气化最终教材11-28调整版.doc

大唐呼伦贝尔化肥有限公司18万吨/年合成氨、30万吨/年尿素工程培训教材生产准备部2009年8月10日 18万吨氨、30万吨尿素装置培训教材目 录目 录I第三章 水煤浆气化- 1 -第一节 粗煤气的制取- 1 -3.1.1气体原料- 1 -3.1.2液体原料- 1 -3.1.3固体原料：煤- 2 -第二节 煤的基础知识及工艺简介- 2 -3.2.1煤的分类及性质- 2 -1、煤的分类- 2 -2、煤的性质- 3 -3、煤的性质对气化效果的影响- 4 -3.2.2我厂用煤相关参数- 5 -1、煤质分析报告：- 5 -2、煤质分析报告中各数据的含义- 6 -3、原煤分析指标对水煤浆成浆性的影响- 7 -4、水煤浆技术数据（浓度为53.4）- 8 -5、如何制得高浓度水煤浆- 8 -3.2.3煤气化工艺分类- 8 -第三节 我公司气化简介- 11 -3.3.1气化单元概况- 11 -3.3.2气化有关技术数据- 11 -1、原料及原料特性- 11 -2、生产能力及产品指标- 11 -3.3.3气化原理- 12 -3.3.4生产工艺流程叙述- 13 -3.3.5气化炉操作条件简介- 14 -3.3.6气化常用计算- 14 -第四节 水煤浆气化工艺流程及主要设备介绍- 16 -3.4.1水煤浆气化工艺流程简介- 16 -3.4.2主要设备介绍- 16 -3.4.3主要设备列表- 19 -第五节 生产操作- 22 -3.5.1正常生产操作管理- 22 -3.5.2装置开车操作- 24 -3.5.3装置停车操作- 28 -3.5.4倒系统- 33 -3.5.5正常操作要点- 33 -第六节 气化炉的自控部分- 34 -3.6.1气化炉安全联锁系统- 34 -3.6.2锁斗联锁系统- 39 -3.6.3烧嘴冷却水系统联锁- 41 -3.6.4其它联锁（根据P&ID图整理）- 42 -3.6.5 DCS可以停的设备- 42 -第四章 一氧化碳变换- 44 -第一节 工艺基础知识- 44 -4.1.1概述- 44 -4.1.2 CO变换的基本原理- 44 -4.1.3变换催化剂- 46 -第二节 生产工艺过程- 48 -4.2.1生产工艺流程（附流程图）- 48 -4.2.2工艺条件的分析- 49 -第三节 主要设备、操作及维护- 50 -4.3.1变换炉设备技术参数：- 50 -4.3.2性能指标- 51 -II第三章 水煤浆气化第一节 粗煤气的制取粗煤气主要成分是一氧化碳和氢。制取粗煤气的方法很多，因气化方法不同和原料种类不同所产生的气体成分也不同。用来制取粗煤气的原料种类很多，凡是含有碳、氢或含碳氢的化合物都可以作为制造粗煤气的原料，按原料形态一般分为三类：3.1.1气体原料天然气，油田气，焦炉气，电石气以及有机合成废气等都可以制取合成气制造的气体原料。这些气体分别含有甲烷、各种烷烃以及烯烃、氢气、一氧化碳等。目前，蒸汽催化转化法、热裂解法以及部分氧化法制合成气。一般以天然气为原料制取粗煤气。天然气是蕴藏在地下的可燃气体的统称。根据天然气矿藏的情况，可分为气田气和油田气。天然气的主要成分是烷烃中的轻组分，基本由甲烷（82%98%）和乙烷（6%）、丙烷（1.5%）和丁烷（约1%）组成。制取方法：天然气蒸汽催化转化法，又分为单段转化与两段转化两种。现大都采用两段加压催化蒸汽转化，天燃气在镍触媒的作用下，在700800的温度下，进行烃类转化反应，其主反应如下： 反应原理：烃类转化反应是吸热反应，要靠燃料气加热维持触媒温度，二段炉主要反应如下： 3.1.2液体原料重油气化。这里主要介绍加压气化，重油气化是重油、氧气、水蒸气三种物料通过烧嘴喷入气化炉，在1300的高温下进行部分氧化反应，生成以一氧化碳和氢气为主要成分的裂化气。 重油（包括渣油、石脑油等）是原油经520减压蒸馏后，塔底的副产品。分子式：，重油是烷烃、环烷烃和芳香烃的混合物。