气化炉型-航天炉

1、气化炉型气化炉型航天炉航天炉 一、简介一、简介 二、工艺介绍二、工艺介绍 三、关键设备三、关键设备 四、特点四、特点 五、技术参数五、技术参数 六、现状六、现状 七、风险七、风险 目目 录录 一、简介 长期以来，国内缺乏自主的粉煤加压气化技术，国内煤化工不能大规模地发展 引进国外技术 选用德士古煤气化技术，无法实现原料煤的本地化； 选用壳牌煤气化技术的投资又太大。 所以，开发具有自主知识产权的高效、洁净、煤种适应性广的国内煤气化技术， 一直是业界的梦想。 航天炉又名HT-L煤粉加压气化炉 ，是借鉴荷兰SHELL、德国GSP、美国 TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化

2、炉而形 成的一套结构简单、有效实用的煤气化工艺。 气化炉的核心部件是气化炉燃烧喷嘴，该喷 嘴必须具有超强的耐高温特性，这个特性要实现 起来难度较大。而与此类似，火箭上天时喷嘴所 经受的温度也很高，而且比气化炉燃烧喷嘴要经 受的温度高得多。如果把航天技术“嫁接”到煤 化工产业，那就有点像杀鸡用上宰牛刀，技术难 度上是没有问题的。 航天长征化学工程股份有限公司（简称“ 航 天工程公司”）前身为北京航天万源煤化工工程 技术有限公司，主营业务是以航天粉煤加压气化 技术为核心，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。航天工程公司目前拥有自主知识产权 的航天（

3、HT-L）粉煤加压气化技术，该技术可广 泛应用于煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃、煤 制乙二醇、煤制天然气、煤制油、煤制氢、IGCC 发电等领域。 二、工艺介绍 HT-L粉煤气化技术工艺原理为原料煤经过磨煤、干燥后， 用N2进行加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。干煤粉 （80）、纯氧气（200）、过热蒸汽（420）一同 进入气化炉气化室，瞬间发生升温、挥发分裂解、燃烧及 氧化还原等物理和化学过程。生成的14001600的 合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210220， 再经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，和洗涤塔进一步降温、 洗涤，产出温度约为204、粉尘含量小于1010-6的粗 合成气。 HT-L

4、粉煤气化炉为航天粉煤加压气化装置核心、关键专利设备。粉煤、氧气蒸汽 按一定比例通过燃烧器进入气化炉，在气化室中进行燃烧气化反应，生成的含有高温 熔渣的粗合成气，一部分高温熔渣挂在复合水冷壁上，形成稳定的抵抗高温的渣层， 其余熔渣和粗合成气进入激冷室。粗合成气在激冷室中被激冷水激冷降温，并蒸发水 蒸气到饱和，同时熔渣迅速固化，通过分离装置实现合成气、液态水、固渣的分离。 合成气通过管口输出进入后续工段，主要成分为一氧化碳和氢气。固渣通过排渣口进 入破渣机中，并断续排出。含有细灰的黑水通过管口进入渣水处理系统。 三条相同 的进煤管 线 粉煤过滤器 S-1103 粉煤贮仓 V-1201 V-1204

5、 粉煤锁斗 V-1205 粉煤给料罐 中压汽包 V-1302 原料煤贮仓 V-1101 磨煤机 A-1101 惰性气体发生器 F-1101 原料煤 高压氮气 空气 燃料气 渣 称重给煤机 X-1101 氧气加热器 E-1309 P-1301A/B 汽包循环泵 F-1301 气化炉 洗涤塔 C-1301 高压闪蒸罐 V-1401 真空闪蒸罐 V-1404 除氧器 V-1408 灰水罐 T-1401 沉降槽 S-1401 过滤机 S-1402 锅炉给水 中压过热蒸汽 氧气 粗合成气去火炬 粗合成气 脱盐水 闪蒸气去火炬 冷凝液来自变换 低压饱和蒸汽 滤饼 污水 中压蒸汽 渣锁斗 V-1303 Q-

6、1401/V-1411 捞渣机 备煤系统 气化及合成气洗涤系统 渣及灰水处理系统 V-1309 氧气缓冲罐 工艺系统介绍 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，两套系统一开一备，单套能力35吨/小时，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。没有单独的石 灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤 皮带上，一块进入磨煤机研磨。 2、加压输送系统 加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工 艺相同，目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气 化。不同是V1205下面是三条腿，三

7、条线输送，到烧嘴处汇合从烧嘴 环隙呈螺旋状喷入炉膛。 3、气化及净化 烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用 TEXACO激冷工艺，气化炉升压到1MPa时，煤粉及氧、蒸汽混合以 一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温度 检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。设计 气化温度1400-1600，气化压力4.0MPa。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，出气化炉为199 ，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后， 194、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。 4、渣及灰水处理系统 渣及灰水

