4航天粉煤加压气化技术Word文档格式.docx
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1、煤粉为原料、纯氧和过热蒸汽为气化剂
其中,原料煤粉为5~90微米;
输送介质为氮气或二氧化碳;
气化压力在4.0~6.5MPa;
以粉煤为原料,块煤、面煤均可利用;
单位有效气体氧耗低、煤耗低,热效率高;
粗合成气中有效气体(一氧化碳+氢气)成分高,氮氧化物含量低,对环境影响小;
惰性气体浓相输送,除合成氨装置外,原则上均可以二氧化碳作为煤粉输送介质,实现二氧化碳循环利用,减少碳排放;
浓相输送煤粉,实现DCS、ESD系统对气化过程的精确控制。
2、盘管水冷壁结构,副产中压蒸汽,高温气化
气化炉气化段盘管水冷壁结构,可以实现高的气化温度(1200~1700℃),适应原料煤宽泛的灰熔点范围,适当添加碳酸钙助溶剂,可以适应各种原料煤,实现原料煤本地化;
水冷壁气化炉,升温、降温迅速,与热壁气化炉相比,可以大大缩短停车检修时间;
盘管水冷壁结构,强制两相流汽包水循环,水流分布均匀,有利于气化炉的长周期安全运行;
气化温度高,废水、废渣易处理,减少对环境的影响;
副产中压蒸汽,实现能量的高效利用。
3、水冷壁自我修复式隔热结构
水冷壁向火侧焊接渣钉固定耐火材料,并对耐火材料冷却。
运行过程中,耐火材料表面会形成固渣层和液渣层;
隔热结构可以最大限度地降低气化段的散热损失,减少水冷壁蒸汽产量,从而使原料煤的热量高效地用于气化反应,生产有效气体(一氧化碳+氢气)。
密布的渣钉,可以使耐火材料温度远低于原料煤的灰熔点,从而使熔融的灰渣在耐火材料表面固化,形成固渣层。
在固渣层的表面,熔融的灰渣以液态沿壁面向下流动,最后从气化段排渣口排出。
随着煤种变化,操作温度、压力、负荷变化,固渣层和液渣层厚度会发生变化,从而形成了自我修复式耐火材料结构,有效地保护了水冷壁,实现“以渣抗渣”。
4、单一的顶置式组合燃烧器
气化炉只设置1台组合燃烧器,安装在气化段顶部。
组合燃烧器将点火装置、点火烧嘴、开工烧嘴、工艺烧嘴设计成一体。
组合燃烧器安装、维护、调节简便、快捷,其设计寿命大于10年。
每6个月对燃烧器头部局部维修一次,8小时之内可以完成组合燃烧器的更换。
燃烧火焰、炉内流场与炉膛良好匹配,炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理,能够实现全炉膛均匀挂渣、煤粉颗粒中的碳元素充分转化。
调节单一氧煤比和汽氧比,就可以实现对气化炉气化参数的调节,操作简便、快捷,易于掌握,特别适用于煤种变化频繁、要求在线及时调节的工况。
5、激冷、水浴式合成气冷却
气化段生成的合成气与熔融的灰渣并流,进入激冷室。
在此过程中,合成气和灰渣首先被水激冷,然后进入激冷室下部的水浴。
冷却的灰渣从激冷室下部排出,合成气经过水浴冷却、洗涤后,从气化炉中部排入下游的合成气洗涤系统。
此工艺流程成熟可靠。
合成气中增加的饱和水蒸气可直接应用于变换工序。
激冷水和洗涤水经过处理后循环利用,降低水耗。
6、气化段水冷壁设置温度测点
在气化炉气化段水冷壁沿周向、轴向设置温度测点,对气化温度是否满足挂渣需要进行实时监测,有利于开车、煤种转换和气化炉运行调节,可以有效克服煤质波动带来的不利因素。
炉膛温度测点应用原理是,当气化温度正常时,炉膛温度测点受渣层保护,其显示温度小于500℃,当气化温度偏高时,渣层减薄,炉膛温度测点显示温度会升高,当气化温度偏高较多、渣层厚度不足以覆盖测点时,测点显示温度将会大于1000℃,在这个过程中,操作人员将减小氧煤比,避免水冷壁烧损。
7、设置可视化火焰监测系统
气化炉除设置红外/紫外火焰监测装置外,还设有可视的火焰监测系统,操作人员可以实时目测炉膛火焰情况。
在开停车过程中,操作人员可以根据目测的炉膛火焰情况,进行点火、投煤和停车操作,安全、快捷。
8、可靠的DCS/ESD控制系统
整个生产装置通过DCS系统进行自动控制,通过ESD系统保障安全。
气化装置的点火、开工、投煤、升压升负荷、系统停车等顺序控制为自动操作,方便、安全、可靠。
负荷调节、流量调节、压力调节等都采用自动调节,可以实现生产过程的全自动控制。
ESD系统独立运行,涵盖了点火、开工、投煤、正常运行全过程,输入变量包括了所有可能对系统、设备造成安全故障的参数和监测点,能够确保人员和设备安全。
9、自主知识产权、设备国产化
