气化设备培训

1、航天炉气化设备专题讲座 航天炉(HT-L ) 粉煤加压气化技术属于加 压气流 床工艺, 是在借鉴壳牌、德士古及GSP加压气化工 艺设计理念的基础上, 由北京航天万源煤化工工程 技术有限公司（现更名为航天长征化学工程股份有 限公司）自主开发具有独特创新的新型粉煤加压气 化技术。此项技术没有经过小试、中试, 直接按照 工艺设计建设工业化示范项目。2008年先后在安徽 临泉、河南濮阳建成2 套单炉日产气量在100万 Nm3/d的示范装置。从目前运行来看不间断运行平 均在六个月左右。最近,安徽临泉2#气化炉从2011 年11月建成试车，2月5日投料满负荷运行，一直到 2012年9月17日因后段合成气压

2、缩机故障检修被迫 停车，检查烧嘴情况良好，无明显磨损，此时连续 运行已达226天，创造了气化炉连续运行最长记录。 工艺介绍 1、 磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理 控制参数 都与 SHELL工艺相同，有一套备用系统。 2、 加压输送系统 煤粉送至粉煤贮罐, 粉煤贮罐的粉煤送入 粉煤锁斗加压后再送 往高压粉煤给料罐。粉煤通过从常压到高 压的CO2/N2密相输送来满足粉煤气化需要。 3、 气化及净化 烧嘴采用分体式烧嘴，单烧嘴顶烧燃烧器， 气化炉采用激冷工艺。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被 激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水 蒸发，煤气被水蒸汽 饱和，出气化炉，经文丘里洗涤

3、器、洗涤塔洗涤后的合成气送 去变换。 4、 渣及灰水处理系统 激冷室内的渣经破渣机，渣锁斗，排 到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；黑水经高压闪蒸、 真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用 ，浆水经真空 抽滤后制成滤饼。 （具体工艺见下图） 一、工一、工 艺艺 简简 介介 航天炉气化装置工艺简图 二、主要设备介绍 一、磨煤机 中速辊盘式磨煤机，其碾磨部分是由转动的磨盘和三个沿磨盘 固定且可自转的磨辊组成。物料从磨机的中心落煤管落到磨盘 上，旋转磨盘借助于离心力将物料运动至碾磨辊道上，通过磨 辊进行碾磨。三个磨辊均布于磨盘辊道上，磨辊施加的碾磨力 由液压缸产生。 磨煤机主要有下架体、中架

4、体、磨盘、磨辊等组成。 上图为磨煤机下架体，四壁开有 检修孔，上面装有减速机和废料 箱等，用来排出不易磨碎的杂物。 上图为磨煤机磨盘，原煤通过中 间的盖板分配物料，也防止煤进 入磨盘下部空间。 磨煤机运行原理视频 二、气化炉 气化炉由气化炉燃烧室、 激冷室、水冷壁盘管、 及承压外壳组成。 外壳采用 15CrMoR/14Cr1MoR +316L复合板制作，材 料成本相对较低。上封 头与筒体采用法兰连接， 便于安装、更换水冷壁。 炉盖位于气化炉的顶部， 与气化炉之间采用法兰 连接，炉盖与烧嘴采用 法兰连接。 航天炉外形及盘管图片 渣钉采用螺柱焊焊接方法焊接在水冷壁内表面，螺柱焊相对于其他焊接方法

5、的优点：焊接热量小，热影响区小，对材料的损伤小，焊接可靠,焊接效率高。 水冷壁盘管分主盘管、渣口盘管、炉盖盘管。 水冷壁为圆筒型不锈钢盘管, 相邻盘管之间全部 焊接在一起，以保证燃烧室内的高温气体不进 入环腔，在盘管内侧焊有密密麻麻的不锈钢渣 钉，直径为12mm左右，用来固定耐火浇注料。 炉内浇注料施工完成后要进行烘炉，一般在制 造厂直接完成，也可在现场进行。同时为避免 高温气体进入环腔，在环腔处通入高压氮气进 行保护。保护气压力要高于气化炉炉内压力。 航天炉炉内测点布置图 温度监测是保障气化炉安全 的重要手段。气化室的温度测 点包括：4个上锥段温度测点， 位于上锥段的耐火材料内，测量 耐火层

