新型煤气化示范装置

3/9/2019
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新型煤气化技术的介绍
• 水／汽激冷新型干煤粉气化炉，又称为五环炉（ＷＨＧＦ），由渣池、 气化反应室、高温水/汽激冷段、气体返回室、输气管和激冷罐组成。高 温段内件采用膜式壁结构以通过水副产蒸汽的方式实现对器壁的保护， 气化反应高温气体通过设在反应室顶部激冷区的多个水/汽组合式喷头对 高温合成气进行喷水冷却固灰。由输气管出口温度约800℃的含尘气体借 助设在激冷罐内多个功能部件，依靠水与高温气体的直接接触实现对气 体进行完全冷却和除尘。
径向温度云图
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4 示范装置开发工作总结
气化炉轴向浓度场分布
SKLCC
3/9/2019 气化炉轴向CO浓度场分布
气化炉轴向H2浓度场分布
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示范装置开发工作总结
气化炉轴向浓度场分布
3/9/2019 气化炉轴向H2O浓度场分布
气化炉轴向CO2浓度场分布
4 示范装置开发工作总结
壁面热负荷
气化炉轴向速度分布
3/9/2019 轴向速度等值线
轴向速度云图
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示范装置开发工作总结
气化炉径向速度分布
径向速度等值线
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径向速度云图
SKLCC
4 示范装置开发工作总结
气化炉轴向温度分布
轴向温度等值线
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轴向温度云图
4 示范装置开发工作总结
气化炉径向温度分布图
SKLCC
径向温度等值线
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新型煤气化技术的介绍
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2 新型煤气化技术的介绍
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2.1 新型干煤粉加压气化炉的特点
– 高温合成气体采用多个水/汽组合式喷头喷水进行雾化、冷却和固 灰，取代用返回合成气进行激冷的传统工艺，简化了流程。 – 取消了合成气冷却器、循环压缩机和高温高压飞灰过滤器，降低 了工程投资，缩短了关键设备的制造周期,从而缩短了项目建造周 期，节约运行费用； – 内件采用膜式壁结构并采用通水副产蒸汽的方式进行器壁保护,气 化反应室不使用耐火砖。气化温度可根据煤种特性进行确定，气 化效率高，碳转化率高达99%。由于部分氧化气化温度高，燃烧充 分，渣中含碳量为0.5%wt,灰中含碳量为<5%wt。 – 冷煤气效率高，可达80~83%。 – 对煤质要求宽,由于气化温度高大达1400~1600 ℃ , 对灰分含量 不敏感，不受灰熔点的限制，适用于多种煤种。
新型煤气化示范 装置介绍
2009年1月22日
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新型煤气化示范装置 技术开发进展
1 概述 2 新型煤气化技术的介绍 3 新型煤气化技术优势 4 示范装置开发工作总结
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概述
安阳化学工业集团有限公司于2007年12月委托五环 科技股份有限公司进行新型煤气化示范装置的开发设计， 建设一套年产20万吨甲醇装置。该装置气化炉的气化压 力4.0MPa, 投煤量1000吨/天，有效气量能满足20万吨 甲醇及18000 NM3/h CO的要求。 我公司组织了大量的人力，对气化技术进行了深 入的研究、分析、总结和创新，对煤气化装置的关键设 备在工艺、设计、制造、安装和维护等方面积累了大量 的技术资料，拥有技术开发和工业应用的技术优势，为 开发新型煤气化示范装置奠定了良好的基础。
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示范装置开发工作总结
冷态颗粒轨迹图
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４ 示范装置开发工作总结
热态模拟结果
额定工况下气化炉反应数值模拟结果
产气 质量流量 kg/s CO H2 CO2 H2O CH4 N2 总计 碳转化率
21.93
0.32
1.47
0.53
4.79e-3
0.16
24.42
99.48
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4 示范装置开发工作总结
已完成的工作:
设计基础 管道仪表流程图PID 粉体PID 气化炉内件初步设计 气化燃烧反应模拟计算 工艺流程图(PFD) 物料和热量平衡数据表 水/蒸汽激冷模拟计算 材料技术规格书 公用物料流程图(UFD) 设备布置图 关键设备简图 制造通用技术规定
