日處理煤2000噸多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置工藝設(shè)計

日處理煤2000噸多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置工藝設(shè)計圖2-2多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)流程簡圖煤漿制備、輸送單元工藝簡單。煤與水、煤漿添加劑進入煤磨機磨制出合格的煤漿60%～65%（質(zhì)量百分數(shù)），通過煤漿泵加壓后輸送至氣化單元。多噴嘴對置式水煤漿氣化單元，采用四噴嘴對置式，來自高壓煤漿泵的水煤漿和來自空分的高壓氧氣通過工藝噴嘴同軸射流進入氣化爐，在氣化爐內(nèi)形成撞擊反應(yīng)區(qū)，進行部分氧化反應(yīng)，生成的粗合成氣、熔渣一起向下進入氣化爐激冷室，大部分熔渣在水浴中激冷固化，落入激冷室底部，通過靜態(tài)破渣器后進入鎖斗收集，定期排放，粗合成氣在氣化爐激冷室液位下鼓泡后出激冷室。四噴嘴對置形成撞擊流，加強混合，強化熱質(zhì)傳遞，達到理想的工藝效果。煤氣初步凈化采用“分級”的概念，即先“粗分”再“精分”，出氣化爐的合成氣先經(jīng)過混合器潤濕除去夾帶的固體顆粒，再經(jīng)過旋風(fēng)分離器除去合成氣中夾帶的大部分細灰，然后進入洗滌塔進一步洗滌，出洗滌塔的合成氣送后工序(含塵量小于1mg/Nm3)。洗滌效果良好，克服帶水、帶灰現(xiàn)象。含渣水處理單元,采用直接換熱方式，來自氣化和凈化單元的含渣水首先進入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，蒸發(fā)室內(nèi)含渣水大量汽化，溶解在水中的酸性氣體解吸出來，蒸發(fā)室產(chǎn)生的蒸汽進入熱水室，與循環(huán)灰水直接接觸，使灰水得到最大程度的升溫，蒸發(fā)室底部含固量增濃的液相送入真空閃蒸器，經(jīng)閃蒸后的黑水進入澄清槽，加入絮凝劑強化沉降。濃縮的黑水經(jīng)澄清槽底物泵送入過濾機，澄清的灰水經(jīng)閃蒸氣加熱回收熱量后返回系統(tǒng)。另有部分灰水去廢水處理工序，無環(huán)境污染。同時完成了熱質(zhì)傳遞，能量回收好，避免了結(jié)垢，操作周期長。2.3OMB技術(shù)優(yōu)勢2.3.1原料優(yōu)勢OMB技術(shù)選則的原料為水煤漿。水煤漿是由大約65%的煤、34%的水和1%的添加劑通過物理加工得到的一種低污染、高效率、可管道輸送的代油煤基流體燃料。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：原料成本較低，水煤漿屬于煤基清潔燃料，我國的能源結(jié)構(gòu)決定煤炭的價格漲幅低于燃油、燃氣。安全性好，水煤漿屬于非易燃流體，相對于油、氣、煤粉的易燃、易爆來說，較好的流動性和穩(wěn)定性，其安全性大大提高，且易于儲存；水煤漿可霧化燃燒，燃盡率高，節(jié)省燃料；水煤漿是一種深度潔凈煤技術(shù)，污染排放少，環(huán)保達標。水煤漿改變了煤的傳統(tǒng)燃燒方式，顯示出了巨大的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢。尤其是近幾年來，采用廢物資源化的技術(shù)路線后，研制成功的環(huán)保水煤漿，可以在不增加費用的前提下，大大提高了水煤漿的環(huán)保效益。在我國豐富煤炭資源的保障下，水煤漿也已成為替代油、氣等能源的最基礎(chǔ)、最經(jīng)濟的潔凈能源。2.3.2技術(shù)優(yōu)勢OMB技術(shù)與引進的水煤漿氣化技術(shù)相比，其優(yōu)勢有：（1）引進的水煤漿氣化技術(shù)為單噴嘴，流場為受限射流，停留時間分布寬，碳轉(zhuǎn)化率低，射流以較大速度沖刷耐火磚。多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)與單燒嘴相比較，四噴嘴氣化技術(shù)具有如下特點：四噴嘴形成撞擊的物料混合，使氧氣與煤漿混合更加充分，霧化效果更加好；對置式噴嘴氣化技術(shù)，四股射流經(jīng)過撞擊才形成撞擊流股，其軸向速度衰減明顯加快，爐內(nèi)流體的停留時間分布得到改善，消除短路，不存在短路物流，轉(zhuǎn)化率高；撞擊區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的顆粒振蕩現(xiàn)象，使顆粒停留時間相對延長；撞擊區(qū)內(nèi)速度脈動劇烈，湍流強度最大，說明混合效果最好；平推流長，氣化反應(yīng)進行完全。