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岳阳长炼机电工程技术有限公司乌鲁木齐分公司《气化单元重要设备及工艺流程简介》自控专业：张伟乔2015.6目录一、气化装置代号一览二、气化单元主要设备介绍三、流程简介四、气化炉开停车程序一、气化装置代号一览序号主项名称主项代号备注1煤浆制备22102初期污染雨水收集池22033气化框架22204渣水处理22305气化装置内管廊22406气化装置变配电所22517煤浆制备配电所22528气化事故渣池22609污水预处理227010机柜间228011外操室229012润滑油三级过滤间2291二、气化单元主要设备介绍一、气化炉（位号：2220-F-1001~8001）是以氧气为气化剂对水煤浆进行加压气化，制取原料气的关键设备。它分为上下两个部分，上部为燃烧室，下部为激冷室。配比好的水煤浆（烧嘴内环隙）和氧气（中心管和外环隙）通过顶部烧嘴喷入燃烧室内，在高温高压下发生气化反应，生成所需的高温原料气（CO,H2,CO2,H2O为主要成分），在反应压力的作用下，高温原料气和熔渣通过燃烧室的下锥口进入激冷室内，与激冷水充分接触冷却后产生的激冷气通过激冷室上部设置的激冷气出口排出，产生的黑水和炉渣通过激冷室下部设置的排渣口进入锁渣罐，定期排放。操作压力：6.5MPa操作温度：261(MAX427)℃/252(MAX255)℃（燃烧室壳体/激冷室壳体）设计压力：7.15/-0.1MPa设计温度：455℃气化炉规格：D×H=3200/3800×20711一、气化炉气化炉材质：燃烧室壳体：SA387Gr11CL2激冷室壳体：SA387Gr11CL2+S31603（堆焊）燃烧室法兰及接管：SA336F11CL3、SA182F11CL2激冷室法兰及接管：SA336F11CL3+S31603（堆焊）、SA182F11CL2+S31603（堆焊）燃烧室内衬：铬铝锆砖+低铬刚玉砖+隔热耐火砖+纤维可塑料腐蚀裕量：6/3mm（燃烧室壳体/激冷室壳体）气化装置采用GE水煤浆加压气化技术产生的合成气,涉及的工业炉设备有工艺烧嘴（2220-J-1001~8001）、预热烧嘴（2220-J-1002~8002）二、洗涤塔（位号：2220-C-1001～8001）用来洗涤粗合成气，以降低合成气中的灰尘。粗煤气先进入洗涤塔进行鼓泡增湿，然后经六块撞击式高效塔盘，最后经旋留板除沫器使合成气含尘量达到设计要求，洗涤塔是气化装置的关键设备之一。操作压力：6.29～6.47MPa操作温度：246～255℃设计压力：7.15/-0.1Mpa设计温度：283℃设备规格：D×H=4200x12730设备材质：13MnNiMoR+S31603（爆炸复合）腐蚀裕量：0mm三、锁斗锁斗（位号：2220-V-1001～8001）是供气化炉工作时储存经激冷之后的熔渣、黑水及气化炉在连接操作的情况下向外排渣和黑水之用的设备，是气化关键设备之一。根据锁斗功能的特点，本装置的锁斗承压在0～6.68Mpa的交替循环压力荷载工况下工作。锁斗需按应力分析方法进行疲劳设计，要求应力循环次数为：2次/小时，16000次/年，锁斗设计寿命20年，总循环次数为320000次。操作压力：0～6.58（max:6.78）MPa操作温度：59（max:122）℃设计压力：7.46/-0.1Mpa设计温度：278℃排渣次数：2次/小时设备规格：D×H=2000x6300设备材质：Q345R+S31603（堆焊）腐蚀裕量：0mm四、文丘里洗涤器•文丘里洗涤器（位号：2220-X-1001～8001）是向出气化炉的合成气喷水，•保证了合成气中含有足量的水分，有利于合成气中的灰分被除去，是气化装置关键设备之一。