气化装置设备讲义

气化装置设备讲义气化装置是神华宁夏煤业集团煤基烯烃项目的“龙头”装置。此装置采用先进的干煤粉气化技术，将粉磨、干燥之后的煤粉，加压输入该装置的核心设备——GSP气化炉中，在氧化剂和缓和剂的共同作用下，气化为含大量有效气体成分（一氧化碳和氢气）的粗合成气体，然后将此粗合成气体进行除尘和降温，输送到下游装置进行进一步处理，使其满足甲醇合成反应的要求。GSP气化炉结合传统的壳牌气化炉“水冷壁”结构和德士古气化炉“激冷”工艺，此设计理念开创了二者结合的先河，整体来说结构比较简单，工艺流程短，运行效率高，投资省。水冷壁“以渣抗渣”的设计，为炉内腐蚀、磨蚀、冲刷的工艺环境提供了良好的应对措施。炉内激冷形成的煤渣，通过气化炉底部的排渣系统，装载运送到界区外；激冷工艺和气体洗涤单元产生的大量废水，到黑水处理单元进行压滤、加药沉降处理，然后返回激冷、渣处理系统和洗涤单元重复利用；反应发生过程中，产生的大量热，由水吸收形成低压蒸汽，供装置内使用。气化装置从工艺处理的单独性可以分为9个单元，磨煤干燥、进料、气化、排渣、气体处理、闪蒸、黑水处理、氧气-氢气、公用系统，其中设备的分布情况参见附表1。一、磨煤干燥单元磨煤干燥单元共有设备台，其中动设备台，静设备台。此单元的工艺作用是将界区外来的，直径在25mm以下的煤进行磨粉和干燥，使粉煤的细度和含水量达到高压气体输送和气化的要求。磨煤干燥单元的核心设备是磨煤机，我装置采用的是中速磨煤机。目前国内采用的中速磨煤机有以下四种：1.辊－盘式中速磨，又称平盘磨；平盘磨，其碾磨部件是2～3个锥形辊子和圆形平盘组成，辊子轴线与平盘成15°夹角。为了防止原煤在旋转平盘上未经碾磨就甩到风环室，在平盘外缘没有挡圈，挡圈还使平盘上保持适当煤层厚度，以提高碾磨效果。1－减速齿轮箱2－磨盘3－磨辊4－加压弹簧5－落煤管6-分离器7－气粉混合物出口8－风环2.辊－碗式中速磨，又称碗式磨或RP型磨，1－减速箱2－浅沿磨碗3－风环4－加压缸5－气粉混合物出口6－原煤入口8－分离器9－磨辊10－热风进口11－杂物刮板12－杂物排放管碗式磨，其碾磨部件是辊筒和碗形磨盘。早期制造碗式磨的钢碗较深，随着出力的提高，现在多采用浅碗形或斜盘形钢碗。3.球－环式中速磨，又称中速球磨或E型磨；中速球磨。此磨煤机好似一个大型的无保持架的推力轴承。约十个钢球夹在上、下磨环之间，它们上下配合的剖面图形犹如字母“E”，故又称E型磨。钢球在磨环带动下回转的同时，也不断改变自身的旋转轴线而滚动。因此，钢球在全部工作寿命期间始终保持圆球形。1－导块2－压紧环3－上磨环4－钢球5－下磨环6－轭架7－石子煤箱8－活门9－压紧弹簧10－热风进口11－煤粉出口12－原煤进口4.辊一环式中速磨，又称MPS磨。MPS磨。它是新型的中速磨。碾磨部件是三个凸形辊子和一个具有凹形槽道的磨环。辊子尺寸大，且边缘近于球状；辊子轴线固定，这些都促使磨煤出力高于其它中速磨。此外，MPS磨的碾磨压力是通过弹簧和三根拉紧钢丝绳直接传递到基础上，故可以在轻型机壳条件下对碾磨部件施加高压。这些独特之处使MPS磨更易大型化。联邦德国已制造出磨煤出力为65t/h的MPS磨。1－弹簧压紧环2－弹簧3－压环4－滚子5－压块6－辊子7－磨环8－磨盘9－喷嘴环10－拉紧钢丝绳这些磨煤机的工作转速为50～300r/min,故称中速磨煤机。上述四种中速磨结构可见图。西安热工研究所对采用的碗式磨、中速球磨和MPS磨的主要特点进行了比较。从表1可知，中速球磨适应磨损指数较大的煤种，碾磨件寿命较长，但运行电耗大；由于其直径较大，向大型化发展受到限制。MPS磨和碗式磨的电耗低于中速球磨，而MPS磨的碾磨件寿命相对较短。这里应当指出，当磨制的煤种的磨损指数kms≤1.0时，不论选用哪种中速磨，其碾磨部件寿命都较高，而此时，如采用碗式磨，还可享有运行电耗低、检修方便等优越性。