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４ 示范装置开发工作总结
气化炉内件设计 图 118张 A1# 制造要求 4份 材料说明书 9份 气化炉压力容器 总装图 技术规格书 4份
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４ 煤气化技术研究进展
组合喷头模拟 几何模型
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４ 示范装置开发工作总结
底层喷嘴截面
速度云图
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４ 示范装置开发工作总结
底层喷嘴截面
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温度等值线
４ 示范装置开发工作总结
上层喷嘴截面
速度云图 3/9/2019
４ 示范装置开发工作总结
上层喷嘴截面
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2 新型煤气化技术的介绍
2.1 新型干煤粉加压气化炉的特点
– 煤粉采用气体（N2或CO2）输送，气化剂为氧和少量蒸汽，燃烧反 应的热利用合理,可大幅降低氧气消耗，减少空分装置能力，降低 建设投资和运行费用； – 高温合成气经水/蒸汽激冷，通过气体返回室、输气管传热面冷却 后，出气化炉的温度约为800℃，进入激冷罐内激冷中心筒，不易 结垢，避免了激冷环堵塞的现象发生。 – 由于采用气体上行，大部分灰以渣的形式通过捞渣机排出，因而 激冷罐中，水中含渣量较小，管道磨蚀小。激冷水采用除氧水， 可避免喷口堵塞的问题。 – 由于激冷罐内设置自冲洗径向喷射塔盘，折板式高效分离器和在 线式冲洗装置，可避免黑水管线堵塞等问题。
基本完成气化炉的询价文件
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谢谢！！！
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气化炉反应室顶锥
采用三维软件进行内件图的设计 3/9/2019
４ 示范装置开发工作总结
吹渣器
采用三维软件进行内件图的设计
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４ 示范装置开发工作总结
急弯弯头的试制
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４ 示范装置开发工作总结
急弯弯头的试制
无损检测和通球试验,水压试 验合格后的剖开检查
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４ 示范装置开发工作总结
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新型煤气化技术的介绍
2.1 新型干煤粉加压气化炉的特点
– 气化反应生成的合成气和熔融炉渣背向而行，渣水、灰水处理比 较单一，系统操作稳定； – 由于采用水冷膜式壁结构，不受耐火砖寿命的影响。操作时，膜 式壁内形成一层渣，用“以渣抗渣”的方式保护衬里不受侵蚀,能 长周期稳定运行，不需设置备用炉; – 烧嘴的寿命长，可达8000小时以上。将采用在湖北双环或柳化已 经过工业化长周期运行验证的国产化煤烧嘴,节省投资和运行费用。
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SKLCC
4 示范装置开发工作总结
将采用在湖北双环 或柳化已经过工业 化长周期运行验证 的国产化煤烧嘴, 烧嘴的寿命长，可 达8000小时以上。
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示范装置开发工作总结
SKLCC
通过对喷嘴罩热负荷计算 和喷嘴罩区域流场分析, 采取下列措施,保证烧嘴 罩正常运行: a)金属管壁厚减薄; b)进水通量增大; c) 帽沿内深; d) 进水温度降低; e)烧嘴罩可拆,更换方便
-123372.199
-274324.6222 -498099.8622 -519976.0578 -322608.9261 -99745.97865 -595440.9732 -243230.8901
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4 示范装置开发工作总结
水/蒸汽激冷机构的研发获得下列成果并进行实验验证： a.通过计算机数值模拟分析，确定了合理的喷嘴的工艺参数， 使回流区远离膜式壁，避免喷射作用产生的高温含尘气体对 喷嘴附近膜式壁产生侵蚀和磨蚀；避免冷激区膜式壁内表面 结渣并且长大，从而堵塞合成气通道，影响换热和改变气流 的流场。 b. 计算不同工况下炉内的换热量，计算得到激冷蒸汽量以 及激冷冷却水量。 c. 对高温高背压条件下的蒸汽射流的喷射距离、扩张角进 行了计算，得到单嘴喷射蒸汽的参数，并对高温高背压 条件下的水射流的射流特性和雾化特性进行了计算。