氣化指標優(yōu)；多噴嘴處理負荷高，在大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用中其優(yōu)勢非常明顯。實踐證明氣化效果優(yōu)于引進的水煤漿氣化技術(shù)。（2）引進的水煤漿氣化技術(shù)采用文氏管與篩板塔組合初步凈化煤氣方案，多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)采用混合器、旋風(fēng)分離器、泡罩塔組合方案，采用“分級”凈化，屬于高效、節(jié)能型凈化工藝。（3）引進的水煤漿氣化技術(shù)采用間接換熱方案回收黑水余熱，多噴嘴對置式氣化爐采用蒸發(fā)熱水塔來實現(xiàn)熱量的回收。蒸發(fā)熱水塔由蒸發(fā)室與熱水室組成，兩者協(xié)同完成黑水熱量回收，使返回系統(tǒng)的熱水升溫，通過蒸發(fā)方式回收部分黑水(蒸汽)補充入返回的灰水流，使溶解于黑水中的酸性氣、不凝性氣脫除。與德士古氣化爐采用換熱器間接換熱相比，多噴嘴對置式氣化爐的灰水由于是直接接觸，故溫度較高，傳熱溫差大，因而熱質(zhì)傳遞效率高，設(shè)備空間相對換熱器大得多，不會因結(jié)垢引起設(shè)備效率大幅下降，所以工作周期較長。2.4OMB技術(shù)改進2.4.1氣化爐帶壓連投（1）改進前的情況：多噴嘴對置式氣化裝置在運行初期，經(jīng)常出現(xiàn)非燒嘴原因造成一對燒嘴跳車，只能將氣化系統(tǒng)降壓到0.6MPa(此時氣化爐一對燒嘴運行，一對燒嘴停車)，下游工序變換、凈化、合成系統(tǒng)切氣停車。在跳車故障消除后將跳車的一對噴嘴再投入運行，氣化系統(tǒng)再次升壓，出氣化工序的煤氣壓力、溫度合格后向后系統(tǒng)送氣，變換、凈化、合成系統(tǒng)再接氣開車。在此過程中氣化爐雖然沒有完全退出運行，但后系統(tǒng)因為壓力低必須切氣停車，煤氣大量放空，影響了后系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)和公司的經(jīng)濟效益。（2）改進措施：為了保證在一對燒嘴退出運行的情況下另一對燒嘴的投料成功，必須提高氣化爐投入物料—氧氣、煤漿的壓力，并對停運燒嘴進行保護。在煤漿循環(huán)和氧氣放空管線上增加煤漿、氧氣提壓閥，提高投料介質(zhì)的壓力，避免氣化爐內(nèi)高壓、高溫煤氣竄入氧氣和煤漿管線而發(fā)生事故；當氣化爐一對燒嘴停車后，對停運燒嘴進行保護，防止高溫輻射燒蝕燒嘴，保證燒嘴出口不被熔渣堵塞。2.4.2重視噴嘴維修（索普經(jīng)驗）（1）燒嘴檢修需要制訂嚴格、完善的檢修方案，檢修時將燒嘴端面裂紋用車床削掉，并經(jīng)著色探傷檢測，要打磨到符合JB4730-9Ⅲ級標準為止，方可進行焊接。若切削量超過3mm仍有明顯裂紋，則不宜再進行修復(fù)，應(yīng)更換噴頭。燒嘴修復(fù)完畢，應(yīng)進行水壓試驗，壓力不低于10MPa，若有條件可進行氦氣檢漏。（2）在燒嘴加工時，應(yīng)嚴格控制燒嘴斷面厚度為5±0.（3）嚴格執(zhí)行壓力負荷對應(yīng)曲線，控制合適的燒嘴流速，調(diào)整煤漿燃燒高溫區(qū)的位置，使其與氣化爐內(nèi)理論高溫區(qū)位置重合。（4）控制合適的煤漿濃度、粘度，確保燒嘴的霧化效果，減少燒嘴局部過氧；定期檢修高壓煤漿泵，避免煤漿管線壓力波動，防止燒嘴出現(xiàn)回火現(xiàn)象，也是延長燒嘴使用壽命的有效辦法。2.4.3關(guān)鍵設(shè)備-高壓煤漿泵確?？煽浚`谷經(jīng)驗）（1）大部分廠家采用Feluwa高壓煤漿泵。（2）各類易損件一到廠家壽命保證時間就更換，對于一些其它運動部件如活塞等，確保有備件。2.4.4重視系統(tǒng)水質(zhì)（1）多家企業(yè)在運行2年以上后均發(fā)現(xiàn)水質(zhì)控制是系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)運行的關(guān)鍵。（2）華理將根據(jù)目前裝置的運行情況，收集數(shù)據(jù)，開展系統(tǒng)研究，提供技術(shù)支持。