氣化爐型航天爐

1、氣化爐型氣化爐型航天爐航天爐 一、簡介一、簡介 二、工藝介紹二、工藝介紹 三、關(guān)鍵設(shè)備三、關(guān)鍵設(shè)備 四、特點四、特點 五、技術(shù)參數(shù)五、技術(shù)參數(shù) 六、現(xiàn)狀六、現(xiàn)狀 七、風(fēng)險七、風(fēng)險 目目 錄錄一、簡介長期以來，國內(nèi)缺乏自主的粉煤加壓氣化技術(shù)，國內(nèi)煤化工不能大規(guī)模地發(fā)展引進國外技術(shù)選用德士古煤氣化技術(shù)，無法實現(xiàn)原料煤的本地化；選用殼牌煤氣化技術(shù)的投資又太大。所以，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效、潔凈、煤種適應(yīng)性廣的國內(nèi)煤氣化技術(shù)，一直是業(yè)界的夢想。 航天爐又名HT-L煤粉加壓氣化爐 ，是借鑒荷蘭SHELL、德國GSP、美國TEXACO煤氣化工藝中先進技術(shù)，配置自己研發(fā)的盤管式水冷壁氣化爐而形成的一套結(jié)

2、構(gòu)簡單、有效實用的煤氣化工藝。 氣化爐的核心部件是氣化爐燃燒噴嘴，該噴嘴必須具有超強的耐高溫特性，這個特性要實現(xiàn)起來難度較大。而與此類似，火箭上天時噴嘴所經(jīng)受的溫度也很高，而且比氣化爐燃燒噴嘴要經(jīng)受的溫度高得多。如果把航天技術(shù)“嫁接”到煤化工產(chǎn)業(yè)，那就有點像殺雞用上宰牛刀，技術(shù)難度上是沒有問題的。 航天長征化學(xué)工程股份有限公司（簡稱“ 航天工程公司”）前身為北京航天萬源煤化工工程技術(shù)有限公司，主營業(yè)務(wù)是以航天粉煤加壓氣化技術(shù)為核心，專業(yè)從事煤氣化技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)、工程設(shè)計、技術(shù)服務(wù)、設(shè)備成套供應(yīng)及工程總承包。航天工程公司目前擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的航天（HT-L）粉煤加壓氣化技術(shù)，該技術(shù)可廣泛應(yīng)

3、用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制天然氣、煤制油、煤制氫、IGCC發(fā)電等領(lǐng)域。二、工藝介紹 HT-L粉煤氣化技術(shù)工藝原理為原料煤經(jīng)過磨煤、干燥后，用N2進行加壓輸送，將粉煤輸送到氣化爐燒嘴。干煤粉（80）、純氧氣（200）、過熱蒸汽（420）一同進入氣化爐氣化室，瞬間發(fā)生升溫、揮發(fā)分裂解、燃燒及氧化還原等物理和化學(xué)過程。生成的14001600的合成氣經(jīng)過冷卻后，出氣化爐的溫度為210220，再經(jīng)過文丘里洗滌器增濕、洗滌，和洗滌塔進一步降溫、洗滌，產(chǎn)出溫度約為204、粉塵含量小于1010-6的粗合成氣。 HT-L粉煤氣化爐為航天粉煤加壓氣化裝置核心、關(guān)鍵專利設(shè)備。粉煤、氧氣蒸汽

4、按一定比例通過燃燒器進入氣化爐，在氣化室中進行燃燒氣化反應(yīng)，生成的含有高溫熔渣的粗合成氣，一部分高溫熔渣掛在復(fù)合水冷壁上，形成穩(wěn)定的抵抗高溫的渣層，其余熔渣和粗合成氣進入激冷室。粗合成氣在激冷室中被激冷水激冷降溫，并蒸發(fā)水蒸氣到飽和，同時熔渣迅速固化，通過分離裝置實現(xiàn)合成氣、液態(tài)水、固渣的分離。合成氣通過管口輸出進入后續(xù)工段，主要成分為一氧化碳和氫氣。固渣通過排渣口進入破渣機中，并斷續(xù)排出。含有細灰的黑水通過管口進入渣水處理系統(tǒng)。三條相同的進煤管線粉煤過濾器S-1103粉煤貯倉V-1201V-1204粉煤鎖斗V-1205粉煤給料罐中壓汽包V-1302原料煤貯倉V-1101磨煤機A-1101惰性

