《现代煤化工生产技术》项目二 合成气生产技术

项目二合成气生产技术任务２.１Ｓｈｅｌｌ煤气化技术任务２.２德士古水煤浆气化技术任务２.３鲁奇加压气化技术任务２.４合成气净化技术返回任务２.１Shell煤气化技术２.１.１任务概述对Ｓｈｅｌｌ（壳牌）煤气化装置进行冷态开车、正常停车、紧急事故处理等的单独操作和联合操作。２.１.２相关知识Shell（壳牌）煤气化工艺（ＳｈｅｌｌＣｏａｌＧａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓ，简称ＳＣＧＰ），是由荷兰Ｓｈｅｌｌ国际石油公司（ＳｈｅｌｌＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｓＢ.Ｖ.）开发的一种加压气流床粉煤气化技术。它自２０世纪７０年代开发以来，对大量煤种进行了气化试验，用于ＩＧＣＣ发电，在中国主要用于煤化工生产。下一页返回任务２.１Shell煤气化技术该技术在气化炉内，高温、高压的条件下，煤和氧气反应，生成有效气体（ＣＯ＋Ｈ２）含量高达９０％以上的合成气，具有煤种适应广、碳转化率高、设备生产能力大、清洁生产等特点。Ｓｈｅｌｌ煤气化工艺流程简图如图２－１所示，整个系统可分为磨煤及干燥系统，粉煤加压及输送系统，气化、激冷及合成气冷却系统，渣脱除系统（除渣），干灰脱除系统（干洗），湿灰脱除系统（湿洗），废水汽提及澄清系统等七个部分。一、磨煤及干燥系统磨煤及干燥系统是将来自煤储运系统的原煤送入磨煤机，磨制成符合要求的粉煤并同时对粉煤进行干燥的一个工艺单元，其系统简图如图２－２所示。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术１.工艺流程如图２－３、图２－４所示，石灰石通过外部输送进入石灰石储仓中储存，通过称重送进磨煤机Ａ１１０１Ａ中；碎煤由碎煤仓Ｖ１１０１Ａ经过称重给煤机Ｘ１１０１Ａ进入磨煤机Ａ１１０１Ａ中混合碾磨。石灰石和碎煤在碾磨的同时，被从惰性气体发生器（热风炉）Ｆ１１０１Ａ送来的热烟气干燥，碾磨成细粉的碎煤经过热风干燥后，随热风一起送入磨煤机。在磨煤机的上部经过分选机分离，合格粉煤随热风一起进入粉煤袋式过滤器Ｓ１１０３Ａ进行煤／气分离，不合格的大颗粒粉煤重新返回到磨煤机Ａ１１０１Ａ中继续碾磨，在磨煤机下部，未被碾磨的石块、木块等从磨煤机的排矸孔排出。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术粉煤袋式过滤器Ｓ１１０３Ａ采用长袋高效低压脉冲方式进行粉煤收集。当运行一定时间后，滤袋内外压差增大，反吹程序会自动运行进行清灰，反吹气源为低压氮气。在Ｓ１１０３Ａ底部被过滤的粉煤，通过螺旋输送机Ｘ１２０５Ａ、螺旋下料阀Ｘ１２０６Ａ和旋转给料机Ｘ１１０４Ａ的输送，最终全部进入粉煤储仓中待用，所有的输送都是在氮气的保护下进行的，以避免出现煤的自燃和爆炸现象发生。２.对煤种要求Ｓｈｅｌｌ煤气化对煤种有广泛的适应性，它几乎可以气化从无烟煤到褐煤的各种煤。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术由于采用了粉煤进料和高温、加压气化，对煤的活性、黏结性、机械强度、水分、灰分、挥发分等煤的一些关键理化特性的要求显得不十分严格。但是Ｓｈｅｌｌ煤气化炉不是万能气化炉，从技术经济角度考虑对煤种还是有一定的要求的。（１）水分。Ｓｈｅｌｌ煤气化炉是干粉煤进料，要求含水量＜２％。水分含量（特别是外在水分）的高低直接关系到运输成本和制粉的能耗。对水分含量高的煤种，比较适合于就近建厂或坑口建厂，原煤应进行干燥处理。（２）灰分。灰分是煤中的惰性物质，其含量的高低对气化反应影响不大，但对输煤、气化炉及灰处理系统影响较大。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术灰分越高，气化煤耗、氧耗越高，气化炉及灰渣处理系统负担就越重，严重时会影响气化炉的正常运行。３）粉煤粒度、挥发分及反应活性。挥发分是煤加热后挥发出的有机质（如焦油）及其分解产物。它是反映煤的变质程度的重要标志，能够大致地代表煤的变质程度。一般而言，挥发分越高，煤化程度越浅，煤质越年轻，反应活性越好，对气化反应越有利。（４）总硫。煤中硫的存在，在气化环境中形成Ｈ２Ｓ和ＣＯＳ。硫含量过高，会给后系统煤气的净化及脱硫带来负担，并直接影响煤气净化系统的投资及运行成本。对煤中硫含量的选择，应结合净化装置的设计及投资综合考虑。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（５）灰熔点及灰组成。Ｓｈｅｌｌ煤气化属熔渣、气流床气化，为保证气化炉能顺利排渣，气化操作温度要高于灰熔点ＦＴ（流动温度）１００℃～１５０℃。如灰熔点过高，势必要求提高气化操作温度，从而影响气化炉运行的经济性，因此ＦＴ温度低对气化排渣有利。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，以保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ２及Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等组成。一般而言，煤灰中酸性组分ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２和碱性组分Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ的比值越大，灰熔点越高。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术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。对助熔剂加入量的选择，应结合煤灰组成，通过添加某些组分（一般选用碱性组分）调整煤灰的相对组成，以改善煤灰的熔融特性。添加助熔剂将或多或少地增加运行成本和建设投资，这些费用的增加可以通过降低气化操作温度，节约氧耗和煤耗来补偿。一般情况下，选用中低灰熔点的煤对Ｓｈｅｌｌ煤气化炉是有利的。Ｓｈｅｌｌ煤气化炉对入炉煤的质量要求见表２－１。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术二、粉煤加压及输送系统粉煤加压及输送系统如图２－５～图２－７所示，该系统的作用是将粉煤加压并输送到气化炉煤烧嘴。粉煤从粉煤储仓Ｖ１２０１Ａ通过重力作用进入粉煤锁斗Ｖ１２０４Ａ，粉煤锁斗Ｖ１２０４Ａ充满后，将其与所有的低压设备隔离，用高压氮气将其压力升至与粉煤给料仓Ｖ１２０５Ａ平衡，再打开粉煤锁斗与煤进料罐之间平衡管线的连通阀，一旦粉煤给料仓Ｖ１２０５Ａ达到低料位，打开锁斗排料阀１２ＸＶ０１３１／０２３１／０１３２／０２３２卸料。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术卸料完毕后将锁斗与煤进料罐隔离，将压力分三次泄至接近常压，然后打开锁斗上部的进料阀１２ＸＶ０１３３／０２３３／０１２３／０２２３，接收粉煤储仓的粉煤，锁斗充装完毕后，再次充压，等待下一次的卸料信号。煤进料罐内温度为８０℃、压力为４.２ＭＰａ的粉煤在煤循环／给料程序１３ＫＳ００１１／１２／１３／１４的控制下，经过计量和调节后分别进入烧嘴。当粉煤循环时，通过减压管减压返回至粉煤储仓。煤进料管的压力通过１２ＰＤＩＣＹＡ０１２８／０２２８分程控制在与气化炉压力成比例，压力低时通过１２ＰＶ０１２８Ａ／０２２８Ａ补入氮气，压力高时通过１２ＰＶ０１２８Ｂ／０２２８Ｂ放空至小布袋Ｓ１２０１Ａ。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术工业示范装置粉煤输送系统包含两套锁斗系统，由一套顺空逻辑自动系统控制，两套锁斗交替运行，每个锁斗的循环周期约３０ｍｉｎ，单个锁斗的运行过程共分５步。