6、的温度； 6个炉膛测温 点，热电偶的头部伸出耐火料， 在无结渣的情况下测量的是炉气 温度，分为上中下三层，每层两个；环腔测点，测量环 腔内 的气体温度；外壳测温点，测量气化炉外壁的温度。其 中上 锥段测点和炉膛测点是运行中重要的控制参数，关系着 气化 炉的操作安全。 炉膛温度，上、中部测温点比下部测温点温度更高。炉膛下部由于结渣较 厚温度一般在300左右，上、中部在结渣稳定的情况下温度也较低为 300-600，超过1000属超温情况，超温情况下温度波动大，最高值 可超过测温上限1800，出现此情况需及时采取措施。 上锥度温度正常情况下在300-400左右，600以上属于超温情况。 一般在氧煤比

7、偏高或氧流速偏低的情况下，会出现炉膛测温点或上锥段测 温点超温的现象。 水冷壁的工作原理 水冷壁气化室由多层组成，包 括液体熔渣、固体熔渣、耐火材料、 渣钉和盘管。在气化过程中，反应 温度比较高，产生的熔渣以小液滴 的形式甩至水冷壁，由于水冷壁表 面温度相对较低，小液渣被冷却后 形成固态渣，随着固渣层的增厚， 固渣表面温度逐渐增高，再有小液 渣被甩到表面则不会被凝固，以液 态的形式附着，形成液渣层。液渣 以一定的速度向下流动，同时有新 的小液渣被甩到壁上，形成一个动 态的平衡。平衡后固渣和液渣层的 厚度取决于气化室内的火焰温度和 熔渣的粘温特性。水冷壁可以根据 气化炉的运行工况自调节固态熔渣

8、层厚度。渣层对炉温有自调节作用。 在气化炉正常工作状态，炉内换热 以辐射为主，兼有一定比例的对流 换热， 盘管出口冷却水密度反应盘管的受热情况，是重要的监 测参数。密度越低，说明盘管出口含水蒸汽比 例越大，说明盘管吸热量越大。在压力一定的 情况下，盘管冷却水的吸热程度不同，所以出 口密度并不相同，在一般情况下，主盘管的密 度一般在550-750kg/m3,渣口盘管一般在750 kg/m3以上，炉盖盘管则在650-750 kg/m3。 以上情况是指汽包正常补水的情况下，即汽包 补水量等于汽包蒸汽产量的情况下，如果补水 量大（同时排污水打开），盘管出口水密度不 能反应水冷壁真实的吸热情况。 炉盖：

9、类似一个法兰盖， 内部有盘管，通冷却水， 炉盖起连接气化炉与烧嘴、 保护烧嘴的作用，盘管外 有渣钉及耐火浇注料。在 其顶部有进出水管接口， 另外还有两个火焰检测器 接口，接高清摄像头，便 于观测气化炉内部燃烧情 况，通过总控制室的显示 屏可以直接看到炉内的燃 烧情况, 监控从点火烧嘴点 火, 到开工烧嘴升温升压, 及粉煤烧嘴投料的全过程, 安全, 方便, 直观。 激冷室：激冷室为一承压空壳, 内部有激冷环、下降管、上升管、检漏装置、挡 液板等组成。下降管将合成气导入激冷水中进行水浴。激冷室内件均为316L不 锈钢材质. 检漏管位于下降管外部，采用直径为8-10mm的不锈钢管，紧贴在下降管外壁

10、上，未端进行封堵，根椐检漏管泄漏情况来判断下降管是否损坏。 上升管在下降管外部，引导气流上升，上升管通过型钢与气化炉内壁的支撑板焊 在一起 二、烧嘴 烧嘴是航天炉气化装置的核心设备，气化烧嘴 都有一个共同点，即工艺适应性单一，每一种 煤气化技术必须自行研发设计只适合自身的燃 烧器，气化烧嘴的设计和生产质量决定了气化 装置的性能高低和寿命长短，最终影响到装置 的运行经济性。 烧嘴的作用是将工作介质通过介质通道和喷口 引入炉膛，利用合理的喷口结构组织介质在炉 内的流场、温度场分布，完成气化反应。 航天炉气化烧嘴从功能上可以分为：点火烧嘴、 开工烧嘴、工艺烧嘴，三种烧嘴的作用各不相 同。 点火烧嘴主

