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（8）对粘结性的要求
粘结性是煤在高温下干馏粘结的性能，粘结性较强的原料煤，气化过程中煤相互粘结后生成焦，破坏燃料的透气性，妨碍气化剂的均匀分布，影响气体成分和制气产量。所以要求煤的粘结性较低为宜。
（9）对燃料粒度的要求
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用块煤和粉煤的成型，特别以23~50mm的粒度最好。
总之，对间歇式生产水煤气，若要使生产取得良好的气化指标，应采用热稳定性好、机械强度高、不粘结、粒度均匀、水分较少、灰分和挥发分不高，灰分熔点较高的原料，本设计采用无烟块煤。
3.4 半水煤气制气原理
固体燃料的气化过程实际上主要是碳与氧的反应和碳与蒸汽的反应，这两个反应称为固体燃料的气化反应。
表1 以空气为气化剂主要反应方程
序号 1 2 3 4
反应方程式
C＋O2（3.76N2）=CO2（+3.76N2） C＋O=2（3.76N2）=2CO（+3.76N2） C＋CO2（3.76N2）=2CO（+3.76N=2） 2C＋3.76N2＋O2＋3.76N2=CO2＋7.52N2
表2 以水蒸汽为气化剂主要反应方程式
序号 1 2 3 4 5 6 7
反应方程式 C＋H2O（汽）=CO＋H2 C＋2H2O（汽）=CO2＋2H2 CO＋2H2O（汽）=CO2＋H2 2H2＋O2=2H2O（汽）
C＋H2=CH4 CO＋3H2=CH4＋H2O CO2＋4H2=CH4＋2H2O（汽）
在气化炉燃烧层中，炭与空气几水蒸汽的混合物相互作用时的产物称为半水煤气，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
这种煤气的组成由上列两反应的热平衡条件决定。由于半水煤气是生产合成氨的原料气，因此，要求入炉蒸汽与空气（习惯上称为氮空气）比例恰当以满足半水煤气中（CO＋H2）：N2=3要求，但是在实际生产中要求半水煤气（CO＋H2）：N2≧3.2。
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3.5 发生炉内燃料分布情况
干燥层 干馏层 还原层 氧化层 灰渣层 在煤气发生炉中固体燃料气化过程，燃料与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，进行燃料的气化反应，同时伴随物理变化，燃料层大致可分为如图所示的5个区层 （1） 干燥层 新加入的燃料由于下层高温燃料和炉壁的辐射热以及下面的高温气流的导热，使燃料中的水分蒸发，形成干燥层，干燥层的厚度与加入燃料的量有关。 （2） 干馏层 干燥层下面温度较高，燃料中的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，燃料本身也逐渐碳化，干馏层厚度小于干燥层。 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各种气体成分，而在还原层里，主要进行CO的还原反应。
（4）氧化层 在这里层中，从下面来的空气与弹反应，生成碳的氧化物，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，在该层中还进行碳与水蒸汽的氧化反应。一般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。 必须指出，各层之间并没有严格的界限，即没有明显的分层，各层高度随燃料的种类性质和气化条件不同而异。见表3
3.6 各主要设备的作用
3.6.1 煤气发生炉 在间歇法工艺中，用于生产半水煤气的发生炉主要为UGI水煤气炉。我自行设计和制造了炉径为Φ1500，Φ2260，Φ3000，Φ3600。等一系列半水煤气炉，他们的结构与UGI半水煤气炉基本相同。
水煤气发生炉的结构大致分为五个部分，起各部分的作用分叙如下： （1）炉体
炉壳由钢板焊制，上部衬有耐火砖和保温砖硅藻砖，使炉壳免受高温的损害。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，防止热量损失，夹套锅炉的作用主要是降低氧化层温度，以防止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，水位自动调节器和安全阀等附件。
（3）底盘
底盘和炉壳通过大法兰连成一体，用紫铜薄板包石棉布填料密封。底盘底部有气体中心管与吹风
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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，可以排泄冷凝水和油污，并防止气体外透，起安全作用。