以Ａ系列锁斗运行为例：第一步：锁斗受料。按程序打开粉煤锁斗受料阀１，锁斗开始受料，待锁斗料位达到高料位要求时，关闭锁斗受料阀１，粉煤锁斗受料完毕。第二步：充压。打开锁斗充压阀８，对锁斗进行充压，待锁斗压力达到要求后，关闭锁斗充压阀８，锁斗充压结束。第三步：锁斗等待。将锁斗压力调节阀７投入自动调节，保持罐压等待下料。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术第四步：锁斗下料。打开粉煤锁斗下料阀３、平衡阀５，开始下料，待锁斗料位开关低报警时，关闭锁斗下料阀３和平衡阀５，锁斗下料结束。第五步：锁斗泄压。打开锁斗放空阀８，将锁斗分级泄压至常压，锁斗泄压结束。至此Ａ锁斗完成了一个循环周期。三、气化、激冷及合成气冷却系统１.工艺流程上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术如图2-8、图２-９所示，气化部分流程：煤进料罐出来的温度为80℃、压力为４.４ＭＰａ的粉煤通过煤加速器加速送至气化炉；空分送过来的温度为50℃、压力为４.０ＭＰａ的氧气经过氧气预热器预热至180℃，与温度为265℃、压力为４.５ＭＰａ的自产过热蒸气进行混合后（压力变为３.５９ＭＰａ、温度为１８９℃）进入气化炉；以上三种物料在气化炉内３.５ＭＰａ压力、1600℃温度条件下进行部分氧化反应，气化反应中产生的渣以液态的形式经气化炉壁向下流入渣池。生成的以ＣＯ＋Ｈ２为主的合成气从顶部出气化炉，在气化炉出口被激冷压缩机送过来的温度为209℃、压力为３.５ＭＰａ的合成气流激冷至900℃，然后合成气分别经过锅炉系统的激冷段、输气管、返混室支管、返混室、合成气冷却器进行冷却。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术出合成气冷却器后温度为３４０℃、压力为３.４ＭＰａ的粗合成气被送往干法除尘系统。辅助装置：为防止飞灰的聚集，在激冷处和合成气冷却器第一段管束顶部用超高压热氮进行间歇性吹扫。为防止锅炉系统合成气通道的飞灰聚集而堵塞管道，在激冷管、返混室支管、返混室、合成气冷却器共设置了３２个敲击装置。２.主要工艺指标１）氧煤比氧煤比的大小是影响气化炉温度、碳的转化率、煤气中的有效气体（ＣＯ＋Ｈ２）含量高低的重要因素。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术图２－１０表示了氧煤比对气化过程的影响，从图中可见，Ａ点ＣＯ２含量最低，氧耗量较少，有效气体含量最高，但气化温度和碳转化率较低；Ｂ点ＣＯ２含量及氧耗量不太高，而碳转化率较高，是合适的运行点。所以合适的氧煤比应保证ｎ（Ｏ）／ｎ（Ｃ）在１.１左右。２）ｎ（Ｈ２Ｏ）／ｎ（Ｏ２）在实际的气化过程中，水蒸气的加入是为了控制气化温度。ｎ（Ｈ２Ｏ）／ｎ（Ｏ２）增加，气化温度降低。其数值的大小与煤种、气化温度相关，在生产中，当煤的性质不变时，蒸汽煤比通常为定值，不随意改变。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术３）气化温度气化温度的高低是影响气化效果的重要因素。气化温度高，反应速率快，碳的转化率高，灰渣残碳降低，同时煤中的烃类分解完全，合成气除微量的甲烷外，不含其他的烃类。但过高的气化温度会使熔渣的黏度变小，炉壁灰渣层厚度变薄，过多的热量被水冷壁锅炉带走，冷煤气效率降低。实际生产中的气化温度通过氧煤比和蒸汽氧比控制。４）气化压力表２－２为根据粉煤气化模型计算出的煤气组成和压力之间的关系。由表可见，在较高的气化温度下，气化压力对煤气组成几乎没有影响。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术气化压力的提高，可提高气化炉的生产能力，减小设备的尺寸，节省后续的压缩功。目前Ｓｈｅｌｌ煤气化的压力受限于干粉煤的加料方式，压力一般在３.０～５.０ＭＰａ之间。３.主要设备Ｓｈｅｌｌ气化炉由承压壳体、内件及附属设备构成（见图２-１１），是集动、静设备于一体，集燃烧、反应、换热、急冷等工艺于一身的复合设备。气化炉按工艺功能可分为６部分：气化反应段、急冷段、输气管段、气体返回段、气体冷却段、辅助设备。１）气化反应段如图２－１２所示，气化反应段主要由承压壳体、内件渣池、热裙、挡渣屏和反应段膜式壁组成。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术承压壳体由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制作，内壁喷涂４０ｍｍ厚的耐火材料１３０ＲＧＭ，耐火材料由焊在内壁上的“龟甲网”支撑固定，防止事故状态下的高温，保护外壳金属以防热损伤。内件渣池由Ｉｎｃｏｌｏｙ合金制造。热裙是由Ｉｎｃｏｌｏｙ合金Ω管焊接而成筒体结构，以防高温及渣水和冷凝液腐蚀。挡渣屏和反应段膜式壁是由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢管与翅片相间焊接而成，膜式壁内壁都焊接有保温钉，以固定耐火材料ＳｉＣ７５Ｐ，耐火材料平均厚度为１４ｍｍ。２）急冷段急冷段主要由急冷段外壳体、急冷区和急冷管组成。急冷段外壳由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制造，内衬耐火材料，其作用与气化段壳体相同。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术急冷区由两个功能区组成：一个是由湿洗单元经过冷却过滤后的合成气（约２００℃）被送入反应段顶部流出的高温合成气中（约１５００℃），比例大约为１∶１，混合后的合成气温度骤降到９００℃左右；第二个是“急冷底部清洁区”，将高压氮气送入该区，由１９２根喷管进行喷吹，以便减少或清除气化段出口区域积聚的灰渣。急冷区部件全部由Ｉｎｃｏｌｏｙ合金制造，以承受高温与腐蚀。急冷管则是用Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制造，为管子－翅片－管子（膜式壁）结构，合成气通过急冷管进一步冷却。３）输气管段输气管段主要由输气管外壳和输气管组成。输气管外壳由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制造，内衬耐火材料，作用与气化段壳体相同。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术输气管是由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢Ω管焊接而成的膜式壁结构。输气管内下半部分焊有保温钉，用于固定一种耐冲刷腐蚀的耐火衬里。４）气体返回段气体返回段主要由气体返回段外壳和内件组成。气体返回段也由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制造，内壁喷涂耐火材料，作用和气化段相同。内件是由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢管与翅片相间焊接而成的膜式壁结构。５）气体冷却段气体冷却段主要由外壳、中压蒸气过热器、二段蒸发器、一段蒸发器组成。其中一段蒸发器又分成２个管束。气体冷却器外壳由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢制造，内壁喷涂耐火材料，作用与气化段相同。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术中压蒸气过热器是由Ｉｎｃｏｌｏｙ合金钢管－翅片相间焊接而成的盘管筒体结构，有６个不同直径的筒体相互套在一起，这些筒体能够向下自由膨胀。