2.4.5熱氧燃燒-點火技術(shù)（1）熱氧噴嘴產(chǎn)生的高溫高速氧氣在敞開空間及氣化爐內(nèi)均能直接點燃水煤漿，火焰的對稱性和穩(wěn)定性較好。其氣化顆粒物的平均粒徑和固定碳含量均低于普通噴嘴常溫氧氣氣化。高溫高速氧氣能有效改善煤漿的霧化效果，加強煤顆粒與氧氣的混合，增大反應(yīng)速率，提高煤顆粒燃盡率。（2）增加外環(huán)氧氣進一步改善煤漿霧化效果，火焰更加穩(wěn)定，火焰長度及面積均增加，點燃的煤漿量顯著增多，燃燒氣化效果進一步提升。2.4.6開發(fā)多噴嘴對置式氣化的廢鍋—激冷流程以神府煤為基準，通過72小時連續(xù)滿負荷運行考核試驗(-2000t/d)，并達到如下技術(shù)經(jīng)濟指標：表2-1技術(shù)經(jīng)濟指標表技術(shù)經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)煤氣有效成分CO+H2≥80%比氧耗≤400Nm3O2/1000Nm3(CO+H2)比煤耗≤600kg/1000Nm3(CO+H2)輻射廢鍋高壓蒸汽(111.7bar)產(chǎn)量≥1000kg/1000Nm3(CO+H2)出氣化系統(tǒng)合成氣水氣比(mol)≥0.6碳轉(zhuǎn)化率≥98%2.4.7拱頂磚優(yōu)化（1）方法：托磚架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)耐火襯里分段支撐。（2）原理：將爐內(nèi)耐火襯里在軸向上進行分割，減少每一段的總膨脹量；通過分段支撐，可實現(xiàn)耐火磚的獨立更換；消除局部半徑突變。（3）效果：已經(jīng)成為多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)的標準設(shè)計，拱頂耐火磚整體壽命提高約2000小時；為爐膛擴容增產(chǎn)提供了基礎(chǔ)，平均產(chǎn)能可提高15%。2.4.8高壓（8.7MPa)水煤漿氣化工藝開發(fā)8.7MPa多噴嘴對置式水煤漿氣化工藝包已編制完成，流程主要變化是采用了兩級蒸發(fā)熱水塔(2.0MPa,0.5MPa)。第3章工藝計算3.1氣化爐工藝計算3.1.1氣體組分計算水煤漿氣化后的氣體組分有CO，H2，CO2，CH4，H2O，H2S，COS，分別設(shè)CO，H2，CO2，CH4，H2O的物質(zhì)的量為akmol，bkmol，ckmol，dkmol，ekmol，反應(yīng)體系中，煤中的硫轉(zhuǎn)化為H2S和COS，其摩爾數(shù)的比值為H2S:COS=95:5；以下計算以100kg煤為基準，氧氣消耗量為xNm3，已知入爐氧氣純度為98%。H2S的摩爾數(shù)： nH2S=(100×0.64%/32)×95%=0.0190kmol;COS的摩爾數(shù)： nCOS=(100×0.57%/32)×5%=0.0010kmol;（1）元素平衡方程：碳平衡進入氣化爐：100×76.62%/12=6.384離開氣化爐：a+c+d+nCOS碳守恒：a+c+d=6.383(4-1)2）氫平衡進入氣化爐： 100×3.93%+100/0.6×（1-0.6）/18×2=11.337離開氣化爐：2b+4d+2e+2nH2S氫守恒：b+2d+e=5.650(4-2)3）氧平衡進入氣化爐：100×9.13%/16+100/0.6×(1-0.6)/18+x/22.4×0.98×2=4.274+0.0875x離開氣化爐：a+2c+e+n氧守恒：a+2c+e=0.0875x+4.273（2）化學(xué)平衡方程1）變換反應(yīng)化學(xué)平衡CO+H2O→H2+CO2Kp1==(bc)/(ae)又因為Kp1與溫度有關(guān)，其經(jīng)驗計算公式為：將T=1623.15K帶入經(jīng)驗公式可得：lnKp1=-1.1561，則Kp1=0.3147則有(bc)/(ae)=0.3147(4-4)2）甲烷化反應(yīng)化學(xué)平衡CH4+H2O→3H2+COKp2=同理Kp2與溫度有關(guān)，其經(jīng)驗計算公式為：P總=4.0+0.101325≈4.1Mpa；n總=a+b+c+d+e+nH2S+nCOS+x/22.4×(1-0.98) 