气化炉型-航天炉PPT课件.ppt

气化炉型 航天炉 1 一 简介二 工艺介绍三 关键设备四 特点五 技术参数六 现状七 风险 目录 2 一 简介 长期以来 国内缺乏自主的粉煤加压气化技术 国内煤化工不能大规模地发展 引进国外技术 选用德士古煤气化技术 无法实现原料煤的本地化 选用壳牌煤气化技术的投资又太大 所以 开发具有自主知识产权的高效 洁净 煤种适应性广的国内煤气化技术 一直是业界的梦想 航天炉又名HT L煤粉加压气化炉 是借鉴荷兰SHELL 德国GSP 美国TEXACO煤气化工艺中先进技术 配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构简单 有效实用的煤气化工艺 3 气化炉的核心部件是气化炉燃烧喷嘴 该喷嘴必须具有超强的耐高温特性 这个特性要实现起来难度较大 而与此类似 火箭上天时喷嘴所经受的温度也很高 而且比气化炉燃烧喷嘴要经受的温度高得多 如果把航天技术 嫁接 到煤化工产业 那就有点像杀鸡用上宰牛刀 技术难度上是没有问题的 航天长征化学工程股份有限公司 简称 航天工程公司 前身为北京航天万源煤化工工程技术有限公司 主营业务是以航天粉煤加压气化技术为核心 专业从事煤气化技术及关键设备的研发 工程设计 技术服务 设备成套供应及工程总承包 航天工程公司目前拥有自主知识产权的航天 HT L 粉煤加压气化技术 该技术可广泛应用于煤制合成氨 煤制甲醇 煤制烯烃 煤制乙二醇 煤制天然气 煤制油 煤制氢 IGCC发电等领域 4 二 工艺介绍 HT L粉煤气化技术工艺原理为原料煤经过磨煤 干燥后 用N2进行加压输送 将粉煤输送到气化炉烧嘴 干煤粉 80 纯氧气 200 过热蒸汽 420 一同进入气化炉气化室 瞬间发生升温 挥发分裂解 燃烧及氧化还原等物理和化学过程 生成的1400 1600 的合成气经过冷却后 出气化炉的温度为210 220 再经过文丘里洗涤器增湿 洗涤 和洗涤塔进一步降温 洗涤 产出温度约为204 粉尘含量小于10 10 6的粗合成气 5 HT L粉煤气化炉为航天粉煤加压气化装置核心 关键专利设备 粉煤 氧气蒸汽按一定比例通过燃烧器进入气化炉 在气化室中进行燃烧气化反应 生成的含有高温熔渣的粗合成气 一部分高温熔渣挂在复合水冷壁上 形成稳定的抵抗高温的渣层 其余熔渣和粗合成气进入激冷室 粗合成气在激冷室中被激冷水激冷降温 并蒸发水蒸气到饱和 同时熔渣迅速固化 通过分离装置实现合成气 液态水 固渣的分离 合成气通过管口输出进入后续工段 主要成分为一氧化碳和氢气 固渣通过排渣口进入破渣机中 并断续排出 含有细灰的黑水通过管口进入渣水处理系统 6 工艺系统介绍1 磨煤与干燥系统磨煤与干燥系统的工艺流程 运行原理 控制参数都与SHELL工艺相同 两套系统一开一备 单套能力35吨 小时 目的是制造出粒度小于90微米的大于80 水含量小于2 的煤粉 没有单独的石灰石加入系统 只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上 一块进入磨煤机研磨 2 加压输送系统加压输送系统的工艺流程 运行原理 控制参数都与SHELL工艺相同 目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化 不同是V1205下面是三条腿 三条线输送 到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛 7 3 气化及净化烧嘴设计同GSP 采用单烧嘴顶烧式气化 气化炉采用TEXACO激冷工艺 气化炉升压到1MPa时 煤粉及氧 蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉 稳压1小时挂渣 炉膛内设置有8个温度检测点 可以作为气化温度的参考点 也可以判断挂渣的状态 设计气化温度1400 1600 气化压力4 0MPa 热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷 也由此分离 激冷过程中 激冷水蒸发 煤气被水蒸汽饱和 出气化炉为199 经文丘里洗涤器 洗涤塔洗涤后 194 固体含量小于0 2mg m3的合成气送去变换 4 渣及灰水处理系统渣及灰水处理系统的工艺流程 运行原理 控制参数都与TEXACO工艺相同 渣经破渣机 高压变低压锁斗 排到捞渣机 进行渣水分离 水回收处理利用 灰水经高压闪蒸 真空闪蒸后到沉降池 清水作为激冷水回收利用 浆水经真空抽滤后制成滤饼 8 四 关键设备 气化压力 4MPa气化温度 1400 1700 设计炉型能力 42000Nm3 h CO