水煤浆水冷壁清华炉气化技术Word下载.docx
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第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术除山西丰喜运行外,已与石家庄盈鼎、潍坊盈德公司、克拉玛依盈德公司、中海石油天野化工有限公司、江苏德邦兴华化工科技有限公司、山东金诚化工科技有限公司、新疆天智辰业化工有限公司、河北正元化工集团公司、阳泉煤业(集团)有限责任公司、兴安盟乌兰泰安能源化工有限责任公司等十几家公司签约。
目前,正在对在贵州水城矿业集团鑫晟煤化工有限公司和黑龙江北大荒农业股份有限公司浩良河分公司的水煤浆耐火砖炉进行水冷壁技术改造。
这将为水煤浆水冷壁清华炉技术的推广、应用提供了更加广阔的发展前景。
二、技术特点
稳定性好:
水煤浆气化工艺成熟。
用水煤浆进料稳定可靠,水冷壁挂渣稳定。
水煤浆运行安全可靠,避免了干粉煤进料不稳定、易燃、易爆、易磨损、泄漏等难题;
煤种适应性强:
气化温度不受耐火材料限制,工业实际运行温度已达1520℃(或更高),气化反应速度快,碳转化率高,煤种适应性好,能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤,易于实现气化煤本地化。
系统运转率高:
装置运行连续稳定,烧嘴头部采用特殊处理,一次连续运行周期保证100天以上,每年不再因为更换耐火砖而停炉检修,年运行时间可达到8000h。
安全性强:
水冷壁采用热能工程领域成熟的悬挂垂直管结构,既保证了水循环的安全性又避免了复杂的热膨胀处理问题。
水循环按照自然循环设计,强制循环运行,事故状态下能实现自然循环,最大限度保证水冷壁的安全运行。
环境友好,环保高效:
炉温高,残炭含量低,易于收集处理,废水无难处理污染物;
制浆可以使用各种难以处理的废水。
系统启动快:
组合式点火升温过程简化,点火、投料程序一体化完成。
水煤浆投料点火采用独特的“火点火”技术,气化炉从冷态到满负荷仅需五小时。
气化压力高:
气化压力不受原料输送系统影响,可根据后续工段要求进行更加合理的选择,能实现与甲醇合成等压,降低能耗。
技术细节处理好:
清华炉气化技术在工业化过程,在细节的设计上有很多创新,如洗涤塔底部的气体分布器,使灰水和煤气的充分混合,保证了煤气的洗涤效果;
闪蒸罐中的环槽分布器设计,使闪蒸系统的检修更方便;
真空闪蒸的液封设计,使闪蒸罐不再堵塞等,细节上的改进使气化系统能够实现长周期稳定运行。
三、流程特点
1.1
流程简图
(1)采用清华水煤浆水冷壁加压气化工艺,具有单炉处理煤能力大、运行安全稳定可靠、碳转化率高、合成气中有效气成份即CO+H2高、冷煤气效率高、工艺流程简洁、同等规模设备投资低、开停车快捷、年运转率高、节能环保的优势。
(2)化工装置工艺技术先进,热量利用合理,能量实现分级利用,从而使得热电站规模可以大幅的减小,从而大大节约了投资。
(3)本项目自动控制系统采用DCS集散控制,使得整个装置操作控制稳定,便利迅捷。
同时对关键的工序和关键设备采用安全仪表系统(SIS),SIS采用三重化的冗余、容错系统。
为全装置关键的设备和系统提供安全保证。
(4)装置正常生产过程中,废气、废固排放达到国家环保要求,废水实现零排放,实现清洁生产。
四、水煤浆水冷壁气化技术与其他同类煤气技术的对比1气化炉燃烧室结构的比较
耐火砖气化炉燃烧室
耐火砖气化炉燃烧室(见下图1)由外壳和耐火砖组成,在气化炉的耐火砖失效时,为了及时发现气化炉外壁超温情况,气化炉外壳还安装有表面温度报警系统。
气化炉反应室的内部形状是通过耐火砖的砌筑来实现的,一般耐火砖分为三层,在相同外壳直径条件下炉膛内径较小。
向火面砖:
向火面包括工艺烧嘴入口、气化炉拱顶、气化炉侧墙、气化炉锥底和出口。
在需要的地方必须使用特殊形状的耐火砖,以使这些层能够紧密结合并保证高的抵抗力。
向火面砖要求能自由膨胀,自立于托砖板上,砖与砖之间不能用凹凸台配合。
本项目如果采用四喷嘴气化炉,需要在气化炉中部增加耐火砖托专板。
通常采用含Cr2O3≥86%的耐火砖。
背衬砖:
向火面砖的底层炉衬,紧靠向火面砖的后面,用于支撑拱顶砖的重量,自立于托砖架上。
通常采用含Cr2O3≥12%的耐火砖。
隔热砖:
超级耐用的绝热耐火砖组成的绝热层,用于降低气化炉金属外壳的温度。