（4）机械除灰装置
包括能够转动的灰盘和炉条及固定不动的会犁。灰犁固定在出灰口上，利用它与旋转灰盘之间的相对运动，以减弱机械磨损。
（5）传动装置
机械除灰装置的旋转是由电机提供动力。通过减速箱蜗杆、蜗轮来完成的。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的过程
分配气化剂，防止炉蓖受高温的影响，在本
Ⅰ
灰渣层
区域中，借灰渣预热气化剂。
C＋O2＋3.76N2=CO2＋3.76N2 2C＋O2＋3.76N2=2CO＋3.76N2
氧化层（燃
Ⅱ
烧层）
化碳并放出热量。
二氧化碳还原成一氧化碳或水蒸气分解为
Ⅲ
还原区
氢，燃料依靠热的气体而被预热。 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；
Ⅳ
干馏区
3树脂；4气体（CO、CO2、H2S、CH4、C2H4、
氨氮和氢）。
Ⅴ
干燥区
依靠气体的显热来蒸发燃料中的水分
有时，煤气中部分一氧化碳与蒸汽
Ⅵ
自由空间
起聚积煤气的作用。
进行反应： H2O＋CO=CO2＋H2
碳被气化剂中的氧氧化成二氧化碳及一氧
CO2＋C=2CO H2O＋C=CO＋H2 2H2O＋C=CO2＋2H2
化学反应 最终反应：
3.6.2 燃烧室 燃烧室的上部都呈锥行，中部为柱体，内衬有耐火砖及蓄热用的格子砖。燃烧室的作用：
（1）向吹风气添加二次空气，使其中的CO等可燃物在其中燃烧，所生成的热量被积蓄在格子砖内。
（2）利用所蓄积的热量，预热下吹蒸汽和加氮空气，提高 气体的入炉温度，提高分解率。 （3）除去煤气中的细灰，以减少对废热锅炉的损害。
气体从下部入口切线方向进室，避免直接冲撞室壁，以减少对耐火砖的磨损，并使气体在室内分
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布均匀。燃烧室的顶盖起着泄压作用，当系统发生爆炸时，爆炸压力超过盖子弹簧的作用力，盖子张开，降低压力，避免设备损坏。
3.6.3 废热锅炉 废热锅炉主要用于回收吹风气和上行半水煤气的显热，生产0.49-1。18Mpa的蒸汽，为制气和其他用途提供一部分蒸汽来源。
煤气生产中常用火管立式废热锅炉，炉体为一直立的圆筒，用钢板焊接，两头装有钢板封头，内部装有若干根无缝钢管。高温气从上而下与管间的水进行逆流热交换，汽水混合物从上循环管进入气包产生蒸汽。分离下来的 水及向气泡补充的新鲜水（软水）由下循环流入废热锅炉下部管间。进炉气体一般为500~700℃出炉后可降至200℃左右。
由于废热锅炉上部装有气泡，为保持炉体重心达到平衡，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，使热交换效率提高。
3.6.4 洗气箱 洗气箱的作用是防止水封以后的煤气倒回煤气炉和空气发生爆炸，并兼冷却除尘的作用。
洗气箱的外行是一个具有圆筒行容器。半水煤气进口管浸入水面以下75~125mm，水至箱顶加入，不断地从锥体部分的溢流管溢出。以保持一定的水面，起到安全水封的作用。它是煤气炉系统确保安全生产不可缺少的设备。
进洗气箱的煤气温度约200℃，出气温度为70℃左右，洗气箱的冷却水用量大，其冷却作用主要靠水的蒸发，煤气主要因失去显热而降温。出洗气箱的煤气已被饱和。
3.6.5洗涤塔 洗涤塔的作用是冷却（降温），冷凝（蒸汽）和除尘，它可采用喷塔，也可采用填料塔，其外形一般为柱形。煤气由下部入塔，由上部出塔。由于进塔煤气被水汽饱和。所以，如想继续降温，必须使煤气中的水汽冷凝，由于冷凝热大，故必须用大量的水喷淋，使煤气继续冷却。
3.6.6 烟囱 烟囱也是煤气生产中不可缺少的设备，其主要作用是排放废气，另还兼有封和除尘的作用。
3.6.7 自动机 自动机的作用在于通过自动机的程序控制，使水煤气的生产操作基本实现自动化。 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，是阀门按照工艺循环的要求准时准备启动，准确控制和调节，保证生产稳定和安全。
3.7 间歇式制半水煤气的工艺条件
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具有的热值与制气投入的热量之比。投入的热量包括气化所消耗的燃料热值和气化剂带入的热量（后者主要指蒸汽的潜热）。他是用来表示气化过程中的热能利用率。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----------半水煤气的热值 Q燃-------------------消耗燃料的热值 Q蒸-------------------消耗蒸汽的热值
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