H2 单炉能力 20000 75000Nm3 h CO H2 炉体材料 15CrMoR 316L水冷盘管材料 15CrMo HT L粉煤气化炉 9 关键设备 气化烧嘴 10 关键设备 破渣机 11 关键设备 热风炉 惰性气体发生器 12 关键设备黑水调节阀 煤粉阀 煤粉调节阀 煤粉换向阀 锁渣阀 13 关键设备 激冷水循环泵 锁斗循环泵 14 关键设备 立式高速泵 15 关键设备 卧式高速泵 16 2020 1 7 17 四 特点 航天炉的优点1 具有较高的热效率 可达95 和碳转化率 可达99 2 气化炉为水冷壁结构 能承受1500 至1700 的高温 3 对煤种要求低 可实现原料的本地化 4 拥有完全自主知识产权 专利费用低 关键设备已经全部国产化 投资少 生产成本低 据专家测算 应用航天炉建设年处理原煤25万吨的气化工业装置 一次性投资可比壳牌气化炉少3亿元 比德士古气化炉少5440万元 每年的运行和维修费用比壳牌气化炉少2500万元 比德士古气化炉少500万元 它与壳牌 德士古等国际同类装置相比 有三大优势 一是投资少 比同等规模投资节省三分之一 二是工期短 比壳牌炉建设时间缩短三分之一 三是操作程序简便 适应中国煤化工产业的实际 易于大面积推广 18 缺点问题 1 航天炉系统联锁多 特别试车时 数据变动有可能造成跳车 2 多种因素会导致炉温超温 烧坏耐火材料甚至盘管 3 由于操作不稳定等因素 会造成粗渣 滤饼中残炭含量较高 4 粗渣和滤饼中含水量较高 后续处理较为困难 一般无法回收 5 水处理系统不太完美 水温较高 易造成滤布变形跑偏或打折损坏滤布 两级闪蒸不如三级闪蒸 6 副产蒸汽为饱和蒸汽 如需用过热蒸汽只能降压使用 给全厂的蒸汽平衡带来一定困难 19 五 技术参数 HT L粉煤气化装置对煤种的一般要求 HT L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛 从较差的褐煤 次烟煤 烟煤到石油焦均可作为气化的原料 即使是高灰分 高水份 高硫的煤种也能使用 但从经济运行角度考虑 并非所有煤种都能够获得好的经济效益 因此 使用者应该认真细致地选择合适的煤种 在满足设计要求的前提下 保证装置的稳定运行 20 目前航天长征公司根据不同用户的需要 主要提供三种不同的炉型 三种炉型基本结构相同 主要区别在日投煤量的差异 1 2800型气化炉直径 2 8 3 2米 气化炉高度 14 5米 气化压力 4 0MPa 日投煤量 750吨 与煤种有关 CO H2 有效气产量 40000 51000Nm3 h 根据要求确定 2 3200型气化炉直径 3 2 3 8米 气化炉高度 19 5米 气化压力 4 0MPa 日投煤量 1500吨 与煤种有关 CO H2 有效气产量 80000 11000Nm3 h 根据要求确定 3 4000型气化炉直径 4 0米 气化炉高度 24 5米 气化压力 4 0MPa 日投煤量 2500吨 与煤种有关 CO H2 有效气产量 140000 180000Nm3 h 根据要求确定 21 煤种分析项目数据范围总水 AR 4 5 30 7灰分 MF 5 7 35 0含氧 MF 5 3 16 3总硫 MF 0 3 5 2总氯 MF 0 01 0 41Na2O onAsh 0 1 3 1K2O onAsh 0 1 3 3CaO onAsh 1 2 23 7Fe2O3 onAsh 5 9 27 8SiO2 onAsh 24 9 58 9AL2O3 onAsh 9 5 32 6高热值 MJ kg MF 22 8 33 1 22 1 水分煤中水分包括外表水和内存水 他们属于化合水部分 游离水也是煤中水分的一部分 外表水是煤粒表面的水分 来源于机械采煤的润湿 露天放置或运输中的雨水 防止自然飞灰的洒水 煤的外表水对气化虽然没有影响 但外表水高会增加运输费用 对磨煤时可能因水分高使原煤仓下煤不畅 外表水分不稳定还易造成煤干燥系统热能量消耗的波动 从而使燃料气量和助燃风量增加提高了成本 外表水突然增大 煤干燥系统为保证如炉中水储量的稳定 就要增大燃料的消耗 造成原料浪费及污染环境 外水的高低与采煤 贮存 运输方式有关 通过人的努力是可以改变的 因此应尽量降低外水表含量 以节省开支且方便操作 内存水是煤的内在水分 即煤的结合水 以化学态形式存在于煤中 煤的内水高 同样会增加运输费用 更重要的是 去除内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料 因此 内水越高 送入气化炉的粉煤中含水量会增高 水分气化所消耗的能量增多 粗合成气中的有效气体成份降低 气化效率因此降低 煤耗增加 