一般含碳83%87%，含氢11%14%，还含硫、氧、氮等元素，含量一般不超过1%。(1)重油气化概述目前，重油加压气化国内主要有激冷流程（德士古气化流程），和废热锅炉流程（谢尔流程）两种。重油加压气化压力等级很多，国内最高为8.7Mpa，就氨合成来说理论上压力越高，吨氨消耗越低。同等规模设备越小，但随压力提高对设备材质要求越高。两种气化方法大致如下：重油加压气化：德士古（Texaco）：激冷流程适合做合成氨 （吉化）要求后部配耐硫变换催化剂谢尔：废锅流程（废热锅炉流程）：反应原理：(2)重油的物理特性：1）黏度：流体流动时，分子间的引力阻碍分子间的相对运动而产生一种内摩擦力，流体的这种性质叫做流体的黏性。表示黏度大小的物理量叫黏度。一般用Pas表示。气体随温度升高，黏度增大；液体随温度升高黏度减小。2）凝固点：流体不能流动时的温度。渣油一般在（30-40）3）闪点：以渣油为例将渣油置一开口容器内加热时，点燃渣油蒸汽后，一闪即灭时的温度。称闪点。闪点随其浓度的变化而变化。一般在2604）密度：1m3渣油的质量。一般在（870900）Kg之间。3.1.3固体原料：煤煤是由碳、氢、氧、氮等化学元素组成的复杂有机物的混合物，具有多级性基因和发达的毛细管，可以吸附水而成为内在水。对于年轻煤，变质程度较轻，毛细管较发达，亲水性强，反应活性较好。随着煤龄的变长，变质程度加深，毛细管状况变差，内表面减小，内在水分减少。表现为憎水性增强，反应活性较差。反应原理：第二节 煤的基础知识及工艺简介3.2.1煤的分类及性质1、煤的分类煤的分类有很多方法，“中国煤（以炼焦煤为主）分类方案”，以代表煤化程度的干燥无灰基挥发分产率和反映煤的结焦性的胶质层最大厚度Y值（mm）两个指标为参数，将中国煤分为10个大类别和24个小类别，10个大类别分别为无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤和褐煤。在新的煤炭分类国际中，还采用了数码编号来表示煤类。如肥煤的数码编号是46，但气煤有34、43、44、45共4个数码编号，在各类煤的数码编号中，十位数代表干燥无灰基挥发分的大小，数码编号中的各位是表征它的黏结性，如无烟煤的挥发分最小，十位数字为0；褐煤的挥发分最大，十位数字为5。对烟煤来说，十位数数码编号越小，其黏结性也越差。目前我国主要按以下分类： WY1 （无烟煤1）无烟煤 WY2 （无烟煤2） WY3 （无烟煤3）贫煤 PM贫瘦煤 PSM 瘦煤 SM 焦煤 JM 肥煤 FM 煤 烟煤 1/3焦煤 1/3JM 气肥 QF 气煤 QM 1/2中粘 1/2ZN 弱粘 RN 不粘 BN 长焰 CY HM1褐煤 HM2 2、煤的性质中国煤炭分类国家标准（GB575186）将中国煤分为14大类，各大类煤的性质和主要用途如下。1）无烟煤是煤化程度最高的一类煤。挥发分低，含碳量最高，光泽强，硬度高，密度大，燃点高，无黏结性，燃烧时无烟。这类煤还按其挥发分产率及用途分为3个小类别：挥发分产率3.5%以下的无烟煤一号以作碳素材料等高碳材料较好；挥发分产率大于3.5%6.5%的无烟煤二号是生产合成煤气的主要原料；挥发分产率大于6.5%的无烟煤三号可作为高炉喷吹燃料。这3类无烟煤都是较好的民用燃料。2）贫煤是烟煤中煤化程度最高、挥发分最低而接近无烟煤的一类煤，国外也有称之为半无烟煤。这种煤燃烧时火焰短，但热值较高，无黏结性，加热后不产生胶质体，不结焦，多作动力或民用燃料使用。3）贫瘦煤在烟煤中煤化程度较高、挥发分较低的煤，受热后只产生少量胶质体，黏结性较差，其性质介于贫煤和瘦煤间，大部分作为动力或民用燃料，少量用于制作煤气燃料。4）瘦煤是烟煤中煤化程度较高、挥发分较低的一种，受热后能产生一定数量胶质体；单种煤炼焦能炼成熔融不好、耐磨强度差、块度较大的焦炭，可作为炼焦配煤的原料，也可作为民用和动力燃料。5）焦煤烟煤中煤化程度中等或偏高的一类煤，受热后能产生热稳定性较好的胶质体，具有中等或较强的黏结性；单种煤炼焦时可炼成熔融好、块度大、裂纹少、强度高而耐磨性又好的焦炭，是一种优质的炼焦用煤。