表1碗式磨、中速球磨和MPS磨特点比较研磨部件及其材料以8000小时为限所适用的煤种磨损指数k尺寸比较（以40t/h出力为例对同一种煤，研磨部件寿命更换一套研磨部件所需工日运行电耗（kWh/t）中速球磨（E型）磨环：NiCr合金铸铁滚球：低合金铸钢K≤3.52.5m较长100～120个每吨煤的电耗比碗式磨和MPS磨多5-6kWh碗式磨（RJ型）辊套：NiCr铸铁衬板：高Cr铸铁k≤1.02.43m中间75～80个某值MPS磨辊套和护瓦均为：NiCr冷硬铸铁k≤2.01.9m较短100～120个某值中速磨的煤种适应性不如低速球磨机广泛，它一般只适用于烟煤和贫煤，且煤的可磨系数kkmHa≥50,原煤水分也不能过高。但中速磨重量轻、占地小、制粉系统管路简单、投资省；运行时还具有电耗低、噪音低等优点。因此这种中速磨煤机目前在大容量机组中已得到日益广泛的应用。二、气化单元气化单元的中心设备是气化炉，气化炉采用德国GSP带激冷室的水冷壁式反应器，水冷壁结构是为了满足高灰分的原料而进行的特殊工艺设计。气化炉直径3300mm，炉体高约17500mm。本装置气化炉的设计是以煤样B为设计基础的，因为煤样B的灰熔点比较高，这是气化炉设计中所考虑的最重要的因素之一。同一个反应器能够处理高灰熔点的煤，那么也就能够处理灰熔点比较低的煤，只是相关技术参数不同。气化反应压力为：4.10MPa(a)，反应温度大约为：1650oC，这是依据炉渣熔化温度的特性和原料中有效成分和灰分来确定的。在设计时，确定的反应温度远远低于灰分的流化温度，因此反应系统是相当安全的。为了达到符合要求的碳转化率和合成原料气的组成，必须保证气化炉的反应温度，而反应温度最终又是通过控制氧气的进料量来实现的。GranulatedslagCoolingscreenPressur.waterQuenchwaterinletoverflowWaterGasoutletCoolingjacketOxygen,SteamFuelPressur.wateroutletBurner气化室激冷室反应生成的高温原料合成气和液体熔渣离开反应室，一起排泄到下方的激冷室，激冷室上部设有喷淋水，合成气在这里被降温，冲洗。冲洗完的水在激冷室底部形成水浴，熔渣在这里降温，形成粒状。为了使原料合成气中含有最大量的水份，必须对激冷水进行加热预处理。下游装置（CO-变换）产生的工艺冷凝液，需循环回气化单元，作为文丘里的冲洗水，然后又作为激冷室的喷淋水。激冷排放水、文丘里溢出水和熔渣排泄水都被送到黑水处理单元。在黑水处理单元，经过处理的“干净”水，其中主要的部分循环回气化单元作为激冷水，剩余的部分送出气化界区做一步的净化处理，然后排入污水处理系统。三、洗涤系统洗涤系统是将从气化炉出来的粗合成气，经过两级文丘里洗涤，洗去携带的颗粒物，并通过分离器沉降脱出。洗涤系统的主要设备是文丘里洗涤器和分离器。文丘里洗涤器的工作原理是靠高速运动的气流及流经的管道截面发生变化，使气体与洗涤液液在高速气流中发生相对运动，从而达到洗涤气体的目的。（如图4.2）图4.2文丘里洗涤器净化原理图文丘里除尘器的除尘过程，可分为雾化、凝聚和脱水三个过程。文丘里管实际上是整个装置的预处理部分，它使微粒凝聚而使其有效尺寸增大，易于捕集，而真正将颗粒物与夹带微粒的水滴分离的过程是在除雾器中进行的。在A段以前气体与气体及洗涤液以同等的速度流动，进入收缩管A后流速增大，粗合成气产生较大的加速度，由于洗涤水质量较重，产生的加速度较小。此时洗涤水与气体即产生相对运动，因而两者就有了碰撞、接触的机会，同时洗涤水被雾化。在喉管B，气体流速达到最大值，由于管道截面较小，气体及洗涤液均被压缩，运动速度达到50～100m/s，此时B段成为高密度的混合区，从喷嘴喷射出来的水滴，在高速气流冲击下进一步雾化成更细小的液沫（雾滴），气体湿度达到饱和，同时尘粒表面附着的气膜被冲破，使尘粒被水湿润。压力降低，尘粒与水滴，或尘粒与尘粒之间发生激烈的碰撞、凝聚。