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3 新型煤气化技术的优势
3.5 激冷筒设置了多种功能部件，例如在分布环下方设有溢流槽 ，在筒内设有锥形喷头和文丘里构件，在下部设有导流锥等使得壁面 液膜分布比较均匀，气体在筒内冷却、除尘效果较好。 3.6 激冷筒外还设置气体导流筒、塔板和气体折板分离器，可通 过调节液面高度改变气流通过齿间速度的方法调整气液接触程度和气 流通过塔板等多种设施使气体确保冷却至饱和温度，并取得最佳的增 湿除尘效果。
wall5
wall6 wall7 wall8 wall9 wall10 喷嘴罩 sum
-621754.06
-1382503.1 -2537149.8 -2140787.5 -2005589.3 -419985.59 -157711.39 -11752152.88
5.039661
5.039661 5.0936569 4.1170886 6.2167818 4.2105516 0.26486486 48.31686006
温度等值线 3/9/2019
４ 示范装置开发工作总结
激冷室出口
速度云图 3源自文库9/2019
４ 示范装置开发工作总结
温度等值线
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４ 示范装置开发工作总结
纵向断面
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温度等值线
4 示范装置开发工作总结
气化炉底锥
采用三维软件进行内件图的设计 3/9/2019
4 示范装置开发工作总结
气化炉壁面热负荷 壁面 wall1 wall2 wall3 wall4 传热量(W) -658231.13 -685661.94 -562801.94 -579977.13 面积(m2) 3.4868981 4.7683742 5.0396593 5.0396627 热负荷(W/m2) -188772.6888 -143793.6519 -111674.6007 -115082.5292
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4 示范装置开发工作进展
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喷嘴罩部分 伸入炉膛
减少高温气体回流, 从而减少热负荷、 磨蚀和高温腐蚀
４ 示范装置开发工作总结
冷态模拟计算网格图
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４ 示范装置开发工作总结
冷态喷嘴截面速度场
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４ 示范装置开发工作总结
冷态中心截面速度场分布
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1 概述
本开发是在消化吸收干煤粉加压气化技术，水煤浆气化技 术的基础上进行再创新的过程，旨在开发一种投资省、工程建设 周期短，工艺技术各项技术指标先进，操作安全、稳定可靠的干 煤粉进料，水／蒸汽雾化激冷的先进煤气化技术。 通过与国内知 名科研院所和制造厂合作，如中船重上海711所，华中科技大学， 西安交通大学等，进行了气化炉反应室燃烧流场的分析,传热面热 负荷,产品气成分、水/蒸汽喷射激冷模拟分析、煤粉加压及给料 系统试验、水汽系统热动力、流体阻力计算等，解决了煤烧嘴， 点火烧嘴，开工烧嘴，震打器等关键设备的供货等。 开发过程中，形成了五环公司自主知识产权的两项国家发明 专利和两项实用新型发明专利。
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3 新型煤气化技术的优势
3.1 在气化反应气体出口上方设置激冷机构，正常操作时，通过设 在激冷室筒壁上的多排多个水/汽组合型喷咀实现对高温合成气喷水雾 化冷却和固灰，取代传统用后续返回气进行激冷的方法，简化了流程 ，取消循环气压缩机，降低工程投资，节约了运行费用； 3.2 在输气管出口设置了激冷罐，取代废热锅炉对气体进行降温和 除 尘，取消干法除尘和回收系统，增加了灰水处理能力，大幅度降低 了工程投资； 3.3 煤种的适应性 广，可以用于气化高碱性元素和氯离子的煤， 避免采用合成气冷却器时,由于灰的粘结, 恶化传热，使得合成气出口 气体超温。 3.4 进入激冷筒的合成气温度较低，约为700℃，激冷过程相对平 稳, 预期设备寿命较长；
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４ 示范装置开发工作总结
d. 对汽／水组合工况进行一系列的模拟，得出喷射没有下 倾角和喷嘴单层布置都容易引起激冷室底部近壁面区域 形成高温区，不适合采用这两种布置形式。 e. 通过实验验证喷嘴喷出的水雾具有合适的雾化角和射程， 实现水的快速汽化并与合成气进行充分的混合，达到快 速冷却合成气的目的。 f. 通过实验验证低负荷运行工况下喷嘴的水／蒸汽流量调 节和喷嘴的安全性， 具有一定的操作弹性，在达到最 佳喷射雾化形状的同时，喷嘴的水流量具有一定的操作 弹性，负荷变化允许范围（８０～１２０％）。