫化床气化法、气流床气化法优点是：（1）气化能力大；（2）气化用煤广；（3）生产灵活性强，开停车轻易；（4）碳转化率高；（5）环境污染小。不过假如采取这些方法不仅其主体设备及相关必需设备投资就将大大增加而且能耗也将大大增大。这对中国氨需求量大而技术又相对落后而且资金短缺、煤资源丰富这一基础国情是不相符。所以，即使固定床其工艺较其它气化工艺有其不足之处且工艺较为落后。但其气化工艺较之其它工艺更成熟。依据中国基础国情及当地情况本设计采取常压固定床间歇气化法。
3 常压固定床间歇气化法
3.1 半水煤气定义
半水煤气是以水蒸气为主加入适量空气为气化剂和赤热炭反应，所生成煤气称为半水煤气，它是合成氨原料气，其成份中CO2+H2通常在68%左右。用于合成氨半水煤气要求氢氮比为3：1。
3.2 固定床气化法特点
固定床气化法其煤气发生炉排渣和加料不是连续，而是间断排渣和加料，其致密煤层在气化过程中是静止不动，伴随气化反应进行，以温度化分各区域将逐步上移，必需经过间歇排渣和加炭后各区域才恢复到原来位置。
3.3 生产半水煤气对原料选择
间歇法生产半水煤气对原料要求：
（1）对水分要求
通常焦炭和无烟煤正常水分含量均在临界水分以下，假如燃料中水分含量过高，会影响煤气发生炉气化效率，在气化过程中因水分蒸发吸热造成炉温下降使燃料消耗增加，炉子操作条件恶化，影响水煤气产量和质量。所以，要求入炉煤水分含量小于3～5%。
（2）对挥发分要求
煤中所含挥发分得多少和煤碳化程度相关，用含高挥发分煤制取半水煤气中甲烷含量过高，它既消耗动力又浪费了原料，而且降低炉子生产能力。所以，通常要求煤中灰分含量不得超出6%。
（3）对灰分要求
煤中含灰分其关键成份为二氧化硅、氧化铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁等无机物质。这些物质含量对灰熔点有决定性影响。灰分高燃料，不仅增加运输费用，而且使气化条件变得复杂，所以通常要求煤中灰分含量不得超出15%~20%。
（4）对硫分要求
煤中硫分在气化过程中转化为含硫气体，不仅对设备和系统管道有腐蚀作用，而且会使催化剂中毒。在合成氨生产系统中，依据步骤特点，对含硫量有一定要求。
（5）对化学活性要求
化学活性高燃料，有利于气体物质和气化率提升。至于对气化效率影响，则因所选择煤气发生炉炉型不一样而有所差异。
（6）对机械强度要求
机械强度高，以免燃料在炉内或上料过程中受碰撞和挤压而发生碎裂，机械强度低会使炉内阻力和气体带出物增加，气化能力下降，消耗增高。
（7）对热稳定性要求
热稳定性是指燃料在受高温后粉碎程度。热稳定性差燃料，不仅增加炭阻力和气体带出物，而且会堵塞炉膛和系统管道，增加动力消耗，影响制气产量。
（8）对粘结性要求
粘结性是煤在高温下干馏粘结性能，粘结性较强原料煤，气化过程中煤相互粘结后生成焦，破坏燃料透气性，妨碍气化剂均匀分布，影响气体成份和制气产量。所以要求煤粘结性较低为宜。
（9）对燃料粒度要求
合成氨原料煤首先对煤种要求是无烟煤，其次对粒度则要求采取块煤和粉煤成型，尤其以23~50mm粒度最好。
总而言之，对间歇式生产水煤气，若要使生产取得良好气化指标，应采取热稳定性好、机械强度高、不粘结、粒度均匀、水分较少、灰分和挥发分不高，灰分熔点较高原料，本设计采取无烟块煤。
3.4 半水煤气制气原理
固体燃料气化过程实际上关键是碳和氧反应和碳和蒸汽反应，这两个反应称为固体燃料气化反应。
表1 以空气为气化剂关键反应方程
序号
反应方程式
1
C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2）
2
C＋O2=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2）
3
C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2）