通过B段以后，气体与洗涤水的混合体，以高密度、高速度的形态进入扩散管C，由于截面增大，所以气流速度减小，压力回升，在气、液、固三相之间由于惯性力的不同，产生了相对运动，于是固体颗粒大小颗粒间、液体和固体间、以及液体不同直径水滴间发生了相互碰撞，凝并。即洗涤液对气体又进行了一次捕集。气流速度的减小和压力的回升使凝聚作用发生得更快。有利于颗粒的有效尺寸增大。粒径较大的含尘水滴进入脱水器后，在重力、离心力等作用下，尘粒与水分离，达到除尘的目的。分离器工作原理:：含尘气体从入口导入除尘器的外壳和排气管之间，形成旋转向下的外旋流。悬浮于外旋流的粉尘在离心力的作用下移向器壁，并随外旋流转到除尘器下部，由排尘孔排出。净化后的气体形成上升的内旋流并经过排气管排出。除尘器适用于净化大于5~10微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、操作方便、耐高温、设备费用和阻力较低（80~160毫米水柱）的净化设备，除尘器在净化设备中应用得最为广泛。四、沉降系统这个系统是属于黑水处理单元的，是将经过闪蒸的黑水，在澄清桶中加入絮凝剂使其中微粒加速沉降。通过电机和减速器的传动，接近锥壁的刮板作低速运转，沉降到锥壁上的泥浆，被刮板刮到下面排出口处，最后排到后序系统进行过滤脱水处理。澄清桶外形图五、压滤系统这个系统也是属于黑水处理单元，将从澄清桶排出的泥浆，通过压滤机使其水分大部分脱出，然后运至界区外。本工序的主要设备是过滤设备，目前常用的过滤设备有压滤机和真空过滤机。（1）压滤机厢式、板框压滤机是典型的加压过滤机，它于18世纪初就应用于化工生产，至今仍在化工生产领域中广泛使用。过滤的推动力是过滤介质两侧的压力差，称为工作压力。厢式、板框压滤机的工作压力一般为0.5Mpa～1.0Mpa，特殊情况下还可以更大些。板框过滤机的过滤过程为：悬浮液从进料孔道引入各个滤框，滤液在压力推动下通过过滤介质层，流向滤板过滤面，在过滤面的沟槽集中后从滤液排出孔排出机外。板框压滤机通常用滤板作为过滤介质，有特殊要求时也可以用纸板作为过滤介质，如石油工业的精细过滤过程采用滤纸作为过滤介质。在过滤的初期，悬浮液中的细小颗粒往往通过滤布层，所以滤液并不十分清澈，但较大颗粒很快被滤布纤维截住，或卡在纤维间隙的通道内，使滤液通过的缝隙迅速变小，这个过程在过滤理论上称为架桥现象。厢式、板框压滤机过滤面积大，适用范围广，可广泛应用于石油、化工、冶金、矿山、染料、制药、食品、环保等行业，适用于颗粒小、浓度低、粘度较大的悬浮液分离，是细粘难过滤物料分离的理想设备。厢式、板框压滤机↑BASB/600-N不锈钢板框压滤机型号说明：AX-Z50/800-30U其中：X表示厢式压滤机（B表示板框压滤机）；M表示明流，A表示暗流；Z表示全自动，液压压紧省略（S表示手动压紧，M，J表示机械压紧，Q表示千斤顶压紧）；50表示过滤面积为50m2；800表示板框外形尺寸为800×800；30表示板框厚度；U表示塑料（X表示橡胶，铸铁省略）。BASB/600-N其中：B表示板框压滤机；A卧式暗流；S表示手动压紧；B表示纸板；600表示框外形尺寸；N表示耐腐蚀钢。BAB/1000-N其中：B表示板框压滤机；A卧式暗流；自动压紧；B表示纸板；1000表示框外形尺寸，N表示耐腐蚀钢。（2）带式真空过滤机橡胶带式真空过滤机又称固定带式真空过滤机，是一种自动化程度较高的新型固液分离设备。该类设备一般由橡胶滤带、真空箱、驱动辊、胶带支承台、进料斗、滤布调偏装置、滤布洗涤装置和机架等部件组成，是充分利用物料重力和真空吸力实现固液分离的高效分离设备。橡胶带式真空过滤机以滤布为过滤介质，采用整体的环形橡胶带作为真空室。环形胶带由电机拖动连续运行，滤布铺敷在胶带上与之同步运行，胶带与真空滑动接触（真空室与胶带间有环形摩擦带并通入水形成水密封），料浆由布料器均匀地布在滤布上。当真空室接通真空系统时，在胶带上形成真空抽滤区，滤液穿过滤布经胶带上的横沟槽汇总并由小孔进入真空室，固体颗粒被截留在滤布上形成滤饼。进入真空室的液体经气水分离器排出，随着橡胶带的移动，已