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航天炉HT-L煤气化工艺综述

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-06-02  来源:气体分离  作者:bingqi  浏览次数:1546
核心提示:航天炉的主要特点是具有较高的热效率(可达95%)和碳转化率(可达99%);气化炉为水冷壁结构,能承受1500-1700℃的高温;对煤种
   航天炉的主要特点是具有较高的热效率(可达95%)和碳转化率(可达99%);气化炉为水冷壁结构,能承受1500-1700℃的高温;对煤种要求低,可实现原料的本地化;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。
   HT-L粉煤气化煤质要求: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。

一、航天炉煤气化工艺简介
   主要技术路线:干煤粉作原料,采用激冷流程,主要特点是技术先进,具有的热效率(可达95%) ,碳转化率高(可达99%);气化炉为水冷壁结构结构,气化温度能到1500-1700℃;对煤种要求低,可实现原料本地化;具有自主知识产权,专利费用低;关键设备全部国产化,投资少。
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二、工艺流程
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三、关键设备

   (1)、HT-L粉煤气化炉
   气化压力:4MPa,气化温度:1500—1700℃,设计炉型能力:57070Nm3/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。
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(2)、关键设备气化喷嘴

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(3
)关键设备-破渣机

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(4
)关键设备-热风炉(惰性气体发生器)

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(5
)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)

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(6
)关键设备(激冷水循环泵)

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锁斗循环泵

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(7
)关键设备(立式高速泵)

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卧式高速泵

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四、对煤质的要求及用煤的处理

   HT–L煤气化工艺的原料是干煤粉,用高压氮气或加压CO2输送入气化炉,对煤种的适用范围宽,能够以当地煤种为原料,而且碳转化率超过99%。该工艺过程对煤的特性,例如煤的粒度、粘结性、含水量、含硫量、含氧量及灰分含量均不敏感,但对于灰熔点较高的煤如灰熔点>1400℃须加入助熔剂(石灰石),改变溶渣性能。



五、
HT-L煤气化技术典型粗煤气成分(氮气输送)


   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,来源于机械采煤的水,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。
   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。
   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溶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SiO2AL2O3CaO、MgO、TiO2Na2OK2O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、合成氨(甲醇)装置的消耗定额和消耗量



七、气化装置关键技术指标



八、
HT–LShellTexaco三种气化指标比较



九、鲁奇炉

   鲁奇炉也是国际上应用较多的一种煤气化炉。它是由德国鲁奇煤和石油技术公司在1926年开发的一种加压移动床煤气化设备。特点是煤和气化剂(蒸汽和氧气)在炉中逆流接触,煤在炉中停留时间1~3h,压力2.0~3.0MPa。适宜于气化活性较高,块度3~30mm的褐煤、弱粘结性煤等。
   鲁奇煤气化炉为立式圆筒形结构,炉体由耐热钢板制成,有水夹套副产蒸汽。煤自上而下移动先后经历干燥、干馏、气化、部分氧化和燃烧等几个区域,最后变成灰渣由转动炉栅排入灰斗,再减至常压排出。气化剂则由下而上通过煤床,在部分氧化和燃烧区与该区的煤层反应放热,达到最高温度点并将热量提供气化、干馏和干燥用。粗煤气最后从炉顶引出炉外。煤层最高温度点必须控制在煤的灰熔点以下。煤的灰熔点的高低决定了气化剂H2O/O2比例的大小。高温区的气体含有二氧化碳、一氧化碳和蒸汽,进入气化区进行吸热气化反应,再进入干馏区,最后通过干燥区出炉。粗煤气出炉温度一般在250~500℃之间。
   鲁奇炉由于出炉气带有大量水分和煤焦油、苯和酚等,冷凝和洗涤下来的污水处理系统比较复杂。生成气的组成(体积%)约为:氢37~39、一氧化碳17~18、二氧化碳32、甲烷8~10,经加工处理可用作城市煤气及合成气。鲁奇炉是采用加压气化技术的一种炉型,气化强度高。目前共有近200多台工业装置,用于生产合成气的只有中国的9台。鲁奇炉现已发展到Mark IV型,炉径为4.1m,每台产气量可达60000m3/h,已应用于美国、中国和南非。
   正在开发的鲁奇新炉型有:MK ,操作压力6MPa,5m直径,17m高;鲁奇-鲁尔-100型煤气化炉,操作压力为9MPa,两段出气;英国煤气公司和鲁奇公司共同开发的BGL炉,采用熔融排渣技术,降低蒸汽用量,提高气化强度并可将生成气中的焦油、苯、酚和煤粉等喷入炉中回炉气化。
十、航天炉业绩
   目前航天粉煤加压气化技术共应用于36个项目,已经投入运行的有19个项目,29台气化炉在运行。
   航天粉煤气化装置部分运行数据表



十一、结束语

   圣人有云天下成功之事,皆用人一端耳,用对人则事成,用错人则事败。须知才优先,德束之,将众攻坚,无往而不胜也。是故人才难得,当谨慎辨识之。
   市场法则是汰弱留强,科技创新和研究的大力发展将推动伟大祖国登上并步入科技发达、经济繁荣、军力强盛的全球超级大国行列。正是由于科技快速发展原因,使得美国成为二战赢家,同时也使其科技、军力、经济跃居世界首位,并长期独占鳌头。我国企业要想在当前工业国际化当中有一席之位,必须要大力发展科学技术、大力提高科技研发在生产当中的比例,进一步加大对科技人员的重视力度。在企业管理当中弘扬真善美、抵制假恶丑;加强构建契约精神(自由平等)、良心法则(等价交换)和诚信态度(实事求是)的高层次商业化价值观,为全球工业的崛起和科学技术的进步作出贡献。
   壳牌炉、德士古和鲁奇炉是全球具有代表性的三大煤气化炉,在世界范围内有着广泛的应用,工艺及应用上各自有各自适合的煤质及装置特点。近些年我国煤气化技术开始国产化,自主研发的航天炉已经能与世界领先煤气化技术同台竞技,HT-L粉煤加压气化技术可利用本地煤种作为生产合成气的原料,降低生产成本,提高经济效益。该技术的出发点是在利用本地煤为原料,通过气化岛(气化和空分)生产粗合成气,再配套后续的变换、净化等粗煤气后处理装置产生用于生产合成氨或甲醇的合成气。


 
 
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