发展历程
航天粉煤加压气化技术(HT-L)是中国运载火箭技术研究院的航天长征化学工程股份有限公司(股票代码:603698)开发出的具有自主知识产权的煤气化技术。
工艺流程
HT-L典型总工艺流程图
1、磨煤及干燥
该单元用中速磨将煤磨成粉状,并由高温惰性气流烘干。煤的研磨与干燥在惰性的环境中进行,因而排除了自燃和粉尘爆炸的潜在危险。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:
(1)颗粒尺寸≤90μ,大于90%(重量);
(2)颗粒尺寸≤5μ,小于10%(重量);
(3)水分含量典型值2~8%(重量,根据煤种情况进行调整)。
由惰性气体输送的干燥粉煤进入粉煤过滤器进行分离后,粉煤经旋转卸料阀、纤维过滤器及粉煤螺旋输送机送至粉煤贮罐,过滤后的惰性气体粉煤含量<10mg/Nm3(湿基),经循环风机进入惰性气体发生器循环使用,一部分排放至大气。
2、粉煤加压及输送
每台气化炉配备1套粉煤加压及输送系统,由常压粉煤储罐、粉煤锁斗和粉煤给料罐组成。粉煤加压是通过向粉煤锁斗充入高压二氧化碳(或氮气)完成的。
常压粉煤贮罐内的粉煤在重力作用下进入粉煤锁斗。粉煤锁斗内充满粉煤后,即与粉煤贮罐及所有低压设备隔离,然后经充气锥、充气笛管等气体分布设备充入高压二氧化碳进行加压,当其压力与粉煤给料罐压力平衡时,打开之间的切断阀,粉煤通过重力落入粉煤给料罐。粉煤的加压输送过程采用顺序控制,设置联锁系统防止压力高串低事故的发生。
粉煤从给料罐底部的3个充气锥流出进入粉煤输送管道,充气锥通入高压二氧化碳(或氮气),保持给料罐和粉煤管道中的粉煤处于流化状态,粉煤输送的流量、密度和流速由粉煤调节阀、管道充气器调节。
3、气化及合成气洗涤
加压的粉煤、预热氧气按一定比例通过烧嘴进入到气化炉中,氧气中混入少量蒸汽(根据煤种调整)。气化炉由上部的气化室和下部的激冷室组成。
煤粉和氧气在气化室内进行高温气化反应,生成的合成气主要成分为一氧化碳和氢气,气化压力4.0~4.2MPa,气化温度一般控制在1300℃~1750℃之间(根据煤的灰熔点和粘温特性等参数进行调整)。高温气体和液态渣离开气化室,经激冷环、下降管进入激冷室水浴,合成气被激冷并被水饱和,熔渣固化沉淀并通过渣锁斗系统定期排出界外。
粗合成气出激冷室后进入文丘里洗涤器进一步增湿。离开文丘里洗涤器的粗合成气进入合成气洗涤塔,经水浴后进行气液分离,然后通过洗涤塔板,被进一步洗涤。洗涤后的合成气经塔顶部的旋流板除沫器离开洗涤塔,洗涤后的合成气含尘量≤1mg/Nm3,送下游一氧化碳变换工序。
4、渣及灰水处理
合成气洗涤黑水经高压闪蒸,低压闪蒸和真空闪蒸除去溶解的气体。高压闪蒸蒸汽用于加热除氧后的灰水。黑水进入沉降槽,加入絮凝剂以加速灰渣的絮凝沉降,底部的灰浆经真空过滤机过滤成滤饼后装车外运。澄清的灰水从顶部溢流进入灰水槽,大部分循环使用,少量灰水通过废水冷却器冷却排到废水处理装置,用来控制灰水系统中盐分的累积。
技术特点
1.实现了粉煤气化技术的系列化、大型化、标准化和专业化,推动实施了高压化、智能化和多元化,满足了传统煤化工技术升级和现代煤化工产业化发展需求。
气化炉的标准化、系列化和大型化
1000吨级,2000吨级,3000吨级三大系列
燃烧器的标准化、系列化、多元化
与1000吨级,2000吨级,3000吨级三大气化炉系列相配套
阀门等专有设备的标准化、系列化
率先实现氧阀的国产化,累计销售各类阀门3500多台,阀门年均返修率低于5%
大型化和高压化
承载国家科技部重大科技专项:日投煤量3500吨,气化压力65Bar超大型粉煤气化技术
2. 形成了完整的粉煤气化关键技术和装备研制体系
形成了气化炉研制方向和方法体系
形成了燃烧器研制方向和方法体系
形成了氧阀、粉阀和渣阀的研制方向和方法体系
搭建了关键技术和关键装备研制试验台和重点实验室
形成了专业、完整的关键技术和装备研发组织机构
3. 建立了多专业设计和质量、安全控制软件平台和多专业数据库
创建了煤质气化性能、流场和燃烧场计算软件和数据库
建立了气化炉及烧嘴档案数据管理平台
建立了煤化工差别化工艺“三废”排放数据库
构建了设计文件协同和设计质量管理信息化,实现了无纸化设计
利用煤质在线监测、运行大数据、APC和RTO技术,找到了煤气化实现自动化控制的解决方案
构建了以压力容器、压力管道、HAZOP和SIS为主线的本质安全设计控制体系
适应煤种
煤种适应性广,从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化,对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。自2008年航天粉煤加压气化装置首次试车成功至今,在线运行的56台气化炉中,已使用或试烧过的煤种达几十种,挥发分含量从6%~35%;灰分含量从6%~36%;灰熔点流动温度从1150℃~>1500℃。
应用情况
截止到目前,公司共签订43个项目101台气化炉。其中用于氮肥行业的54台,用于现代煤化工产品的47台。目前14个项目在建,29个项目已投产,投产气化炉台数56台,其中1000吨级气化炉25台,2000吨级气化炉31台。按照使用煤种分,纯烧三高煤项目1个,纯烧褐煤项目1个,其余项目使用烟煤或混煤。按照公司签订合同性质划分,43个项目中,8个EPC项目,1个跨国公司项目,35个EP项目,其中23个项目承担了总体院和全厂工程设计。
临泉航天煤气化装置框架
中化长山航天煤气化装置
公司简介
航天长征化学工程股份有限公司(简称“航天工程公司”)成立于2007年6月,隶属中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院,依托中国航天50多年在运载火箭、液体火箭发动机研制、生产试验、系统工程等方面技术积累,公司形成了以航天粉煤加压气化技术为核心,是专业从事煤气化技术及关键设备的研发、工程设计、技术服务、设备成套供应及工程总承包的工程公司,是国内唯一专业从事煤气化技术研发和推广的主板上市公司。
航天长征化学工程股份有限公司副总经理朱玉营
在2018中国国际煤化工发展论坛作报告
(中国石油和化学工业联合会煤化工专委会 赵明)