•操作压力：6.47MPa•操作温度：252(max255)℃•设计压力：7.974Mpa•设计温度：283℃•设备规格：D×H=850x8659•设备材质：Q345R+S31603（堆焊）•腐蚀裕量：0mm五、工艺烧嘴•位号：2220-J-1001~8001是将煤浆泵送来的制备好的煤浆与氧气通过各自流道喷入高温的气化炉燃烧室，氧气与部分煤浆迅速发生燃烧反应放出大量的热量为炉膛内后续的反应提供需要的热量。工艺烧嘴共16台，其中8台进口，8台国产。•操作压力：7.8MPa/8.1MPa(煤浆/氧气)•操作温度：40℃/30℃（煤浆/氧气）•设计压力：8.1MPa/8.5MPa(煤浆/氧气)•设计温度：84℃/74℃（煤浆/氧气）•国产工艺烧嘴材质：•所有与氧气接触的部件：Inconel625•所有与煤浆接触的部件：S32168•冷却水盘管全部：Inconel625•烧嘴头部采用UMCO50钴基耐热合金或GH188三、流程简介一、气化炉流程煤浆从高压煤浆泵送至工艺烧嘴，和来自空分的氧气一起进入气化炉，氧气分两路分别经过中心管和环管进入工艺烧嘴以实现与煤浆的充分混和。开车之前，煤浆循环回到煤浆槽。开车启动后，煤浆自动控制阀系统将循环煤浆切换至工艺烧嘴；开车之前，氧气自动经由氧气消音器放空至大气。开车启动后，氧气由放空自动切换至工艺烧嘴。在气化炉燃烧室内，氧气和煤浆在约1300~1400℃和6.5MPa.G的条件下进行燃烧和部分氧化反应。燃烧室内衬耐火砖，使外壳温度保持在约285℃-315℃之间。燃烧产物为含少量杂质（包括氯化物、硫化物、氮、氩、和甲烷）的粗煤气、液态炉渣和细小固体颗粒。燃烧产物离开燃烧室经下降管进入充满水的激冷室，炉渣在水浴中固化，下沉至气化炉的底部。粗煤气在激冷室与水直接接触冷却，大部分微粒留在水中，粗煤气经上升管（即降液管的外部环隙）从侧面离开气化炉一、气化炉流程并经文丘里洗涤器进入洗涤塔。来自变换的高压工艺凝液喷入出气化炉的粗煤气以防止固体在管路中累积。激冷水被送至下降管顶部的激冷环，并顺管壁流入激冷室。可能堵塞激冷环出水口的大固体颗粒由上游的激冷水过滤器除去。来自高压灰水泵的一根旁通管线至激冷室用以补充可能的夹带损失并且维持激冷室液位。开车工况下，气化炉排污黑水经开工冷却器去沉降槽，直至气化炉有足够的压力，黑水改去高压闪蒸系统。正常操作工况下，激冷室中的黑水经过液位控制排放至高压闪蒸罐。这股流体含有大部分细小固体颗粒。气化炉燃烧室安装有热电偶用来指示反应温度。洗涤塔出口设置连续分析仪分析测定粗煤气中的甲烷含量，用于间接判断气化炉反应温度。在预热和停车期间，激冷室中过量的水直接排至渣池或经过开工冷却器去沉降槽。从气化炉引一根副线去洗涤塔，在开车阶段用以循环黑水直至压力足够高，在液位控制下改排至高压闪蒸罐。气化炉激冷室水浴收集的粗渣送至锁斗系统。一、气化炉流程工艺烧嘴处于气化炉燃烧室的高温区，由水夹套和不断有水循环的冷却盘管保护。烧嘴冷却水系统是一个低压封闭回路水系统。冷却水压力低于气化炉操作压力以防止水泄漏到气化炉的耐火材料层中，那样会损坏耐火材料并使气化炉外壳受压。冷却水系统由烧嘴冷却水槽、烧嘴冷却水泵和烧嘴冷却水冷却器组成。当冷却水压力过低或运行泵故障时备用泵自动开启，每台泵备有事故电源。冷却回水流入相对应的烧嘴冷却水气液分离罐。分离器出口设置CO分析仪，可及早警示有合成气泄漏到冷却水系统中。在烧嘴冷却水泵切换至事故电源期间，由事故烧嘴冷却水罐提供备用冷却水。在开车之前，用预热烧嘴代替工艺烧嘴，将气化炉预热至约1200℃。预热烧嘴用燃料正常情况使用燃料气，开车烘炉用LPG，预热提温用柴油。由开工抽引器用低压蒸汽将气化炉内抽成部分真空，将燃烧所需的空气引入气化炉。蒸汽和燃烧烟气被排至安全位置。气化装置设置了2台高压氮气吹扫罐和8台高压氮气缓冲罐。停车后，高压氮气吹扫罐向工艺烧嘴、煤浆和氧气管路吹扫高压氮气。粗煤气洗涤系统•来自气化炉的粗煤气进入文丘里洗涤器被充分浸湿，以利于气体中的固体颗粒从洗涤塔中被除去。文丘里洗涤器的洗涤水来自于文丘里洗涤水泵。浸湿的粗煤气进入洗涤塔并通过下降管进入到洗涤塔塔釜的水中，气体中夹带的大多数固体被除掉。粗煤气经下降管外部环隙上升到洗涤塔上部塔盘，与高压冷凝液逆流接触洗掉残留的固体颗粒。