一段、二段蒸发器是由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢管与翅片相间焊接而成，结构与中压过热器相同。二段蒸发器有６个不同直径的筒体相互套在一起，一段蒸发器有５个不同直径的筒体相互套在一起。中压蒸气过热器和一段、二段蒸发器的外围是一个外筒体，也是中压蒸发器的器壁。器壁是由Ｃｒ－Ｍｏ耐热钢管－翅片－管子相间焊接而成的膜式壁结构。６）辅助设备（１）敲击器。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术敲击器是由专业厂家制造的成套设备，主要包括气缸和振动器，通过气化炉外壳法兰连接在一起。振动导杆和膜式壁及蒸发器、过热器的敲击点紧密相连，主要作用是防止内件集灰。气化炉共安装５８套敲击装置，因反应器与输气管内壁衬有耐火材料，为防止耐火材料脱落，这两个部位未安装敲击器。（２）烧嘴。Ｓｈｅｌｌ气化炉的烧嘴有点火烧嘴、开工烧嘴和正常运行时的煤烧嘴三种。点火烧嘴和开工烧嘴仅在开车时使用。点火烧嘴使用石油液化气作燃料，空气为助燃剂，有自动点火装置，起点燃开工烧嘴的作用。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术开工烧嘴利用柴油作燃料，纯氧为助燃剂，起对气化炉升温和升压的作用，为煤烧嘴的投用做准备。正常操作时使用的烧嘴为煤烧嘴，其结构示意图如图２－１３所示，是三通道结构，中心管走粉煤，中环为氧和水蒸气，外环用冷却水通过夹套冷却。（３）火焰监测器。火焰监测器由专业生产厂家制造，其主要作用是从气化炉外部窥视点火及燃烧状况。（４）恒力吊。恒力吊是由专业厂家制造的成套设备，其作用是支撑气化炉气体冷却器的重量，在热态气化炉膨胀时，能使其自由膨胀。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术７）其他构件气化炉内件膜式壁与外壳之间形成一个“环形空间”，膜式壁分４段，由３个膨胀节相连为一体，保持内件热态的自由膨胀，在热裙上部与中压蒸汽过热器上部，设计安装有２个密封隔板，以保证热的合成气不能窜入“环形空间”内，造成壳体超温。为保证“环形空间”与合成气空间之间的压力平衡，在急冷段底部板上开有１２０个ϕ５３ｍｍ的圆孔。循环水管线、氮气管线、蒸汽管线等分布管线全部布置在“环形空间”内。在外壳体上焊有多个导向点，保证整个膜式壁可以自由膨胀。四、排渣系统上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术如图２－１４、图２－１５所示，在气化反应中产生的渣以液态的形式经气化炉壁向下流入渣池Ｖ１４０１，高温渣流遇水后崩裂为固态颗粒，出渣池后再经破渣机Ｘ１４０１将其中的渣块碾碎后送往渣收集器Ｖ１４０２，进入渣锁斗Ｖ１４０３。在排渣时，通过灰渣下料辅助泵Ｐ１４０２Ａ／Ｂ使水在渣锁斗和渣收集器之间循环，渣池中的水通过循环泵Ｐ１４０１Ａ／Ｂ循环利用，为避免渣水循环回路中固态物质的聚集，用水力旋流器Ｓ１４０３将一部分泥浆排走；为避免循环回路中渣水温度不断上涨，分别用脱盐水预热器Ｅ１４０２和渣池水冷却器Ｅ１４０１将热量带走。当渣收集器充装计时器走完后，关闭渣锁斗至渣收集器的排料阀，并将渣锁斗与渣收集器完全隔离。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术锁斗降压后将渣排入渣脱水槽Ｔ１４０１，然后用捞渣机Ｘ１４０２将渣捞起，用皮带Ｘ１４０３送往渣场。渣锁斗排完渣后，用低压循环水将其充满，并用高压氮气将其压力充至与渣收集器平衡，然后与渣收集器连通。五、干灰脱除系统（干洗）干灰脱除系统简图与流程图分别如图２-16、图２-17所示，排灰流程：从合成气冷却器底部出来的温度为３３０℃、压力为３.４６ＭＰａ的粗合成气，通过高温高压陶瓷过滤器Ｖ１５０１除去里面的飞灰。洁净的合成气从过滤器顶部出来，分两路送出，一路送往湿洗系统进一步洗涤和冷却，另外少量的合成气送至激冷气压缩机。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术飞灰收集在过滤器底部的灰收集器Ｖ１５０２，排入灰锁斗。当积灰计时器走完或锁斗料位高时，程序将关闭灰收集器的排料阀，并且将灰收集器与灰锁斗完全隔离，分三次将锁斗压力降至接近常压。然后打开锁斗下料阀，将飞灰卸入气提塔冷却器进行气提和冷却。灰锁斗卸完料后，用高压氮气将其压力充至与灰收集器平衡，然后打开它们之间的连通阀和灰锁斗进料阀，开始再一次的接灰。气提流程：气提塔冷却器接灰后，用低压氮气将其置换和冷却至８０℃～２５０℃。如果中间飞灰储仓料位非高，程序则将打开气提塔下料阀，将飞灰排至中间飞灰储仓。循环／处理流程：一旦飞灰缓冲罐料位低或飞灰筒仓料位非高，程序则会打开中间飞灰储仓下料阀，将飞灰排至飞灰吹送包。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术当飞灰吹送包接完料后，关闭其进料阀，然后打开吹送包下面的排料阀及飞灰加速器的氮气阀，将飞灰排至飞灰缓冲罐或飞灰筒仓。六、湿灰脱除系统（湿洗）湿灰脱除系统简图如图２－１８所示。合成气流程：从干法除尘系统来的温度为３２５℃、压力为３.３８ＭＰａ的合成气，进入文丘里洗涤器Ｊ１６０２，控制温度为１５８℃、压力为３.７ＭＰａ的洗涤水进行初步洗涤，然后进入洗涤塔Ｃ１６０１，控制温度为１５８℃、压力为３.７ＭＰａ洗涤水的进行最终洗涤。出洗涤塔后温度为１５０℃、压力为３.１５ＭＰａ的合成气分成三路，一路经控制阀和切断阀送往净化车间；另外两路分别送往激冷压缩机和公用工程的燃料合成气系统。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术循环洗涤水流程：洗涤水通过泵Ｐ１６０１Ａ／Ｂ在洗涤塔底部和上部之间打循环进入洗涤塔。洗涤水补水由工艺水泵过来的高压工艺水或净化冷凝液提供，在泵Ｐ１６０１Ａ／Ｂ的出口处进入系统；在Ｐ１６０１Ａ／Ｂ的出口处引一分支，将洗涤水送入文丘里洗涤器。为避免腐蚀性的物质、固体物质的积聚，从循环回路中连续排出部分循环水，送往酸性灰浆气提塔进料罐。为除去合成气中的ＨＣｌ、ＨＦ等酸性气体，在文丘里洗涤器洗涤水进口处加入适量的碱。七、废水汽提及澄清废水汽提及澄清系统简图如图２－１９所示。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术酸性灰浆汽提流程：来自煤气化各工序的工艺废水，包括来自渣系统水力旋流器Ｓ１４０３的细渣水、来自湿洗的排水、来自倒淋收集器Ｖ１７０２的各种排水，收集在酸性灰浆汽提塔进料罐Ｖ１７０１，用泵Ｐ１７０１将其输送到酸性灰浆汽提塔Ｃ１７０１，用０.５ＭＰａ、159℃的低压蒸汽进行汽提，将灰浆中的Ｈ２Ｓ、ＮＨ３、ＣＯ２和ＨＣＮ等酸性气体脱除，酸性气体从汽提塔顶部出来，经过Ｅ１７０２降温后送往回流罐Ｖ１７０３，将气体里面的冷凝液收集起来，最后温度为１００℃、压力为０.１５ＭＰａ的酸性气体送往酸性气体火炬。回流罐中产生的冷凝液用泵Ｐ１７０６输送至气提塔再次汽提后送往初步水处理系统。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术脱除酸性气体后温度为１３４℃、压力为０.２ＭＰａ的灰浆从气提塔底部用泵Ｐ１７０２抽出，分别经过Ｅ１７０１和Ｅ１７０３冷却至５０℃后送往澄清槽Ｓ１７０１。为避免ＣａＣＯ３沉淀堵塞管道，在酸性灰浆气提塔进料罐Ｖ１７０１和酸性灰浆气提塔Ｃ１７０１中加入了适量的酸液。