航天炉.doc

HT-L煤气化工艺是航天十一所借鉴荷兰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。现将该工艺在煤化工项目中的应用介绍如下：一、 工艺介绍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。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。二、 技术特点 1、原料的适应性 据设计方介绍，该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。龙宇生产用过两种煤，神木炭厂和永煤新桥，工况稳定，有效气含量基本能够达到设计要求，但由于神木炭厂的煤灰分含量低（10%），挂渣情况不是太好，炉膛上部还可以，下部基本挂不上渣。永煤新桥煤运行时间较短，还不能完全反应其结渣性。附神木炭厂和永煤新桥的煤质分析： 内水 硫份 灰分 挥发份 固定碳神木炭厂 5.72 0.83 8.73 35.88 50.37新桥矿 1.47 0.84 22.56 8.84 67.13 2、单系列能力现设计单台气化炉生产能力为有效气体（CO+H2）4.2万NM3/H，可生产甲醇15-20万吨/年，正在研发年产甲醇35万吨的配套气化技术和设备。 3、设计碳转化率高，达到98%，渣中残碳控制在1-2%，实际残碳含量：2.74%，3.98%，1.59%；设计有效气含量90%，其中CO70%，H220%，实际见下面合成气分析：合成气 氧气 氮气 一氧化碳 氢气 二氧化碳神木炭厂 0.01 6.12 52.57 27.0 14.3新桥矿 0.02 2.53 54.92 27.13 15.4注:煤粉输送介质为二氧化碳，负荷为60% 4、热效率 总的热效率为95-96%，实际冷煤气效率为80-83%，蒸汽产量只有3T/H，大部分的热量都由粗煤气及熔渣带入激冷水中，造成热量损失。 5、氧耗设计生产每千方有效气耗氧330-360Nm3，实际生产中用新桥矿煤，60%的负荷时产的有效气及耗氧数据进行计算，每千方有效气耗氧为382.45 Nm3。 6、煤耗 原设计用固定碳为74%的鹤壁煤作为原料煤，煤耗为600Kg/KNm3有效气，实际生产中用新桥矿煤，60%的负荷时产的有效气及煤、氧数据进行计算，每千方有效气耗煤为693 Kg。 7、污水排放设计每小时有9.76吨污水排放到水处理装置，实际运行中最高排放量达到20吨/小时，但平均排放量小于10吨每小时，基本达到了设计要求。 8、气化炉水冷壁 气化炉水冷壁采用盘管式，水管内径为DN40，保证水流量分配均匀，不会堵管使水流量过低造成爆管。但阻力较大，换热效果差。三、关键设备及仪表1、磨煤机磨煤机采用沈重的G168型，运行效果较好，70%以下负荷磨辊加压到6.5MPa,70%以上负荷加压到7.5 MPa；磨出的煤粉80%以上小于90um，其中40um的占3-27%，一般在10%左右。售后服务较差。2、烧嘴HT-L气化炉的烧嘴是航天十一所自己制造，与德国GSP气化烧嘴相似，只是煤粉喷入的方向有一些改变。采用点火烧嘴、开工烧嘴、煤烧嘴一体，点火烧嘴在中心，使用0.2 MPa的天然气，开工烧嘴采用天然气压缩机出口的1.7 MPa的天然气，炉膛升压到1.0 MPa后，三条煤粉管线同时投煤（由于氧管线只有一条，氧煤比按总量控制），投煤后，开工点火烧嘴退出。设计方说，烧嘴一般损坏的都是烧嘴头，烧嘴头需半年到一年更换一次（价格说不清）。试车三个月来，已更换三个烧嘴，说是烧嘴本身没有问题，只是为了试验减少烧嘴阻力。3、HT-L气化炉气化炉采用顶烧式，只要保证烧嘴压差，一般不会烧坏烧嘴。水冷壁采用盘管式，循环水分配环管相对均匀引出DN40的四根水管，四根水管平行环绕而成水冷壁，管与管之间有挂钉和翅片，挂砌耐火材料，炉膛共有八组测温点，测温元件镶嵌在耐火材料表面，测温数据显示可达1200，但设计方要求不要超过1000度，如超过1000度表明挂渣不好或炉膛超温。介绍说，安徽临泉航天炉测温点显示1800，水冷壁很快烧坏了。炉体下部采用TEXACO的激冷工艺，起到洗涤和冷却作用。