6）肥煤是煤化程度中等的烟煤，在受热到一定温度时能产生较多的胶质体，有较强的黏结性，可黏结煤中一些惰性物质；用肥煤单独炼焦时，能产生熔融良好的焦炭，但焦炭有较多的横列纹，焦根部分有蜂焦，因而其强度和耐磨性比焦煤稍差，是炼焦配煤中的重要部分，但不宜单独使用。7）气煤是煤化程度较低、挥发分较高的烟煤，受热后能生成一定量的胶质体，黏结性从弱到中等均有；单种煤炼焦时产生出的焦炭细长、易碎，并有较多的纵裂纹，焦炭强度和耐磨性均较差。在炼焦中能产生较多的煤气、焦油和其他化学产品，多作为配煤炼焦使用，也是生产干馏煤气的好原料。8）13焦煤煤化程度中等，其性质介于焦煤、肥煤与气煤之间，含中等或较高挥发分的强黏结性煤，用其单独炼焦时能生成强度较高的焦炭，是炼焦配煤的好原料。9）气肥煤是煤化程度与气煤相近的一种挥发分高、黏结性强的烟煤，单煤炼焦时能产生大量的煤气和胶质体，但因其气体析出过多，不能生成强度高的焦炭，可用作炼焦配煤或生产干燥煤气的原料。10）12中黏煤煤化程度较低、挥发分范围较宽，受热后形成的胶质体较少，是黏结性介于气煤与弱黏煤之间的一种过渡性煤类，其中黏结性稍好的可作炼焦配煤原料，黏结性差的可作为气化原料或燃料，中国这类煤的资源很少。11）弱黏煤煤化程度较低，挥发分范围较宽，受热后形成的胶质体很少，只有微弱黏结性，煤岩显微组分中有较多的丝质组和半丝质组，重要作气化原料和燃料。12）不黏煤这类煤是在成煤初期受一定氧化作用后生成的以丝质组为主的煤，煤化程度较低，无黏结性，可用作气化原料和燃料。13）长焰煤是烟煤中煤化程度最低，挥发分最高的一类煤，受热后一般不结焦，燃烧时火焰长，是较好的气化原料和锅炉燃料。14）褐煤煤化程度最低的一类煤，外观呈褐色到黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽，块状或土状的都有，含有较高的内在水分和不同数量的腐殖酸，在空气中易氧化，发热量低。褐煤一般只能作燃料使用，也可作为造气原料。3、煤的性质对气化效果的影响影响气化效果的煤的性质，包括反应活性、黏结性、结渣性、热稳定性、机械强度及粒度。反应活性反应活性是指在一定条件下，煤炭和不同的气体介质，如二氧化碳、氧气、水蒸气、氢气，相互作用的反应能力。反应活性强的煤，在气化和燃烧过程中反应速度快，效率高。反应活性的强弱直接影响到产气率、耗氧量、煤气成分、灰渣或飞灰的含碳量及热效率等。反应活性高有利于各种气化工艺。年轻煤（如褐煤）因为它水分、挥发份含量高，加之结构疏松，它生成的煤焦反应比面积大，又具有丰富的过渡孔和大孔，使反应剂容量扩散到这些反应表面，因而褐煤煤焦的反应活性高。老年煤（如烟煤）因为它水分、挥发份含量低，加之结构致密，它生成的煤焦孔隙少，反应比面积小，所以能与反应剂进行反应的反应表面少，活性低。黏结性煤的黏结性是指煤被加热到一定温度时，煤质受热分解并产生胶质体，最后黏结成块状焦炭的能力。煤的黏结性不利于气化的进行。结渣性煤中的矿物质在高温和活性气体的作用下转变为牢固的黏结物炉渣的能力，称为结渣性。煤的结渣性不仅与煤的灰熔点和灰分含量有关，也与气化的温度、压力、停留时间以及外部介质性质等操作条件有关。在生产中，往往以灰熔点作为判断结渣性的主要指标。热稳定性热稳定性是指煤在高温下燃烧或气化过程中，对温度剧烈变化的稳定程度，也就是块煤在温度急剧变化时，保持原来粒度的性能。煤的热稳定性与煤的变质程度、成煤过程的条件、煤中的矿物组成以及加热条件有关。机械强度煤的机械强度，是指块煤的抗碎强度、耐磨强度和抗压强度等综合性物理和机械性能。一般来说，无烟煤的机械强度较大。褐煤较小。机械强度高的煤在移动床气化炉的输送过程中容易保持其粒度，从而有利于气化过程均匀进行，减少带出物的量。机械强度较低的煤，只能采用流化床或气流床进行气化。粒度分布不同的气化方式对原料煤的粒度要求不同。