由变换来的高压冷凝液（开车阶段由变换来的锅炉给水提供）供给两处：洗涤塔塔盘和气化炉粗煤气出口。如果高压冷凝液过量，也可以通过流量控制进入洗涤塔塔釜。脱氧槽来的灰水经高压灰水泵加压再经灰水加热器加热后进入洗涤塔维持液位。开停车阶段，洗涤塔需使用锅炉给水维持液位。在洗涤塔塔盘上部，除沫器除去粗煤气夹带的水滴后，干净的粗煤气经气动切断阀进入下游工艺单元，该阀由控制室的手动控制器启动。在开车和停车阶段，气体在压力控制下送至火炬。洗涤塔出口安装有在线分析仪，每台气化炉采用单独红外线分析仪分别测量CO、CO2和CH4，设热导式氢气分析仪测量H2含量，并单设O2分析仪检测粗煤气组分，防止气化炉过氧。洗涤塔底部的水和固体经过流量控制被排放至高压闪蒸罐。从洗涤塔黑水出口之上抽出部分黑水送至激冷水泵和文丘里洗涤水泵。在停车阶段，通过手动控制将灰水绕过灰水加热器，直接供给激冷水泵以预防汽蚀。排渣系统•来自气化炉激冷室的的渣水流入锁斗。从锁斗上部引出相对干净的水，用锁斗循环泵将其送至气化炉激冷室底部，通过这股水的循环，将激冷室底部的渣和其它固体冲至锁斗。在一个预设的时间周期（通常约30分钟）之后，自动计时器启动一次锁斗卸料循环。在卸料循环过程中，气化炉与锁斗之间的切断阀关闭，锁斗循环泵连接锁斗的正常吸入口切断，锁斗循环泵至气化炉的循环水以最小流量送至泵自身的入口。锁斗通过与锁斗冲洗水罐相连的管道卸压。卸压后，向卸压管线中通入灰水冲洗固体颗粒。然后打开锁斗出口阀将渣和水送至渣池内的捞渣机上。在打开锁斗出口阀前，暂时关闭渣池隔离阀，使带有捞渣机的这部分渣池与另一部分隔离开，便于渣的沉淀和送出。在卸料期间，打开锁斗冲洗水罐底部出口阀，用较干净的灰水置换锁斗中的水和渣。在到达设定时间后或锁斗冲洗水罐到达低液位时将锁斗出口阀关闭，这样可以确保锁斗中仍充满水。当锁斗放空达到高限液位或灰水泵开始向锁斗冲洗罐中注入灰水时，将锁斗冲洗水罐出口阀关闭。用高压冷凝液或来自高压灰水泵的除氧水给锁斗充压。当锁斗与气化炉之间的压差小于给定值时，重新打开锁斗入口阀。同时，打开锁斗至锁斗循环泵的阀门，关闭锁斗循环泵回流阀。整个卸料循环（降压、卸料、水置换、充压）用时约2分钟。大约5分钟后重新打开渣池隔离阀，碳渣水流入。渣池泵将渣池干净侧的渣水送至黑水闪蒸系统的第一真空闪蒸罐。如果需要，可将一股临时灰水注入渣池干净的一侧以稀释渣水的固体含量。在气化炉预热循环阶段，激冷室中的水排入渣池。预热水泵将预热水送回激冷环。四、复杂控制系统•一、氧煤比（O/C）控制•煤气化工艺最复杂的控制系统是氧煤比（O/C）控制，它包括:煤浆流量控制回路，含煤浆流量测量、中值选择、流量调节三个环节。氧气流量控制回路，含氧气流量测量、温度压力补偿、氧气纯度校正、流量调节四个环节。负荷控制和交叉限幅选择控制。煤浆流量采用三台电磁流量计测量，煤浆泵转速也折算成煤浆流量值，通过选择开关，煤浆泵转速折算的煤浆流量可取代前2个煤浆流量传感器中的一个，三个煤浆流量值在DCS中作中值选择，选中的流量信号作煤浆流量调节信号。煤浆流量调节信号与速度信号相比较后，经PID运算，调节信号去变频调速器调节煤浆泵转速。这是煤浆流量控制回路。氧气流量用文丘里流量计测量，同时测量氧气温度和压力，在DCS中作温度和压力补偿，然后经氧气纯度修正，此信号输入氧气流量调节单元，进行氧气流量调节回路。气化炉的负荷控制在DCS上设手动负荷控制器，可控制负荷范围为60～110％。为避免过大的生产负荷扰动，设限幅器，限制负荷升降速率在一定的范围内。同时，设交叉限幅控制。交叉限幅控制是典型的燃烧控制系统，负荷提高时，首先提高煤浆流量，然后提高氧气流量；负荷降低时首先降低氧气流量，然后降低煤浆流量，这是通过高、低选择器实现的。交叉限幅控制是一种安全控制策略。•二、锁斗控制程序•气化过程排渣是间断的，定时程序排放，锁斗系统包括锁斗、渣池、锁斗循环泵、程控阀和相应的仪表组成。锁斗在气化炉下部，两台设备之间用管道和两