5、氣體發(fā)生器F-1101原料煤高壓氮氣空氣燃料氣渣稱重給煤機X-1101氧氣加熱器E-1309P-1301A/B汽包循環(huán)泵F-1301氣化爐洗滌塔C-1301高壓閃蒸罐V-1401真空閃蒸罐V-1404除氧器V-1408灰水罐T-1401沉降槽S-1401過濾機S-1402鍋爐給水中壓過熱蒸汽氧氣粗合成氣去火炬粗合成氣脫鹽水閃蒸氣去火炬冷凝液來自變換低壓飽和蒸汽濾餅污水中壓蒸汽渣鎖斗V-1303Q-1401/V-1411撈渣機備煤系統(tǒng)氣化及合成氣洗滌系統(tǒng)渣及灰水處理系統(tǒng)V-1309氧氣緩沖罐工藝系統(tǒng)介紹1、磨煤與干燥系統(tǒng) 磨煤與干燥系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，兩套系

6、統(tǒng)一開一備，單套能力35噸/小時，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。沒有單獨的石灰石加入系統(tǒng)，只是利用皮帶秤通過比值調(diào)節(jié)將粒狀石灰石加到輸煤皮帶上，一塊進入磨煤機研磨。2、加壓輸送系統(tǒng) 加壓輸送系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數(shù)都與SHELL工藝相同，目的是將制出的合格煤粉利用壓差輸送至氣化爐進行燃燒氣化。不同是V1205下面是三條腿，三條線輸送，到燒嘴處匯合從燒嘴環(huán)隙呈螺旋狀噴入爐膛。3、氣化及凈化 燒嘴設(shè)計同GSP，采用單燒嘴頂燒式氣化，氣化爐采用TEXACO激冷工藝，氣化爐升壓到1MPa時，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比進入氣化爐，穩(wěn)壓1小時掛渣，爐膛內(nèi)設(shè)

7、置有8個溫度檢測點，可以作為氣化溫度的參考點，也可以判斷掛渣的狀態(tài)。設(shè)計氣化溫度1400-1600，氣化壓力4.0MPa。熱的粗煤氣和熔渣一起在氣化爐下部被激冷，也由此分離，激冷過程中，激冷水蒸發(fā)，煤氣被水蒸汽飽和，出氣化爐為199 ，經(jīng)文丘里洗滌器、洗滌塔洗滌后，194、固體含量小于0.2mg/m3的合成氣送去變換。4、渣及灰水處理系統(tǒng) 渣及灰水處理系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數(shù)都與TEXACO工藝相同。渣經(jīng)破渣機，高壓變低壓鎖斗，排到撈渣機，進行渣水分離，水回收處理利用；灰水經(jīng)高壓閃蒸、真空閃蒸后到沉降池，清水作為激冷水回收利用 ，漿水經(jīng)真空抽濾后制成濾餅。四、關(guān)鍵設(shè)備 氣化壓力：4M

8、Pa 氣化溫度：14001700 設(shè)計爐型能力：42000Nm3/h（CO+H2） 單爐能力： 2000075000Nm3/h（CO+H2） 爐體材料：15CrMoR+316L 水冷盤管材料：15CrMoHTL粉煤氣化爐粉煤氣化爐關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備物料名稱物料名稱狀態(tài)狀態(tài)正常流正常流量量kg/s最大流最大流量量kg/s溫溫度度 壓力壓力 Mpa 煤粉煤粉固固7.769.3804.1氮氣氮氣氣體氣體0.670.89804.1氧氣氧氣氣體氣體6.296.921804.15蒸汽蒸汽氣體氣體0.240.693005.0液化氣液化氣氣體氣體0.14200.3點火氧氣點火氧氣氣體氣體0.67200.4氣化燒

9、嘴氣化燒嘴關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備破渣機序號使用單位數(shù)量(臺)應(yīng)用時間備注1上海焦化廠194.12德士古2浩良河化肥廠2+104.4德士古3德州化肥廠2+304.10德士古4金陵化肥廠304.10交貨德士古5南京大化1+105.2交貨德士古6上?；萆?05.3訂貨德士古7湖北雙環(huán)104.3交貨殼牌8柳州化工105.3交貨殼牌9云天化105.4訂貨殼牌10云占化105.5訂貨殼牌關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備熱風(fēng)爐（惰性氣體發(fā)生器）工程名稱工程名稱主要技術(shù)參數(shù)及項目概況主要技術(shù)參數(shù)及項目概況交付交付日期日期用戶名稱用戶名稱124萬噸復(fù)合磷肥裝置磷銨干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（200500）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫

10、度：3433.熱風(fēng)流量：7500 m3/h19911995江西貴溪化肥廠湖北黃麥嶺化工集團公司224萬噸復(fù)合磷肥裝置磷銨干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（430550）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：2703.熱風(fēng)流量：10000 m3/h1997銅陵磷銨廠336萬噸復(fù)合磷肥裝置磷銨干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：500104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：901353.熱風(fēng)流量：50000135000 m3/h1999寧波東海復(fù)合肥有限公司420萬噸復(fù)合磷肥裝置磷銨干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（100200）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：1201503.熱風(fēng)流量：90100 m3/h2000巴基斯坦ENGRO

11、化學(xué)工程公司515萬噸復(fù)合磷肥裝置磷銨干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（150500）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：1201503.熱風(fēng)流量：110000 m3/h2000福建永安智勝化工聯(lián)合公司630萬噸復(fù)合磷肥裝置干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（150450）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：1203503.熱風(fēng)流量：176470 m3/h2002河南省中原大化有限責(zé)任公司730萬噸復(fù)合磷肥裝置干燥機熱風(fēng)爐1.熱負荷：（150550）104 Kcal/h2.熱風(fēng)溫度：1203503.熱風(fēng)流量：206470 m3/h2004中國石油寧夏石化公司化肥廠關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備黑水調(diào)節(jié)閥、煤粉閥、煤粉調(diào)節(jié)閥、煤粉

12、換向閥、鎖渣閥用戶口 徑壓 力 等 級主 要 材 質(zhì)上線時間數(shù)量魯南化肥廠4600Lb1Cr18Ni9Ti、碳化鎢93年2臺上海焦化總廠4600LbIncoloy825、碳化鎢94年4臺6600LbIncoloy825、碳化鎢96年4臺黑龍江浩良河化肥廠4600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺6600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺10150LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺中石化金陵化肥廠4600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺6600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺8150LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺目前正在為下列用戶：陜西神木

13、甲醇廠、南京化學(xué)工業(yè)公司化肥廠、上海焦化總廠 生產(chǎn)黑水調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品，其中南化公司化肥廠的閥門最高單級壓降達8MPa，閥體及內(nèi)件材料為超級雙相鋼2507和碳化鎢硬質(zhì)合金。關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備型號流量m3/h揚程m入口壓力bar(G)電機功率kW數(shù)量使用日期/廠家CSB-Wy2035337.5493/魯南化肥廠100130297542726417.5404/浩良河化肥廠22012041132425802018.5298/天津堿廠25206715297 /渭河化肥廠3217417.52已交/柳州化肥廠21947415521627427.54已交/陜西神木220140431325452141116已交/金陵

14、化肥廠22012041132945206718.51已交/渭河化肥廠4001406722011521417.5已交/山西豐喜2408841132激冷水循環(huán)泵鎖斗循環(huán)泵關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備立式高速泵型號流量m3/h揚程m轉(zhuǎn)速r/min電機功率kW首批使用年代GSB-L131002001920480023700451321992GSB-L23601005805000141795.5371993GSB-L331002001920940023700160315關(guān)鍵設(shè)備關(guān)鍵設(shè)備臥式高速泵型號流量m3/h揚程m轉(zhuǎn)速r/min電機功率kW首批使用年代GSB-W20.528705006159295445.5221

15、988GSB-W33501505506700901822551991GSB-W51012030017007000160001603151993四、特點 航天爐的優(yōu)點1、具有較高的熱效率（可 達95%）和碳轉(zhuǎn)化率（可達99%）；2、氣化爐為水冷壁結(jié)構(gòu)，能承受1500至1700的高溫；3、對煤種要求低，可實現(xiàn)原料的本地化；4、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，專利費用低，關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)全部國產(chǎn)化，投資少，生產(chǎn)成本低。據(jù)專家測算，應(yīng)用航天爐建設(shè)年處理原煤25萬噸的氣化工業(yè)裝置，一次性投資可比殼牌氣化爐少3億元，比德士古氣化爐少5440萬元；每年的運行和維修費用比殼牌氣化爐少2500萬元，比德士古氣化爐少500萬元

16、。 它與殼牌、德士古等國際同類裝置相比，有三大優(yōu)勢：一是投資少，比同等規(guī)模投資節(jié)省三分之一；二是工期短，比殼牌爐建設(shè)時間縮短三分之一；三是操作程序簡便，適應(yīng)中國煤化工產(chǎn)業(yè)的實際，易于大面積推廣。 缺點問題： 1、航天爐系統(tǒng)聯(lián)鎖多，特別試車時，數(shù)據(jù)變動有可能造成跳車。 2、多種因素會導(dǎo)致爐溫超溫，燒壞耐火材料甚至盤管。 3、由于操作不穩(wěn)定等因素，會造成粗渣、濾餅中殘?zhí)亢枯^高。 4、粗渣和濾餅中含水量較高，后續(xù)處理較為困難，一般無法回收。 5、水處理系統(tǒng)不太完美，水溫較高，易造成濾布變形跑偏或打折損壞濾布，兩級閃蒸不如三級閃蒸。 6、副產(chǎn)蒸汽為飽和蒸汽，如需用過熱蒸汽只能降壓使用，給全廠的蒸汽平