对流化床气化炉，原料煤粒度分布过宽，则气流带出小颗粒较多。块度小的燃料有较大的比面积，有利于气化，但阻力较大。而块度大的燃料阻力较小，比面积也较小。煤的热稳定性与煤的变质程度、成煤过程的条件、煤中的矿物组成以及加热条件有关。从以上表中煤的固定碳含量烟煤最高褐煤最低，挥发份从烟煤到褐煤逐渐升高。挥发份高的煤有利于做气化用煤。烟煤的热稳定性较好，褐煤、无烟煤和贫煤的热稳定性较差。因为褐煤中水分含量高，受热后水分迅速蒸发使煤块碎裂。无烟煤则因其结构致密，受热后内外温差大，膨胀不均产生应力，使块煤碎裂。贫煤急剧受热也容易爆裂，即热稳定性也较差。结渣性无烟煤和褐煤不易结渣，烟煤从上到下结渣性越来越强。3.2.2我厂用煤相关参数我厂采用的煤种是来自内蒙古呼伦贝尔市海拉尔区谢尔塔拉煤田的褐煤，其相关参数如下：1、煤质分析报告：表3-1 煤质分析报告要求基准 分析项目空气干燥基干基干燥无灰基收到基全水分%21.7水分%8.50灰份%9.049.88挥发份%39.5143.1847.91焦渣特性CRC2全硫%0.250.27硫铁矿硫%硫酸盐硫%有机硫%高位发热量 MJ/kg23.6225.81高位发热量 cal/kg56496172低位发热量 MJ/kg19.04低位发热量 cal/kg4553元素分析碳%61.1266.80氢%3.824.17氮%0.820.90氧%16.4517.98砷0氯 %0.01灰熔融性变形温度1160软化温度1180半球温度1190流动温度1200哈氏可磨指数54煤种类褐煤2、煤质分析报告中各数据的含义干基煤：以假想无水状态的煤为基准（Md）。收到基：已收到状态的煤为基准。干燥无灰基：以假想无水、无灰状态的煤为基准Mdaf。内水（空气干燥基水分）：以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准Mad。煤的内在水分是影响制浆的重要因素，内在水分越高成浆性能越差，制备的煤浆浓度越低，对气化时的有效气体含量、氧气消耗和煤耗都有较大影响。如表3-1所示，宝矿煤样的内在水分较高（8.50%）不利于制备高浓度水煤浆。发热量：分高位发热量和低位发热量，高位发热量是1Kg煤燃烧时包括水蒸气凝结热在内的热量。低位发热量不包括凝结热。水煤浆作为气化原料或燃料，其发热量至关重要，水煤浆热值与干煤发热量和煤浆浓度有关，热值越高，每千克煤产生的有效气量就越大，煤耗量就越低，试验用煤样的干基发热量为25.81MJ/kg。灰份：煤中不参加气化反应的部分。灰份虽然不直接参加气化反应，但却要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热，用于灰份的升温、熔化及转化。灰份越高，煤的发热量就越低，浆化特性也较差。据资料介绍，同样反应条件下，灰份含量每增加1%，氧耗约增加0.7%0.8%，煤耗约增加1.3%1.5%。挥发份：煤在隔绝空气情况下加热所放出的气体。 煤的挥发份含量越高，越利于气化反应，并增加煤气产率。但是挥发份太高的煤种容易自燃，给储煤带来一定麻烦。试验用煤样的干燥无灰基挥发份为47.91%，适于作为气化用煤。硫份：煤中含硫的质量百分含量。煤中硫组份除少量不可燃硫随渣排出外，大部分在气化反应中生成硫化氢和微量硫氧化碳，而这些会对设备和管道产生腐蚀，排放到空气中又会污染环境。因此，煤中硫份越低越好。从表3-1中可以看出，煤样的干基硫份为0.27%，属于低硫煤。灰熔融性：煤的灰熔点用4个温度来衡量：即煤灰的初始变形温度（DT）、软化温度（ST）、半球温度（HT）、流动温度（FT）。测定煤的灰熔融性的方法是将煤磨成粉后制成锥体后加热。变形温度（DT）：煤灰锥体尖端（或棱）开始弯曲或变圆似的温度。软化温度（ST）：煤灰锥体弯曲至尖端触及托板或变成球形似的温度。半球温度（HT）：煤灰锥体变形近似半球，即灰样高度约等于底长一半时的温度。流动温度（FT）：煤灰锥体熔化展开成高度小于1.5mm薄层时的温度。