氣化爐型-航天爐

1、氣化爐型氣化爐型航天爐航天爐 一、簡介一、簡介 二、工藝介紹二、工藝介紹 三、關鍵設備三、關鍵設備 四、特點四、特點 五、技術參數五、技術參數 六、現狀六、現狀 七、風險七、風險 目目 錄錄 一、簡介 長期以來，國內缺乏自主的粉煤加壓氣化技術，國內煤化工不能大規(guī)模地發(fā)展 引進國外技術 選用德士古煤氣化技術，無法實現原料煤的本地化； 選用殼牌煤氣化技術的投資又太大。 所以，開發(fā)具有自主知識產權的高效、潔凈、煤種適應性廣的國內煤氣化技術， 一直是業(yè)界的夢想。 航天爐又名HT-L煤粉加壓氣化爐 ，是借鑒荷蘭SHELL、德國GSP、美國 TEXACO煤氣化工藝中先進技術，配置自己研發(fā)的盤管式水冷壁氣化

2、爐而形 成的一套結構簡單、有效實用的煤氣化工藝。 氣化爐的核心部件是氣化爐燃燒噴嘴，該噴 嘴必須具有超強的耐高溫特性，這個特性要實現 起來難度較大。而與此類似，火箭上天時噴嘴所 經受的溫度也很高，而且比氣化爐燃燒噴嘴要經 受的溫度高得多。如果把航天技術“嫁接”到煤 化工產業(yè)，那就有點像殺雞用上宰牛刀，技術難 度上是沒有問題的。 航天長征化學工程股份有限公司（簡稱“ 航 天工程公司”）前身為北京航天萬源煤化工工程 技術有限公司，主營業(yè)務是以航天粉煤加壓氣化 技術為核心，專業(yè)從事煤氣化技術及關鍵設備的 研發(fā)、工程設計、技術服務、設備成套供應及工 程總承包。航天工程公司目前擁有自主知識產權 的航天（

3、HT-L）粉煤加壓氣化技術，該技術可廣 泛應用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烴、煤 制乙二醇、煤制天然氣、煤制油、煤制氫、IGCC 發(fā)電等領域。 二、工藝介紹 HT-L粉煤氣化技術工藝原理為原料煤經過磨煤、干燥后， 用N2進行加壓輸送，將粉煤輸送到氣化爐燒嘴。干煤粉 （80）、純氧氣（200）、過熱蒸汽（420）一同 進入氣化爐氣化室，瞬間發(fā)生升溫、揮發(fā)分裂解、燃燒及 氧化還原等物理和化學過程。生成的14001600的 合成氣經過冷卻后，出氣化爐的溫度為210220， 再經過文丘里洗滌器增濕、洗滌，和洗滌塔進一步降溫、 洗滌，產出溫度約為204、粉塵含量小于1010-6的粗 合成氣。 HT-L

4、粉煤氣化爐為航天粉煤加壓氣化裝置核心、關鍵專利設備。粉煤、氧氣蒸汽 按一定比例通過燃燒器進入氣化爐，在氣化室中進行燃燒氣化反應，生成的含有高溫 熔渣的粗合成氣，一部分高溫熔渣掛在復合水冷壁上，形成穩(wěn)定的抵抗高溫的渣層， 其余熔渣和粗合成氣進入激冷室。粗合成氣在激冷室中被激冷水激冷降溫，并蒸發(fā)水 蒸氣到飽和，同時熔渣迅速固化，通過分離裝置實現合成氣、液態(tài)水、固渣的分離。 合成氣通過管口輸出進入后續(xù)工段，主要成分為一氧化碳和氫氣。固渣通過排渣口進 入破渣機中，并斷續(xù)排出。含有細灰的黑水通過管口進入渣水處理系統(tǒng)。 三條相同 的進煤管 線 粉煤過濾器 S-1103 粉煤貯倉 V-1201 V-1204

5、 粉煤鎖斗 V-1205 粉煤給料罐 中壓汽包 V-1302 原料煤貯倉 V-1101 磨煤機 A-1101 惰性氣體發(fā)生器 F-1101 原料煤 高壓氮氣 空氣 燃料氣 渣 稱重給煤機 X-1101 氧氣加熱器 E-1309 P-1301A/B 汽包循環(huán)泵 F-1301 氣化爐 洗滌塔 C-1301 高壓閃蒸罐 V-1401 真空閃蒸罐 V-1404 除氧器 V-1408 灰水罐 T-1401 沉降槽 S-1401 過濾機 S-1402 鍋爐給水 中壓過熱蒸汽 氧氣 粗合成氣去火炬 粗合成氣 脫鹽水 閃蒸氣去火炬 冷凝液來自變換 低壓飽和蒸汽 濾餅 污水 中壓蒸汽 渣鎖斗 V-1303 Q-