4
2C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2
表2 以水蒸汽为气化剂关键反应方程式
序号
反应方程式
1
C＋H2O（汽）=CO＋H2
2
C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2
3
CO＋2H2O（汽）=CO2＋H2
4
2H2＋O2=2H2O（汽）
5
C＋H2=CH4
6
CO＋3H2=CH4＋H2O
7
CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）
在气化炉燃烧层中，炭和空气及水蒸汽混合物相互作用时产物称为半水煤气，其化学反应按下列方程式进行：2C＋O2＋3.76N2=2CO2＋3.76N2
C＋H2O（汽）=CO＋H2
这种煤气组成由上列两反应热平衡条件决定。因为半水煤气是生产合成氨原料气，所以，要求入炉蒸汽和空气（习惯上称为氮空气）百分比合适以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3要求，不过在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≧3.2。
3.5 发生炉内燃料分布情况
在煤气发生炉中固体燃料气化过程，燃料和气化呈相反方向和顺时针方向运动，当气化剂经过燃料层时，进行燃料气化反应，同时伴随物理改变，燃料层大致可分为图所表示5个区层
（1） 干燥层 新加入燃料因为下层高温燃料和炉壁辐射热和下面高温气流导热，使燃料中水分蒸发，形成干燥层，干燥层厚度和加入燃料量相关。
（2） 干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中水分蒸发至差不多后，在高温条件下，燃料便发生分解，放出挥发分，燃料本身也逐步碳化，干馏层厚度小于干燥层。

灰渣层
氧化层
干馏层
干燥层
还原层

图1燃料层分区示意图
（3）还原层 气化剂从下面进入碳层氧化区中已含有多种气体成份，而在还原层里，关键进行CO还原反应。
（4）氧化层 在这里层中，从下面来空气和弹反应，生成碳氧化物，因为氧化速度较快，故其厚度比还原层薄如用水蒸汽作气化剂时，在该层中还进行碳和水蒸汽氧化反应。通常将还原层和氧化层通称之为气化区。
（5）灰渣层 氧化层下面就是灰渣层，没有化学反应发生，起作用是能分布热空气和保护炉。
必需指出，各层之间并没有严格界限，即没有显著分层，各层高度随燃料种类性质和气化条件不一样而异。见表3
3.6 各关键设备作用
3.6.1 煤气发生炉 在间歇法工艺中，用于生产半水煤气发生炉关键为UGI水煤气炉。现在中、小合成氨企业常见煤气炉有：Φ1500，Φ2260，Φ3000，Φ3600等一系列半水煤气炉，它们结构和UGI半水煤气炉基础相同。
水煤气发生炉结构大致分为五个部分，起各部分作用分叙以下：
（1）炉体
炉壳由钢板焊制，上部衬有耐火砖和保温砖硅藻砖，使炉壳免受高温损害。外面包有石棉制品隔热保温衬铸刚护圈，内部衬有耐火砖和隔热层。
（2）夹套锅炉
夹套锅炉传热面积约为19m2。外壁包有石棉制品隔热保温层，预防热量损失，夹套锅炉作用关键是降低氧化层温度，以预防熔渣粘壁并副产蒸汽，夹套锅炉两侧设有探火孔，用于测量火层，了解火层分布和温度情况上部装有液位计，水位自动调整器和安全阀等附件。
（3）底盘
底盘和炉壳经过大法兰连成一体，用紫铜薄板包石棉布填料密封。底盘底部有气体中心管和吹风和下吹管线呈倒Y型连接，中心管下部装有通风阀和清理门。底盘两侧有灰斗，底盘上没有溢流排污管和水封桶，能够排泄冷凝水和油污，并预防气体外透，起安全作用。
（4）机械除灰装置
包含能够转动灰盘和炉条及固定不动会犁。灰犁固定在出灰口上，利用它和旋转灰盘之间相对运动，以减弱机械磨损。