即：n總=a+b+c+d+e+0.020+0.00089x則有KP2==取溫距100K，將T2=1523.15K代入Kp2公式得：lnKp2=12.6576，則Kp2≈314153.234atm2則有=191.745(4-5)（3）熱量平衡方程低位發(fā)熱量Qc=26562KJ/kg，熱損失=2%，則有△H=2%Qc=則可得：326278.5×a+282170.7×b+69555×c+891734×d+97782.1×e+38.12x=2706724.2（4-6）通過MATLAB軟件，輸入以上6式，可得結(jié)果如下：a=4.7268kmol；b=2.6747kmol；c=1.6551kmol；d=0.0011kmol；e=2.9731kmol；x=76.9959Nm33.1.2氣化爐出口氣體組分表4-1氣化爐出口氣體組分出口氣體組分Kmol/100kg濕基組成%干基組成%CO4.726839.0051.68H22.674722.0729.24CO21.655113.6618.10CH40.00110.010.01H2S0.01900.160.21COS0.00100.010.01N20.06870.570.75H2O2.973124.53干基9.1464濕基12.1195有效氣（CO+H2）成分==51.68%+29.24%=80.92%有效氣產(chǎn)率=VCO+H2/100kg煤=（4.7268+2.6747）×22.4/100=1.66Nm3/kg濕含量=（2.9731×18）/(9.1464×22.4)=0.26kg3.1.3消耗指標比氧耗：生產(chǎn)1000Nm3有效氣所消耗的氧氣比氧耗=x/[(VCO+H2)/1000]=76.9959/[(4.7268+2.6747)×22.4/1000]=404.41Nm3比煤耗：生產(chǎn)1000Nm3有效氣所消耗的煤量比煤耗=100/[(VCO+H2)/1000]=100/[(4.7268+2.6747)×22.4/1000]=63.1.4生產(chǎn)能力每小時發(fā)氣量：(4.7268+2.6747)×22.4×[2000000/(100×24)]=138161.33Nm33.1.5小時消耗和年消耗每小時耗氧：76.9959×[2000000/(100×24)]=64.13KNm3/h每小時耗煤：2000/24=83.33t/h年消耗氧氣：64.13×24×300=461736KNm3/a年消耗煤：2000×300=600000t/a3.2洗滌冷卻室工藝計算氣化燃燒室出來的高溫工藝粗合成氣，進入位于氣化爐下部的洗滌冷卻室，在與冷卻水的直接接觸下，粗合成氣的溫度急劇下降；高溫粗合成氣中所含有的熔融狀態(tài)灰渣在較冷的冷卻水的作用下，也發(fā)生劇冷而發(fā)生相變，并在洗滌冷卻室內(nèi)發(fā)生重力沉降，實現(xiàn)粗合成氣中所含灰渣的初步分離；同時，液相水在與高溫合成氣的熱質(zhì)交換時，部分液相水蒸發(fā)進入氣相，使離開洗滌冷卻室的工藝氣得以飽和，滿足后續(xù)工段的工藝要求。洗滌冷卻室的工藝過程所發(fā)生的物料變化可用下圖表示。n干n干T1n汽n水-Gt2t10n水t1洗滌冷卻室n干T2n汽+G圖3-1洗滌冷卻室工藝過程簡圖進入洗滌冷卻室的氣體參數(shù)：n干=7622kmol/h，n汽=2477.6kmol/h，T1=1350℃，P1=進入洗滌冷卻室的冷卻水參數(shù)：n水=450m3/h，t1=210℃，計算以每小時進煤83.33t為基準，進入洗滌冷卻室的冷卻水摩爾質(zhì)量經(jīng)換算得n水=450×854.666=3.846×105假設(shè)T2=230℃，可查的飽和蒸氣壓Ps=3.2.1熱量守恒各組分焓值計算公式，從25到1350左右的焓值應(yīng)用下面的公式計算：其中系數(shù)列表如下：表3.2熱焓公式系數(shù)表組分a0/104a1a2/104a3×107a4×10111623.5K298.15KkJ/kmolH2-0.2112447.20974-5.558364.8459-8.18969629.47-0.07040270.7CO-2.836376.266278.986940.050452-4.1427-16091-26415.743178.5CO2-9.63025.8522663.8784-22.92434.0203-77415.