4、捞渣机捞渣机采用青岛四洲的，由于运行时间短，负荷低，而且原料煤中灰分低，本体没有出现什么问题，但渣水泵打量不够，造成渣水溢流，准备更换为石家庄某厂的渣水泵（原为上海凯泉泵）。5、煤粉质量流量计煤粉质量流量计采用德国的SWR型，微波测量，不是速度计、密度计分开检测再在PLC中计算，而是速度计及密度计一体，直接输出数据，数据采集稳定，但较实际偏低。原订的美国热电产品未使用。6、煤粉调节阀 煤粉调节阀用的是德国的SUFU，跟我厂一样，但已出现一次由于堵杂物损坏阀杆的事情。7、煤粉三通阀煤粉三通阀是北京航天十一所的产品，动作较慢，一般大于15秒，我厂采用丹麦的，动作时间在10秒左右。8、气化炉产蒸汽流量表指示不准，龙宇操作工无蒸汽产量控制氧煤比操作经验，参考炉膛温度变化趋势及合成气组分。四、问题1、螺旋输送机运行不稳定，经常出现堵料、螺杆断等问题，准备更换为南京的。2、三条煤粉循环管线跳一条，就要停炉，以免造成偏烧损坏水冷壁、烧嘴，这对长周期运行造成很大困难，必须保证煤粉的清洁，不造成煤粉阀的堵塞。曾出现过V1204的电容式料位计断，堵塞煤粉阀，造成停车。3、由于蒸汽产量较少，流量测量不准，使用二氧化碳输送煤粉时，没有可以参考的参数调节氧煤比，操作盲目。4、灰水经过两次闪蒸后温度降至70-80，经沉降后打到真空抽滤机，水温较高，容易造成滤布变形跑偏或打折损坏滤布。5、由于蒸汽产量较少，外蒸汽管网压力低，造成气化负荷目前没有作更高的尝试。6、煤粉质量流量表单位为吨/小时，造成氧煤比串级控制时波动太大，现氧煤比控制为手动。五、推广与应用分析 1、HT-L煤气化工艺是适合我国国情的由航天十一所自主研发的一种煤粉加压气化技术，虽然没有中试装置，但各个单元的技术都有成熟的设计基础和丰富的运行经验，直接实现了工业化生产，没有设计缺陷和运行瓶颈。 2、投资少。河南龙宇15万吨甲醇项目总投资6.4亿元，其中气化装置投资3.1亿元，比同规模SHELL工艺投资要少三分之一。结构简单，操作方便。 3、国产化率高。HT-L煤气化装置许多设备如：粉煤锁斗阀、破渣机、烧嘴、气化炉、煤粉循环三通阀、渣水循环泵、激冷水泵、锅炉水循环泵、热风炉等都是由北京航天十一所设计、制造或委托制造的，设备运行平稳、操作维护方便，也带动了相关产业的发展，对于促进我国经济技术的发展有重大意义。4、HT-L煤气化工艺虽然热效率低，热量损失大，但在以后的运行和设计中可以进行技改，增加废热利用装置，降低能耗。综上所述，HT-L煤气化工艺经济可靠，值得推广和应用主要内容工艺流程项目的经济性分析国内煤气化技术的发展现状主要技术参数指标关键设备结构及应用HT-L粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性干煤粉进料：20 90微米煤粉颗粒惰性气体输送：氮气或二氧化碳高压气化炉：2.04.0MPaA优点：干煤粉进料气化效率高严格控制进料煤粉的水含量。与湿法比较，1Kg水煤浆可以减少蒸发0.35Kg水，节约2600KJ的能量，折算标煤0.113Kg（5500Kcal/Kg），占进煤量的17 。粉煤气化比水煤浆气化：冷煤气效率提高10，氧耗量降低15 25 。有效气产量提高6。先进成熟的干煤粉密相输送技术悬浮速度7 10m/s，固气比480Kg/m3，载气量少。强化燃烧，提高了单位体积的产气率，气化强度高在同样生产能力下，与常压炉相比，设备尺寸最小，结构紧凑，占地面积小，燃烧效率提高。气化炉膛允许操作温度：1400 1900优点：煤种适应性范围广煤的灰熔点可选范围宽（1250 1650），气化原料可选范围广；碳转化率高、粗合成气品质好，CH4含量低碳转化率设计值99.5%，出口合成气有效气体(CO+H2)体积90%，CH4体积130PPm。提高反应速率，可缩短反应停留时间高温、高压提高反应速率。与水煤浆气化工艺比，更容易达到平衡状态。平均炉内停留时间10S。干煤粉纯氧燃烧，提高火焰中心温度，火焰短燃烧器火焰的中心温度：18002150。单烧嘴顶烧组合燃烧器优点：燃烧火焰、炉内物料流场与炉膛结构有较好的符合炉内煤粉热解区、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。