11、要以点火引燃开工烧嘴为目的，其特点是能 量小、工作时间短，作为发火源对其可靠性、稳定性和 长效性要求较高。 开工烧嘴以将炉内的环境升温升压至指定工况，并引燃 工艺烧嘴为目的，工作特点为负荷调节范围大，温度范 围控制严格，对其被点燃的可靠性和升负荷过程中的稳 定性、长效性要求高。 工艺烧嘴又名生产烧嘴，承担着主要的生产任务，在升 负荷过程中和额定工况下，其流场和温度场的合理布置 决定了气化炉及其内件的的寿命和各项气化性能指标。 德士古气化炉烧嘴 航天炉烧嘴特点： 1、分体式烧嘴：点火、开工和工艺烧嘴各不相同，每 个烧嘴都有自己的功能。 2、干煤粉进料，由三根煤粉管，高压CO2/N2作为载 体进行

12、输送。 3、煤粉管呈螺旋结构，保证粉煤进入粉煤混合腔分布 均匀后从喷口喷出，在炉内与带有螺旋的氧气充分混合， 完成反应。 4、粉煤管贯穿外层水冷夹套，利用冷却水温对煤粉加 热。 工艺烧嘴 主烧嘴的作用主烧嘴的作用 是在气化炉正常生是在气化炉正常生 产压力产压力4.1MPag 4.1MPag 时时 ，把煤粉和氧气输，把煤粉和氧气输 入气化炉燃烧室进行气化反应，以生成以氢气和一氧化入气化炉燃烧室进行气化反应，以生成以氢气和一氧化 碳为主的原料气。碳为主的原料气。 主烧嘴带有冷却水主烧嘴带有冷却水 夹套，目的是防止夹套，目的是防止 气化炉燃烧室内的高温，对主烧嘴外表面的高温辐射。气化炉燃烧室内的高温

13、，对主烧嘴外表面的高温辐射。 烧嘴的工作过程：常压下控制系统给出发火指令，点点 火烧嘴，再由点火烧嘴火焰点燃开工烧嘴，开工烧嘴点 燃后逐渐提升负荷，炉温升至800以上，压力在6- 10bar后由工艺烧嘴投入煤粉和氧气，煤粉被开工烧嘴 点燃后逐渐调整负荷。 为保护烧嘴头部不受损坏，必须注意冷却水和保护气是 否正常：1、整个工作过程冷却水充满燃烧器，尤其以 头部的保护为重点，因此必须保证冷却水连续供应，流 量和压力要达到设计值，水质要洁净，采用软化水。为 了保证运行安全，一般冷却水的压力大于气化炉炉内压 力0.3MPa左右2、正常工作时，开工烧嘴和点火烧嘴 介质通道通入惰性保护气体，以保证高温气体

14、不回流至 烧嘴通道内。点火烧嘴保护气用量较小，开工烧嘴保护 气用量较大，主烧嘴保护气除了防止回流外还有降低烧 嘴头部温度的作用。在氧气流的核心区通入惰性保护气 体，可以降低氧气和可燃物的浓度，阻止燃烧的发生， 达到使火焰远离烧嘴的效果。 炉内流场分布 航天气化炉的炉内流场分布可将其分为三个区域，即射流 区、回流区、旋流区。射流区呈喇叭口形式，靠近烧嘴附 近的轴向流速较大，周向流速较小，径向流速很小。在低 速回流区，燃烧生成的高温烟气被卷吸回喷口附近，有助 于煤粉的燃烧。回流区位于炉膛上部，射流区的外部，由 于射流引起这部分区域内压力降低从而形成了回流。回流 区的流速较低，回流区卷吸高温烟气至烧

15、嘴喷口处，也具 有稳定燃烧的作用。 氧气气流对气化炉运行的影响 气化室的主要入口气流中氧气流动的动量最大， 约为煤粉气流量的6倍，氧气射流处于炉膛中心， 动量较小的粉煤路气流被卷吸过来一起流动， 同时发生燃烧，产生大量的高温烟气。因此气 化室流场中氧气起主导作用， 氧气气流的控制主要是速度控制。对应于不同 的气化炉和烧嘴的结构，氧气流速存在最佳设 计范围，操作过程中尽量保证氧气流速在这一 范围内。在气化炉升压过程中，氧气设计流量 与炉膛压力成正比以保证氧气出口速度不变， 因此升压过程中必须严格遵照氧量和炉压的对 应关系。氧气流速偏低和偏高均存在一定的危 害 。 烧嘴保护气的作用是非常重要的。在