（5）传动装置
机械除灰装置旋转是由电机提供动力。经过减速箱蜗杆、蜗轮来完成。传动装置附有注油器，以减弱机械磨损。
表3 发生炉内情况
区域
区域名称用途及进行过程
化学反应
Ⅰ
灰渣层
分配气化剂，预防炉蓖受高温影响，在本区域中，借灰渣预热气化剂。

Ⅱ
氧化层（燃烧层）
碳被气化剂中氧氧化成二氧化碳及一氧化碳并放出热量。
最终反应：
C＋O2＋3.76N2=CO2＋3.76N2
2C＋O2＋3.76N2=2CO＋3.76N2
Ⅲ
还原区
二氧化碳还原成一氧化碳或水蒸气分解为氢，燃料依靠热气体而被预热。
CO2＋C=2CO
H2O＋C=CO＋H2
2H2O＋C=CO2＋2H2
Ⅳ
干馏区
燃料依靠热气体换热进行分解，并析出下列物质：1水分；2醋酸、甲醇、甲醛及苯酚；3树脂；4气体（CO、CO2、H2S、CH4、C2H4、氨氮和氢）。

Ⅴ
干燥区
依靠气体显热来蒸发燃料中水分

Ⅵ
自由空间
起聚积煤气作用。
有时，煤气中部分一氧化碳和蒸汽进行反应：
H2O＋CO=CO2＋H2

3.6.2 燃烧室 燃烧室上部全部呈锥形，中部为柱体，内衬有耐火砖及蓄热用格子砖。燃烧室作用：
（1）向吹风气添加二次空气，使其中CO等可燃物在其中燃烧，所生成热量被积蓄在格子砖内。
（2）利用所蓄积热量，预热下吹蒸汽和加氮空气，提升气体入炉温度，提升分解率。
（3）除去煤气中细灰，以降低对废热锅炉损害。
气体从下部入口切线方向进室，避免直接冲撞室壁，以降低对耐火砖磨损，并使气体在室内分布均匀。燃烧室顶盖起着泄压作用，当系统发生爆炸时，爆炸压力超出盖子弹簧作用力，盖子张开，降低压力，避免设备损坏。
3.6.3 废热锅炉 废热锅炉关键用于回收吹风气和上行半水煤气显热，生产0.49-1.18Mpa蒸汽，为制气和其它用途提供一部分蒸汽起源。
煤气生产中常见火管立式废热锅炉，炉体为一直立圆筒，用钢板焊接，两头装有钢板封头，内部装有若干根无缝钢管。高温气从上而下和管间水进行逆流热交换，汽水混合物从上循环管进入气包产生蒸汽。分离下来水及向气泡补充新鲜水（软水）由下循环流入废热锅炉下部管间。进炉气体通常为500~700℃出炉后可降至200℃左右。
因为废热锅炉上部装有气泡，为保持炉体重心达成平衡，避免基础受力不均而下陷，故安装时，锅炉炉体倾斜7°，用以促进对流，使热交换效率提升。
3.6.4 洗气箱 洗气箱作用是预防水封以后煤气倒回煤气炉和空气发生爆炸，并兼冷却除尘作用。
洗气箱外形是一个含有圆筒形容器。半水煤气进口管浸入水面以下75~125mm，水至箱顶加入，不停地从锥体部分溢流管溢出。以保持一定水面，起到安全水封作用。它是煤气炉系统确保安全生产不可缺乏设备。
进洗气箱煤气温度约200℃，出气温度为70℃左右，洗气箱冷却水用量大，其冷却作用关键靠水蒸发，煤气关键因失去显热而降温。出洗气箱煤气已被饱和。
3.6.5洗涤塔 洗涤塔作用是冷却（降温），冷凝（蒸汽）和除尘，它可采取喷塔，也可采取填料塔，其外形通常为柱形。煤气由下部入塔，由上部出塔。因为进塔煤气被水汽饱和。所以，如想继续降温，必需使煤气中水汽冷凝，因为冷凝热大，故必需用大量水喷淋，使煤气继续冷却。
3.6.6 烟囱 烟囱也是煤气生产中不可缺乏设备，其关键作用是排放废气，另还兼有封尘和除尘作用。
3.6.7 自动机 自动机作用在于经过自动机程序控制，使水煤气生产操作基础实现自动化。
自动机把高压水按时送到煤气炉各系统各个自动液压阀门，是阀门根据工艺循环要求按时准备开启，正确控制和调整，确保生产稳定和安全。
3.7 间歇式制半水煤气工艺条件
选择生产工艺条件时，要求气化效率高，炉子生产强度大，煤气质量好，气化效率指制得半水煤气所含有热值和制气投入热量之比。投入热量包含气化所消耗燃料热值和气化剂带入热量（后者关键指蒸汽潜热）。它是用来表示气化过程中热能利用率。气化效率高，燃料利用率高，生产成本低。气化效率用X表示：