自主知识产权、全部设备国产化,投资、维护和运行费用低。
技术服务及时、周到。
人员培训、技术交流、售后服务方便。
10、气化炉系列化
目前已有两种规格气化炉,即:
40bar压力、日投煤量750吨和1500~2000吨规模,并正在开发更高压力(65bar)和更大生产能力(日投煤量大于3000吨)的气化炉。
通过组合,能够适应大型煤化工项目需求。
11、一站式服务模式
HHT-L具有独特的一站式服务,即:
提供安全、稳定、洁净高效的专利技术,具有专业的研发团队和很强的研发能力;
通过自身专业化的工程设计队伍完成工程设计(三维设计),实现设计低风险、高质量;
专利设备及可能影响气化装置可靠性的关键设备,如气化炉、烧嘴、特种泵、特种阀、控制系统等均由本公司提供,设备性能优良,已通过多个项目长周期考验,保证了整体装置的可靠性;
公司提供项目全生命周期服务,拥有仿真培训系统、工程服务队伍、装置开车队伍、售后技术服务及备件服务队伍等,使业主的建设风险、开车风险、运营风险降至最低,同时可降低开车费用、运营维护费用等;
可完成交钥匙工程。
HT-L气化工艺流程图
二、配套工艺
1、磨煤及干燥
该单元用中速磨将煤磨成粉状,并由高温惰性气流烘干。
煤的研磨与干燥在惰性的环境中进行,因而排除了自燃和粉尘爆炸的潜在危险。
粉煤的颗粒尺寸分布规格和粉煤的水分含量满足以下要求:
(1)颗粒尺寸≤90μ,大于90%(重量);
(2)颗粒尺寸≤5μ,小于10%(重量);
(3)水分含量典型值2~8%(重量,根据煤种情况进行调整)。
由惰性气体输送的干燥粉煤进入粉煤过滤器进行分离后,粉煤经旋转卸料阀、纤维过滤器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐,过滤后的惰性气体粉煤含量<10mg/Nm3(湿基),经循环风机进入惰性气体发生器循环使用,一部分排放至大气。
2、粉煤加压及输送
每台气化炉配备1套粉煤加压及输送系统,由常压粉煤储罐、粉煤锁斗和粉煤给料罐组成。
粉煤加压是通过向粉煤锁斗充入高压二氧化碳(或氮气)完成的。
常压粉煤贮罐内的粉煤在重力作用下进入粉煤锁斗。
粉煤锁斗内充满粉煤后,即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离,然后经充气锥、充气笛管等气体分布设备充入高压二氧化碳进行加压,当其压力与粉煤给料罐压力平衡时,打开之间的切断阀,粉煤通过重力落入粉煤给料罐。
粉煤的加压输送过程采用顺序控制,设置联锁系统防止压力高串低事故的发生。
粉煤从给料罐底部的3个充气锥流出进入粉煤输送管道,充气锥通入高压二氧化碳(或氮气),保持给料罐和粉煤管道中的粉煤处于流化状态,粉煤输送的流量、密度和流速由粉煤调节阀、管道充气器调节。
3、气化及合成气洗涤
加压的粉煤、预热氧气按一定比例通过烧嘴进入到气化炉中,氧气中混入少量蒸汽(根据煤种调整)。
气化炉由上部的气化室和下部的激冷室组成。
煤粉和氧气在气化室内进行高温气化反应,生成的合成气主要成分为一氧化碳和氢气,气化压力4.0MPa,气化温度一般控制在1300℃~1750℃之间(根据煤的灰熔点和粘温特性等参数进行调整)。
高温气体和液态渣离开气化室,经激冷环、下降管进入激冷室水浴,合成气被激冷并被水饱和,熔渣固化沉淀并通过渣锁斗系统定期排出界外。
粗合成气出激冷室后进入文丘里洗涤器进一步增湿。
离开文丘里洗涤器的粗合成气进入合成气洗涤塔,经水浴后进行气液分离,然后通过洗涤塔板,被进一步洗涤。
洗涤后的合成气经塔顶部的旋流板除沫器离开洗涤塔,洗涤后的合成气含尘量≤1mg/Nm3,送下游一氧化碳变换工序。
4、渣及灰水处理
合成气洗涤黑水经高压闪蒸和真空闪蒸除去溶解的气体。
高压闪蒸蒸汽用于加热除氧后的灰水。
黑水进入沉降槽,加入絮凝剂以加速灰渣的絮凝沉降,底部的灰浆经真空过滤机过滤成滤饼后装车外运。
澄清的灰水从顶部溢流进入灰水槽,大部分循环使用,少量灰水通过废水冷却器冷却排到废水处理装置,用来控制灰水系统中盐分的累积。
三、单炉处理能力与煤种适应性
航天炉实现了系列化,日投煤量750吨的2800/3200型和日投煤量2000吨的3200/3800型已开车并实现长周期稳定运行。
为适应大型煤化工项目需求,公司正在开发更高压力和更大生产能力的气化炉,日投煤量3000吨气化炉已完成研发工作,并计划建设示范工程。
