1、航天炉工艺及主要设备参数介绍1、生产工艺介绍本装置为 HT-L 粉煤加压 气化装置，是由北京航天院 设计的示范装置， 设计日消耗原料煤约 929.64 吨，消耗氧气约 48.6 万立方米。在 4.0MPa 条件下通过气化反应，生 产 CO+ H2 为 1.22106Nm3/d，经洗涤后送变换。HT-L 粉煤气化工艺是一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的工艺。HT-L 粉煤气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉，顶喷式单烧嘴，干法进料及湿法除渣，在 较高温度（14001700）及压力（ 4.0 MPa 左右）下，以 纯 氧及少量蒸汽为气化剂的气化炉中对粉煤进行部分气化， 产生以 CO、H2
2、为主的湿合成气，经激冷和洗涤后，饱和了水蒸汽并除去细灰的合成气，送入变换系统。该 HT-L 粉煤加压气化装置包括 1500、1600、17000、1800 四个单元：其中1500 单元为磨煤单元、1600 单元为粉煤加压及输送单元、1700 单元为气化及合成气洗涤单元、1800 单元 为渣及灰水处理单元。 1500 单元、 1600 单元、1700 单元、均为 双套装置、1800 单元为单套装置。1.1 航天炉工艺原理航天炉属于粉煤加压气流床，利用纯氧和少量蒸汽为气化剂，二氧化碳或氮气输送粉煤，有特质的粉煤 烧嘴送入高温高压的气化室完成气化反应，生成以CO 和 H2 为主要成分的合成气，气室多
3、余的热量由水冷壁吸收产生中压蒸汽，煤中的灰分形成熔渣，与高温合成气一同进入激冷室进行水激冷后排出气化炉。1.2 气化炉主要结构气化炉主要由气化炉外壳、螺旋盘管和水冷壁和激冷室内件组成，气化炉外壳为三类压力容器，螺旋盘管和水冷壁由气化室主盘管、渣口盘管、炉盖 盘管三部分组成，盘管内水循环为强制循环，通 过汽包副产中压饱和蒸汽，水冷壁向火 侧敷有耐火材料一方面为了减少热损失，另一方面为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣保护炉壁，气化炉上部为气化段，下部为熔渣激冷段，气化段位圆柱形反应室，激冷段内有激冷环、下降管、上升管和渣池水分离 挡板等主要部件。1.3 航天炉主要特点1、干粉进料，煤被磨制
4、成 20-100m粉煤颗粒，并 经过热 气干燥，惰性气体 输送，介质为 CO2 或 N2，加压气化强化燃烧，提高单 位体积产气率，与常压炉相比在同样生产能力下航天炉气化强度高、设备尺寸小、结构紧凑、占地面 积小、燃烧效率高。2、一般操作温度为 1400-1850，煤种适 应范围广，对煤的灰熔点要求范围宽，碳转化率 99%，有效气 COH2 体积比 90%左右，CH4 气体体积仅有几十至几百PPm3、水冷壁结构为多头并联结构可以保证管程流阻分布均匀，强制循环可以防止局部传热恶化发生爆管故障。1.4 气化炉正常生产时主要测定和控制的参数1.4.1 气化煤种的煤质分析，已确定合理的氧煤比等操作条件1
5、.4.2 合成气分析，通过分析了解合成气的品质和炉内的反应情况1.4.3 灰渣的产量和残炭分析，了解炉内工况和气化效率1.4.4 粉煤、氧的温度、压力和消耗情况1.4.5 气化炉温度测量、包括炉膛温度，上锥段温度，合成气出口温度，环腔温度，气化炉外壁温度1.4.6 渣口压差，判断渣口是否堵渣1.4.7 排渣状况，判断炉温和碳转化情况1.4.8 激冷室液位，判断激冷室工作状态1.4.9 盘管出口水密度，判断炉温及盘管工作状况1.4.9 软化水分析包括烧嘴冷却水、盘管冷却水和激冷水，水质的好坏对稳定运行和炉子的寿命有影响。2.1、磨煤及干燥单元（1500 单元）该单元使用常规的煤研磨及干燥，来自原
6、料煤贮仓的碎煤在磨煤机内磨成煤粉，并由高温惰性气流烘干。粉煤的颗粒尺寸分布规格和粉煤的水分含量要满足以下要求：颗料尺寸90m 占 90（重量）颗料尺寸 5 m 占 10（重量）水分含量典型值 2 （wt）2.1.1、任务磨煤及干燥单元的任务是将输煤单元送来的原料煤，经过磨煤机研磨、热惰性气体干燥、在粉煤袋式过滤器内进行风粉分离等工序加工，生产出充足而合格的煤粉输送到 1600 单元，同时尽可能的降低各项消耗。2.1.2、工艺流程本单元主要是将从贮存和运输系统送来的粒度小于 30mm 的原料煤，每小时 60T 的负 荷贮存在原料煤贮仓中，运 输系统间断运行，原料煤 贮仓中的煤量少时，通知煤场启动