16、氧气气流 的核心区存在一个封闭的回流区，回流区内一 般没有煤粉和可燃气体，不发生燃烧，但是一 旦由于气流局部缺损等原因使煤粉和可燃气体 进入，则会发生燃烧导致烧嘴头部超温烧蚀。 烧嘴保护气的作用即在氧气气流核心区通入惰 性气体，降低氧气及可燃物的浓度，阻止燃烧 的发生，达到使火焰面远离烧嘴的效果，此外， 氧气气流的均匀性也具有重影响，因此必须保 证烧嘴安装精度，杜绝氧通道安装不对中或倾 斜的情况，避免气流不均匀而导致的火焰偏烧 现象。 三、破渣机 破渣机位于气化炉底部与锁斗之间，用来破碎 炉中产生的大块炉渣，以保证正常固体粒度的 炉渣能顺利进入锁斗。是由壳体、动力装置、 油马达，以及连接在马达

17、旋转轴上的破碎刀片 组成。 工作原理：由动力泵提供的最高可达35Mpa的 高压油经软管输送到马达，通过马达的旋转轴 带动安装于轴上的破碎刀按一定的方向旋转， 与固定在破渣机壳体内壁的破碎刀交叉运行， 以达到破碎渣的目的。 破渣机包括粉碎刀架 体，滑板、挡板等。 刀架安装在壳体内部 的刀架连扳上，它与 转动刀体组成了破渣 机的破碎单元，属于 破碎单元中的静止部 分。刀架共有九个， 两两之间形成一过流 通道，共形成八个过流通道。转动刀体安装在轴上，相邻的 两刀体之间有45的周向错移，属于破碎单元中的运动部分， 共有八个。当轴转动时，带动这八个转动刀体刚好穿过由刀 架形成的八个过流通道，不断的将滞留

18、在动静刀间的大块炉 渣破碎，从而避免大块未破碎物料滞留在轴的上方。为提高 动静刀的使用寿命，在其工作面和侧面上各堆焊了5mm 和 2.5mm厚的硬质合金。 液压动力装置液压动力装置采用低速、大扭矩马达传动，在正常工况下液 压马达正向旋转，当破渣机正向受阻后，液压系统发出信号给控 制系统，反向旋转连续循环动作三次，由此控制系统判断破渣机 已经堵塞，液压动力装置自动停机。 为及时将破碎后的 物料收集并引送到 下游的锁斗中，在 壳体容器内的下端 封头处加设有料斗 为提高填料密封工作的可靠性和使用寿命，必须向左右填料箱中 注入高压冲洗水，水压应高于内腔压力0.3-.7Mpa为宜。为保证 填料密封效果，

19、并考虑填料长时间运行有老化现象，一般情况下， 每半年更换一次。 四、文丘里洗涤器 文丘里管包括收缩段、喉管 和扩散段。适用于去除粒径 0.1-100m的尘粒，对高温 气体的降温效果较好，广泛用 于高温烟气的除尘、降温，也 能用作气体吸收器。收缩段因 流速较大，磨损较为严重，通 常采用在内壁涂层来提高使用 寿命。 五、捞渣机 捞渣机由电机带动，经减速器，带动链条及刮板运动，把从气化炉排下的渣刮出渣池，在捞渣过程中，斜 坡段完成渣水分离，链条传动速度可以通过变频器调节，在上面的导向装置，起着托起链条和刮板的作用， 在下面的导向装置使链条和刮板始终沿着斜槽运动，从而达到把渣带出去的目的。 大功率捞渣

20、机多采用液压马达驱动。 捞渣机的关键部件：链条，材质为： 23MnNiMoCr54，目前大多 采用德国路德与意大利吉萨两种品牌。刮板为铸钢件，与底板接触 的部分焊接有耐磨条。捞渣机底部承受刮板磨擦，大多在底部铺一 层铸石板，即玄武岩。 内导轮 捞渣机的四个内导轮在灰水中工作， 是捞渣机最薄弱的环节。导轮可靠 性低、寿命低（一般不超过一年， 很多需三个月更换一次），故障难 于预判，经常引起捞渣机非正常停 机。普遍原因为：轴封损坏轴承 腔润滑脂被乳化补充加注润滑脂 困难润滑失效轴承损坏导轮 整体损坏； 右图内所示导轮整体为侧翻式的结 构，内导轮可摇出仓外进行拆装、 检修，安全、方便。 采用液压自动

