航天粉煤加压气化技术的发展及应用

航天粉煤加压气化技术的发展及应用文中介绍了航天粉煤加压气化成套技术的主要工艺流程，对关键设备：气化炉和气化烧嘴的原理和特点进行了重点描述和分析，介绍了控制系统的主要内容和特点，对控制系统中本公司研制生产的控制阀门的特点和使用情况进行了介绍。文中对航天粉煤加压气化技术两个示范装置的建设和开车情况进行了介绍，同时介绍了当前航天煤气化技术的应用领域及推广情况。摘要中国是一个贫油、少气、富煤的国家，根据一次能源构成的特点，充分利用国家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。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。因此，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航天煤气化技术的工业化示范装置。这项技术仍在继续往大型化、节能化方向发展，也正在得到市场越来越广泛的认可和肯定。一、概述航天煤气化装置主要包括磨煤及干燥单元、粉煤加压及输送单元、气化及合成气洗涤单元、渣及灰水处理单元，气化成套工艺技术和关键设备均由北京航天煤化工工程公司提供。●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。二、主要工艺流程●气化及合成气洗涤单元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。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。二、主要工艺流程主要有以下特点：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：4.0MPa干煤粉进料气化效率高：冷煤气效率80-83%气化强度高，设备尺寸小，结构紧凑2、气化炉炉膛允许操作温度：1250–1800℃煤种适应性广：可实现原料煤的本地化。碳转化率高、粗合成气品质好：出口有效气体(CO+H2)成分≥90%，CH4含量低三、关键设备：气化炉及烧嘴3、单烧嘴顶烧组合燃烧器安装、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。燃烧火焰、炉内流场与炉膛良好匹配烧嘴结构设计合理、具有良好的气化性能：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。精良的加工制造工艺：设计寿命10年，烧嘴头部局部维护时间6月一次。4、密闭式盘管水冷壁炉膛结构，水流量分布均匀，设计寿命20年三、关键设备：气化炉及烧嘴5、“自我修复式”耐火材料结构，维护量少水冷壁外可以形成稳定的固渣层，“以渣抗渣”，抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损,形成了自我修复式耐火材料结构，提高了材料的使用寿命。耐火材料的组合结构，降低炉膛散热损失。耐火材料的施工、养护、维护和更换方便，价格低。6、激冷、水浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性好技术方案成熟可靠合成气激冷效果好、除渣效果好合成气中增加的饱和水蒸气可直接应用于变换工序三、关键设备：气化炉及烧嘴7、具有炉膛温度监控措施从所有的煤气化装置实际情况来看，煤质的波动是难免的，如果不能有效避免煤质波动带来的危害，则容易出现炉膛烧损、堵渣等恶劣后果，HT-L气化炉通过渣口压差的监测可有效避免炉温偏低的工况，通过炉膛温度测点对水冷壁挂渣情况的监测可有效避免炉温偏高的工况，把目前行业内气化炉通常的开工率水平大大提高了。8、气化炉系列化，目前已有两种规格气化炉：日处理煤750吨规模和日处理煤1600吨规模，同时公司还正在研发日处理煤2500吨规模的气化装置。三、关键设备：气化炉及烧嘴HT-L气化工艺采用DCS对全厂集中控制，同时设置故障安全联锁系统（ESD）确保系统的安全运行。主要包括以下几个部分：1、顺序控制系统。气化装置的点火、开工、投煤、升压升负荷、系统停车都为全自动操作，方便、安全、可靠。2、自动调节系统。如负荷调节、流量调节、压力调节等都采用自动调节，可大大节省人力资源，减小误操作几率。3、电视监控系统。开车过程中可全面掌握装置现场情况，特别是在点火、开工、投煤的过程中，在气化炉设置的火焰检测可视系统可使操作人员直观掌握炉膛内的火焰状态。四、控制技术4、故障安全联锁系统（ESD）涵盖了点火、开工、投煤、正常运行全过程，输入变量包括了所有可能对系统、设备造成安全故障的参数和监测点，可确保装置在运行过程中的安全。5、控制系统中，煤粉系统控制和调节阀门以及硬密封切断阀的性能和寿命是影响控制系统安全可靠运行的重要因素，其价格高低也是影响投资的重要因素，本公司研制生产的阀门有氧阀、煤粉切断阀、锁渣阀、煤粉换向阀、煤粉调节阀以及其他切断阀，所有这些阀门运行良好。四、控制技术示范装置于2009年10月23—26日通过中国石油化工协会组织的现场考核，2009年10月28日通过中国石油化工协会组织的鉴定。鉴定意见鉴定委员会认为：该装置操作简便、维护方便，煤种适应性广、投资费用和运行成本低、开工率高、气化炉的故障率低。该技术拥有自主知识产权，总体技术水平处于国际领先。气化装置稳定运行阶段（2009年4月15日～现在）截至2010年7月共产甲醇29万吨，开工率大于90％装置联锁投用率100%从今年4月起，日产甲醇568～599t最低吨甲醇耗煤1.28t（煤热值5800KCal）应用了多个煤种，HT-L气化装置对煤种的适应性得到验证冷煤气效率80％以上一般从气化准备开车到送出合格合成气可控制在2h内系统开停车操作全部采用自动控制。五、示范装置鉴定情况和当前运行情况吨精甲醇能耗从2008年底两套示范工程相继开车成功开始，航天粉煤加压气化技术得到了市场广泛的关注和认可，在氮肥和甲醇市场已经签约了一批项目，现正在实施，从2010年底开始，陆续都将有新项目开车，具体如下：六、市场推广情况除此之外，还有一批现代煤化工项目也正在洽谈中，比如煤制油、煤制天然气、煤制乙二醇、IGCC等项目，相信这些项目的逐步实施将会使公司迈向一个新的台阶，公司也一定会为业主、为社会做出更大贡献。