煤的灰熔点一般指流动温度。德士古炉采用液态排渣，如果灰熔融性温度大于1400，灰渣的黏度会很大。灰熔融性温度FT在1300左右为宜，过高或过低都不利于气化。试验用煤样的FT为1200，能满足液态排渣要求。3、原煤分析指标对水煤浆成浆性的影响煤质是影响水煤浆性能的重要因素之一，也是影响气化过程技术经济指标及能否顺利操作的关键。水煤浆气化的关键是煤浆浓度，一般水煤浆气化的煤浆浓度都在（6070）%（质量比）之间。那么，我们如何根据煤质分析报告判定煤的成浆性呢？以下指标对成浆性和煤浆浓度影响较大：1）哈氏可磨指数 煤的哈氏可磨指数直接反映磨矿的难易程度，直接影响煤的粒度分布、超细粒度所占百分比及平均粒度的大小。一般要求煤种的哈氏课磨指数在5060%以上，指数越高越容易粉碎，试验用煤样的哈氏可磨性指数较低为54，属于较难磨煤种。D=7.5 0.5Mad0.05HGI式中：D煤炭成浆性难易指标；Mad空气干燥基水分，%；HGI哈氏可磨性指数。D值越大，表明成浆性愈差。根据D值的大小可将煤炭的成浆性分成4个等级。如表3-2所示。表3-2指 标 D成浆性难易10很难根据煤样性质，可计算出该煤样成浆性指标D：D = 7.5 + 0.58.50-0.0554=9.05按照表3-2规定，可推断该煤为难制浆煤种。2）稳定性 是表示颗粒抗沉淀的能力。能维持不产生硬沉淀的性质。用析水率表示。3）添加剂 煤是疏水的，添加剂的主要作用是改变煤的表面亲水性，降低煤浆表面张力，使煤粒充分润湿和均匀分散在少量水中，降低水煤浆黏度，改善流动性。同时使煤粒在水中长期均匀分散。4）在煤种一定的前提下，粒度级配对煤浆浓度影响很大。所谓的粒度级配就是为了提高成浆浓度，必须提高煤粒在煤浆中的堆积效率（即在单位空间内如何使煤颗粒装的最多）。纯粹的细粒子并不能制成高浓度的水煤浆，必须将粗细粒子适当搭配，使体系具有足够宽的粒度分布和适宜的分布结构，造成溶液中不同粒子间的相互镶嵌才有利于制备高浓度煤浆。也就是该煤样的最佳粒度级配。5）水煤浆黏度是表示水煤浆流动性的一个特性指标。6）水煤浆黏度的触变性：水煤浆要求静止时黏度最大，即不沉淀；而流动时黏度最小，便于输送。所以水煤浆要有搅拌时黏度下降的特性，即剪切变稀效应（这就是煤浆槽上设搅拌器的原因）。4、水煤浆技术数据（浓度为53.4）（1）水煤浆粒度分布如下：表3-3 气化单元技术数据粒度分布（累积含量）/%2.4mm1.4mm0.42mm99.6%）Nm3/1000Nm3(CO+H2)474原料煤消耗kg/1000Nm3(CO+H2)709单炉有效气产量Nm3(CO+H2)/h385003.3.3气化原理浓度为53.4%的水煤浆与空分来的5.5MPa、纯度为99.6%纯氧经喷嘴充分混合后进行部分氧化反应。气化炉内的气化过程包括：干燥（水煤浆中的水气化）、热解以及由热解生成的碳与气化剂反应三个阶段。主要是碳与气化剂O2之间的反应。本装置采用清华大学达利科技术。气化原理是煤浆通过隔膜泵加压与高压氧气通过工艺烧嘴喷入气化炉，裂解产物在炉内与二次给氧二次反应，相对延长了反应时间，使有效气成分增加。反应大致可分为三个区域：（1）裂解区和挥发分燃烧区：当煤粒喷入炉内高温区域将被迅速加热，并释放出挥发物，挥发产物数量与煤粒大小，升温速度有关，裂解产生的挥发物迅速与氧气发生反应，因为这一区域的氧浓度高，所以挥发物的燃烧是完全的，同时产生大量的热量。（2）燃烧气化区：在这一区域内，脱去挥发物的煤焦，一方面与残余的氧反应(产物是CO和CO2的混合物)，另一方面煤焦与H2O(g)和CO2反应生成CO和H2，产物CO和H2又可在气相中与残余的氧反应，产生更多的热量。