6、1401/V-1411 撈渣機 備煤系統(tǒng) 氣化及合成氣洗滌系統(tǒng) 渣及灰水處理系統(tǒng) V-1309 氧氣緩沖罐 工藝系統(tǒng)介紹 1、磨煤與干燥系統(tǒng) 磨煤與干燥系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數都與SHELL 工藝相同，兩套系統(tǒng)一開一備，單套能力35噸/小時，目的是制造出 粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。沒有單獨的石 灰石加入系統(tǒng)，只是利用皮帶秤通過比值調節(jié)將粒狀石灰石加到輸煤 皮帶上，一塊進入磨煤機研磨。 2、加壓輸送系統(tǒng) 加壓輸送系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數都與SHELL工 藝相同，目的是將制出的合格煤粉利用壓差輸送至氣化爐進行燃燒氣 化。不同是V1205下面是三條腿，三

7、條線輸送，到燒嘴處匯合從燒嘴 環(huán)隙呈螺旋狀噴入爐膛。 3、氣化及凈化 燒嘴設計同GSP，采用單燒嘴頂燒式氣化，氣化爐采用 TEXACO激冷工藝，氣化爐升壓到1MPa時，煤粉及氧、蒸汽混合以 一定的氧煤比進入氣化爐，穩(wěn)壓1小時掛渣，爐膛內設置有8個溫度 檢測點，可以作為氣化溫度的參考點，也可以判斷掛渣的狀態(tài)。設計 氣化溫度1400-1600，氣化壓力4.0MPa。熱的粗煤氣和熔渣一起 在氣化爐下部被激冷，也由此分離，激冷過程中，激冷水蒸發(fā)，煤氣 被水蒸汽飽和，出氣化爐為199 ，經文丘里洗滌器、洗滌塔洗滌后， 194、固體含量小于0.2mg/m3的合成氣送去變換。 4、渣及灰水處理系統(tǒng) 渣及灰水

8、處理系統(tǒng)的工藝流程、運行原理、控制參數都與TEXACO 工藝相同。渣經破渣機，高壓變低壓鎖斗，排到撈渣機，進行渣水分 離，水回收處理利用；灰水經高壓閃蒸、真空閃蒸后到沉降池，清水 作為激冷水回收利用 ，漿水經真空抽濾后制成濾餅。 四、關鍵設備 氣化壓力：4MPa 氣化溫度：14001700 設計爐型能力： 42000Nm3/h（CO+H2） 單爐能力： 20000 75000Nm3/h（CO+H2） 爐體材料： 15CrMoR+316L 水冷盤管材料：15CrMo HTL粉煤氣化爐粉煤氣化爐 關鍵設備關鍵設備 物料名稱物料名稱狀態(tài)狀態(tài) 正常流正常流 量量 kg/s 最大流最大流 量量 kg/s

9、 溫溫 度度 壓力壓力 Mpa 煤粉煤粉固固7.769.3804.1 氮氣氮氣氣體氣體0.670.89804.1 氧氣氧氣氣體氣體6.296.921804.15 蒸汽蒸汽氣體氣體0.240.693005.0 液化氣液化氣氣體氣體0.14200.3 點火氧氣點火氧氣氣體氣體0.67200.4 氣化燒嘴氣化燒嘴 關鍵設備關鍵設備 破渣機 序號使用單位數量(臺)應用時間備注 1上海焦化廠194.12德士古 2浩良河化肥廠2+104.4德士古 3德州化肥廠2+304.10德士古 4金陵化肥廠304.10交貨德士古 5南京大化1+105.2交貨德士古 6上?；萆?05.3訂貨德士古 7湖北雙環(huán)104.3

10、交貨殼牌 8柳州化工105.3交貨殼牌 9云天化105.4訂貨殼牌 10云占化105.5訂貨殼牌 關鍵設備關鍵設備 熱風爐 （惰性氣體發(fā)生器） 工程名稱工程名稱主要技術參數及項目概況主要技術參數及項目概況 交付交付 日期日期 用戶名稱用戶名稱 1 24萬噸復合磷 肥裝置磷銨干 燥機熱風爐 1.熱負荷：（200500）104 Kcal/h 2.熱風溫度：343 3.熱風流量：7500 m3/h 1991 1995 江西貴溪化肥廠 湖北黃麥嶺化工集 團公司 2 24萬噸復合磷 肥裝置磷銨干 燥機熱風爐 1.熱負荷：（430550）104 Kcal/h 2.熱風溫度：270 3.熱風流量：10000

