气化炉型-航天炉.ppt

,气化炉型航天炉,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,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。,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。,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14001600的合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210220，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1010-6的粗合成气。,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。,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。,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。,四、关键设备,气化压力：4MPa气化温度：14001700设计炉型能力：42000Nm3/h（CO+H2）单炉能力：2000075000Nm3/h（CO+H2）炉体材料：15CrMoR+316L水冷盘管材料：15CrMo,HTL粉煤气化炉,关键设备,气化烧嘴,关键设备,破渣机,关键设备,热风炉（惰性气体发生器）,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,关键设备,激冷水循环泵,锁斗循环泵,关键设备,立式高速泵,关键设备,卧式高速泵,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。,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。,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。,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：8000011000Nm3/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）。,煤种分析项目数据范围总水（AR；%）4.530.7灰分（%；MF）5.735.0含氧（%；MF）5.316.3总硫（%；MF）0.35.2总氯（%；MF）0.010.41Na2O（%；onAsh）0.13.1K2O(%;onAsh)0.13.3CaO(%;onAsh)1.223.7Fe2O3(onAsh)5.927.8SiO2(%;onAsh)24.958.9AL2O3(%;onAsh)9.532.6高热值（MJ/kg;MF）22.833.1,1、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。,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。,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。,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。,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3660项目分两期建设，一期1830装置已于2013年建成投产。,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