8、处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO 工艺相同。渣经破渣机，高压变低压锁斗，排到捞渣机，进行渣水分 离，水回收处理利用；灰水经高压闪蒸、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。 四、关键设备 气化压力：4MPa 气化温度：14001700 设计炉型能力： 42000Nm3/h（CO+H2） 单炉能力： 20000 75000Nm3/h（CO+H2） 炉体材料： 15CrMoR+316L 水冷盘管材料：15CrMo HTL粉煤气化炉粉煤气化炉 关键设备关键设备 物料名称物料名称状态状态 正常流正常流 量量 kg/s 最大流最大流 量量 kg/s

9、 温温 度度 压力压力 Mpa 煤粉煤粉固固7.769.3804.1 氮气氮气气体气体0.670.89804.1 氧气氧气气体气体6.296.921804.15 蒸汽蒸汽气体气体0.240.693005.0 液化气液化气气体气体0.14200.3 点火氧气点火氧气气体气体0.67200.4 气化烧嘴气化烧嘴 关键设备关键设备 破渣机 序号使用单位数量(台)应用时间备注 1上海焦化厂194.12德士古 2浩良河化肥厂2+104.4德士古 3德州化肥厂2+304.10德士古 4金陵化肥厂304.10交货德士古 5南京大化1+105.2交货德士古 6上海惠生305.3订货德士古 7湖北双环104.3

10、交货壳牌 8柳州化工105.3交货壳牌 9云天化105.4订货壳牌 10云占化105.5订货壳牌 关键设备关键设备 热风炉 （惰性气体发生器） 工程名称工程名称主要技术参数及项目概况主要技术参数及项目概况 交付交付 日期日期 用户名称用户名称 1 24万吨复合磷 肥装置磷铵干 燥机热风炉 1.热负荷：（200500）104 Kcal/h 2.热风温度：343 3.热风流量：7500 m3/h 1991 1995 江西贵溪化肥厂 湖北黄麦岭化工集 团公司 2 24万吨复合磷 肥装置磷铵干 燥机热风炉 1.热负荷：（430550）104 Kcal/h 2.热风温度：270 3.热风流量：10000

11、 m3/h 1997铜陵磷铵厂 3 36万吨复合磷 肥装置磷铵干 燥机热风炉 1.热负荷：500104 Kcal/h 2.热风温度：90135 3.热风流量：50000135000 m3/h 1999 宁波东海复合肥有 限公司 4 20万吨复合磷 肥装置磷铵干 燥机热风炉 1.热负荷：（100200）104 Kcal/h 2.热风温度：120150 3.热风流量：90100 m3/h 2000 巴基斯坦ENGRO 化学工程公司 5 15万吨复合磷 肥装置磷铵干 燥机热风炉 1.热负荷：（150500）104 Kcal/h 2.热风温度：120150 3.热风流量：110000 m3/h 200

12、0 福建永安智胜化工 联合公司 6 30万吨复合磷 肥装置干燥机 热风炉 1.热负荷：（150450）104 Kcal/h 2.热风温度：120350 3.热风流量：176470 m3/h 2002 河南省中原大化有 限责任公司 7 30万吨复合磷 肥装置干燥机 热风炉 1.热负荷：（150550）104 Kcal/h 2.热风温度：120350 3.热风流量：206470 m3/h 2004 中国石油宁夏石化 公司化肥厂 关键设备关键设备 黑水调节阀、煤粉阀、煤粉调节阀、煤粉换向阀、锁渣阀 用户口 径压 力 等 级主 要 材 质上线时间数量 鲁南化肥厂4600Lb1Cr18Ni9Ti、碳化钨

13、93年2台 上海焦化总厂 4600LbIncoloy825、碳化钨94年4台 6600LbIncoloy825、碳化钨96年4台 黑龙江 浩良河化肥厂 4600LbIncoloy825、碳化钨04年4台 6600LbIncoloy825、碳化钨04年4台 10150LbIncoloy825、碳化钨04年4台 中石化 金陵化肥厂 4600LbIncoloy825、碳化钨04年4台 6600LbIncoloy825、碳化钨04年4台 8150LbIncoloy825、碳化钨04年4台 目前正在为下列用户：陕西神木甲醇厂、南京化学工业公司化肥厂、上海焦化总厂 生产黑水调节阀产品，其中南化公司化肥厂的

14、阀门最高单级压降达8MPa，阀体及内件材料为 超级双相钢2507和碳化钨硬质合金。 关键设备关键设备 型号流量 m3/h 扬程 m 入口压力 bar(G) 电机功率 kW 数 量 使用日期/厂家 CSB- Wy 2035337.5493/鲁南化肥厂 10013029754 2726417.5404/ 浩良河化肥厂 220120411324 25802018.5298/天津碱厂 25206715297 /渭河化肥厂 3217417.52已交/柳州化肥厂 2194741552 1627427.54已交/陕西神木 220140431325 452141116已交/金陵化肥厂 220120411329