X=Q半/(Q燃＋Q蒸)×100%
式中：Q半----------半水煤气热值
Q燃-------------------消耗燃料热值
Q蒸-------------------消耗蒸汽热值
生产强度是指每平方米炉膛截面在每小时生产煤气量，以煤标准状态下立方米表示。煤气质量则依据生产要求以热值或以指定成份要求来衡量。为了保留以上要求，气化过程工艺条件有：
3.7.1 温度 反应温度沿着燃料层高度而改变，其中氧化层温度最高。操作温度通常关键是指氧化层温度，简称炉温。炉温高，反应速度快，蒸汽分解率高，煤气产量高，质量好。但炉温高，吹风气中一氧化碳含量高，燃烧发烧少，热损失大。另外，炉温还受燃料及灰渣熔点限制，高温熔融将造成炉内结疤。故炉温通常应比灰熔点低50℃左右，工业上采取炉温范围1000~1200℃。
3.7.2 吹风速度 提升炉温关键手段是增加吹风速度和延长吹风时间。后者使制气时间缩短，不利于提升产量，而前者对制气时间无影响，经过提升吹风速度，快速提升炉温，缩短二氧化碳在还原层停留时间。以降低吹风气中一氧化碳含量，降低热损失。吹风速度以下不使炭层出现风洞为限。
3.7.3 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤气产量和质量关键手段之一。蒸汽流量越大，制气时间愈长，则煤气产量愈大。但要受到燃料活性、炉温和热平衡限制。当燃料活性好。炉温高时，加大蒸汽流量可加紧气化反应，煤气产率和质量也得到提升。但同时因燃料层温下降快而应缩短吹入蒸汽时间。但燃料活性较低时，宜采取较小蒸汽流量和较长送入时间。
3.7.4 燃料层高度 在制气阶段，较高燃料层将使水蒸汽停留时间加长，而且燃料层温度较为稳定，有利于提升蒸汽分解率，但在吹风阶段，因为空气和燃料接触时间加长，吹风气中CO含量增加，更关键是，过高燃料层因为阻力增加，使输送空气动力消耗增加。依据实践经验，对粒度较大、热稳定性很好燃料，可采取较高燃料层，但对颗粒小或热稳定性差燃料，则燃料层不宜过高。
3.7.5 循环时间 制气过程一个循环时间包含五个阶段时间，各阶段时间分配要依据燃料性质，气化剂配分比和煤气组成要求而定，一个循环时间短时，炉温波动小，煤气产量和质量也较稳定，故循环时间不宜长，但气化活化较低燃料时，因反应速度慢，应采取较长循环时间。
3.7.6 气体成份 关键调整半水煤气中（H2+CO）和N2比值。方法是改变加氮气，或改变空气吹净时间。在生产中还应常常注意保持半水煤气中低氧含量（≤0.5%），不然将引发后序工段困难，氧含量过高还有爆炸危险。
3.8 生产步骤选择及论证
依据水煤气生产工艺步骤中废热利用程度，可分为五类：
1.不回收废热步骤：
吹风直接放空，上下形煤气直接进入冷却净化系统，故其热效率差。通常为小型水煤气站采
2.只利用吹气特点持有热步骤：
该步骤在吹风阶段，将吹风气经过燃烧室，同时向燃烧室内送入二次空气，合使吹风气中在燃烧室中燃烧，蓄热，高温燃烧后废热锅炉收热量后放空。上形、下形煤气直接进入冷却净化系统，不进形热量回收。
3.利用吹气持有热和上形煤气显热步骤
这是中国现在广泛使用一类步骤，它可使大部分废热得以回收利用。此步骤适适用于炉径大于2740mm。
4.完全利用吹风气所持有热及上、下形煤气显热步骤
该步骤和步骤（3）差异仅在于下形煤气显热亦于回收，废热回收利用程度最高，废热锅炉温度波动较小，蒸发量也较稳定。
3.9 间歇式气化工作循环
常压固定床法制半水煤气其工艺步骤气化过程按5个阶段分别叙述以下：
（1）吹风阶段 来自鼓风机加压空气送入煤气发生炉底部，经和燃料层燃烧放出大量热量储存于炭层内，生成吹风气由炉顶出，经旋风除尘 器除去灰尘后，进入废热锅炉管间水换热，水受热蒸汽产生低压蒸汽经气包蒸汽管道可供本炉制气用。吹风气被冷却降温后出废热锅炉，由烟囱放空。