灰浆处理流程：来自汽提塔底部的废水、渣脱水槽Ｔ１４０１的细渣水、下水管的废水等在澄清槽Ｓ１７０１中和添加的聚合物一起，经过搅拌器Ｍ１７０２和Ｍ１７０３的搅拌后，分离出来的水从澄清槽上部进入溢流槽Ｔ１７０１，用泵Ｐ１７０５送往循环水槽Ｔ３３０２、酸性灰浆汽提塔进料罐Ｖ１７０１及其他用户；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术灰浆从澄清槽底部出来，用泵Ｐ１７０４送往煤泥储罐Ｔ１７０２搅拌和沉淀后，再用泵Ｐ１７０９将煤泥送至真空袋式过滤机Ｓ１７０２，与添加的聚合物汇合在一起，用真空泵Ｐ１７１３抽真空，将水分滤出，形成的煤泥滤饼用卡车送走，循环利用。过滤出来的水分用泵Ｐ１７１２送往澄清槽Ｓ１７０１再次循环处理。２.１.３任务实施一、原始开车１.开车前必须具备的条件（１）所有公用设施（电力、氮气、蒸汽、冷却水、锅炉给水和各种工艺用水）都具备所要求的数量、压力和温度，可以投用；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（２）污水处理设施处于正常状态；（３）用于接收合成气、洗气塔废气的火炬系统和废气处理系统已经或将在２４～７２ｈ内准备好。（４）空分装置运行正常，可以稳定供气；（５）后续工艺装置已经就绪。２.开车前准备（１）为进入气化炉检修而锁死断开的部件必须复位，但那些可能使氮气或火炬气进入气化炉的部件除外；（２）建立气化炉和ＳＧＣ水蒸气系统、湿洗系统和炉渣系统的水循环；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（３）将所有涉及“合成气”的工段，利用氮气加压到１ＭＰａ，并检查所有法兰的密闭性。（4）将空分高压氮气引入，使高压氮气系统和反吹系统正常建立；（５）对系统冲压、检漏和置换；（６）向酸性灰浆汽提系统注满工艺水或生活水；（７）开启炉渣系统、湿法洗涤系统和酸性灰浆汽提系统的循环和排放管线。３.气化炉加热到热备用状态（１）开启所有的伴热，检查它们是否正常工作；（２）用开车蒸汽给气化炉和ＳＧＣ水蒸气系统升压至４ＭＰａ和升温到２５０℃；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（３）启动烧嘴冷却水循环；（４）启动并检查仪表、泵等装置的所有氮气吹扫，密封冲洗等；（５）进行供暖系统排放程序的干法试验；（６）点燃火炬系统长明灯；（７）利用氮气增加合成气系统压力至大约０.６ＭＰａ，同时启动激冷压缩机，来预热激冷系统。（８）启动“灰排放程序”，至少启动一个灰排放装置，来增强排灰系统的加热，完成后关闭程序，使程序自动返回到要求“保持”的位置；（９）开始预热粉煤研磨和干燥装置；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（１０）向酸灰浆汽提塔注入蒸气；（１１）关闭激冷压缩机，使系统减压并输送废气至火炬。４.气化系统升温（１）将粉煤研磨设备从“热备用状态”切换到“研磨操作”，使得供煤系统粉煤量达标，然后再将其切换到“热备用状态”；（２）启动过滤器反吹系统后，通过自动“煤排放程序”向供煤系统加煤；（３）清理“火焰孔”，使得烧嘴点火系统可以进行；（４）对气化炉进行吹扫；（５）启动供氧程序准备供氧；（６）插入并启动点火烧嘴；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（７）启动开工烧嘴：①插入开工烧嘴；②吹扫开工烧嘴；③点燃开工烧嘴，并且退出点火烧嘴；④分析系统氧含量，当氧含量低于０.５％超过１ｍｉｎ后，将湿法洗涤出口从现场放空切换到火炬系统；⑤对煤烧嘴的供氧系统进行密闭试验，并提高供氧压力；⑥增加气化炉压力至０.６～１.０ＭＰａ；⑥启动激冷反吹程序、合成气冷却反吹程序以及敲击器程序；⑦将供煤仓压力控制切换到气化炉的压差控制，并停止开工预热蒸汽的注入；（８）开始向湿法洗涤系统注入苛性碱；（９）开始向酸灰浆汽提系统注入酸；（１０）当开工烧嘴操作达到０.６ＭＰａ时，启动激冷压缩机；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（１１）启动至少２个相对的煤烧嘴的供浆循环；（１２）启动炉渣清除程序。５.气化系统开车（１）启动煤烧嘴１：①做好通气化蒸汽的准备；②做好通气化氧的准备；③做好加粉煤的准备；④通过Ｏ２／Ｃ比控制器，开始加入粉煤和氧气；⑤关闭给氧和给煤管道中的氮气吹扫阀；⑥关闭煤再循环管道中的截止阀；⑦对煤再循环管道中吹扫。（２）启动煤烧嘴２：按启动煤烧嘴１中的操作步骤启动煤烧嘴２后，还要进行以下操作：关闭并退出开工烧嘴；准备向后工序送气；将气化炉压力调至下一阶段要求的压力设定点３.８ＭＰａ，调节Ｏ２／Ｃ比。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（３）投用湿法洗涤系统的合成气分析仪，气化炉控制从“Ｏ２／Ｃ比控制”切换至“ＣＯ２／Ｃ设定点控制”；（４）启动煤烧嘴３和４；（５）启动排渣程序；（６）启动灰排放程序、灰气提／冷却程序以及灰处理程序；（７）启动到煤烧嘴的蒸汽管道的预热程序；（８）启动气化炉和ＳＧＣ蒸汽的取样检测（检查热传导性、铁和硅酸盐）。如果蒸汽值达到要求，将其输送到外部用户；（９）开始逐一将蒸汽引到烧嘴，逐一检查效果，并且按照要求调整“理想ＣＯ２值”；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（１０）Ｏ２／Ｃ比控制器切换至预设ＣＯ２控制，比率控制切换到自动，按照需要来调整气化参数；（１１）当系统压力达到运行压力时，将比率控制切换到正常运行，把“火炬线路压力控制”切换至“合成气线路压力控制”，向后工序送气；（１２）调整气化炉负荷至要求值；（１３）检查、调节和优化各部分的运行条件。二、正常停车１.停车的准备将生产能力降低到最小生产能力，通知前、后工序即将停车。２.停车到“热备用”状态上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（１）关闭磨煤干燥单元，使粉煤储量降至最低；（２）将装置生产能力降低到用户能接受的最低限度；（３）通过停车程序关闭装置，会使烧嘴关闭程序和供氧系统关闭程序启动，将合成气系统与用户装置分开；（４）合成气系统泄压和吹扫程序启动；（５）关闭湿式洗涤系统下游的分析仪；（６）检查“吹灰程序”和“敲击器敲击程序”以正确关闭；（７）在步骤（３）之后，通过“料位定时输出”信号的超弛，在第一时间重新启动除渣程序；（８）在步骤（３）之后，通过高料位信号的超弛，在第一时间重新启动除灰程序；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（９）检查湿式洗涤循环的ｐＨ值控制，一旦ｐＨ值向上“漂移”就要关闭碱的注入，并从这一系统中冲洗出“全部”酸的部分；（１０）检查废水汽提及澄清系统的ｐＨ值控制，一旦ｐＨ值向下“漂移”就要关闭酸的注入（一般是渣池排放液中固体量降到低值时进行）；（１１）一旦合成气系统泄压，高压高温过滤器的反吹系统就会关闭；（１２）当汽包的蒸汽压力降到低于公用工程蒸汽集管压力时，会将蒸汽集管切换至“启动位置”，开始向汽包注入蒸汽；（１３）停止除渣程序；（１４）停止除灰程序。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术３.气化系统完全停车系统的完全停车指各单元完全停止下来，并冷却至设备可以进入的状态。气化和合成气冷却单元的完全停车主要包括以下步骤。（１）通过氧化过程减少灰的沉积。①当系统（至少）在２００℃时，通过打开气化炉底部的疏水阀（通常是３个），以及至氮气分配环的空气加入阀门和湿法系统放空管道中的阀门，将外界空气吸入系统，并且使用喷射器８２，通过开车通风口将空气排出。②该过程需要１２～２４ｈ，一旦通风口气体的ＳＯ２含量低于ＳＯ２最大值（２ｍｇ／ｍ３），即可停止。