11、 m3/h 1997銅陵磷銨廠 3 36萬噸復合磷 肥裝置磷銨干 燥機熱風爐 1.熱負荷：500104 Kcal/h 2.熱風溫度：90135 3.熱風流量：50000135000 m3/h 1999 寧波東海復合肥有 限公司 4 20萬噸復合磷 肥裝置磷銨干 燥機熱風爐 1.熱負荷：（100200）104 Kcal/h 2.熱風溫度：120150 3.熱風流量：90100 m3/h 2000 巴基斯坦ENGRO 化學工程公司 5 15萬噸復合磷 肥裝置磷銨干 燥機熱風爐 1.熱負荷：（150500）104 Kcal/h 2.熱風溫度：120150 3.熱風流量：110000 m3/h 200

12、0 福建永安智勝化工 聯合公司 6 30萬噸復合磷 肥裝置干燥機 熱風爐 1.熱負荷：（150450）104 Kcal/h 2.熱風溫度：120350 3.熱風流量：176470 m3/h 2002 河南省中原大化有 限責任公司 7 30萬噸復合磷 肥裝置干燥機 熱風爐 1.熱負荷：（150550）104 Kcal/h 2.熱風溫度：120350 3.熱風流量：206470 m3/h 2004 中國石油寧夏石化 公司化肥廠 關鍵設備關鍵設備 黑水調節(jié)閥、煤粉閥、煤粉調節(jié)閥、煤粉換向閥、鎖渣閥 用戶口 徑壓 力 等 級主 要 材 質上線時間數量 魯南化肥廠4600Lb1Cr18Ni9Ti、碳化鎢

13、93年2臺 上海焦化總廠 4600LbIncoloy825、碳化鎢94年4臺 6600LbIncoloy825、碳化鎢96年4臺 黑龍江 浩良河化肥廠 4600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 6600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 10150LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 中石化 金陵化肥廠 4600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 6600LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 8150LbIncoloy825、碳化鎢04年4臺 目前正在為下列用戶：陜西神木甲醇廠、南京化學工業(yè)公司化肥廠、上海焦化總廠 生產黑水調節(jié)閥產品，其中南化公司化肥廠的

14、閥門最高單級壓降達8MPa，閥體及內件材料為 超級雙相鋼2507和碳化鎢硬質合金。 關鍵設備關鍵設備 型號流量 m3/h 揚程 m 入口壓力 bar(G) 電機功率 kW 數 量 使用日期/廠家 CSB- Wy 2035337.5493/魯南化肥廠 10013029754 2726417.5404/ 浩良河化肥廠 220120411324 25802018.5298/天津堿廠 25206715297 /渭河化肥廠 3217417.52已交/柳州化肥廠 2194741552 1627427.54已交/陜西神木 220140431325 452141116已交/金陵化肥廠 220120411329

15、 45206718.51已交/渭河化肥廠 400140672201 1521417.5已交/山西豐喜 2408841132 激冷水循環(huán)泵 鎖斗循環(huán)泵 關鍵設備關鍵設備 立式高速泵 型號 流量 m3/h 揚程 m 轉速 r/min 電機功率 kW 首批使 用年代 GSB-L131002001920480023700451321992 GSB-L23601005805000141795.5371993 GSB-L331002001920940023700160315 關鍵設備關鍵設備 臥式高速泵 型號 流量 m3/h 揚程 m 轉速 r/min 電機功率 kW 首批 使用 年代 GSB-W20.5

16、28705006159295445.5221988 GSB-W33501505506700901822551991 GSB-W51012030017007000160001603151993 四、特點 航天爐的優(yōu)點 1、具有較高的熱效率（可 達95%）和碳轉化率（可達 99%）； 2、氣化爐為水冷壁結構，能承受1500至1700的高溫； 3、對煤種要求低，可實現原料的本地化； 4、擁有完全自主知識產權，專利費用低，關鍵設備已經全 部國產化，投資少，生產成本低。據專家測算，應用航天 爐建設年處理原煤25萬噸的氣化工業(yè)裝置，一次性投資可 比殼牌氣化爐少3億元，比德士古氣化爐少5440萬元；每 年的