（3）气化区：燃烧物进入气化区后，发生下列反应：煤焦和CO2反应，煤焦和H2(g)的反应，甲烷转化反应和水煤浆转化反应，简单的综合反应如下： CnHm + n/2 O2 nCO + m/2 H2 CnHm + n H2O n CO +(n+m/2) H2 CH4C+2 H2 CnHm + (n+m/4 )O2 n CO2 + m/2 H2O C + CO2 2CO CH4 + H2O CO + 3 H2 CO + H2O CO2 + H2上述反应产物主要为CO+ H2 (一般在74以上)和少量的H2O(g)及CO2、H2S等。以上反应因煤浆浓度不同气体成份也不相同，在相同的反应条件下煤浆浓度越高，一氧化碳加氢的浓度越高。其主要原因是因为水煤浆中的水在气化反应过程要消耗大量的热，这部分热量要靠煤完全燃烧来维持，所以二氧化碳浓度相对要高。一般 CO + CO2 = 66%。3.3.4生产工艺流程叙述原煤来自界区外，粒度，由煤斗经磨煤称重给料机称重（47.1139t/h)的煤，进入磨煤机。水来自水槽，经水泵加压进入磨煤机。添加剂经添加剂地下槽搅拌均匀，进入添加剂槽，经泵加压进入磨煤机，在磨煤机内研磨制浆。水煤浆浓度为53.4%，经过滤筛过滤去大颗粒，进入磨煤机出料槽。（69.7t/h水煤浆）。(1) 水煤浆（浓度53.4%）进入磨煤机出料槽，经低压煤浆泵加压进入煤浆储槽，经高压煤浆泵加压，经过煤浆入炉切断阀，进入气化炉喷嘴。煤浆入气化炉喷嘴切断阀前有一开停车回流线，在气化炉开停车时，煤浆在系统循环。(2)来自空分单元的氧气，纯度99.6%，压力5.5MPa，一部分进气化炉主烧嘴，另一部分进两侧副烧嘴（二次给氧烧嘴）。在主工艺烧嘴内，氧气通过中心管和环隙给氧与煤浆充分混合，达到雾化目的。喷入气化炉燃烧室，在气化炉内，水煤浆经历了四个过程：水煤浆的雾化受热水分蒸发脱挥发份燃烧和气化具体反应机理如下： 气化压力4.0Mpa，离开气化炉的粗煤气与未反应的煤渣一起向下经过激冷室和激冷室下降管，进入激冷室水浴中，粗煤气在激冷室内除尘，降温，增湿。从激冷室出来的煤气，经喷射器汽水混合，进一步增湿去洗涤塔中下部，在洗涤塔内与塔上喷淋下来的水经过填料层达到充分洗涤的目的。出来的 ， 210， 含尘小于1mg/m3。为了防止激冷室去洗涤塔的管路堵塞，设有冲洗管线。事故状态或开停车过程放空去火炬燃烧。(3)煤浆中未反应的煤渣在激冷室内得到固化，大部分的大颗粒被冷却后沉入气化炉底部的碎渣机，流入锁斗，被定期的排入渣池。另一部分较小颗粒的细灰随灰水从激冷室排出，进入高压闪蒸罐，还有一小部分细灰随煤气带入洗涤塔。 (4)喷嘴冷却水来自喷嘴冷却水贮槽，经泵加压，经由喷嘴水冷却器冷却降温进入喷嘴盘管，对喷嘴降温保护，然后去汽水分离器，回到烧嘴冷却水贮槽，循环使用。烧嘴冷却水系统设有事故贮槽，即当烧嘴冷却水贮槽断水或泵故障时，打开事故贮槽出水阀，让水倒流回气液分离罐，来保护喷嘴。(5)在洗涤塔下部出来的灰水经泵加压，一部分去气化炉激冷室做洗涤水，另一部分去文丘里洗涤器为煤气增湿。洗涤塔的冲洗水分两部分：一部分由外来凝液提供，另一部分来自除氧器。由激冷室下部出来的含固量较高的灰水与洗涤塔底部出来的含固量较大的灰水混合后进入高压闪蒸罐，在高压闪蒸罐内上部闪蒸出0.6MPa低压蒸汽量为10t/h，闪蒸蒸汽一部分去脱氧塔作为气提蒸汽，另一部分送出界区，同时灰水在闪蒸罐内得到浓缩。(6)从高压闪蒸罐出来的灰水与从渣池出来的灰水进入真空闪蒸罐，经真空闪蒸罐闪蒸，灰水中溶解的酸性气提（CO，CO2，H2S等）被解吸出来，真空闪蒸罐出来的夹带蒸汽的解吸气，从真空闪蒸罐上部出来进入冷凝器，经循环水冷凝，将解吸气中的蒸汽冷凝下来。进入真空闪蒸分离器分离掉水份，气体经真空闪蒸泵抽至真空闪蒸分离罐进一步分离水分。浓缩的黑水经过真空泵底部进入沉降槽，在沉降槽内固体颗粒在重力作用下沉降分离，为了加快固体颗粒的沉降，需要加入絮凝剂（阳离子絮凝剂，阴离子絮凝剂）。沉降槽底部灰水经沉降槽底部泵送入到真空带式过滤机，滤饼送出界区，滤液经滤液池泵送至滤液池，滤液池中的水与真空闪蒸分离器和真空气液分离器底部的灰水一起送入到灰水槽。