HT-L航天粉煤加压气化技术及其应用1

• • • • • • •
北京航天煤化工工程公司16
HT–L粉煤加压气化工艺
• • • • • • •
• 废水治理
（1）煤气化废水 绝大部分的煤气化废水都通过航天煤气化技术中设置的渣及灰水处理装置处理后循环 使用，只有少量的废水送污水处理站。 来自气化除尘洗涤的废水，排放量为20.22m3/h，废水的组成为：NH3-N 200mg/l、COD 300mg/l、BOD 200mg/l、SS 50mg/l、CN- 10mg/l。该废水送污水处理站处理，达标排 放。 （2）脱硫、脱碳冲洗废水 废水排放量为0.15m3/h，废水的组成为：MDEA250ppm，栲胶200 ppm(wt)。该废水送污 水处理站处理，达标排放。 （3）变换工艺冷凝液 最终冷凝冷却器的工艺冷凝液排放量为3.65m3/h，废水的组成为：NH3-N 150mg/l、 COD 300mg/l、BOD 200mg/l、SS 50mg/l、CN- 150mg/l、硫化物20mg/l。经汽提后送 气化洗涤塔。
2、工艺流程：
●磨煤及干燥单元 该单元使用常规的煤研磨及干燥技术，来自原料煤贮仓的碎煤/石灰石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满足以下要求即可： （1) 颗粒尺寸≤90μ 占90%(重量)； （2) 颗粒尺寸≤5μ 占10%(重量)； （3) 水分含量典型值 < 2%（wt）。 ● 粉煤加压及输送单元 该单元采用锁斗来完成粉煤的加压和输送，在加压煤斗 (该煤斗为烧嘴提供进料)和气化炉之间保持恒定的压差。 ●气化及合成气洗涤单元 煤粉在炉膛内高温部分氧化反应，生成的合成气主要成分为CO和H2。在急冷室，合成气被急冷并被水饱和，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气洗涤塔用水进一步润湿洗涤，通过洗涤塔后进入变换工段。生成的灰渣留在水中， 绝大部分迅速沉淀并通过渣锁斗系统定期排出。 炉膛通过水冷壁产生中压饱和蒸汽回收热量。 ●渣及灰水处理单元 从气化炉急冷室和合成气洗涤塔底部来的灰水通过渣水处理系统回收热量、去除不凝气和固体颗粒，泵回气化系统重复使用。
采用激冷流程 • • • • • • 主要特点： 技术先进，具有的热效率(可达95%) ，碳转化率高(可达99%)； 气化炉为水冷壁结构，气化温度能到1400至1850度； 对煤种要求低，可实现原料本地化； 具有自主知识产权，专利费用低； 关键设备全部国产化，投资少。
北京航天煤化工工程公司12
HT–L粉煤加压气化工艺
临 泉、 濮 阳 HT-L 示 范 装 置 模 型
北京航天煤化工工程公司10
主要内容
1
单位基本情况
2
HT-L煤气化项目的意义
3 HT–L粉煤加压气化工艺 4 HT–L主要设备
5 6
HT–L控制技术
HT–L示范装置开车情况
北京航天煤化工工程公司11
HT–L粉煤加压气化工艺
主要技术路线：干煤粉作原料
状态 固 气体 气体 气体 气体 气体
正常流 量 kg/s 7.76 0.67 6.29 0.24 0.14 0.67
最大流 量 kg/s 9.3 0.89 6.92 0.69
温 度 ℃ 80 80 180 300 20 20
压力 Mpa 4.1 4.1 4.15 5.0 0.3 0.4
北京航天煤化工工程公司22
HT-L煤气化技术吸收了先进煤气化技术的优点
粉煤加压输送系统采用成熟的粉煤浓 相输送技术（CO2或N2输送） 灰渣水处理系统采用我公司设计的、 已投产的、成熟的灰渣水处理技术
HT-L气化技术
自主研发气化炉、气化烧嘴、工艺包 和关键设备，形成具有自主知识产权 的HT-L粉煤加压气化成套技术
北京航天煤化工工程公司 9
中国航天科技集团公司
HT–L粉煤加压气化技术 及其应用
卢正滔、姜从斌
中国运载火箭技术研究院 北京航天煤化工工程公司
主要内容
1
单位基本情况
2
HT-L煤气化项目的意义
3 HT–L粉煤加压气化工艺 4 HT–L主要设备
5 6
HT–L控制技术
HT–L示范装置开车情况
北京航天煤化工工程公司 2
单位基本情况
关 键 设 备