7、运输系统开始输煤，原料煤贮仓的重量高时，通知煤场停运运输系统。原料煤再经过本单元的加工处理，每小时生产出38.735T、106的粉煤送到 1600 单元，贮存在粉煤 贮罐中。在磨煤的 过程中产生少量的废料送渣场。来自原料煤贮仓的碎煤经振动料斗、称重给煤机计量以46.48t/h(根据生产负荷进行调整）的量送入到磨煤机中，被轧辊在研磨台上将原煤磨成粉状，并由来自惰性气体发生器（56000Nm/h、260）的高温惰性气体进入磨煤机进行干燥和输送，出磨煤机的温度为 104110。由惰性气体输送干燥的粉煤进入粉煤袋式过滤器进行风粉分离后，每小时约 38.735T、104110的粉煤经旋转卸料阀、粉煤振动
8、筛、粉煤螺旋 输送机送至 1600 单元的粉煤贮罐中；分离出的惰性气体部分排放至大气，剩余部分经循环风机进入惰性气体发生器循环使用。惰性气体发生器的燃料气正常情况下来自合成驰放气（燃料气0.30.5MPa)与助燃空气（由燃烧鼓风机 K-1505 送入）按一定比例的 进行燃烧反应。2.1.3、本单元主要发生的反应化学变化：驰放气与助燃空气进行燃烧放热反应CH4+2O2=CO2+2H2O+Q 2H2+O2=2H2O+Q物理变化：大颗粒原料煤被磨煤机的三个磨辊研磨后，被通入磨煤机的 150350热惰性气体干燥，细粉吹送去粉煤袋式过滤器 S-1503 进行风粉分离，气体循环利用，粉煤送到 1600 单
9、元的粉煤贮罐，即原煤变成粉煤的过程。2.1.4.、工艺指标序号 位号 用 途 工程单位 工艺指标1 15TICSA-X101 磨煤机出口温度指示调节连锁报警 1041102 15PICSA-X101 A-1501 出口压力指示调节 kpa -1 -3.83 15PIA-X174/X173 F-1501 燃料气压力指示报警 MPa 0.250.504 15PdISA-X102 A-1501 入出口差压指示报警 kpa 465 15FIS-X103 F-1501 出口流量指示 Nm/h 450006 15QISA-X102 循环惰性气体 O2 含量指示连锁报警O2 8%7 15QISA-X103
10、加热惰性气体 O2 含量指示连锁报警O2 8%8 15QISA-X105 循环惰性气体 H2O 含量指示调节g/m 3509 15WISA-X102 V-1501 重量指示连锁报警 T 302602.2、粉煤加压及输送单元（1600 单元）2.2.1、任务该单元采用锁斗来完成粉煤的加压和输送，通过粉煤进料程序将粉煤输送到粉煤给料罐中，在粉煤给 料罐和气化之间保持恒定的压差，供 17 单元三条粉煤管线输送到气化炉烧嘴。2.2.2、工艺流程接受来自 15 单元的粉煤，但保证 V-1601 粉煤 储仓重量在 94.5T 以下，超出范围连锁停止磨煤机，在放料过程中， 发现曲线程持续下降趋势时，及 时与
11、磨煤单元联系。然后经过加压、放料至 V-1603 粉煤给料罐连续向 17 单元输送，为保证煤粉流量稳定，要求 V-1603 料位在低低限以上，如果 15 单元供煤不上或粉煤架桥等原因要求气化炉减量生产或停车。粉煤加压是通过高压 CO2 加压来实现的，高压 CO2 缓冲罐的最低压力不低于公用工程压力，最高压力在 7.5MPa 以下，压力曲线呈下降趋势时，及 时与调度联系提高高压 CO2 的压力。高压 CO2 温度控制在 95-155。该单元采用锁斗来完成粉煤的 连续加压及输送。在一次加料过程中，常压粉煤贮罐内的粉煤通过重力作用进入粉煤锁斗（V-1602 ）。粉煤锁斗（V-1602）内充 满粉煤后