(7)新鲜水来自界区外进入除氧器上部，与来自闪蒸罐的蒸汽进行气液充分接触换热，达到除氧的目的，除氧水进入除氧水槽，用高压灰水泵分别送入洗涤塔中部和锁斗。3.3.5气化炉操作条件简介德士古气化炉的主要操作条件包括煤浆浓度(质量分数)、气化温度、气化压力、气化时间和氧碳比。1、煤浆浓度：煤浆的输送与表观黏度和结构黏度有关，因为煤浆泵的启动对煤浆的临界黏度有一定要求。一般水煤浆黏度控制在1Pas左右。黏度随添加剂的增加而降低并趋于最低值。煤浆的流变性能与煤种、煤粉的细度、含固量、添加剂种类及浓度等参数有关，煤浆浓度越高，黏度越大。煤粒度越细，煤浆浓度愈高，碳转化率或气化效率愈高，但是也会引起煤浆黏度剧增，给气化炉加料带来困难，因此不同的煤种都有一个最佳的粒度和浓度。2、气化温度和气化压力气化温度和压力对于气化过程的影响是很显著的。为了提高气化温度和气化效率，缩短反应时间，德士古炉的气化温度比较高，并且采取液态排渣。气化的操作温度一般根据煤的灰融点而定，操作温度必须大于煤的灰熔点，但是同时又须考虑炉壁耐火材料的耐高温性和使用寿命。因此，一般在13501500之间。当灰熔点高于1500时，就要添加助溶剂，使其灰熔点降低到1500以下。我们采用的煤流动温度1200，气化温度规定为1240。气化炉的生产能力与是成正比的。升高压力，有利于提高气化炉的单炉生产能力，一般在10MPa以下。气化压力越高占地面积越小，设备体积越小。消耗越低。但一次性投资越大。3、气化时间 煤气化所需的时间比油气化长，一般为油气化的1.52倍。煤浆在德士古炉内的气化时间一般为310s之间，它取决于煤的颗粒度、活性以及气化温度和压力。4、氧碳比氧碳比是指气化过程中氧耗量与煤中碳消耗量的比值。它与煤的性质、煤浆浓度、煤浆粒度分布有关，其值一般在0.90.95之间。显然，氧碳比愈高氧消耗量就愈大，这将影响经济指标。5、氧气与气化炉压力之比水煤浆经烧嘴进入气化炉的速度要求达到120m/s，所以要求入烧嘴前的氧气压力大于气化炉压力的1.21.4倍。气化压力在4.0MPa则氧气压力要在4.9MPa以上。3.3.6气化常用计算1、气化消耗指标说明(1)、水煤浆浓度W%：煤的干基质量百分数53.4%。煤浆浓度直接影响有效气成份、煤耗、氧耗。而影响煤浆浓度的因素在煤种已经定了的前提下，粒度是影响煤浆浓度的主要因素，煤颗粒越细煤浆浓度越高，黏度越大。所以要在保证煤浆输送的前提下，找出一个最高成浆浓度。当煤浆浓度提高1%有效气增加不到2%。氧气量降低接近2%。(2)、碳转化率： (3)、比氧耗：生产1000Nm3(CO+H2)消耗的氧气；(4)、比煤耗：生产1000Nm3(CO+H2)消耗的煤；(5)、产气率：Nm3（干气）/Kg（干煤）1.034；(6)、冷煤气效率：原料的化学潜热转化为有效气的化学潜热的百分比；(7)、气化强度；(8)、气化出口气体含尘小于1mg/m3(9)、气体出口水汽比1.4（干基）。2、 气化消耗指标计算煤浆中水的来源：原煤带进来的水 47.10.21=9.87 t/h 添加剂 0.47 t/h 加入水 69.70.466-9.87-0.47=22.14 t/h生成的CO和H2的量：双炉有效气55000Nm3/h，则平均到单个炉为27500Nm3/h。单炉总煤气量氧气消耗量：比氧耗 煤消耗量：比煤耗 碳转化率=气化炉排渣量：煤消耗量（干基）37.22t/h 灰份（空气干燥基）9.04%37.22t/h9.04%=3.36t/hC的转化率 96% 37.22（1-96%）=1.488t/h排渣量 3.36+1.48=4.84t/h (细渣占10%，细灰在激冷室底部占1%左右）第四节 水煤浆气化工艺流程及主要设备介绍3.4.1水煤浆气化工艺流程简介1、水煤浆气化工艺过程包括水煤浆制备、水煤浆加压气化和灰水处理三部分。水煤浆的制备一般采用湿法棒磨或球磨，气化流程可选择激冷式或废锅式流程，灰水处理一般采用高压闪蒸、真空闪蒸、灰水沉淀配细灰压滤的流程。下面着重介绍德士古水煤浆气化的激冷流程。