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术③在这些过程进行时，气化炉／ＳＧＣ的水蒸气系统以及烧嘴的冷却水系统必须保持循环状态，最低温度为２００℃。④在上述步骤的最后阶段，可以考虑安装一个临时的鼓风机来向其中一些喷嘴供应气体，在一些湿度大，外界气温高的地方，建议（至少部分的）使用干燥压缩空气。（２）封闭所有的物料进入口。（３）系统冷却：关闭所有的伴热系统，用冷的锅炉给水替换气化炉／ＳＧＣ的水蒸气系统的热循环水，关闭烧嘴冷却水系统的加热器。（４）打开人孔进行检修工作。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术打开人孔以后，可以按照“标准化程序”进入装置，即：继续监控Ｏ２，ＣＯ２以及ＳＯ２的浓度；清理灰尘；检查放射性料位的辐射强度；避免任何填充材料和耐火材料接触到水；安装足够的脚手架等。除了关闭冷却水系统以外，烧嘴系统通常保持“原样”，在必要时烧嘴头部应用运输盖保护起来。三、气化炉／ＳＧＣ的正常操作运行控制指标的调整操作如下：１.气化炉出口温度上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术气化炉出口温度应在２５℃内波动，当失调时，通常通过重新设定ＣＯ２值来间接调节ＣＯ２设定值高，Ｏ２／Ｃ高，气化炉出口温度升高。必要时，也可通过调节Ｏ２／Ｃ比来调节，但一定要注意调节的速度和幅度，否则可能带来更多的问题。２.ＳＧＣ入口温度ＳＧＣ入口温度应保持在８５０℃左右，最高不超过９００℃。一般通过“激冷／产品气比例控制器”自动调节，当要求气化温度升高或气化煤种要求较深的激冷时，才能调整此比例，激冷／产品气比例升高，ＳＧＣ入口温度下降。３.ＳＧＣ出口温度上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术ＳＧＣ出口温度将随气化炉负荷和煤的种类而改变。如果表现为持续升高，可能原因如下：（１）一些振动器故障，参考现场的检查规程。（２）气化炉具有高的结渣趋势。在此情况下，应检查过热器的性能，如果在这里发现相同的趋势，则增加激冷比例值，以避免激冷管、输气管及过热器有太高的结渣率。４.合成气成分通常以ＣＯ２量为输入值，以甲烷含量来判断运转条件的正确性，如甲烷含量低于３０ｍ３／ｍ３表示炉温过高；高于１５０ｃｍ３／ｍ３表示炉温偏低。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术ｍ３／ｍ３表示炉温过高；高于１５０ｃｍ３／ｍ３表示炉温偏低。５.气化炉膜式水冷壁蒸汽生成量气化炉膜式水冷壁蒸汽生成量是气化温度和炉渣覆盖量／流动性的指标，如果气化温度和蒸汽生成量持续增加，可稍微减小所要求的ＣＯ２值，即Ｏ２／Ｃ比例。这个操作可能要求做些“微调”，因为在相同的Ｏ２／Ｃ比例下较厚的炉渣层会由于“热损失”减少而导致较高的气化温度。６.炉渣“外观”上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术炉渣“外观”这个因素很难描述，只有在实际气化煤的操作中学习掌握，典型情况如下：（１）“针状”或“螺旋状”———太高的炉渣流动性，即气化温度或助熔剂量太高。（２）“小团状”———太低的炉渣流动性，即气化温度或助熔剂量太低。（３）“粉末状”或“非常湿”的炉渣———太多的细分屑，即对于气化的煤种气化温度太低。四、气化炉、ＳＧＣ常见事故及处理１.烧嘴点火故障上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（１）原因：煤供料管线中的三通阀因伴热不好，阀球与阀体温差大，摩擦大，无法打开。（２）解决方法：加强伴热。２.激冷气体压缩机故障（１）原因：①仪表故障和压缩机故障；②高温高压过滤器堵塞。（２）解决方法：①停车检修；上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术②加强反吹，如不成功也需停车处理。３.激冷管、ＳＧＣ堵塞（结垢）３.激冷管、ＳＧＣ堵塞（结垢）（１）防止结垢：灰含量＞８％，激冷气温度＜９００℃，合成气进激冷器温度低于“灰初始变形温度”超过２５０℃。（２）现象：激冷管入口压降增加，激冷管、输气管和合成气冷却传热效果变差，合成气出口温度升高。（３）解决方法：①轻微结垢：增加激冷气量、降低气化温度、减少助熔剂加入量；②结垢严重：停车处理。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术４.出渣口堵塞（１）原因：灰渣黏性过低，在实际操作中，仅在气化炉运转严重不正常时才会发生，且发生时，不易及时检测到。（２）现象：炉渣水力冲洗罐炉渣收集装置的压差不稳定，气化炉水冷壁热流量下降。（３）解决方法：缓慢调节进料比例，用增加气化温度的办法解决（气化温度增加过快，使渣流量超过出口的排渣能力，会造成堵塞），如堵塞严重，需停车清理。５.炉渣结块（１）原因：气化炉负荷增加或减少得太快。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（２）现象：通常通过炉渣外观来判断，连续产生小结块，有结块形成的趋势和不可避免地形成大结块的危险。（３）解决方法：提高气化温度或增加助熔剂的量减小炉渣的平均黏度。６.水冷壁生成过热蒸汽过量的气化炉蒸汽生成是不希望发生的，因为这表明在气化炉壁上存在非常薄的保护渣层。（１）原因：①太低的炉渣黏度（不正确的气化温度和助熔剂加入量）；②太低的炉渣载荷（煤的灰含量太低）。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（２）解决方法：①增加Ｈ２Ｏ/Ｏ２比例，降低炉温，增加炉渣黏度到可能的程度；②增加飞灰循环，在烧嘴供料中达到最小灰含量８％～１０％，因为灰渣有一段“积聚”时间，这一措施在数小时后才有效。７.煤烧嘴停车及故障除非由严重的冷却水泄漏引起（在此情况下，不仅烧嘴，整个气化装置将中断运行），一个烧嘴中断运行将不会造成气化炉中断运行，在解决造成中断的问题之后，进行烧嘴再启动操作。（１）原因：煤供料管线的煤流量控制阀附近存在堵塞。（２）现象：煤流量波动。上一页下一页返回任务２.１Shell煤气化技术（３）解决方法：①处于煤控制阀或它的下游：手动打开至煤仓的循环管线，通过开关煤流量控制阀数次来除去堵塞。②处于控制阀的上游：通过反方向对管线吹风进入高压供料罐来解决。（１）原因：仪表故障。（２）解决方法：维修仪表。上一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术２.２.１任务概述对德士古水煤浆气化装置进行冷态开车、正常停车、紧急事故处理等的单独操作和联合操作。２.２.２相关知识德士古水煤浆气化技术以水煤浆为原料，以纯氧为气化剂，在德士古气化炉内高温和高压的条件下，进行气化反应，制得以H２＋COＯ为主要成分的粗水煤气。德士古水煤浆气化工艺流程如图２－４３所示，包含水煤浆制备系统、水煤浆加压气化、烧嘴冷却系统、合成气洗涤系统、锁斗系统、黑水处理系统等工段。下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术一、水煤浆制备系统水煤浆制备的任务是为气化过程提供符合质量要求的水煤浆，工艺流程如图２－４４所示。煤仓中的原料煤，经称量给料机加入磨煤机中。向磨煤机中加入软水，煤在磨煤机中与水混合，被湿磨成高浓度的水煤浆。为了降低水煤浆的黏度，提高稳定性，需要加入添加剂。磨煤机制备好的水煤浆，经过滤除去大颗粒料粒，流入磨煤机出口槽，再经磨煤机出口槽泵，送到气化炉。磨煤机出口槽设有搅拌器。１.对煤种的要求１）总水分总水分包括内在水分和外在水分。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术外在水分是煤粒表面附着的水分，来源于人为喷洒和露天放置中的雨水，通过自然风干即可去除。