17、運行和維修費用比殼牌氣化爐少2500萬元，比德士古 氣化爐少500萬元。 它與殼牌、德士古等國際同類裝置相比，有三大優(yōu)勢： 一是投資少，比同等規(guī)模投資節(jié)省三分之一； 二是工期短，比殼牌爐建設時間縮短三分之一； 三是操作程序簡便，適應中國煤化工產業(yè)的實際，易于大面 積推廣。 缺點問題： 1、航天爐系統(tǒng)聯鎖多，特別試車時，數據變動有可能造成 跳車。 2、多種因素會導致爐溫超溫，燒壞耐火材料甚至盤管。 3、由于操作不穩(wěn)定等因素，會造成粗渣、濾餅中殘?zhí)亢?較高。 4、粗渣和濾餅中含水量較高，后續(xù)處理較為困難，一般無 法回收。 5、水處理系統(tǒng)不太完美，水溫較高，易造成濾布變形跑偏 或打折損壞濾布，兩級

18、閃蒸不如三級閃蒸。 6、副產蒸汽為飽和蒸汽，如需用過熱蒸汽只能降壓使用， 給全廠的蒸汽平衡帶來一定困難。 五、技術參數 HT-L粉煤氣化裝置對煤種的一般要求: HT-L粉煤氣化工藝對煤種的適應性廣泛， 從較差的褐煤、次煙煤、煙煤到石油焦均 可作為氣化的原料。即使是高灰分、高水 份、高硫的煤種也能使用。但從經濟 運行 角度考慮，并非所有煤種都能夠獲得好的 經濟效益。因此，使用者應該認真細致地 選擇合適的煤種，在滿足設計要求的前提 下，保證裝置的穩(wěn)定運行。 目前航天長征公司根據不同用戶的需要，主要提 供三種不同的爐型，三種爐型基本結構相同，主 要區(qū)別在日投煤量的差異。 1、2800型 氣化爐直徑：

19、2.8- 3.2米； 氣化爐高度：14.5 米； 氣化壓力：4.0MPa； 日投煤量：750 噸（與煤種有關）； （CO+H2）有效氣 產量：40000- 51000Nm3/h（根 據要求確定）。 2、3200型 氣化爐直徑：3.2- 3.8米； 氣化爐高度：19.5 米； 氣化壓力：4.0MPa； 日投煤量：1500 噸（與煤種有關）； （CO+H2）有效氣 產量： 8000011000Nm3/ h（根據要求確定）。 3、4000型 氣化爐直徑：4.0米； 氣化爐高度：24.5 米； 氣化壓力：4.0MPa； 日投煤量：2500 噸（與煤種有關）； （CO+H2）有效氣 產量：140000-

20、 180000Nm3/h（根 據要求確定）。 煤種分析項目 數據范圍 總水（AR；%） 4.530.7 灰分（%；MF） 5.735.0 含氧（%；MF） 5.316.3 總硫（%；MF） 0.35.2 總氯（%；MF） 0.010.41 Na2O（%；on Ash） 0.13.1 K2O(%; on Ash) 0.13.3 CaO(%; on Ash) 1.223.7 Fe2O3(on Ash) 5.927.8 SiO2(%; on Ash) 24.958.9 AL2O3(%; on Ash) 9.532.6 高熱值（MJ/kg;MF） 22.833.1 1、 水分 煤中水分包括外表水和內存

21、水，他們屬于化合水部分，游 離水也是煤中水分的一部分。 外表水是煤粒表面的水分，來源于機械采煤的潤濕，露天 放置或運輸中的雨水，防止自然飛灰的灑水。煤的外表水 對氣化雖然沒有影響，但外表水高會增加運輸費用。對磨 煤時可能因水分高使原煤倉下煤不暢，外表水分不穩(wěn)定還 易造成煤干燥系統(tǒng)熱能量消耗的波動，從而使燃料氣量和 助燃風量增加提高了成本。外表水突然增大，煤干燥系統(tǒng) 為保證如爐中水儲量的穩(wěn)定，就要增大燃料的消耗，造成 原料浪費及污染環(huán)境。外水的高低與采煤、貯存、運輸方 式有關，通過人的努力是可以改變的。因此應盡量降低外 水表含量，以節(jié) 省開支且方便操作。 內存水是煤的內在水分，即煤的結合水，以化

22、學態(tài)形式存 在于煤中。煤的內水高，同樣會增加運輸費用。更重要的 是，去除 內水要比去除外表水消耗更多的加熱燃料。因 此，內水越高，送入氣化爐的粉煤中含水量會增高，水分 氣化所消耗的能量增多，粗合成氣中的有效氣體成份降低， 氣 化效率因此降低，煤耗增加。 2、 灰分 灰分是煤中不直接參加氣化反應的惰性物質，但 灰的熔化卻要消耗煤在氣化反應過程中的大量熱。 煤灰分含量高，則氣化后 的有效氣體成分就少， 送入氣化爐同質量的煤，灰分高的煤產氣量少， 灰渣量大，能耗高。根據資料介紹。在同樣反應 條件下，灰分增加1%，氧增大 0.7%0.8%，煤 耗增大1.3%1.5%，灰分越高氣化煤耗、氧耗越 高，灰渣

