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航天气化
U-1100磨煤与干燥系统
一设计方案及工艺原理
本系统采用辊式磨煤机磨煤,热风炉干燥的工艺方案。
系统设计考虑两方面因素:
一是安全操作和干燥的存储,要在惰性环境下(对于煤粉来说氧含量小于8%)进行磨煤和干燥;二是要最小的能量损失,所以使用循环气进行固体输送和干燥。
原料煤被送入磨煤机碾磨并用干燥的惰性气体进行干燥,含水量降至约为2%wt(仅含内水),碾磨干燥后的煤粉被惰性气体输送到旋风分离器,分离出粗糙的大颗粒返回磨煤机中继续碾磨。
煤粉粒度是由循环气流量、液压辊子的压力和可变速的旋风分离筛控制。
原料中比较硬的煤块、矸石被送到废物箱中排出界外。
循环惰性气体输送煤粉到袋式过滤器中并完成分离,出袋式过滤器的惰性气体中固体浓度小于10mg/Nm3,过滤后的大部分气体再循环,部分气体被放空(带走水分)。
煤粉随后从袋式过滤器中被送到煤加压及给料系统。
在磨煤机中煤在惰性环境和微负压条件下被碾磨和干燥。
干燥粉煤的热量是由天然气或释放气在惰性气体发生器中燃烧产生的热量来提供的。
二工艺流程简介
外界来的原料煤输送入原料煤贮仓,原料煤在进入贮仓时产生的粉尘经排风机过滤器过滤后通过贮仓排风机的抽吸送入大气。
来自原料煤贮仓的碎煤通过称重给料机送入磨煤机中,被磨辊在碾磨台上碾磨成粉状。
碎煤在被碾磨的同时,被从惰性气体发生器送来的热惰性气体干燥,粉煤经热风干燥后,随热风一起被带出磨煤机。
在磨煤机的上部进过旋转分级筛旋转分离,合格煤粉随热风一起进入粉煤袋式分离器进行煤/气分离,不合格的大颗粒粉煤重新返回磨煤机中继续碾磨。
在磨煤机下部,未被碾磨的石块、木块等从磨煤机的排矸孔排出。
惰性气体进入磨煤机的温度为150~300℃,出磨煤机的温度为100~110℃。
惰性气体发生器的燃料气在正常情况下使用合成气驰放气,开车时使用天然气。
为保证整个磨煤系统的安全性,整个循环回路的氧气含量不能超过8%,回路配有氮气补充管线和氧含量在线分析仪。
另外为保证设备稳定运行和环境卫生,磨煤机还配备密封空气风机,对磨煤机的轴承等部位进行气封。
进入粉煤袋式分离器的煤/气混合物,固体浓度为460mg/Nm3,由于风速突降,约有70%的煤粉自然沉降落入分离器底部收料斗,经过折流板后,剩余的30%的煤粉中有约60%会再次沉降下来,实际上只有12%的煤粉进入煤粉袋式分离器过滤。
经过滤后的热分中固体含量低于10mg/Nm3,被循环风机抽出,80%循环利用,20%排放到大气中移走气体中的水分。
循环热风在进入惰性气体发生器前与稀释风机补充的部分新鲜空气一起混合后进入惰性气体发生器的燃烧室和混合室。
袋式分离器底部收集的粉煤通过粉煤旋转下料阀、粉煤振动筛、粉煤螺旋输送机的输送进入粉煤贮仓。
为避免煤粉发生自然和爆炸现象,所有的输送都是在氮气的保护下进行的。
粉煤袋式分离器采用长袋高效低压脉冲方式进行煤粉收集。
当运行一段时间后,滤袋内外压差增大,反吹程序会自动运行进行吹灰(也可采取定时清灰),反吹气源为低压氮气。
磨煤及干燥单元设有两条线,每条线的处理能力为设计煤量的100%,从而使得一条线在操作中的同时,另一条线可进行维修。
磨煤及干燥单元主要控制煤的颗粒尺寸(粒径分布)和粉煤的水分含量(<2%wt〉),循环烟气回路氧含量不得超过8%。
粉煤的典型粒径分布为:
(1)、5um≤颗粒尺寸≤90um占90%(wt)
(2)、颗粒尺寸≤5um和颗粒尺寸≥90um占10%(wt)
U-1300粉煤加压气化
一气化及合成气洗涤系统的目的和作用
气化及合成气洗涤系统的目的和作用是以干粉煤为原料,中压过滤蒸汽和纯度99.6%的O2为气化剂,在气化炉内发生氧化还原反应,生成CO+H2为主要组分的合成气。
合成气出气化炉经文丘里洗涤器湿润洗涤进入洗涤塔底部进一步洗涤冷却,出系统的合成气温度大约为204~210℃、固体含量<10mg/Nm3。