外在水分对德士古煤气化没有影响，但如果波动太大对煤浆浓度有一定影响，而且会增加运输成本，应尽量降低。煤的内在水分是煤的结合水，以吸附态或化合态形式存在于煤中。煤的内在水分高同样会增加运输费用，但更重要的是内在水分是影响成浆性能的关键因素。内在水分越高成浆性能越差，制备的煤浆浓度越低，对气化时的有效气体含量、氧气消耗和高负荷运行不利。２）挥发分及固定碳上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术煤化程度增加，则可挥发物减少，固定碳增加。固定碳与可挥发物之比称为燃料比，当煤化程度增加时，它也显著增加，但是挥发分太高的煤种容易自燃，给储煤带来一定麻烦。３）煤的灰分及灰熔点（１）灰分。灰分虽然不直接参加气化反应，但如果要消耗煤在氧化反应中所产生的反应热，用于灰分的升温、熔化及转化，灰分含有率越高，煤的总发热量就越低、浆化特性也越差。灰分含量的增高，不仅会增加废渣的外运量，而且会增加渣对耐火砖的侵蚀和磨损，还会使运行黑水中固体含量增高，加重黑水对管道、阀门、设备的磨损、容易造成结垢堵塞现象，因此应尽量选用低灰分的煤种，以保证气化运行的经济性。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（２）灰熔点。煤灰的熔融性习惯上用４个温度来衡量，即煤灰的初始变形温度（Ｔ１）、软化温度（Ｔ２）、半球温度（Ｔ３）和流动温度（Ｔ４）。煤的灰熔点一般是指流动温度，它的高低与灰的化学组成密切相关，通常用下式来粗略判断煤种灰分熔融的难易程度。在选择煤种时，应选择活性好，灰熔点低（小于１３００℃）的煤。对于灰分含量，一般应低于１０％～１５％，否则需加入助熔剂（ＣａＯ或Ｆｅ２Ｏ３），这又会增加运行成本，这一点特别不利于国内煤种的使用。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术４）灰渣黏温特性灰渣黏温特性是指熔融灰渣的黏度与温度的关系。煤种不同，渣的黏温特性差异很大。有的煤种在一定温度变化范围内其灰渣的黏度变化不大，即对应的气化操作温度范围宽，当操作温度偏离最佳值时，对气化运行影响不大；有的煤种当温度稍有变化时，其灰渣的黏度变化比较剧烈，操作中应特别注意，以防低温下渣流不畅发生堵塞。可见熔渣黏度对温度变化不是十分敏感的煤种有利于气化操作。一旦煤种确定，它只与实际操作温度有关。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术操作温度升高，灰渣黏度降低，有利于灰渣的流动，但黏度太低，炉砖侵蚀剥落较快；温度偏低，灰渣黏度升高，渣流动不畅，容易堵塞渣口。５）助熔剂由于材料耐热性能的限制，如果灰熔点高于１４００℃的煤还要采用熔渣炉气化，建议使用助熔剂，以降低煤的灰熔点。助熔剂的种类及用量要根据煤种的特性确定，一般选用氧化钙或氧化铁作为助熔剂，因为它们是煤的常规矿物成分，几乎对系统没有影响。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术加入助熔剂后气化温度的降低将使单位产气量和冷煤气效率提高、氧耗明显降低，但同时也会使碳转化率稍有降低，排渣量加大，过量加入石灰石还会使系统结垢加剧。在选择煤种时，宜选择灰熔点较低的煤种，这可有效地降低操作温度，延长炉砖的使用寿命，同时可以降低氧耗、煤耗和助熔剂消耗。６）发热量发热量即热值，是煤的主要性能指标之一，其值与煤的可燃组分有关，热值越高每千克煤产有效气量就越大，要产相同数量的有效气体煤耗量就越低。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术７）元素分析煤中有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫５种元素构成，碳是其中的主要元素，煤中含碳量随煤化程度的增加而增加，氢和氧的含量随煤化程度加深而减少。氮在煤中的含量变化不大。硫则随成煤植物的品种或成煤条件的不同而有极大的变化，与煤化程度关系不大。气化用煤希望有效元素碳和氢的含量越高越好，其他元素含量越低越好。（１）氧含量。氧含量一般为10％左右，对气化过程没有副作用。（２）硫含量。煤中硫组分除少量不可燃硫随渣排出，大部分在气化反应中生成硫化氢和微量硫氧化碳，其中硫化氢对设备或管道产生腐蚀。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术煤中含硫量的多少对后续的酸性气体脱除和硫回收装置影响较大，因此，要求煤中的可燃硫含量要相对稳定，以便选择正确的脱硫方法。（３）氮含量。煤气中的氮含量决定着煤气中氨含量和冷凝液的ｐＨ值，冷凝液中氨含量高，ｐＨ值高，可减轻腐蚀作用。但生成过多的氨，在低温下会与二氧化碳反应而形成堵塞，引起故障，同时ｐＨ升高，极易引起碳酸钙结垢，因此应正确考虑氮含量的影响，以利于合理选择设备材质、平衡系统水量。煤中氮含量达到１０％时，生产中已证实不是大问题。（４）砷含量。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术我国煤中砷含量在０.５～１７６μｇ／ｇ范围，随煤种变化差异很大。砷可以以挥发态单质转化到粗煤气中进入变换催化剂床层与活性组分形成较稳定的化合物，使催化剂失去活性，造成不可恢复的慢性中毒，因此煤中砷含量越低越好。（５）氯含量。气化反应后氯有一部分随固体渣排出装置，另一部分溶滞于工艺循环水中，当氯含量过高时，会对设备和管道造成腐蚀，特别对于不锈钢材质，工艺运行中应予以适当控制。一般循环灰水中氯离子浓度控制在１２０～１５０μｇ／ｇ范围。（６）可磨指数。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术一般用哈氏可磨指数表示煤的可磨性，它是指煤样与美国一种粉碎性为１００的标准煤进行比较而得到的相对粉碎性指数，指数越高越容易粉碎，易于破碎的煤容易制成浆，节省磨机功耗。一般要求煤种的哈氏可磨指数在５０以上。（７）煤的化学活性。煤的化学活性是指在一定温度下与二氧化碳、水蒸气或氧反应的能力。我国采用二氧化碳介质与煤进行反应，测定二氧化碳被还原成一氧化碳的能力，还原率越高活性越大，煤的反应活性越强。反应活性高，有利于气体质量、产气率和碳转化率的提高。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术２.水煤浆浓度所谓水煤浆的浓度是指煤浆中煤的质量分数，是德士古气化法独特的控制指标，这也是一个极为重要的工艺参数。图２－４５为水煤浆浓度和冷煤气效率的关系。从图中看出，在较低的气化温度下，增加煤浆浓度，同样可以提高气化效率。一般地，煤粒度越细，煤浆浓度越高，煤气中的有效成分越高，气化效率越高。粉煤的粒度对碳的转化率有很大影响。较大的颗粒离开喷嘴后，在反应区的停留时间比小颗粒的停留时间短，而且，颗粒越大气固相的接触面积越小。这双重的影响结果使大颗粒煤的转化率降低，导致灰渣中的含碳量增大。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术结合上面关于水煤浆浓度和粉煤粒度的讨论，就单纯的气化过程而言，似乎水煤浆的浓度越高，粉煤的粒度越小，越有利于气化。德士古法的收益明显受到煤浆浓度的影响。在工业规模的条件下，煤浆黏度是一个限制因素。为使煤浆易于泵送和提高其浓度，工业上采用添加表面活性剂来降低其黏度。对相同的固体含量而言，黏度随表面活性剂的增加而降低并趋于最低值。该最低值所对应的添加剂浓度与煤种有关。表面活性剂是一种两亲分子，由疏水基和亲水基两部分组成。在水煤浆中，表面活性剂的亲水基伸入水中，而疏水基却被煤粒的表面吸引，对煤粒起到很好的分散作用。