HT-L粉煤加压气化技术特点： 1.干煤粉进料，惰性气体输送，加压气化 2.气化炉炉膛允许操作温度：1400–1850℃ 3.单烧嘴顶烧组合燃烧器 4.精良的加工制造工艺 5.密闭式盘管水冷壁炉膛结构，设计寿命20年 6. “自我修复式”耐火材料结构，维护量少 7.激冷、水浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性好 8.燃烧效率高、环保性能好 9.系列化
57.003 6000
循环经济
排尘量(吨/年) (按30万吨/年规模） 硫磺回收(吨/年) (按30万吨/年规模）
0
6300
1750
总结：1、节能：年节约能耗357万GJ，折合标准煤12万吨 2、减排：年减少排尘量6000吨 年减少硫排放4550吨（多回收硫磺4550吨）
北京航天煤化工工程公司15
HT–L粉煤加压气化工艺
固定床 能耗
30.349 4.617 12.236 1.300 -3.399 45.103
单位消耗
1.3 (7000Kcal/Kg) 1350 0.6 410 0
能耗
38.093 15.981 1.904 1.025
节能减排
电(Kwh) 蒸汽(吨) 循环水 副 产： 中压蒸汽(吨) 综合能耗(GJ)
• 废气治理
• （1）含硫废气：现无论是电力行业，还是煤化工行业，煤炭中所含的硫元素由于技术 的限制都以二氧化硫的形式直接排入大气，造成了大量的空气污染，而航天煤气化技 术的工艺装置中，设置了脱硫装置及硫回收装置，将煤炭中的硫成分全部回收变为单 质硫或硫酸，将以前严重的污染物变成了经济价值很高的化工产品，变废为宝。 （2）气化除尘废气 正常工况下，本技术气化除尘废气主要为氮气、二氧化碳及少量煤尘，经除尘处理后 排入大气的含尘量仅10ppm。 （3）二闪CO2排气 二闪CO2排气主要为CO2气体，直接高空排放。排放废气中N2：0.1%、CO2：98.5%。、 H2 0.7%。其中约10～20%的CO2气体量得以回收利用（用于输送粉煤、调节炉膛反应温 度）,经转化变为CO，成为原料气。 （4）氢回收后释放气 氢回收后释放气含CO2、N2气体，气体中H2：18～20%、CH4：26～30%、N2＋CO2＋CO 50～56%。该气体作为煤粉制备中干燥粉煤的燃料。 以上排放的废气，经处理后符合GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》表2二级标 准最高允许排放值，废气治理满足环保要求。
北京航天煤化工工程公司24
关 键 设 备
2、 气化炉炉膛允许操作温度：1400–1800℃ 优点：（1）煤种适应性广 煤的灰熔点可选范围宽，可实现原料煤的本地化。 （2）碳转化率高、粗合成气品质好，CH4含量低 碳转化率≥99%,出口有效气体(CO+H2)成分≥90%, CH4含量≤200ppm 。 （3）炉膛耐火料壁面配有温度测点 对水冷壁温度进行有效监测，在气化炉开车、换煤 种或煤种不稳定时，能起到良好的保护作用。
5
V h1
V t1
V t2 T8
01 02 03
Vj 1 Vj 2 V j3
Vt 3
2
4
P T2
T3
T4
1 水箱 2 柱塞泵 3 孔板及流量调节阀 4 回热器 5 预热器 6 螺旋管实验段 7 冷凝器 8 冷却水泵
水冷盘管传热试验台
北京航天煤化工工程公司21
关 键Hale Waihona Puke Baidu设 备
气化烧嘴
物料名称 煤粉 氮气 氧气 蒸汽 液化气 点火氧气
北京航天煤化工工程公司23
关 键 设 备
1、 干煤粉进料：20-90μm煤粉颗粒 惰性气体输送：氮气或二氧化碳 加压气化：2.0–4.0MPa 优点：（1）干煤粉进料气化效率高 冷煤气效率：80-83%，碳转化率≧99% （2）先进成熟的干煤粉浓相输送技术 悬浮速度7–10m/s，固气比最高可达450Kg/m3 ，载 气量小。 （3）气化强度高，设备尺寸小，结构紧凑
立足航天技术、着眼市场需求、 瞄准发展目标、统筹战略布局 的重要举措 ： 投资3.5亿元建设航天煤化工产业基地
北京航天煤化工工程公司 3
主要内容
1
单位基本情况
2
HT-L煤气化项目的意义
3 HT–L粉煤加压气化工艺 4 HT–L主要设备
5 6
HT–L控制技术
HT–L示范装置开车情况
北京航天煤化工工程公司 4
北京航天煤化工工程公司 5
HT-L煤气化项目的意义
原油的供需矛盾