15、 45206718.51已交/渭河化肥厂 400140672201 1521417.5已交/山西丰喜 2408841132 激冷水循环泵 锁斗循环泵 关键设备关键设备 立式高速泵 型号 流量 m3/h 扬程 m 转速 r/min 电机功率 kW 首批使 用年代 GSB-L131002001920480023700451321992 GSB-L23601005805000141795.5371993 GSB-L331002001920940023700160315 关键设备关键设备 卧式高速泵 型号 流量 m3/h 扬程 m 转速 r/min 电机功率 kW 首批 使用 年代 GSB-W20.5

16、28705006159295445.5221988 GSB-W33501505506700901822551991 GSB-W51012030017007000160001603151993 四、特点 航天炉的优点 1、具有较高的热效率（可 达95%）和碳转化率（可达 99%）； 2、气化炉为水冷壁结构，能承受1500至1700的高温； 3、对煤种要求低，可实现原料的本地化； 4、拥有完全自主知识产权，专利费用低，关键设备已经全 部国产化，投资少，生产成本低。据专家测算，应用航天 炉建设年处理原煤25万吨的气化工业装置，一次性投资可 比壳牌气化炉少3亿元，比德士古气化炉少5440万元；每 年的

17、运行和维修费用比壳牌气化炉少2500万元，比德士古 气化炉少500万元。 它与壳牌、德士古等国际同类装置相比，有三大优势： 一是投资少，比同等规模投资节省三分之一； 二是工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一； 三是操作程序简便，适应中国煤化工产业的实际，易于大面 积推广。 缺点问题： 1、航天炉系统联锁多，特别试车时，数据变动有可能造成 跳车。 2、多种因素会导致炉温超温，烧坏耐火材料甚至盘管。 3、由于操作不稳定等因素，会造成粗渣、滤饼中残炭含量 较高。 4、粗渣和滤饼中含水量较高，后续处理较为困难，一般无 法回收。 5、水处理系统不太完美，水温较高，易造成滤布变形跑偏 或打折损坏滤布，两级

18、闪蒸不如三级闪蒸。 6、副产蒸汽为饱和蒸汽，如需用过热蒸汽只能降压使用， 给全厂的蒸汽平衡带来一定困难。 五、技术参数 HT-L粉煤气化装置对煤种的一般要求: HT-L粉煤气化工艺对煤种的适应性广泛， 从较差的褐煤、次烟煤、烟煤到石油焦均 可作为气化的原料。即使是高灰分、高水 份、高硫的煤种也能使用。但从经济 运行 角度考虑，并非所有煤种都能够获得好的 经济效益。因此，使用者应该认真细致地 选择合适的煤种，在满足设计要求的前提 下，保证装置的稳定运行。 目前航天长征公司根据不同用户的需要，主要提 供三种不同的炉型，三种炉型基本结构相同，主 要区别在日投煤量的差异。 1、2800型 气化炉直径：

19、2.8- 3.2米； 气化炉高度：14.5 米； 气化压力：4.0MPa； 日投煤量：750 吨（与煤种有关）； （CO+H2）有效气 产量：40000- 51000Nm3/h（根 据要求确定）。 2、3200型 气化炉直径：3.2- 3.8米； 气化炉高度：19.5 米； 气化压力：4.0MPa； 日投煤量：1500 吨（与煤种有关）； （CO+H2）有效气 产量： 8000011000Nm3/ h（根据要求确定）。 3、4000型 气化炉直径：4.0米； 气化炉高度：24.5 米； 气化压力：4.0MPa； 日投煤量：2500 吨（与煤种有关）； （CO+H2）有效气 产量：140000-

20、 180000Nm3/h（根 据要求确定）。 煤种分析项目 数据范围 总水（AR；%） 4.530.7 灰分（%；MF） 5.735.0 含氧（%；MF） 5.316.3 总硫（%；MF） 0.35.2 总氯（%；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 高热值（MJ/kg;MF） 22.833.1 1、 水分 煤中水分包括外表水和内存

21、水，他们属于化合水部分，游 离水也是煤中水分的一部分。 外表水是煤粒表面的水分，来源于机械采煤的润湿，露天 放置或运输中的雨水，防止自然飞灰的洒水。煤的外表水 对气化虽然没有影响，但外表水高会增加运输费用。对磨 煤时可能因水分高使原煤仓下煤不畅，外表水分不稳定还 易造成煤干燥系统热能量消耗的波动，从而使燃料气量和 助燃风量增加提高了成本。外表水突然增大，煤干燥系统 为保证如炉中水储量的稳定，就要增大燃料的消耗，造成 原料浪费及污染环境。外水的高低与采煤、贮存、运输方 式有关，通过人的努力是可以改变的。因此应尽量降低外 水表含量，以节 省开支且方便操作。 内存水是煤的内在水分，即煤的结合水，以化