水煤浆用的表面活性剂多选择芳烃类中与煤结构相近的物质，这样可以在煤的表面更好地吸附。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术二、水煤浆加压气化根据气化炉出口高温水煤气废热回收方式的不同，水煤浆气化的工艺流程可分为急冷式、废热锅炉式及混合式三种。急冷流程是高温水煤气与大量冷却水直接接触，水煤气被急速冷却，并除去大部分煤渣。同时水迅速蒸发进入气相，煤气中的水蒸气含量达到饱和状态。对于要求将煤气中一氧化碳全部变换为氢气的合成氨厂，适宜采用急冷流程，这样在急冷室可以得到变换过程所需的水蒸气。水煤浆气化急冷简略流程如图２－４６所示。浓度为６５％左右的水煤浆，经过振动筛除去机械杂质，进入煤浆槽，用煤浆泵加压后送到德士古喷嘴。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术由空分来的高压氧气，经氧缓冲罐，通过喷嘴，对水煤浆进行雾化后进入气化炉。氧煤比是影响气化炉操作的重要因素之一，通过自动控制系统控制。气化炉是一种衬有耐火材料的压力容器，由反应室和直接连在反应室底部的急冷室组成。水煤浆和氧气喷入反应室后，在压力为６.５ＭＰａ左右，温度为１３００℃～１５００℃的条件下，迅速完成气化反应，生成以氢气和一氧化碳为主的水煤气。气化反应温度高于煤灰熔点，以便实现液态排渣。１.德士古水煤浆气化工艺条件１）气化温度和气化压力控制上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术气化温度和气化压力对于气化过程的影响是很显著的，为了提高气化温度和气化效率，缩短反应时间，与其他气流床气化方法一样，德士古的气化温度比较高，并采取液态排渣，故操作温度必须大于煤的灰熔点，但同时又需考虑炉壁耐火材料的耐高温性能和使用寿命。因此，一般在１０００℃～１３５０℃之间，当煤的灰熔点高于此温度时，需加助熔剂。升高压力有利于提高气化炉的单炉生产能力，德士古工艺的气化压力最高可达８.０ＭＰａ，通常根据煤气的最终用途，经过经济核算，选择合适的气化压力。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术提高气化压力，可以增加反应物的浓度，加快反应速度；同时由于煤粒在炉内的停留时间延长，碳的转化率提高。其结果是气化炉的气化强度提高，后续工段压缩煤气的动力消耗相应减少。２）气化时间固体的气化速率要比油气化慢得多，因此，煤气化所需时间比油气化长，一般为油气化的１.５～２.０倍。煤浆在德士古炉内的气化时间一般在３～１０ｓ之间，它取决于煤的颗粒度、活性以及气化温度和压力。３）氧碳比上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术氧碳比是指气化过程中氧耗量与煤中碳消耗量的比值，其值一般在０.９０～０.９５之间。适当提高氧气的消耗量，可以相应提高炉温，降低生产成本，但提高炉温还要考虑耐火砖和喷嘴等的寿命。２.气化炉结构气化炉上部是燃烧室，为一中空内衬耐火材料的立式圆筒形结构，下部根据不同需要，可为激冷室或辐射废热锅炉结构。我们重点介绍德士古激冷式加压气化炉，其结构见图２－４７。德士古激冷式气化炉燃烧室和激冷室外壳是连成一体的，上部燃烧室为一带拱形顶部和锥形下部的中空圆形筒体，顶部烧嘴口供设置工艺烧嘴用，下部为合成气和熔渣出口，去下面的激冷室。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术激冷室内有与燃烧室连为一体的下降管，这层水膜可避免由燃烧室来的高温气体中夹带的熔融渣粒附着在下降管壁上。激冷室内保持相当高的液位。夹带着大量熔融渣粒的高温气体通过下降管直接与水溶液接触，气体得到冷却，并为水汽所饱和。熔融渣粒淬冷成固态渣，从气体中分离出来，被收集在激冷室下部，由锁斗定期排出。饱和了水蒸气的气体沿下降管和激冷室内壁的环形空间上升到激冷室上部，经挡板除沫后，由侧面气体出口管去洗涤塔，进一步冷却除尘，气体中夹带的渣粒约有９５％从锁斗排出。此气化炉的结构特点如下：①反应区仅为一空间，无任何机械部分，只要反应物中氧的配比得当，反应瞬间即可获得合格产品，反应区中留存的反应物料少。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术②由于反应温度甚高，炉内设有耐火衬里。③为调节控制反应物配比，在燃烧室的中下部设有测量炉内温度用的高温热电偶４支。④为了及时掌握炉内衬里的损坏情况，在炉壳外表面装设有表面测温系统，通过测量每一小块温度，判断炉内侵蚀情况。⑤激冷室外壳内壁采用堆焊高级不锈钢的办法来解决腐蚀问题。气化炉气化效果的好坏取决于燃烧室形状及其与工艺烧嘴结构之间的匹配程度。气化炉的寿命与炉内所衬耐火材料的材质和结构形式的选择有关。三、烧嘴冷却系统上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术为了保护烧嘴免受高温损坏，设置有烧嘴冷却水系统。如图２－４８所示，在烧嘴上设置了冷却水盘管和头部水夹套，防止高温损坏烧嘴。如图2-49所示，脱盐水（ＤＷ）经液位调节阀进入烧嘴冷却水槽Ｖ1301，其液位控制在80％，烧嘴冷却水槽中的水经烧嘴冷却水泵加压后，送至烧嘴冷却水冷却器Ｅ1301用循环水冷却，然后经烧嘴冷却水进口切断阀送入烧嘴冷却水盘管，出烧嘴冷却水盘管的冷却水，经出口切断阀进入烧嘴冷却水分离罐Ｖ13016分离掉气体后，靠重力流入烧嘴冷却水槽Ｖ1301，烧嘴冷却水分离罐通入低压氮气，作为CO分析的载气，由放空管排入大气，在放空管上安装CO监测器，通过监测CO含量来判断烧嘴是否被烧穿，正常CO含量为０。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术四、合成气洗涤系统离开气化炉的水煤气，依次通过文丘里洗涤器及洗涤塔，用灰处理工段送来的灰水及变换工段的工艺冷凝液进行洗涤，彻底除去煤气中的细末及未反应的碳粒。合成气进入塔底水浴中，合成气向上穿过水层，大部分固体颗粒沉降到塔底部与合成气分离，上升的合成气沿下降管和导气管的环隙向上穿过四块冲击式塔板，与冷凝液逆向接触，洗涤掉剩余的固体颗粒，合成气在洗涤塔顶部经过丝网除沫器，除去夹带气体中的雾沫，然后离开洗涤塔，进入变换工序。五、锁斗系统上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术锁斗循环分为：泄压、清洗、排渣、充压、收渣５个阶段。由锁斗程序自动控制，循环时间一般为３０ｍｉｎ，可以根据具体情况设定。六、黑水处理系统灰处理的任务是将气化过程送来的灰渣与黑水进行分离，回收的工艺水循环使用，灰渣及细灰作为废料，送出工段。灰处理工艺流程如图２－５０所示，从气化炉锁渣罐Ｖ１３０７与水一起排出的粗渣，进入渣池Ｖ１３０３。经链式输送机及皮带输送机，送入渣斗，排出厂区，渣池中分离出来的含有细灰的水，用渣池泵Ｐ１３０３送到沉淀池，进行进一步分离。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术由气化工段急冷室排出的含细灰的黑水，经减压阀进入高压闪蒸罐，高温液体在罐内突然降压膨胀，闪蒸出水蒸气及二氧化碳、硫化氢等气体。闪蒸气经灰水加热器降温后，水蒸气冷凝成水，在高压闪蒸分离器中分离出来，送到洗涤塔给料槽。分离出来的二氧化碳、硫化氢等气体，送到变换工段的ＡＢＣ气提塔中，如图２－５１所示。黑水经高压闪蒸后固体含量有所增高，然后送到低压灰浆闪蒸罐，进行第二级减压膨胀，闪蒸气进入洗涤塔给料槽，其中的水蒸气冷凝，不凝气体分离后排入大气。黑水被进一步浓缩后，送到真空闪蒸罐中，在负压下闪蒸出酸性气体及水蒸气，如图２－５２所示。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术从真空闪蒸罐底部排出的黑水，含固体量约为１％，用沉淀给料泵送到沉淀池。