-9404769555.0CH4-1.96253.359684.9588-7.11247-25.4873400.85-1788989034.0N2-0.1976736.459235.181642.03296-7.656310210.7-0.066142701.3H2S-0.7041856.9602715.38936.4144-28.1349100.40-4815.158194.4COS-3.511615.3808193.0317-46.119588.5619-15447-3280072569.9表3.3洗滌冷卻室氣體焓變計算表組分HT1(kJ/kmol)HT2(kJ/kmol)Hi(kJ/kmol)H29629.471430.902-8198.57CO-16091-24985.3-8894.46CO2-77415.2-92010.5-14595.3CH43400.85-15890.7-19291.6N210210.71425.398-8785.27H2S9100.40-3086.52-12186.9COS-15447-30584.3-15137.1表3.4相關(guān)焓值表組分H1350,g(kJ/kg)H230,g(kJ/kg)H230,l(kJ/kg)H210,l(kJ/kg)H2O5540.992802.9990.19898.459ΔH1==-3.102×108KJΔH2=n汽×(H230,g-H1350,g)+G1×(H230,g-H210,l)=2.9731×833.33×18×(2802.9-5540.99)+G1×(2802.9-898.459)=-1.221×108+1904.441G1kJΔH3=(n水-G1)×(H230,l-H210,l)=(450×854.666-G1)×(17950.39-16157.358)=3.528×107-91.73G1kJ由ΔH1+ΔH2+ΔH3=0，解得G1=219020kg3.2.2相平衡等式由Ps/(P總-Ps)=(n汽+G2)/n干得：2.797/（4.1-2.797）=(2.9731×833.33+G2/18)/(9.1464×833.33）解得G2=249905kg/h，與G1=219020kg/h比較，誤差較大。故降低T2,假設(shè)T2=225℃，同理可求得：G1=221894kg/h,G2=181113.6484kg/h故提高T2,假設(shè)T2=228℃，同理可求得G1=220164kg/h,G2=219996kg/h,誤差為0.076%<5%所以兩者收斂，取平均值得G=(220164+219996）/2=220080kg濕含量：（14704.3×18）/(7622×22.4)=1.550kg/干氣Nm33.3旋風(fēng)分離器工藝計算旋風(fēng)分離器是用于氣固體系或者液固體系的分離的一種設(shè)備。旋風(fēng)分離器設(shè)備的主要功能是盡可能除去輸送氣體中攜帶的固體顆粒雜質(zhì)和液滴，達到氣固液分離，以保證管道及設(shè)備的正常運行。待凈化氣體通過設(shè)備入口進入設(shè)備內(nèi)旋風(fēng)分離區(qū)，當含雜質(zhì)氣體沿軸向進入旋風(fēng)分離管后，氣流受導(dǎo)向葉片的導(dǎo)流作用而產(chǎn)生強烈旋轉(zhuǎn)，氣流沿筒體呈螺旋形向下進入旋風(fēng)筒體，密度大的液滴和塵粒在離心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋風(fēng)管排塵口至設(shè)備底部儲液區(qū)，從設(shè)備底部的出液口流出。旋轉(zhuǎn)的氣流在筒體內(nèi)收縮向中心流動，向上形成二次渦流經(jīng)導(dǎo)氣管流至凈化氣室，再經(jīng)設(shè)備頂部出口流出。旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器n水t3n干n汽，T2n汽n干n汽-G，T3n水+Gt4圖3-2旋風(fēng)分離器工藝流程簡圖進入旋風(fēng)分離器的氣體參數(shù)：n干=7622kmol/h，n汽=2477.6+12226.7=14704.3kmol/h，T2=228℃，P1=4.088進入旋風(fēng)分離器的冷卻水參數(shù)：因為水汽比為0.2，所以n水=0.2×(7622+14704.3)×22.4=100021.8kg/ht3=180℃，P2=假設(shè)T3=227℃，可查的飽和蒸氣壓Ps=23.3.1熱量守恒同理可列表如下：表3.5旋風(fēng)分離器氣體焓變計算表組分HT2(kJ/kmol)HT3(kJ/kmol)Hi(kJ/kmol)H21416.9491409.973-6.976CO-24999.6-25006.8-7.2CO2-92031.9-92042.6-10.7CH4-15913.2-15924.4-11.2N21