气化炉水冷壁产生5.4MPa、271℃的饱和蒸汽。
二工艺介绍
一、工艺原理
气化反应式一个复杂的物理化学过程,不仅与气化的温度、压力、停留时间有关,而且还受进料组分的温度、浓度及理化特性影响(例如煤的粒度、活性、灰熔点及粘性等因素),因此可以说气化反应是一个由众多因素、不同条件相互制约和共同作用的结果。
气化反应主要方程式如下:
C+O2=CO2-393百万焦耳/千摩尔碳
C+CO2=2CO+173百万焦耳/千摩尔碳
C+H2O=CO+H2+171百万焦耳/千摩尔碳
C+2H2=CH4-75百万焦耳/千摩尔碳
CO+H2O=CO2+H2-41百万焦耳/千摩尔碳
CH4+H2O=CO+3H2+211百万焦耳/千摩尔碳
二流程简述
该单元是HT-L加压粉煤气化的工艺核心。
主要由氧气系统、粉煤进料系统、气化系统、气化汽水系统、合成气洗涤系统和排渣系统组成。
1氧气系统
来自空分单元的氧气(约25℃、5.0MPa)进入氧气缓冲罐,经氧气预热器加热(主要是避免氧气和蒸汽混合后蒸汽发生冷凝)至180℃后与蒸汽电加热器来的中压过热蒸汽(约420℃、4.8MPa)在氧气/蒸汽混合器混合后作为气化剂经烧嘴的氧气/蒸汽管道送入气化炉。
在开车点火及气化炉预热阶段,通过氧气升温管线将常温氧气送至烧嘴,进行点火及对气化炉进行升温预热。
2、粉煤进料系统
来自粉煤给料罐的粉煤用高压CO2(开车时用氮气)通过三条粉煤输送管线采用密相输送方式,送入气化炉烧嘴的三个粉煤通道。
粉煤的流量通过粉煤管线上的稳定、压力、悬浮密度和测量仪表以及特殊的粉煤流量调节阀进行控制。
3、气化系统
气化炉由上部的水冷壁辐射燃烧反应室和下部的激冷室组成。
加压后的粉煤进高压CO2气体输送到煤烧嘴,与氧气、蒸汽一同通过烧嘴被喷人气化炉的反应室,在高温、高压下瞬间发生反应(炉内温度可达1500℃甚至更高),生成的合成气由上至下通过下降管进入气化炉的激冷室。
在气化炉的反应室内,在1550℃和4.0MPa条件下发生气化反应。
反应室为表面覆盖耐火材料的盘管式水冷壁结构,在水冷壁和气化炉压力容器之间的环隙连续通入保护气(高压二氧化碳),气化炉承压外壳的温度保持在大约200℃的左右。
水冷壁向火侧有密集的抓钉,用来固定碳化硅耐火层,由于有水冷壁的冷却作用,耐火层表面温度低于灰渣的凝固温度,因而会在耐火层表面形成稳定的凝固渣层,对耐火砖起到保护作用,同时固化的渣层提供的保温将热损失降到最低,因此冷煤气的效率更高,且合成气内CO2含量更低。
粗合成气的主要成分是水、氢气和一氧化碳,少量的其他组分(包括二氧化碳、氯化氢、硫化物、氮、氩和甲烷)以及液态炉渣和细固体颗粒。
这些物质离开反应室向下经过均布急冷水的激冷环后沿下降管进入激冷室水浴,渣在水中固化并沉到气化炉底部;合成气通过和水的直接接触,其中携带的大多数颗粒被洗涤进入到水里,同时粗合成气也被冷却、饱和。
冷却后的合成气向上通过下降管周围周围的环形空间离开气化炉。
激冷室中得激冷水含有少量的固体,在也为控制下连续排出送到渣及灰水处理系统的高压闪蒸罐对热量进行回收,并对水系统的固体含量进行控制。
在启动和停车阶段,由于原设计密封罐的高度与气化炉黑水管线在同一水平高度,直接启动P-1403、P-1405、P-1406、P-1303建立气化系统循环到真空闪蒸罐来保证气化气化炉低液位并节省开车时间,从而建立激冷室的水路循环。
烧嘴是通过在其水夹套内通入冷却水来进行超温保护的,水在水夹套中连续循环流动,使烧嘴温度稳定。
烧嘴冷却水系统包含一个烧嘴冷却水循环罐,烧嘴冷却水泵,烧嘴冷却水冷却器,烧嘴冷却水过滤器。
为了更好的保护烧嘴,设计中的烧嘴冷却水冷却器现改为加热器,热源为低压蒸汽,烧嘴水温度在130~150℃,系统点火前把加热器蒸汽加入。
开工时,使用点火、开工氧气管线和点火。
开工燃料气系统对气化炉进行点火及升温,在升温阶段开工引射器利用蒸汽在气化炉中形成部分真空,将烟气通过吸引器消音器拍向大气。