通常采用含Al2O3≥98%的耐火砖。
气化炉锥底砖一般运行4000~5000小时左右更换一次,换砖连同气化炉升降温的时
图3四喷嘴气化炉
间周期一般为20天;
气化炉向火面砖一般运行10000小时左右更换一次,换砖时间连同气化炉升降温的时间周期一般为60天。
目前,耐火砖气化炉烧嘴一般运行时间为50~80天左右需更换一次。
水冷壁气化炉燃烧室
水冷壁气化炉燃烧室(见上图2)由外壳和水冷壁内件两部分组成,气化炉外壳设置有炉壁测温点。
气化炉水冷壁分为三部分,分别为主水冷壁、上部盘管和渣口盘管。
水冷壁内衬20~30mm的耐火材料,主要成分为SiC。
气化炉烧嘴一般运行时间为120天左右需更换一次。
2水冷壁型清华炉和多元料浆气化炉、四喷嘴的主要对比
项目
多元料浆
四喷嘴
清华炉
气化炉内衬
耐火砖
水冷壁
进料方式
水煤浆
气化压力
6.5MPaG
燃烧室
2134/3200mm(炉膛内径/外壳内径)
2400/2800mm(炉膛内径/外壳内径)
燃烧室容积
25m3
xxm3
30m3
水冷壁压力
高于气化压力0.5MPaG
气化炉外壳材质
SA387(炉壳设计温度425℃)
采用15CrMoR/14Cr1MoR(炉壳设计温度300℃)
气化炉
采用进口钢材,需要昂贵的耐火砖
采用进口钢材,需要昂贵的耐火砖。
采用国产钢材,不需耐火砖。
建设周期
进口钢板,周期长
国产钢板,周期短
单炉运行时间
最长6500小时(有煤质要求)
保证7200小时
水冷壁蒸汽产量
≤3t/h
氧耗、煤耗
相同
气化炉效率
耐火砖炉子壁温一般比水冷壁高110℃左右,水冷壁将原耐火砖炉子的散热变成了蒸汽,效率较高。
维修费用
气化炉4000~5000小时更换一次锥底砖,10000小时左右更换一次向火面砖
气化炉水冷壁寿命约10年,每年平均可节约费用144万元
气化炉启动时间
从冷态启动至满负荷需80小时
从冷态启动至满负荷3~5小时
气化炉主烧嘴
三流道烧嘴,结构简单,使用寿命短
四流道烧嘴,结构较复杂,使用寿命长
烧嘴数量
单套系统一个工艺烧嘴,一个预热烧嘴
单套系统四个工艺烧嘴,一个预热烧嘴
单套系统一个工艺烧嘴
进料控制
一套煤浆进料系统,一套氧气进料系统
四套煤浆进料系统,四套氧气进料系统
烧嘴冷却水系统
烧嘴冷却水温度43℃左右,存在露点腐蚀、硫腐蚀和应力腐蚀
烧嘴冷却水温度250℃左右,烧嘴运行工艺改善,不存在露点腐蚀、硫腐蚀,应力腐蚀减小
多台气化炉共用一套烧嘴冷却水系统
单台气化炉和汽包共用一套锅炉水系统
烧嘴冷却水压力低于气化炉压力,轻微泄漏必须马上停车
烧嘴冷却水压力高于气化炉压力,轻微泄漏不必马上停车
气化炉操作
主要看渣口压差、气体成分等判断炉温
除渣口压差、气体成分外还可通过蒸汽产量、水冷壁出口温度等判断炉温,便于操作
煤种适应性
灰熔点≤1350℃
工业装置灰熔点≤1520℃煤种,适应性强,可降低原料煤采购成本。
3工艺系统的比较3.1气化炉的点火、投料
多元料浆耐火砖气化炉点火和投料采用两个不同的烧嘴,预热烧嘴主要作用是将气化炉温升至800~1000℃,然后再更换工艺烧嘴投料。
煤浆的燃烧主要依靠耐火砖的蓄热,投料后,反应历程为脱水分和挥发份→燃烧→气化,所以气化炉温度先降后升,经常发生炉内燃爆。
四喷嘴耐火砖气化炉点火和投料采用两个不同的烧嘴,预热烧嘴主要作用是将气化炉温升至800~1000℃,然后再更换工艺烧嘴投料。
煤浆的燃烧主要依靠耐火砖的蓄热,首先投用一对烧嘴,反应历程为脱水分和挥发份→燃烧→气化,所以气化炉温度先降后升,经常发生炉内燃爆,运行稳定后投用另外一对烧嘴。
水冷壁气化炉点火和投料采用一个组合烧嘴完成,不需设置开工升温烧嘴,直接用工艺烧嘴将气化炉温度升至800℃后投料。
投料时由于炉内有燃料气、氧气在进行燃烧,燃料气、氧气和煤浆混合后从喷嘴喷出,煤浆直接燃烧,气化炉温度立刻上升,不会发生炉内燃爆。
3.2燃料气系统
多元料浆与四喷嘴气化炉在烘炉时,炉内为负压,燃料气压力一般在0.5MPaG左右即可。
水冷壁气化炉采用特殊的组合烧嘴升温点火形式,炉内压力为正压,投料时煤浆和氧气压力均在1.0MPaG左右,所以燃料气压力也应保证在1.2MPaG以上。
燃料气可选用天然气、液化气、驰放气等,可根据具体情况选择合适的燃料气。
3.3氮气系统
水冷壁气化炉和多元料浆与四喷嘴气化炉对氮气系统的要求相同。
3.4锅炉水系统
水冷壁气化炉需增加和水冷壁相配套的设备,