411.2091404.117-7.092H2S-3104.22-3113.06-8.84COS-30607.6-30619.3-11.7表3.6相關(guān)焓值表組分H228,g(kJ/kg)H227,g(kJ/kg)H227,l(kJ/kg)H180,l(kJ/kg)H2O2802.652802.5976.132764.726ΔH1==-2.469×105KJΔH2=(n汽-G1)×(H227,g-H228,g)=(14704.3×18-G1)×(2802.5-2802.65)=-3.9701×104+0.15G1kJΔH3=n水×(H227,l-H180,l)+G1×(H227,l-H228,g)=100021.8×(976.132-764.726)+G1×(976.132-2802.65)=2.115×107-1826.52G1kJ由ΔH1+ΔH2+ΔH3=0，解得G1=11423kg/h3.3.2相平衡等式由Ps/(P總-Ps)=(n汽-G2)/n干得：2.647/（4.088-2.647）=(14704.3-G2/18)/7622解得G2=12659.5kg/h，與G1=故升高T3，假設(shè)T3=227.12G1=11473.4kg/h，G2=11304.3kg/h，誤差為所以兩者收斂，取平均值得G=（11473.4+11304.3）/2=11388.9濕含量=(14071.6×18)/(7622×22.4)=1.484kg/Nm3.4水洗塔工藝計算水洗即利用噴霧器，將水噴成霧狀，成霧狀后就很容易和氣相或是固相粘結(jié)在一起，利用氣體混合物中各組分在溶劑中的溶解度不同進行的吸收操作，有時候污染組分在水中的溶解度較差，根據(jù)物質(zhì)的基本物性，也可用堿洗、酸洗或有機溶劑吸收。水洗塔水洗塔n水t5n干n汽，T3n汽n干n汽-G，T4n水+Gt6圖3-3水洗塔工藝流程簡圖進入水洗塔的氣體參數(shù)：n干=7622kmol/h，n汽=14704.3-632.7=14071.6kmol/h，T3=227.12℃，P1=進入水洗塔的冷卻水參數(shù)：因為水汽比為0.3，所以n水=0.3×(7622+14071.6)×22.4=145781.0kgt3=160℃，P2=4.3假設(shè)T4=226℃，可查的飽和蒸氣壓Ps=3.4.1熱量守恒同理可列表如下：表3.6水洗塔氣體焓變計算表組分HT3(kJ/kmol)HT4(kJ/kmol)Hi(kJ/kmol)H21410.811402.996-7.81354CO-25005.9-25013.9-8.00525CO2-92041.3-92053.3-11.9716CH4-15923-15935.6-12.5334N21404.9681397.025-7.94211H2S-3112-3121.9-9.89901COS-30617.9-30631-13.0656表3.7相關(guān)焓值表組分H227.12,g(kJ/kg)H226,g(kJ/kg)H226,l(kJ/kg)H160,l(kJ/kg)H2O2802.522802.33971.46677.63ΔH1==-2.764×105kJΔH2=(n汽-G1)×(H226,g-H227,12,g)=(14071.6×18-G1)×(2802.33-2802.52)=4.812×104+0.19GΔH3=n水×(H226,l-H160,l)+G1×(H226,l-H227.12,g)=145781×(971.46-677.63)+G1×(971.46-2802.52)=4.283×107-1831.06由ΔH1+ΔH2+ΔH3=0，解得G1=23216.03.4.2相平衡等式由Ps/(P總-Ps)=(n汽-G2)/n干得：2.598/（4.076-2.598）=(14071.6-G2/18)/7622解得G2=12128.3kg/h，與G1=故降低T4，假設(shè)T4=225.13G1=22706.0kg/h，G2=22582.9kg所以兩者收斂，取平均值得G=（22706+22582.9）/2=22644.5kg濕含量=(12813.6×18)/(7622×22.4)=1.351kg/Nm3.5小結(jié)圖3-4帶主要節(jié)點的PFD圖節(jié)點P(MPa)T(℃)主要組分濕含量(kg/Nm3)14.11350水煤漿/24.1228.00CO，H2，CO2，H2O1.55034.088227.12CO，H2，CO2，H2O1.48444.076225.13CO，H2，CO2，