z 石油消费总量已经跃居世界第二位 z 2004年中国原油进口率高达41.9% z 根据推测， 2020年中国原油进口率将达到66.7% z 进口石油大部分来自中东和非洲国家，需要通过 长达1000公里，最窄处只有500米的马六甲海峡。目 前，通过该海峡的油轮60%的目的地是中国，每天约 有80多艘。能源安全问题严峻。
北京航天煤化工工程公司17
HT–L粉煤加压气化工艺
• 废渣处理
• （1）煤气化粗废渣 • 来自气化工段，排放量为210吨/天(干)，主要组份为C： ≤0.5%(wt)，水10～20%，其它组份为：Al2O3、Fe2O3、 MgO、CaO、SiO2，用于建材材料，变废为宝。 • （2）气化细废渣 • 来自气化工段，排放量为50吨/天(干)，主要组份为C： • ≤ 5%(wt)，用于建材材料，变废为宝。
HT-L煤气化项目的意义
煤炭的重要战略地位
煤炭占能源消费总量的比例大：
煤炭自1980年以来所占的比例一直在70％～75％左右 原煤为我国提供了: 70％以上的发电燃料 80％的民用燃料 60％的化工原料 （其中:
以煤为原料的合成氨占总产量的64％ 以煤为原料生产的甲醇占总产量的70％ ）
随着我国国民经济的 强劲增长，市场对化工产 品的需求也越来越大，以 煤为原料的煤化工在我 国化学工业中将占有越来 越重要的地位。
北京航天煤化工工程公司25
关 键 设 备
3、 单烧嘴顶烧组合燃烧器 优点：（1） 安装、维护、调试方便 集高能电点火装置、点火烧嘴、开工烧嘴、工艺烧嘴于 一体，拆装维护调试方便。 （2） 燃烧火焰、炉内流场与炉膛良好匹配 炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流 区以及二次反应区分布合理。反应停留时间满足气化要求。 （3）烧嘴结构设计合理、具有良好的气化性能 氧与煤粉混合充分，煤粉反应完全；火焰形状、稳定性 好。
北京航天煤化工工程公司18
主要内容
1
单位基本情况
2
HT-L煤气化项目的意义
3 HT–L粉煤加压气化工艺 4 HT–L主要设备
5 6
HT–L控制技术
HT–L示范装置开车情况
北京航天煤化工工程公司19
关 键 设 备
HT–L粉煤气化炉 气化烧嘴 破渣机 热风炉 安全阀 特种阀 高压耐磨泵、高速泵 煤粉阀 锁渣阀 煤粉调节阀、换向阀 黑水调节阀
粉煤分三路进入气化炉烧嘴的三个煤粉管。氧气经预热器加热后先在混合器内与一定量的蒸汽混合，然后也按一定的比例进入烧嘴。
北京航天煤化工工程公司13
HT–L粉煤加压气化工艺
二十余项专利技术
北京航天煤化工工程公司14
HT–L粉煤加压气化工艺
吨氨（甲醇）综合能耗：
HT—L 单位消耗
煤（吨） 1.45 (5000Kcal/Kg) 390 3.86 520 1.4
北京航天煤化工工程公司20
关 键 设 备
HT–L粉煤气化炉
冷 却塔
8 7
冷却水 T7 T12低 压 压 力 表 Vj 7 工质 补 充 Vt 8 T 11 V j1 7 G YT6 5 精密压 力 表
J T6 5
V j8 Vj 6 T 10 T9 V j16 Vj 20
1
T 13 Vt 7
6
3
4 0TY 44 -5 0 T0 T5 P Vj 5 T1 P V j4 Vt 5 Vj 9 P T6 Vj 11 V t4 Vj1 0
北京航天煤化工工程公司 6
HT-L煤气化项目的意义 根据我国一次能源构成的特点，充分利用 相对丰富的煤炭资源，发展洁净、高效、适 应性广、建设及运行费用低廉的具有自主知 识产权的煤气化技术，是解决我国能源安全 问题的一条切实可行的途径，是对国家推行 节能减排、发展循环经济政策的具体响应。
中国航天科技集团立足航天技术，着眼市场需求， 瞄准发展目标，统筹战略布局，下大力气在民品工业上 创新开拓，研制、开发了对国民经济具有重大意义的 HT-L航天粉煤加压气化成套技术，并成功地建成及投运 了两套大型煤气化示范装置。
北京航天煤化工工程公司 7
HT-L煤气化项目的意义 煤气化技术的演变
粉煤加压气化技术
粉煤作原料
热效率高、碳转化率高 煤种要求低 可实现煤种本地化
水煤浆加压气化技术
水煤浆作原料
燃烧温度低，煤种要求高 难以本地化
常压固定层气化技术
无烟煤块作原料
效率低、污染重、成本高
北京航天煤化工工程公司 8
航天HT-L粉煤加压气化技术特点