23 2 灰分灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质 但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热 煤灰分含量高 则气化后的有效气体成分就少 送入气化炉同质量的煤 灰分高的煤产气量少 灰渣量大 能耗高 根据资料介绍 在同样反应条件下 灰分增加1 氧增大0 7 0 8 煤耗增大1 3 1 5 灰分越高气化煤耗 氧耗越高 灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快 另外 灰渣量越大 对输煤 气化炉灰渣水处理系统的影响越大 气化炉及灰渣处理的系统除渣负荷也就越重 对管道和设备的磨蚀也随之加快 严重时会影响气化炉的正常运行 但由于HT L粉煤气化装置是采用冷壁结构 以渣抗渣 如果灰分含量太低 气化炉的热损大 且不利于炉壁的抗渣保护 影响气化炉的使用寿命 24 3 灰熔点及灰组成HT L粉煤气化装置采用液态排渣 为保证气化炉排渣顺利 正常操作温度应高于灰熔点FT 流动温度 约200 如煤灰熔点过高 势必要求提高气化操作温度 提高操作温度虽然有利于碳转化及气化炉排渣 但操作温度过高 辐射室水冷壁散热量增大 锅炉蒸汽量也大幅提高 使得冷煤气效率下降 从而影响气化炉运行的经济性 因此选择灰熔点低的煤种 可以降低操作温度 提高煤的利用效率 另外 如果煤的灰熔点低 操作温度就可以降低 与高灰熔点煤相比较 无需消耗过多氧与碳反应生成CO2来维持较高的操作温度 有效气体的产率就高 对高灰熔点煤 一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性 一般为石灰石 但是加石灰要适量 石灰石添加不合适会直接影响氧炭比 过量会形成结垢对水系统的循环也是不利的 适量的石灰石以保证气化炉的正常运转 煤灰主要是由SiO2 AL2O3 CaO MgO TiO2及Na2O K2O等组成 一般而言 煤灰中酸性组分SiO2 AL2O3 TiO2和碱性组分Fe2O3 CaO MgO Na2O等的比值越大 灰熔点越高 煤灰组成一般对气化反应无多大影响 但其中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性 造成气化炉渣口排渣不畅或渣口堵塞 25 六 现状 濮阳龙宇航天炉平稳运行创纪录截止2012年10月8日 濮阳龙宇甲醇项目航天炉装置已连续运行210天 创国内同类型气化炉最长运行周期纪录 9月份 该公司累计生产成品甲醇15637 67吨 平均日产甲醇504 4吨 是装置设计负荷的112 1 而在10月5日生产甲醇556 76吨 创建厂以来日产量最高纪录 安徽昊源原料改造项目航天炉点火成功2013年3月22日 安徽昊源20万吨 年合成氨原料路线改造项目航天炉点火投煤成功 并试运行近六个小时 该项目于2012年初开工建设 目前 该项目二氧化碳压缩机 空分已开车成功 晋开百万吨总氨项目尿素装置投料成功2013年7月3日 由五环工程设计的河南晋开百万吨总氨项目40万吨 年大颗粒尿素 C系列 装置投料成功 该项目位于河南开封 分两期同时开工建设4台航天炉 年产120万吨合成氨 120万吨尿素 81万吨稀硝酸 60万吨硝酸铵 60万吨硝基复合肥 20万吨浓硝酸 项目于2010年4月开工 26 沧州正元6080项目氨合成塔运抵现场2013年9月5日 由石家庄正元塔器设备有限公司制造的DN3000氨合成塔运抵沧州正元6080项目施工现场 项目由基础建设进入设备安装阶段 该项目采用航天炉粉煤加压气化技术 一期工程概算投资43亿元 项目规模为年产60万吨合成氨 80万吨尿素 工程计划2014年4月进入试车条件 8月投入运行 国家粉煤气化实验基地落户山东东平县2013年12月8日 由中化二建承建的晋煤天溪煤制油工程航天炉吊装就位 该公司造气工艺技术改造工程进入了全面安装阶段 该航天炉直径为3 2米 高度为15 84米 重量为160吨 安徽昊源航天炉加压气化首用等温变换截至2014年5月5日 安徽昊源化工集团世界首套与航天炉配套的等温变换装置 已满负荷平稳运行12天 各项指标均达到或优于设计要求 该装置应用于安徽昊源二期18万吨 年合成氨 30万吨 年尿素原料路线改造项目 安徽昊源36 60项目分两期建设 一期18 30装置已于2013年建成投产 27 28 29 30 七 风险 HT L煤粉加压气化炉是结合SHELL GSP TEXACO的一些优势特点所开发的一种炉型 如粉煤干燥 加压输送是利用了SHELL技术 炉内辐射段类似于GSP炉 顶端单喷嘴采用