H2O1.351表3.8各主要節(jié)點參數(shù)表第4章設(shè)備計算及選型4.1氣化室已知條件：日處理煤2000噸，即每小時處理煤83.3噸，煤漿停留時間τ=9.0s，氣化爐氣流速度u=1m/s，單層耐火磚厚度為550mm，空氣密度ρ0=1.20kg/m3，風(fēng)速vw=60m/s，許用壓力S=75MPa，校正系數(shù)E=1，腐蝕余量TC=3mm，碳鋼材料密度ρt=4.1.1計算爐體內(nèi)徑和氣化室高度由P0V0=n0RT0；P1V1=n0RT1，可得V1=(P0V0/T0)×T1/P1=n0RT1/P1=12.1195×1000×8.3145×1623.15/(4.1×106)=39.89m3=39.89×{(2000×103/86400)/100}m3/s=9.234m由Di=D爐+2D耐/水冷壁，可得Di=+2×550mm=×1000+2×550≈4529 由L燃燒室=uτ，L激冷室=1.1L燃燒室L燃燒室=9×1=9m Lt≈2.1L燃燒室=壁厚校核1）承受內(nèi)壓計算TP=PgRi/(SE-0.6Pg)=PgDi/2(SE-0.6Pg)=4.0×2264.5/（75×1-0.6×4.0）=12）承受風(fēng)壓計算Tw=ρ0vw2（Do+0.432）×Lt/SπDi D0=Di+2TP=(4529+2×124.77)/1000=4.則Tw=1.20×602×（4.779+0.432）×18.9/(75×π×4.5292)=88.033）環(huán)向焊縫強度計算Tg=PgRi/(2SE+0.4Pg)=4.0×2264.5/（2×75×1+0.4×4.0）=54）壁厚核算Tb=Tw+Tg=88.03+59.75=1TS=max(Tb,Tp)+TC=147.78+3=14.1.3外徑計算D=Di+2TS=4529+2×150.78≈48314.1.4氣化爐塔重及價格 根據(jù)經(jīng)驗公式：We=ρtVR=ρtπDi(Lt+0.8116D0)×TS =7860π×4.529×（18.9+0.8116×4.779）×0.15078 =384102 CP=exp[6.950+0.1808lnWe+0.02468(lnWe)2+0.0158Lt/Di×ln(Tb/Tp)] =638404美元4.2噴嘴噴嘴是水煤漿氣化技術(shù)的核心。噴嘴性能好壞，將直接影響氣化反應(yīng)結(jié)果、耐火磚及其噴嘴自身的使用壽命。華東理工大學(xué)在多年科技攻關(guān)基礎(chǔ)上，與原魯南化肥廠、水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心合作，研制出新型水煤漿氣化噴嘴，實現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)應(yīng)用。氣體在燒嘴內(nèi)流動為絕熱等熵過程，內(nèi)氧通道占總氧20%，外氧通道占80%，T1=50℃，P2=4.1MPa，氧氣絕熱系數(shù)k=1.405。氧氣粘度系數(shù)μ02=0.0205mPa?S，氮氣粘度系數(shù)μN2=0.0178mPa?S，粗糙度ε=0.2mm。中心氧管道直徑18.8mm，外氧管道直徑4由絕熱等熵過程，可得 T2/=T1(P2/P1)(k-1)/k，令(P2/P1)(k-1)/k=x，即T2=T1x，在操作態(tài)下，出噴嘴中心氧氣體積：由P0V0/T0=P2V2/T2，可得V2=(0.2P0V0/T0)×T2/P2 =0.2n0R×T2/P2=(0.2×76.9959)/（4×22.4）×1000×8.3145×T1x/(4.1×106)=0.113xm3/100kg=0.113x×{(2000×103/86400)/100}=0.026xm3/s則氧氣出口流速u2=V2/(×D中2)=0.026x/（×0.01682）=117.3xm/s由伯努利方程，可得u22/2g-u12/2g=×k/(k-1)×P1/×[1-(P2/P1)k-1/k]由于氧氣管道直徑D氧>噴嘴出口直徑d，u1<<u2，故u1≈0。