（2）上吹制气阶段 蒸汽和加氮空气一起自炉底送入，经和灼热燃烧层反应后，气体层上移，炉温下降，生成半水煤气由炉顶引出除去带出灰尘。进入废热锅炉回收气体中显热后进入洗气箱至洗气塔洗净和冷却至常温由洗气塔上部引出送出气柜。
（3）下吹制气阶段 蒸汽自炉顶送入，经灼热气化层反应，气化层下移，炉温继续下降，生成水煤气由炉底引出，因下形煤气经过灰渣层降低温度，不再进入废热锅炉直接进入洗气箱、洗气塔洗净降温，由塔顶引出至气柜。
（4）二次吹气阶段 基础同一次上吹制气阶段，但不加入氮空气，其目标在于置换下部及管道中残余煤气，预防爆炸现象。
（5）吹净阶段 其工艺步骤同上吹制气阶段，但不用蒸汽而改用空气，以回收系统中煤气至气柜。
以上5个阶段工作循环，由液压或气压两种形式自动机控制，现在正在发展成微型程序制替换自动机控制。
间歇式制气工作循环各阶段气体流向图所表示。阀门开闭情况见表4
图2 间歇制半水煤气各阶段气体流向图
表4 各阶段阀门开启情况
阶段
阀门开闭情况
1
2
3
4
5
6
7
吹风
O
X
X
O
O
X
X
一次上吹
X
O
X
O
X
O
X
下吹
X
X
O
X
X
O
O
二次上吹
X
O
X
O
X
O
X
空气吹净
O
X
X
O
X
O
X
注：O---阀门开启：X------阀门关闭
3.10 间歇式制半水煤气工艺步骤
如附图1所表示，固体燃料由加料机从炉顶间歇加入炉内，吹风时，空气鼓风机自下而上经过燃料层，吹风气经燃烧室及废热量后由烟囱放空。燃烧室中加入二次空气，将吹风气中可燃气体燃烧，使室内格子蓄热砖温度升高。燃烧室盖子含有安全阀作用，当系统发生爆炸时可泄压，以减轻设备破坏。蒸汽上吹制气时，煤气经燃烧室及废热锅炉回收余热后，再经洗气箱及洗涤塔进入气柜。下吹制气时，蒸汽从燃烧室顶部进入，经预热后自上而下流经燃料层。因为煤气温度较低，可直接由洗气箱经洗涤塔进入气柜。二次上吹时，气体流向和上吹相同。空气吹净时，气体经燃烧室、废热锅炉、洗气箱和洗涤塔进入气柜，此时燃烧室无须加入二次空气，在上、下吹制气时，如配入加氮空气，则其送入时间应稍迟于水蒸汽送入，并在蒸汽停送之前切断，以避免空气和煤气相遇而发生爆炸。燃料气化后，灰渣经旋转炉蓖由刮刀刮入灰箱，定时排出炉外。
4 工艺计算
4.1 煤气发生炉（含燃烧室）物料及热量衡算
方法：实际数据计算法
实际计算法是以实测煤气组成为依据计算法，采取此法计算时，首先将气化煤进形试烧，以得到正确煤气组成份析数据。
已知条件确实定:
表5 入炉煤组成，重量%
成份
C
H
O
N
S
A
W
累计
重量%(湿)
71.87
1.50
1.35
1.27
0.30
12.25
11.46
100
重量%(干)
81.91
1.71
1.54
1.44
0.34
13.06
-
100
燃烧热值 28476kJ/㎏
1.吹风气组成，体积%
表6 吹风气组成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
17.50
2.10
2.50
1.00
2.00
74.90
100
0.6g/m3
2.半水煤气真正组成，体积%
表7 半水煤气组成， 体积%
CO2
O2
CO
H2
CH4
N2
累计
H2S
9.57
0.41
26.16
39.74
2.65
21.47
100
0.7g/m3
3.各物料进出炉温度
大气压力：0.1MPa；大气温度25℃；相对湿度70%；
吹风气温度：235℃，上形煤气温度：230℃；下形煤气温度123℃；
出炉渣温度：95℃；
入系统蒸汽：0.121Mpa（表压）饱和蒸汽；
蒸汽消耗量：220㎏/100㎏燃料。
4.生产循环时间%，时间（S）
表8 生产循环时间
吹风
上吹
下吹
二次上吹
吹净
累计
26
26
36
8
4
100
46.8s
46.8s
64.8s
14.4s
7.2s
180s
5.计算基准：100kg入炉燃料
6.带出物数量及其组分
成份
Vg
Ag