17、衡帶來一定困難。五、技術(shù)參數(shù) HT-L粉煤氣化裝置對煤種的一般要求: HT-L粉煤氣化工藝對煤種的適應(yīng)性廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均可作為氣化的原料。即使是高灰分、高水份、高硫的煤種也能使用。但從經(jīng)濟 運行角度考慮，并非所有煤種都能夠獲得好的經(jīng)濟效益。因此，使用者應(yīng)該認真細致地選擇合適的煤種，在滿足設(shè)計要求的前提下，保證裝置的穩(wěn)定運行。 目前航天長征公司根據(jù)不同用戶的需要，主要提供三種不同的爐型，三種爐型基本結(jié)構(gòu)相同，主要區(qū)別在日投煤量的差異。1、2800型氣化爐直徑：2.8-3.2米；氣化爐高度：14.5米；氣化壓力：4.0MPa；日投煤量：750噸（與煤種有關(guān)）；（CO+H2

18、）有效氣產(chǎn)量：40000-51000Nm3/h（根據(jù)要求確定）。2、3200型氣化爐直徑：3.2-3.8米；氣化爐高度：19.5米；氣化壓力：4.0MPa；日投煤量：1500噸（與煤種有關(guān)）；（CO+H2）有效氣產(chǎn)量：8000011000Nm3/h（根據(jù)要求確定）。3、4000型氣化爐直徑：4.0米；氣化爐高度：24.5米；氣化壓力：4.0MPa；日投煤量：2500噸（與煤種有關(guān)）；（CO+H2）有效氣產(chǎn)量：140000-180000Nm3/h（根據(jù)要求確定）。 煤種分析項目 數(shù)據(jù)范圍 總水（AR；%） 4.530.7 灰分（%；MF） 5.735.0 含氧（%；MF） 5.316.3 總硫（

19、%；MF） 0.35.2 總氯（%；MF） 0.010.41 Na2O（%；on Ash） 0.13.1 K2O(%; on Ash) 0.13.3 CaO(%; on Ash) 1.223.7 Fe2O3(on Ash) 5.927.8 SiO2(%; on Ash) 24.958.9 AL2O3(%; on Ash) 9.532.6 高熱值（MJ/kg;MF） 22.833.1 1、 水分 煤中水分包括外表水和內(nèi)存水，他們屬于化合水部分，游離水也是煤中水分的一部分。 外表水是煤粒表面的水分，來源于機械采煤的潤濕，露天放置或運輸中的雨水，防止自然飛灰的灑水。煤的外表水對氣化雖然沒有影響，但外

20、表水高會增加運輸費用。對磨煤時可能因水分高使原煤倉下煤不暢，外表水分不穩(wěn)定還易造成煤干燥系統(tǒng)熱能量消耗的波動，從而使燃料氣量和助燃風(fēng)量增加提高了成本。外表水突然增大，煤干燥系統(tǒng)為保證如爐中水儲量的穩(wěn)定，就要增大燃料的消耗，造成原料浪費及污染環(huán)境。外水的高低與采煤、貯存、運輸方式有關(guān)，通過人的努力是可以改變的。因此應(yīng)盡量降低外水表含量，以節(jié) 省開支且方便操作。 內(nèi)存水是煤的內(nèi)在水分，即煤的結(jié)合水，以化學(xué)態(tài)形式存在于煤中。煤的內(nèi)水高，同樣會增加運輸費用。更重要的是，去除 內(nèi)水要比去除外表水消耗更多的加熱燃料。因此，內(nèi)水越高，送入氣化爐的粉煤中含水量會增高，水分氣化所消耗的能量增多，粗合成氣中的有效

21、氣體成份降低，氣 化效率因此降低，煤耗增加。 2、 灰分 灰分是煤中不直接參加氣化反應(yīng)的惰性物質(zhì)，但灰的熔化卻要消耗煤在氣化反應(yīng)過程中的大量熱。煤灰分含量高，則氣化后 的有效氣體成分就少，送入氣化爐同質(zhì)量的煤，灰分高的煤產(chǎn)氣量少，灰渣量大，能耗高。根據(jù)資料介紹。在同樣反應(yīng)條件下，灰分增加1%，氧增大 0.7%0.8%，煤耗增大1.3%1.5%，灰分越高氣化煤耗、氧耗越高，灰渣對爐內(nèi)構(gòu)件的沖刷磨蝕越快；另外，灰渣量越大，對輸煤，氣化爐灰渣水 處理系統(tǒng)的影響越大，氣化爐及灰渣處理的系統(tǒng)除渣負荷也就越重，對管道和設(shè)備的磨蝕也隨之加快。嚴重時會影響氣化爐的正常運行。但由于HT-L粉煤氣化裝 置是采用冷