已知=0.85，k=1.405，P1/=RT1/M，M=0.98×32+0.02×28=31.92g/mol，則(117.3x)2/(2×9.8)-0=0.85×1.405/0.405×(8314.5×323.15/31.92)×(1-x) 解得：x=0.997，則有T2=T1x=323.15×0.997=322.18K，即49.03°C P1=P2/(xk/(k-1))=4.1/(0.9971.405/0.405)=4.14Mpa u2=117.3x=116.9m出口處流體參數(shù)：=P2M/RT2=(4.14×106×31.92×10-3)/(8.3145×322.18)=49.33kg/mμ=0.98μO+0.02μN=0.98×0.0205+0.02×0.0178=0.02045mPa?SRe=du2/μ=49.33×116.9×0.0168/(0.02045×10-3)=4737417ε/d=0.2/16.8=0.0119阻力損失Hf=(λl/d+ζ)×u22/2g=(0.038/0.0168+0.5)×116.92/(2×9.8)=1壓力損失ΔP=ρgHf=49.33×9.8×1925.7=931kPa4.3噴嘴外部冷卻器外部冷卻水：進口水溫30℃，出口水溫33℃，壓力2.0MPa，流量F1。噴嘴冷卻水：進口水溫45℃，出口水溫40℃，壓力3.0MPa，流量30t/h。Q1=F1×(H2-H1)=F1×(140.077-127.533)×103=12544F1Q2=F2×(H2-H1)=F2×(191.047-170.183)×103=20864F2由Q1=Q2，可得F1=49.9t/h。4.4泵的選型流量Q=30t/h，位差為12m，阻力損失Hf=3m，進口壓力P1=1.0atm，出口壓力P2=3.0MPa，進口管徑Di=80mm，出口管徑Do=66mm，ρ=1000kg/m由Q=πDi2/4×u1×ρ=πDo2/4×u2×ρ=30t/h可得u1=1.66m/s，u2=2.44H=△Z+△H+△P/(ρg)+△u2/(2g)=(Z2-Z1)+Hf+(P2-P1)/(ρg)+(u22-u12)/(2g)=12+3+(3.0×106-101325)/(1000×9.8)+(2.442-1.662)/(2×9.8)=310根據(jù)標準可選泵型：泵型ISQJ20-150/25，電機功率15kw，額定電流35.2A，出水管直徑2寸。4.5管道的選型4.5.1氧氣管道計算與選型耗氧量VN=64163.3Nm3/h，氧氣流速u=6m/s，溫度25℃，壓力為4.由PoVo/To=PV/T，可得V=64163.3×101325×298.15/(273.15×4.2×106×3600)=0.4694m由V=πD2/4×u，可得D=（4V/πu）1/2=315.6mm根據(jù)標準可選管型O-F1-340-B7A4.5.2煤漿管道計算與選型水煤漿質(zhì)量流量Q=(2000×1000)/(24×0.6)=138888.89kg/h，密度取ρ=1300kg/m3，輸送經(jīng)濟流速u=V=138888.89/(1300×3600)=0.0297m由V=πD2/4×u，可得D=（4V/πu）1/2==275根據(jù)標準可選管型CWS-F1-300-B8A。4.5.3水煤氣管道計算與選型每小時產(chǎn)生水煤氣量=1.66×2.0×106/86400=38.43Nm3/s，安全經(jīng)濟的氣體流速u=7m/s，壓力P=4.076MPa，溫度225由PV/T=PoVo/To，可得V=38.43×101325×498.15/(273.15×4.088×106)=1.743m由V=πD2/4×u,可得D=（4V/πu）1/2=563根據(jù)標準可選管型CG-F3-580-B9A。第5章設(shè)備一覽表5.1主要設(shè)備一覽表流程位號設(shè)備名稱外型尺寸技術(shù)特征介質(zhì)T/℃P/MPaR-1201氣化爐高18.9爐膛內(nèi)徑4.529水煤氣13004.0X-1202洗滌冷卻室—水煤氣進：1300出：231.54.0C-1301旋風(fēng)分離器—水煤氣進：231.5出：229.94.0T-1301水洗塔—水煤氣進：229.9出：2254.05.2管道及輔助設(shè)備一覽表名稱標注流量t/h流速m/s噴嘴冷卻水泵ISQJ20-150/2530—氧氣管道O-F1-340-B7—6水煤漿管道CWS-F1-300-B8A—0.5水煤氣管道CG-F3-580-B9A—7第6章設(shè)備配合條件6.1公用工程本工藝中主要涉及水、電、汽的配套使用：預(yù)熱水煤漿用中壓蒸汽P=38atm。冷卻噴嘴冷卻水：進口溫度32℃，流量30t/h。6.2自控工程及其它F流量（flow）I顯示（index）C控制(control)A警報（alarm）R記錄（record）L低限(low)H高限（high）T溫度P壓力L液位(1)水煤