21、张紧，恒 定的张紧力及时吸收链条 因磨损的伸长； 带单向机械逆止机构的 张紧支架，防止张紧滑块 因液压系统故障突然下滑 引发运行故障； 张紧液压站可采用定期 运行方式，间隔12周 启动一次液压站，链条张 紧后张紧滑块靠机械逆止 机构锁紧，可有效延长张 紧液压系统的寿命。 液压张紧装置液压张紧装置 六、热风炉 *本热风炉以燃料气(驰放气)为燃料，干燥 煤粉的作用。热风炉系统主要包括热风炉 本体、燃烧器组件、助燃风机、高能点火 及火焰检测等设备，还包括燃料气、助燃 风的输送和调节系统、氮气供应系统等工 艺管路系统。 *炉本体结构形式为立式圆筒炉，燃烧器 采用 1 个中心气主烧嘴+1 个环型辅助烧

22、嘴的方案，炉体全部密封设计，微正压操 作。 *在燃烧室头部，为了避免内层耐火材料 受到高温烟气的直接冲刷，增加耐火材料 的使用寿命，在燃烧室末端设置了轴向旋 流叶片，大部分循环风由此进入混合室， 与烟气能够进行充分的混合，使得热风炉 出口的工艺气体热量提高。 七、充气设备及精密过滤器 充气设备主要用于粉煤输送系统，充气设备内件为不锈钢粉 未治金村质或复合丝网，过滤精度可以达到5m，粉末冶金 是用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原 料，经过成形和烧结而成，具有过滤精度高，强度大的特点， 一般操作压差不大于1MPa。 粉煤锁斗充气笛管粉煤锁斗充气笛管 粉煤锁斗高压二氧化碳过滤器简图粉

23、煤锁斗高压二氧化碳过滤器简图 谢 谢 工艺介绍 1、 磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理 控制参数 都与 SHELL工艺相同，有一套备用系统。 2、 加压输送系统 煤粉送至粉煤贮罐, 粉煤贮罐的粉煤送入 粉煤锁斗加压后再送 往高压粉煤给料罐。粉煤通过从常压到高 压的CO2/N2密相输送来满足粉煤气化需要。 3、 气化及净化 烧嘴采用分体式烧嘴，单烧嘴顶烧燃烧器， 气化炉采用激冷工艺。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被 激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水 蒸发，煤气被水蒸汽 饱和，出气化炉，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后的合成气送 去变换。 4、 渣及灰水处理系统 激冷室内的渣经

24、破渣机，渣锁斗，排 到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；黑水经高压闪蒸、 真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用 ，浆水经真空 抽滤后制成滤饼。 （具体工艺见下图） 一、工一、工 艺艺 简简 介介 航天炉气化装置工艺简图 航天炉炉内测点布置图 温度监测是保障气化炉安全 的重要手段。气化室的温度测 点包括：4个上锥段温度测点， 位于上锥段的耐火材料内，测量 耐火层的温度； 6个炉膛测温 点，热电偶的头部伸出耐火料， 在无结渣的情况下测量的是炉气 温度，分为上中下三层，每层两个；环腔测点，测量环 腔内 的气体温度；外壳测温点，测量气化炉外壁的温度。其 中上 锥段测点和炉膛测点是运行中重要的控制参数，关系着 气化 炉的操作安全。 炉膛温度，上、中部测温点比下部测温点温度更高。炉膛下部由于结渣较 厚温度一般在300左右，上、中部在结渣稳定的情况下温度也较低为 300-600，超过1000属超温情况，超温情况下温度波动大，最高值 可超过测温上限1800，出现此情况需及时采取措施。 上锥度温度正常情况下在300-400左右，600以上属于超温情况。 一般在氧煤比偏高或氧流速偏低的情况下，会出现炉膛测温点或上锥段测 温点超温的现象。 烧嘴保护气的作用