自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至今,在线运行的11台气化炉中,已使用或试烧过的煤种达数10种,挥发分含量从6%~35%;
灰分含量从6%~36%;
灰熔点流动温度从1150℃~>
1500℃。
现将几种有代表性的煤种参数列于下表:
四、环保配套
气化装置的排放物主要有废渣、废气和废水等。
由于气化温度高,合成气和废水中不含焦油、酚类等难处理的有机物。
气化炉排出的灰渣分为粗渣和细灰两部分,粗渣经渣锁斗排入捞渣机,捞出后可作为铺路材料,组分中C≤1%(wt)。
细灰被过滤机滤出后装车,作为制砖、掺烧或铺路材料,组分中C≤30%(wt)。
正常工况下,气化排放废气主要为输煤氮气、二氧化碳及少量煤尘,均经除尘处理后排入大气,含尘量<
10mg/Nm3。
开停车阶段排出的含CO和H2的合成气送火炬燃烧后排放。
合成气洗涤过程中产生的黑水经闪蒸、沉降处理后,澄清的水大部分泵回到系统中循环使用,只有少量排放。
单套气化炉废水量30~60m3/h。
气化废水送厂内污水处理站,对其进行破氰预处理后,与其它污水一并进入A/O生化池进行处理。
五、技术特点参数表
六、市场应用情况
目前已签约项目共计25个,航天炉总计62台,其中750吨级25台,1500~2000级37台;
总承包项目2个;
褐煤为原料煤项目2个;
已运行项目共计8个;
已运行航天炉共计11台;
在建航天炉共计42台。
2007~2013年航天炉签约数量
年份
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
签约气化炉数量
2
5
7
8
13
19
8(30)
累计气化炉数量
14
22
35
54
62
七、最佳运行案例
1、日投煤量750吨航天炉
以晋煤中能(原安徽临化)化工18万吨/年甲醇(Ⅰ期)和18万吨/年合成氨装置(Ⅱ期)为例。
晋煤中能根据原料煤市场波动情况,综合工厂运行的稳定性和经济性,2009年以来以神木煤和晋城长平煤、新疆保利煤、河南新郑煤掺烧为主,掺烧比例一般在6:
4~5:
5之间,混煤热值约5600kCal/kg,该项目还单烧过新疆保利煤,试烧过晋城“三高煤”。
Ⅰ期甲醇生产线运行情况:
2010年单台气化炉累计运行338天,共生产甲醇18.3万吨,平均吨醇原料煤耗1.13吨(折标);
2011年累计运行339天,全年累计生产甲醇18.9万吨。
2011年全年考核吨甲醇煤耗指标为1.08吨(折标)。
2012年,累计运行356.2天,生产精纯18.08万吨(部分合成气并入二期合成氨项目)。
二期合成氨生产线运行情况:
2012年元月5日实现全流程打通,全年累计运行351.4天,全年生产合成氨22.04万吨,创造了单炉不间断运行215天的纪录。
该装置吨氨生产成本约2200元,应用了多个煤种,适应性好;
装置稳定性好,单次连续运行最长达到215天;
烧嘴头部设计寿命180天(烧嘴最长实际使用寿命为270天);
技术支持、备件供应及时,对装置稳定运行起到了保障作用,减少了维护成本;
6个项目中8台该型号气化炉已投产。
2、日投煤量1500~2000吨航天炉
以晋开化工120万吨/年合成氨装置为例。
河南晋开集团是晋煤集团的控股子公司,在开封县建设百万吨总氨项目。
合成氨总生产能力为120万吨/年,分两期建设,单系列生产能力为60万吨/年;
氨加工能力为尿素3x40万吨,稀硝酸3x27万吨,浓硝酸20万吨,硝铵3x20万吨,硝基复肥60万吨。
该项目由航天长征化学工程股份有限公司承担工程设计,设计范围包括除尿素、硝酸等氨加工装置外的所有生产装置、公用工程、辅助生产和生活设施,设计内容包括基础工程设计和详细工程设计。
煤气化装置配4台φ3200/φ3800气化炉,单炉有效气产量88000Nm3/h。
气化开车时实际采用神木煤与晋城高硫煤掺烧,比例为8:
2。
一组典型运行数据
压力
MPa
3.93
湿气
Nm3
199638
干气
116243
氧量
28899
总煤量
t/h
58.521
氧煤比
0.73
氧耗
Nm3/kNm3
289
CO2
%
5.47
H2
30.11
CO
55.87
N
8.0
该炉型继承了750吨级航天炉的优点,且运行稳定性更高,现已有两个项目中的3台该型号气化炉投产,为业主创造了可观的经济效益。
HT-L以先进的专利技术和服务,保证了整个气化装置实现高效和高稳定性,已开车项目的运行创造了同行业独一无二的成绩。