1)流程说明从煤输送系统送来原料煤，经过称重后加入磨机，在磨机中与定量的水和添加剂混合制成一定浓度的煤浆。煤浆经滚筒筛筛去大颗粒后流入磨机出口槽，然后用低压煤浆泵送入煤浆槽，再经高压煤浆泵送入气化喷嘴。通过喷嘴煤浆与空分装置送来的氧气一起混合雾化喷入气化炉，在燃烧室中发生气化反应。图3-2 德士古气化激冷流程示意图气化炉燃烧室排出的高温气体和熔渣经激冷环被水激冷后，沿下降管导入激冷室进行水浴，熔渣迅速固化，粗煤气被水饱和。出气化炉的粗煤气再经文丘里喷射器和炭黑洗涤塔用水进一步润湿洗涤，除去残余的飞灰。根据需要，将所产粗煤气经变换制氢或做它用。生成的灰渣留在水中，绝大部分迅速沉淀并通过锁渣罐系统定期排出界外。激冷室和炭黑洗涤塔排出黑水中的细灰(包括未转换的炭黑)通过灰水处理系统经沉降槽沉降除去，澄清的灰水返回工艺系统循环使用。为了保证系统水中的离子平衡，抽出小部分水送入生化处理装置处理排放。为保护气化喷嘴头部，设置有专用循环冷却水系统。2)主要特点及适应性 气化炉燃烧室和激冷室连为一体，设备结构紧凑，粗煤气和熔渣所携带的显热直接被激冷水汽化所回收，同时熔渣被固化分离。这种工艺配置简单，便于操作管理，含有饱和水蒸气的粗煤气刚好满足下游一氧化碳变换反应的需要。 激冷流程特别适合于诸如生产合成氨或其他产品生产需要纯氢的情形;也适宜用于城市煤气的情形，但需将洗涤后的粗煤气进行部分变换及甲烷化，以减少一氧化碳含量并提高煤气热值。3.4.2主要设备介绍 (1)磨煤机湿法制浆采用比较多的是球磨机和棒磨机，磨机筒体内衬有耐磨钢衬，研磨体一般采用不同尺寸的耐磨钢棒或钢球。为了补充磨损量需定期向磨机内加入新的研磨体，以保证煤粒细度和煤浆浓度。图3-3 三流道喷嘴示意图 这两种磨机都可制出适合于气化的合格煤浆，但棒磨机更适合于可磨指数高的年轻烟煤，而球磨机适合于所有煤种，特别是无烟煤、贫煤等;球磨机制出的煤浆粒度较棒磨机的粒度细;棒磨机功率消耗要比球磨机的省1/3左右。 磨机出口设有滚筒筛，用以分离煤浆中的超尺寸粒子，但当煤浆中固体含量过高时，粘稠的煤浆也会经滚筒筛溢出磨机。图3-4 激冷式气化炉结构示意图 (2)煤浆泵:在水煤浆气化开发初期，大多采用螺杆泵和普通柱塞泵来供应煤浆，因其使用效果不好，逐渐被正位移计量柱塞隔膜泵所替代，有效地解决了煤浆对传动机构润滑密封的污染问题。(3)喷嘴(参见图3-3 )水煤浆气化一般采用三流式喷嘴，中心管和外环隙走氧气，中层环隙走煤浆。设置中心管氧气的目的是为了保证煤浆和氧气的充分混合，中心氧量一般占总量的10%一25%。喷嘴必须具有如下特点：要有良好的雾化及混合效果，以获得较高的碳转化率;要有良好的喷射角度和火焰长度，以防损坏耐火砖;要具有一定的操作弹性，以满足气化炉负荷变化的需要;要具有较长的使用寿命，以保证气化运行的连续性。 气化炉操作条件比较恶劣，固体冲刷、含硫气体腐蚀，再加上高温环境和热辐射，水煤浆喷嘴头部容易出现磨损和龟裂，使用寿命平均只有6090天左右，需要定期倒炉以对喷嘴进行检查维护。喷嘴要求采用耐磨性好的硬质材质，同时要求具有抗氧化/硫化和耐高温的特性。目前喷嘴的内管、中管、外管材料大多采用含镍高的Inconel 600合金，头部材料则采用含钴高的UMCO 50或Haynes 188等镍基合金。(4)图3-4激冷式气化炉 气化炉是高温气化反应发生的场所，是气化的核心设备之一。其燃烧室为内衬耐火材料的立式压力容器，耐火材料用以保护气化炉壳体免受反应高温的作用。壳体外部还设有炉壁温度监测系统，以监测生产中可能出现的局部热点。 气化炉工艺上要求满足生产需要，结构上为保证燃烧反应的顺利进行必须与喷嘴匹配得当、为保证必要的反应停留时间和合理的流场分布必须具有合适的炉膛高径比。 随着工艺要求的不同，气化炉燃烧室可直接与激冷室相连，也可与辐射废锅相连。在激冷流程中，燃烧室与激冷室一般连为一体，高温气体和熔渣经激冷环和下降管进入激冷室的水浴中(见图 )。激冷环位于燃烧室