[VIP专享]航天炉工艺及主要设备参数

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1.22×106Nm3/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（1400～1700℃）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，煤被磨制成20-100μm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CO﹢H2体积比90%左右，CH4气体体积仅有几十至几百PPm

3、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

1.4.2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≤90μm占90％（重量）

颗料尺寸≤ 5 μm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（56000Nm³/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104~110℃。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、104~110℃的粉煤经旋转卸料阀、粉煤振动筛、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0.3~0.5MPa)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：

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。

2.3.2、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（>10μm）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-1701.

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:0.6～1.0），并参照合成气中的二氧化碳（一般为5.0～16.0V％,干基)或者甲烷（<500ppm)的含量进行调节。由调节阀17FV-

1102/1202/1302控制加入粉煤加料器的二氧化碳（开车时为氮气）

（5.1MPaG、100℃）的流量来调节粉煤悬浮速度。然后悬浮粉煤（4.1MPaG、80℃）去粉煤烧嘴。

在开车和停车时，悬浮粉煤可通过三通阀17XV-1108/1208/1308循环至低压的粉煤贮罐。

粉煤和氧气/蒸汽混合器经粉煤烧嘴喷入气化炉F-1701气化炉中混合，进行部分氧化反应，反应在4.0MPaG、1500℃左右下进行，反应生成合成气，其主要成分为CO、H2、CO2以及少量的H2S、COS、N2、Ar、CH4等。未反应的呈熔融状态的灰渣与粗合成气一起进入均布激冷水的激冷环，合成气被激冷水冷却并饱

和后，向上穿过多层破泡条和旋流板分离器进行汽流分离，分离后的合成气由激冷室上部的合成气出口管线并加入喷淋后，导出去文丘里进一步洗涤；而灰渣被水激冷后沿下降管进入激冷室的水浴中冷却。熔融状态的灰渣经过冷却固化，落入激冷室底部，经破渣机H-1701破碎除去大块渣后排入渣锁斗V-1703.

激冷水进入下降管顶部的激冷环之后，一部分喷入高温气体，一部分均匀在下降管壁面先下流进激冷室，激冷室中的激冷水含有少量固体，在流量的控制下排出送到黑水处理系统的高压闪蒸罐对热量进行回收，并对水循环系统的固体

含量进行控制。

粉煤烧嘴通过在其水夹套中通入冷却水来进行降温保护。粉煤烧嘴冷却水