12、，即与粉煤 贮罐及所有低压设备 隔离，然后用高压N2(CO2)对粉煤锁斗进行加压，当其压力升至与粉煤给料罐（V-1603 ）内的压力基本相同时，打开 V-1602 与 V-1603 之间的平衡阀门进行压力平衡，当 V-1603 料位降低到足以接收一批粉煤时，然后依次打开粉煤锁斗和粉煤给料罐之间的两个切断阀，粉煤通过重力作用进入粉煤给料罐。粉煤锁斗卸料完成后，通 过将气体排放至粉煤贮罐过滤器（S-1601B）进行泄压，泄 压完成后重新于粉煤贮罐经压力平衡后连通，此时，一次加料完成。V-1602 加压是通过充入高压 CO2（开工时为氮气）完成的，高压二氧化碳经充气锥、充气板（笛管）、管道充气器和锁
13、斗高压过滤器（S-1602 ）直接进入 V-1602。为保证到烧嘴的煤流量的稳定，在粉煤给料罐（V-1603 ）和气化炉之间通过控制一个恒定的压差，此压差的设定值由 16PDIYC-2128B 来控制的。2.2.3、本单元主要发生的反应本单元无化学反应，S-1601 粉煤储罐过滤器是一个常压过滤器与大气连通，V-1601 粉煤储仓始终是一个常压粉煤储罐其压力绝对不能超过 40KPa，V-1602粉煤锁斗其压力从常压到高压交替变换的；空罐时是常压，当充满料后，与所有的低压设备隔，对其进行冲压，当 锁斗压力与 V-1603 压力一致时，打开平衡阀进行压力平衡。卸料完成后还要泄到常压， V1603
14、始终处于一个高压状态其压力与气化炉保持一定的压差，这个压差通过 16PDICYA-2128 控制器来控制（给料罐与气化炉压差）。2.2.4、工艺指标压力：16PI-X10180 度2.3、气化及合成气洗涤单元（1700 单元）2.3.1、任务 粉煤分三条煤粉管线进入气化炉的烧嘴。氧气经预热后先在混合器内按一定的比例与蒸汽混合，然后也进入烧嘴。煤粉与氧气在炉膛内发生部分氧化反应，生成合成气的主要成分为 CO 和 H2。在激冷室，合成气被激冷并被饱和，熔渣迅速固化。出气化炉的合成气再经文丘里洗涤器和合成洗涤塔用水进一步润湿洗涤，炉膛内气化反应的部分热量，通 过水冷壁产生中压饱和蒸汽回收热量。2.3
15、.2、工艺流程由空分生产出的氧气（5.0MPaG、25）进入氧气缓 冲罐。氧气由氧气缓冲罐出来先进入氧气预热器 E-1709，被中压汽包循环水加 热到 180。预热后的氧气进入氧气/蒸汽混合器 X-1721。汽包副产的中压饱和蒸汽（5.4MPaG、270）先通过 蒸汽电加热器 E-1701 过热至 300，然后进入蒸汽过滤器 S-1703 以确保没有铁锈颗粒（10m）进入不锈钢的氧气管道中，然后按蒸汽与氧气的比例控制（通常对应于每种煤是固定的比例，一般取 H2O/O2：0.5 0.1，根据具体 项目和煤种 变化）送入氧气/蒸汽混合器进行混合，混合器（4.1MPaG 、197）去粉煤烧嘴 A-1
16、701.从粉煤给料罐下部三个充气锥送出来的粉煤（4.7MPaG、80 ）进入粉煤加料器 X-1701A-F，由调节阀 17FV-1101/1201/1301 控制粉煤质量流量，该阀主要由氧气/ 煤比例控制（一般为 O2/C:0.61.0），并参照合成气中的二氧化碳（一般为5.016.0V,干基)或者甲烷（99 99 98 99 冷煤气效率(%) 8083 8083 7176 80 83 煤气化热效率 (%) 95 96 86 90 原料煤输送形式 干粉,气体输送 干粉 ,气体输送 水煤浆,泵输送干粉,气体输送 烧嘴寿命 10 年,每 6 个月维修头部 10 年,每 1.5 年维修头部每 1.5
17、 个月维修头部 10 年,每 6 个月维修头部 水冷壁或耐火砖 寿命水冷壁结构简单，属圆筒盘管 型，水路简单，易制造，寿命 10 年，副产中压饱和蒸汽 水冷壁呈多段竖管排列，水路复杂，合金钢材质，制造 难度大，寿命10 年，副产 中压饱和蒸汽和过热蒸汽昂贵的耐火砖只能用 一年，不产蒸汽 水冷壁结构简单，属圆筒 盘管型，水路简单，易制 造，寿命10 年，但只副 产低压蒸汽 原料煤的适应性气化原料煤几乎函盖从褐煤到 无烟煤的所有煤种，可以实现 原料煤本地化 气化原料煤几乎函盖从褐煤 到无烟煤的所有煤种，可以 实现原料煤本地化 对煤种要求高（灰熔点低于 1250 度，成浆 性好）,无法实现原料 煤本地化 气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种， 可以实现原料煤本地化 电耗 低 因有激冷气压缩机和反吹气 压缩机,所以电耗较高 低 低