22、学态形式存 在于煤中。煤的内水高，同样会增加运输费用。更重要的 是，去除 内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料。因 此，内水越高，送入气化炉的粉煤中含水量会增高，水分 气化所消耗的能量增多，粗合成气中的有效气体成份降低， 气 化效率因此降低，煤耗增加。 2、 灰分 灰分是煤中不直接参加气化反应的惰性物质，但 灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。 煤灰分含量高，则气化后 的有效气体成分就少， 送入气化炉同质量的煤，灰分高的煤产气量少， 灰渣量大，能耗高。根据资料介绍。在同样反应 条件下，灰分增加1%，氧增大 0.7%0.8%，煤 耗增大1.3%1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越 高，灰渣

23、对炉内构件的冲刷磨蚀越快；另外，灰 渣量越大，对输煤，气化炉灰渣水 处理系统的影 响越大，气化炉及灰渣处理的系统除渣负荷也就 越重，对管道和设备的磨蚀也随之加快。严重时 会影响气化炉的正常运行。但由于HT-L粉煤气化 装 置是采用冷壁结构，以渣抗渣，如果灰分含量 太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保 护，影响气化炉的使用寿命。 3、 灰熔点及灰组成 HT-L粉煤气化装置采用液态排渣，为保证气化炉排渣顺利。正常操 作温度应高于灰熔点FT（流动温度）约200。 如煤灰熔点过高， 势必要求提高气化操作温度。提高操作温度虽然有利于碳转化及气化 炉排渣，但操作温度过高，辐射室水冷壁散热量增大，锅炉

24、蒸汽量也 大幅提 高，使得冷煤气效率下降，从而影响气化炉运行的经济性。 因此选择灰熔点低的煤种，可以降低操作温度，提高煤的利用效率。 另外，如果煤的灰熔点低，操作温度 就可以降低，与高灰熔点煤相 比较，无需消耗过多氧与碳反应生成CO2来维持较高的操作温度。 有效气体的产率就高。 对高灰熔点煤，一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，一 般为石灰石，但是加石灰要适量，石灰石添加不合适会 直接影响氧 炭比，过量会形成结垢对水系统的循环也是不利的，适量的石灰石以 保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、 TiO2及Na2O、K2O等组成。一般而言，煤灰中酸性组分S

25、iO2、 AL2O3、TiO2和碱性组分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越 大，灰熔点越高，煤灰组成一般对气化反应无多大影响，但其中某些 组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，造成气化炉渣口排渣不畅或渣 口堵塞。 六、现状 濮阳龙宇航天炉平稳运行创纪录 截止2012年10月8日，濮阳龙宇甲醇项目航天炉装置已连续运行210 天，创国内同类型气化炉最长运行周期纪录。9月份，该公司累计生 产成品甲醇 15637.67吨，平均日产甲醇504.4吨，是装置设计负荷的 112.1%。而在10月5日生产甲醇556.76吨，创建厂以来日产量最高纪 录。 安徽昊源原料改造项目航天炉点火成功 2013年3

26、月22日，安徽昊源20万吨/年合成氨原料路线改造项目航天 炉点火投煤成功，并试运行近六个小时。该项目于2012年初开工建 设，目前，该项目二氧化碳压缩机、空分已开车成功。 晋开百万吨总氨项目尿素装置投料成功 2013年7月3日，由五环工程设计的河南晋开百万吨总氨项目40万吨/ 年大颗粒尿素（C系列）装置投料成功。该项目位于河南开封，分两 期同时开工建设4 台航天炉，年产120万吨合成氨、120万吨尿素、 81万吨稀硝酸、60万吨硝酸铵、60万吨硝基复合肥、20万吨浓硝酸。 项目于2010年4月开工。 沧州正元6080项目氨合成塔运抵现场 2013年9月5日，由石家庄正元塔器设备有限公司制造的DN3000氨合 成塔运抵沧州正元6080项目施工现场，项目由基础建设进入设备安 装阶段。该项 目采用航天炉粉煤加压气化技术，一期工程概算投资 43亿元。项目规模为年产60万吨合成氨、80万吨尿素。工程计划 2014年4月进入试车条件，8月投入 运行。 国家粉煤气化实验基地落户山东东平县 2013年12月8日，由中化二建承建的晋煤天溪煤制油工程航天炉吊装 就位，该公司造气工艺技术改造工程进入了全面安装阶段。该航天炉 直径为3.2米、高度