反应停留时间满足气化要求燃烧负荷调节范围大负荷调节范围：60%120 %燃烧器结构设计合理、具有良好的燃烧性能中心氧与旋流煤粉混合充分，煤粉反应完全；火焰形状、稳定性好；安装、调试、维护方便集高能电点火装置、液化气(柴油）点火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘管，拆装维护方便。精良的加工制造工艺关键材料采用进口材料或同类特制国产材料，焊接和组装工艺严格按规范执行，整体热处理消除热应力。烧嘴的设计寿命大大延长水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。设计寿命20年，烧嘴头部局部维护时间6月一次。密闭式盘管水冷壁辐射室结构，设计寿命20年优点：水流量分布均匀“四进四出”结构可以保证管程流阻分布均匀。控制盘管内水汽化率，调节炉内热平衡水汽化率6.5%，蒸汽产量22000Kg/H（满负荷）。盘管焊接接头少单根直管可达12m。盘管轴向热膨胀量较小盘管热应力分析表明，径向热膨胀量6mm。多组冷却水盘管便于维护和更换烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和更换制造加工工艺成熟专用盘管热弯、焊接、组装、检验生产线。“自我修复式”耐火材料结构，维护量少优点：“自我修复式”耐火材料结构，提高材料的使用寿命水冷壁外可以形成稳定的固渣层35mm，“以渣抗渣”，抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损水冷壁降低耐火材料的蚀损率保证SiC材料的使用温度1400，保证高温强度不降低耐火材料的组合结构，降低炉膛散热损失炉内向外依次有液渣、固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高铝不定型耐火材料、外保温层，散热损失小耐火材料的选材具有低的气孔率、较高的高温强度、较好的热稳定性不定型耐火材料最大粒径小于4mm，高温耐压强度85N/mm2，永久热变形0 .73%，有效的不定型结构设计耐火材料的施工、养护、维护和更换方便，价格低急冷、水浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性好优点：技术方案成熟可靠Texaco工艺成熟结构，理论分析和模拟计算结果与实际情况符合很好。对急冷环有成熟的工程业绩和分析数据对急冷环结构有长期的研究，形成独有的急冷环技术。合成气急冷效果明显降低合成气流速、保持液膜厚度有助于急冷。除渣、除灰效果明显水浴比喷淋、气体降温更有利于合成气中固相的除去合成气中增加的饱和水可直接用于变换工序燃烧效率高、环保性能好优点：冷煤气效率、热效率都高于湿法工艺控制煤粉进料水含量降低能量消耗，冷煤气效率比湿法提高10，热效率提高6高温煤气化，C转化率高于湿法工艺C转化率99.5%，比湿法工艺提高1%，降低固渣排放纯氧燃烧，比常压炉降低空气排烟损失额定工况热效率不小于95%盘管冷却水副产中压蒸汽回收炉内燃烧热量35%控制N2进炉量，可以降低NOx的排放固气比达12:1，载气量较少废水有害成分极少，生化处理后可直接排放；固渣捕集完全，可用做建筑材料或深埋，对环境无其他污染。连续运行时间长、生产调幅能力强优点：采用成熟的工艺路线充分吸收现有煤化工工艺及粉煤锅炉成熟技术，生产工艺流程容易打通，降低投资风险和研制周期；关键设备有大量的工程业绩和专业制造厂家Texaco 炉、燃烧器、水冷壁等都已国产化和在其他类似的工业产品中使用，产品的质量可以保证粉煤燃烧器的使用周期长烧嘴头部的冷却条件比Texaco 炉好，冷却盘管降低烧嘴头部的局部温度，可以延长材料的使用寿命粉煤燃烧器更换维护方便炉膛操作比Shell 炉方便单烧嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多烧嘴优越水冷壁提高耐火材料的使用寿命，更换维护简便采用HT-L粉煤气化工艺的技术优势高温煤气化，高效节能。碳转化率高( 99% ) ，冷煤气效率高( 82% )，有效气体成分( 90% )煤种的适用范围广，燃料可以多元化，煤种可以本地化；控制系统自动化程度高，有完善的安保联锁系统环保性能好，排放的污染物少；具有自主知识产权，工艺成熟可靠，主要设备完全国产化；HT-L粉煤