一旦气化炉中氧气含量降至可接受范围,立即将烟气拍向火炬,同时气化炉进入到升温升压阶段,待气化炉的压力升至1.0barg,温度达到粉煤的点火温度后,即可将氧气/蒸汽和粉煤引入气化炉进行煤烧嘴点火。
4、气化汽水系统
为了保护骑葫芦压力容器及水冷壁盘管,水冷壁盘管内通过汽包循环水泵维持强制的水循环。
管内流动的水吸收炉内燃烧的热量,部分气化,在汽包内进行汽液分离后产出5.4MPa的饱和蒸汽,一部分经电加热器过热后送至氧气/蒸汽混合器与氧气混合作为气化剂进入烧嘴,剩余部分送至场内蒸汽管网。
5、排渣系统
排渣系统的目的和作用就是将气化炉产生的高温熔融的灰渣,在激冷室水中激冷啐化后形成的细渣,经过锁斗系统降压操作将细渣排出系统的过程。
在气化炉底部的激冷室中收集的大渣被破渣机破碎,然后通过渣锁斗系统排至捞渣机。
为了促使渣从激冷室顺利排到渣锁斗,在气化炉激冷室和渣锁斗之间设有一台锁斗循环泵,使渣水在渣锁斗和气化炉激冷室之间进行循环。
在渣锁斗与气化炉激冷室联通后,经过一段预订的时间,一般约为30分钟后,锁斗卸料程序将会启动。
首先关闭锁斗进口阀,将锁斗通入锁斗循环泵吸入口的阀关闭,由泵出口通向吸入口的再循环阀门打开,然后通过锁斗减压阀对锁斗进行泄压。
泄压后打开锁斗出口阀,将渣和水送入捞渣机,卸料过程约为2分钟。
在渣锁斗卸料过程中,通过锁斗冲洗水罐对锁斗进行冲洗,保证在卸料过程中锁斗始终充满水。
经过预先设定的时间或者在锁斗冲洗水罐达到低液位时,锁斗出口阀门关闭。
当锁斗出口高水位开关被激活后,锁斗冲洗水罐出口阀关闭,锁斗冲洗水罐开始再次补充来自灰水罐回收的灰水。
锁斗利用高压灰水进行加压,当锁斗与气化炉之间的压差小于设定值时,锁斗进口阀打开。
与此同时,从锁斗通向锁斗循环泵吸入口的阀门打开,而泵出口通向吸入口的循环阀门关闭。
总的锁斗循环过程为收渣、隔离、泄压、卸料、加压五个阶段,由锁斗程序自动控制,循环时间大约为30分钟,可以根据具体情况设定。
来自灰水槽的灰水由低压灰水泵加压后经渣锁斗冲洗水冷却器冷却后送入渣锁斗冲洗水罐以作为锁斗的冲洗水。
由于激冷水喝合成气接触,所以微量的合成气成分被水吸收,所以在渣池附近会闻到少量的酸性气味。
6、合成气洗涤系统
洗涤系统的目的和作用是将气化炉激冷室过来的合成气进一步洗涤和冷却,除去细灰以及合成气中较易溶于水的酸性气体,以达到气体进一步清洁的目的。
从气化炉来的合成气进入文丘里洗涤器,气体中的固体被完全寖湿后进入合成气洗涤塔,向下经洗涤塔内的下降管进入洗涤塔底直接冲击液面,大部分夹带的固体从气体中除去。
合成气通过下降管周围的环形空间向上经位于洗涤塔上部的两道喷淋塔盘,与来自变换单元的工艺冷凝液通过逆流接触洗去其中的固体颗粒,在经除沫器进行汽液分离后,基本上不含固体颗粒的合成气(固体含量<10mg/Nm3)离开洗涤塔送至变换单元。
在启动和停车阶段,合成气送往火炬燃烧。
由变换单元送来的工艺凝液一部分进入洗涤塔的塔盘,另一部分进入到塔釜,在开工时由锅炉水代替工艺凝液。
为了降低洗涤塔底水中的固体浓度及微量组分富集,洗涤塔底底部部分的水和固体在流量控制下被排放到黑水闪蒸系统。
同时为了补充由合成气带走的水及洗涤塔、气化炉排出的水,由洗涤塔给料泵送来的工艺水补充到洗涤塔塔釜中。
三工艺特点
1.气化炉炉壁采用水冷壁结构,内涂陶瓷衬里,淘汰了耐火砖结构,使炉膛的运行周期大为提高。
2.气化炉内反映复杂,反应温度高,有效气体含量达到90%左右,碳转化率高达99%以上,水冷壁产生5.4MPa、271℃饱和蒸汽。
3.气化反应温度可通过O/C比、O/H2O调节,O/C比每提高一个百分点气化温度上升10~20℃.
4.气化炉水冷壁固化渣层厚度受气化温度高低的影响,其提供的保温将热损失降到最低限,因此冷煤气效率可达78~83%。
5.气化炉液态激冷排渣,熔渣在激冷室冷水中激冷后成玻璃状细固颗粒,在渣锁斗内经减压后排放出来。
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