23、對爐內構件的沖刷磨蝕越快；另外，灰 渣量越大，對輸煤，氣化爐灰渣水 處理系統(tǒng)的影 響越大，氣化爐及灰渣處理的系統(tǒng)除渣負荷也就 越重，對管道和設備的磨蝕也隨之加快。嚴重時 會影響氣化爐的正常運行。但由于HT-L粉煤氣化 裝 置是采用冷壁結構，以渣抗渣，如果灰分含量 太低，氣化爐的熱損大，且不利于爐壁的抗渣保 護，影響氣化爐的使用壽命。 3、 灰熔點及灰組成 HT-L粉煤氣化裝置采用液態(tài)排渣，為保證氣化爐排渣順利。正常操 作溫度應高于灰熔點FT（流動溫度）約200。 如煤灰熔點過高， 勢必要求提高氣化操作溫度。提高操作溫度雖然有利于碳轉化及氣化 爐排渣，但操作溫度過高，輻射室水冷壁散熱量增大，鍋爐

24、蒸汽量也 大幅提 高，使得冷煤氣效率下降，從而影響氣化爐運行的經濟性。 因此選擇灰熔點低的煤種，可以降低操作溫度，提高煤的利用效率。 另外，如果煤的灰熔點低，操作溫度 就可以降低，與高灰熔點煤相 比較，無需消耗過多氧與碳反應生成CO2來維持較高的操作溫度。 有效氣體的產率就高。 對高灰熔點煤，一般可以通過添加助熔劑來改變煤灰的熔融特性，一 般為石灰石，但是加石灰要適量，石灰石添加不合適會 直接影響氧 炭比，過量會形成結垢對水系統(tǒng)的循環(huán)也是不利的，適量的石灰石以 保證氣化爐的正常運轉。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、 TiO2及Na2O、K2O等組成。一般而言，煤灰中酸性組分S

25、iO2、 AL2O3、TiO2和堿性組分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越 大，灰熔點越高，煤灰組成一般對氣化反應無多大影響，但其中某些 組分含量過高會影響煤灰的熔融特性，造成氣化爐渣口排渣不暢或渣 口堵塞。 六、現狀 濮陽龍宇航天爐平穩(wěn)運行創(chuàng)紀錄 截止2012年10月8日，濮陽龍宇甲醇項目航天爐裝置已連續(xù)運行210 天，創(chuàng)國內同類型氣化爐最長運行周期紀錄。9月份，該公司累計生 產成品甲醇 15637.67噸，平均日產甲醇504.4噸，是裝置設計負荷的 112.1%。而在10月5日生產甲醇556.76噸，創(chuàng)建廠以來日產量最高紀 錄。 安徽昊源原料改造項目航天爐點火成功 2013年3

26、月22日，安徽昊源20萬噸/年合成氨原料路線改造項目航天 爐點火投煤成功，并試運行近六個小時。該項目于2012年初開工建 設，目前，該項目二氧化碳壓縮機、空分已開車成功。 晉開百萬噸總氨項目尿素裝置投料成功 2013年7月3日，由五環(huán)工程設計的河南晉開百萬噸總氨項目40萬噸/ 年大顆粒尿素（C系列）裝置投料成功。該項目位于河南開封，分兩 期同時開工建設4 臺航天爐，年產120萬噸合成氨、120萬噸尿素、 81萬噸稀硝酸、60萬噸硝酸銨、60萬噸硝基復合肥、20萬噸濃硝酸。 項目于2010年4月開工。 滄州正元6080項目氨合成塔運抵現場 2013年9月5日，由石家莊正元塔器設備有限公司制造的DN3000氨合 成塔運抵滄州正元6080項目施工現場，項目由基礎建設進入設備安 裝階段。該項 目采用航天爐粉煤加壓氣化技術，一期工程概算投資 43億元。項目規(guī)模為年產60萬噸合成氨、80萬噸尿素。工程計劃 2014年4月進入試車條件，8月投入 運行。 國家粉煤氣化實驗基地落戶山東東平縣 2013年12月8日，由中化二建承建的晉煤天溪煤制油工程航天爐吊裝 就位，該公司造氣工藝技術改造工程進入了全面安裝階段。該航天爐 直徑為3.2米、高度