22、壁結(jié)構(gòu)，以渣抗渣，如果灰分含量太低，氣化爐的熱損大，且不利于爐壁的抗渣保護，影響氣化爐的使用壽命。3、 灰熔點及灰組成HT-L粉煤氣化裝置采用液態(tài)排渣，為保證氣化爐排渣順利。正常操作溫度應(yīng)高于灰熔點FT（流動溫度）約200。 如煤灰熔點過高，勢必要求提高氣化操作溫度。提高操作溫度雖然有利于碳轉(zhuǎn)化及氣化爐排渣，但操作溫度過高，輻射室水冷壁散熱量增大，鍋爐蒸汽量也大幅提 高，使得冷煤氣效率下降，從而影響氣化爐運行的經(jīng)濟性。因此選擇灰熔點低的煤種，可以降低操作溫度，提高煤的利用效率。另外，如果煤的灰熔點低，操作溫度 就可以降低，與高灰熔點煤相比較，無需消耗過多氧與碳反應(yīng)生成CO2來維持較高的操作溫度

23、。有效氣體的產(chǎn)率就高。對高灰熔點煤，一般可以通過添加助熔劑來改變煤灰的熔融特性，一般為石灰石，但是加石灰要適量，石灰石添加不合適會 直接影響氧炭比，過量會形成結(jié)垢對水系統(tǒng)的循環(huán)也是不利的，適量的石灰石以保證氣化爐的正常運轉(zhuǎn)。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、 TiO2及Na2O、K2O等組成。一般而言，煤灰中酸性組分SiO2、AL2O3、TiO2和堿性組分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越 大，灰熔點越高，煤灰組成一般對氣化反應(yīng)無多大影響，但其中某些組分含量過高會影響煤灰的熔融特性，造成氣化爐渣口排渣不暢或渣口堵塞。六、現(xiàn)狀 濮陽龍宇航天爐平穩(wěn)運行創(chuàng)紀錄截止2012

24、年10月8日，濮陽龍宇甲醇項目航天爐裝置已連續(xù)運行210天，創(chuàng)國內(nèi)同類型氣化爐最長運行周期紀錄。9月份，該公司累計生產(chǎn)成品甲醇 15637.67噸，平均日產(chǎn)甲醇504.4噸，是裝置設(shè)計負荷的112.1%。而在10月5日生產(chǎn)甲醇556.76噸，創(chuàng)建廠以來日產(chǎn)量最高紀錄。 安徽昊源原料改造項目航天爐點火成功2013年3月22日，安徽昊源20萬噸/年合成氨原料路線改造項目航天爐點火投煤成功，并試運行近六個小時。該項目于2012年初開工建設(shè)，目前，該項目二氧化碳壓縮機、空分已開車成功。 晉開百萬噸總氨項目尿素裝置投料成功2013年7月3日，由五環(huán)工程設(shè)計的河南晉開百萬噸總氨項目40萬噸/年大顆粒尿素（

25、C系列）裝置投料成功。該項目位于河南開封，分兩期同時開工建設(shè)4 臺航天爐，年產(chǎn)120萬噸合成氨、120萬噸尿素、81萬噸稀硝酸、60萬噸硝酸銨、60萬噸硝基復(fù)合肥、20萬噸濃硝酸。項目于2010年4月開工。 滄州正元6080項目氨合成塔運抵現(xiàn)場2013年9月5日，由石家莊正元塔器設(shè)備有限公司制造的DN3000氨合成塔運抵滄州正元6080項目施工現(xiàn)場，項目由基礎(chǔ)建設(shè)進入設(shè)備安裝階段。該項 目采用航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)，一期工程概算投資43億元。項目規(guī)模為年產(chǎn)60萬噸合成氨、80萬噸尿素。工程計劃2014年4月進入試車條件，8月投入 運行。 國家粉煤氣化實驗基地落戶山東東平縣2013年12月8日，由中化二建承建的晉煤天溪煤制油工程航天爐吊裝就位，該公司造氣工藝技術(shù)改造工程進入了全面安裝階段。該航天爐直徑為3.2米、高度為15.84米、重量為160噸。