为了加快固体粒子在沉淀池中的重力沉降速度，在絮凝剂管式混合器前，加入阴、阳离子絮凝剂。黑水中的固体物质几乎全部沉淀在沉淀池底部，沉降物含固体量为２０％～３０％，用沉淀池底部泵送到过滤给料槽，再用过滤给料泵送到压滤机，滤渣作为废料排出厂区，滤液又返回沉淀池。在沉淀池内澄清的灰水，溢流进入立式灰水槽，大部分用灰水泵送到洗涤塔给料槽。在去洗涤塔给料槽的灰水管线上，加入适量的分散剂，避免灰水在下游管线及换热器中，沉淀出固体。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术从洗涤塔给料槽出来的灰水，用洗涤塔给料泵输送到灰水加热器，加热后作为洗涤用水，送入碳洗涤塔。一部分灰水进入渣池，另一部分灰水作为废水，送到废水处理工段，防止有害物质在系统中积累，如图２－５３所示。２.２.３任务实施一、冷态开车１.１００＃开车准备（１）系统安装完毕，设备、管道清洗合格，临时盲板已拆除；（２）仪表控制系统能正常运行，连锁已调试合格；（３）各运转设备单体试车合格。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（４）循环冷却水、原水、仪表空气等公用工程供应正常；（５）煤斗下方闸板阀已打开，且料位处于高料位；（６）石灰石斗下方闸板阀已打开，且料位处于高料位；（７）按要求配置好的添加剂已送入添加剂槽Ｖ１０２待用；（８）各运转设备按规定的规格和数量加注润滑油；（９）关闭管线上所有活门。２.１００＃开车（１）现场打开截止阀ＶＡ１００４，向磨煤机集水槽Ｖ１０４加原水；（２）液位控制在５０％左右；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（３）由电气人员启动磨煤机Ｍ１０１，检查磨煤机运行情况，应无异常响声、振动、电流；（４）启动添加剂给料泵Ｐ１０２Ａ；

（５）调节流量在１.２ｍ３／ｈ，向磨煤机中加入５％添加剂；（６）打开磨煤机给水流量调节阀ＦＶ１００４前阀ＶＤ１０１９Ａ；（７）打开磨煤机给水流量调节阀ＦＶ１００４后阀ＶＤ１０１９Ｂ；（８）启动磨煤机给水泵Ｐ１０４Ａ；（９）投用磨煤机给水流量调节阀ＦＶ１００４给磨煤机加水；（１０）启动煤称重给料机，向磨煤机供煤；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（１１）流量控制在２０ｔ／ｈ，启动石灰石螺旋给料输送机，向磨煤机供石灰石，流量控制在０.３ｔ／ｈ；（１２）磨煤机出料槽Ｖ１０１液位达到３０％后，启动磨煤机出料槽Ｖ１０１搅拌器Ｍ１０２；（１３）启动磨煤机出料槽泵Ｐ１０１，打开循环运行；（１４）磨煤机出料槽Ｖ１０１液位ＬＩＳＣＡ１０１达８０％时，打开磨煤机出料槽泵Ｐ１０１去渣池的球阀ＶＤ２００２；（１５）打开ＶＤ１００２；（１６）关闭循环阀ＶＤ１００３；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（１７）在煤浆入煤池处取样分析煤浆浓度，并随时调整给煤量和给水量，尽快使煤浆浓度合格；（１８）在煤浆浓度达到５３.４％时，打开磨煤机出料槽泵Ｐ１０１出口阀ＶＡ２００３；（１９）关闭去煤池球阀ＶＤ２００２；（２０）合格煤浆送入大煤浆槽Ｖ２０１待用；（２１）冲洗磨煤机出料槽泵Ｐ１０１到煤池管线；（２２）冲洗磨煤机出料槽泵Ｐ１０１循环线；（２３）冲洗５分钟后，冲洗液在低点排放。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术３.２００＃开车准备（１）确定仪表空气压力正常；（２）联系仪表供电。４.仪表、阀门联调正确投用各仪表和阀门，调试合格后点击“仪表阀门调试完成”按钮。５.气化炉安全联锁空试（１）气化炉具备空试条件后，点击“初始化”；（2）动作正确到位后，点击“复位”，此时可以调试受限制阀门；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（３）确认顺控动作正确到位，相关阀门能正常使用后，点击“氮气置换”；（４）点击“开车运行”，查看气化炉顺控动作是否符合时序；（５）确认顺控无误后，点击“停车”，查看动作是否符合时序。６.锁斗逻辑关系空试（１）锁斗运行条件具备后，点击“开始”，查看动作是否正确到位；（２）确认无误后，点击“冲水”；（３）点击“冲洗水槽液位假信号”，锁斗液位控制在９０％；（４）点击“锁斗液位假信号”，锁斗液位控制在１００％，并查看动作是否正确到位；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（５）确认无误后，点击“复位”，查看动作是否正确到位；（６）按操作规程启动Ｐ２０４Ａ，此时“初始条件满足”变绿；（７）确认无误后，点击“运行”，查看各步程序运行是否正确；（８）当运行到“锁斗排渣、冲洗”时，再次点击“冲洗水槽液位假信号”；（９）当锁斗运行到“集渣”阶段，计时器开始计时，即可点击“暂停”，查看锁斗顺控是否停在当前状态；（１０）确认无误后，点击“停止”，检查系统各阀门动作是否正确到位；（１１）点击“摘除假信号”；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（１２）停锁斗循环泵Ｐ２０４Ａ；（１３）关闭循环阀ＸＶ２０１２Ａ。７.煤浆泵压力试验（１）打开煤浆截断阀ＸＸＶ２００２Ａ；（２）打开煤浆截断阀ＸＸＶ２００３Ａ；（３）确认煤浆入炉手阀ＶＡ２００１关；（４）倒通盲板ＭＢ２００１；（５）煤浆入炉冲洗水排放管线手阀ＶＤ２０１０打开；（６）煤浆入炉冲洗水排放管线手阀ＶＡ２００２打开；（７）煤浆循环管线去地沟排放阀ＶＤ２００４开；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（８）去煤浆槽手阀ＶＤ２００３关；（９）煤浆循环阀ＸＸＶ２００１Ａ关；（１０）关闭煤浆槽Ｖ２０１底部柱塞阀ＶＤ２００５；（１１）高压煤浆泵Ｐ２０１出口阀ＶＤ２００６开；（１２）打开高压煤浆泵Ｐ２０１进口冲洗水阀ＶＤ２００７；（１３）点击气化炉“初始化”按钮；（１４）确认水流入地沟后，按规程启动高压煤浆泵Ｐ２０１；（１５）总控缓慢提高煤浆泵转速，现场调节煤浆入炉冲洗水排放管线手阀开度，缓慢提高泵出口压力ＰＩＡ2003Ａ到4.0ＭＰａ；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（１６）压力每升高１.０ＭＰａ，保持５分钟；（１７）现场检查泵运行情况，现场检查各缸打量情况，现场检查煤浆管线是否有漏点，现场检查煤浆泵出口倒淋、煤浆循环阀是否内漏；（１８）总控检查流量与转速是否对应，总控检查仪表测量元件是否准确；（１９）检查一切正常后减压，降转速，停泵；（２０）关闭进口冲洗水阀ＶＤ２００７；（２１）用高压煤浆泵Ｐ２０１出口倒淋ＶＤ２０１２排水，冬季要注意防冻排水；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（２２）关闭煤浆截断阀ＸＸＶ２００２Ａ；（２３）关闭煤浆截断阀ＸＸＶ２００３Ａ；（２４）关闭ＶＤ２０１０；（２５）关闭ＶＡ２００２；（２６）煤浆入炉冲洗水排放管线盲板ＭＢ２００１倒盲；（２７）关闭ＶＤ２００４；（２８）关闭ＶＤ２００６；（２９）关闭ＶＤ２０１２。８.系统气密按要求进行系统气密性检查。上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术９.建立预热水循环（１）打开渣池泵；（２）确认Ｐ３１０Ａ出口阀ＶＤ３０７０３关闭；（３）打开ＦＶ３００１Ａ前阀ＶＤ３７０６Ａ；（４）打开ＦＶ３００１Ａ后阀ＶＤ３７０６Ｂ；（５）打开ＶＤ３７０７；（６）打开ＶＡ２５１１；（７）打开ＦＶ２００８Ａ前阀ＶＤ２５１５Ａ；（８）打开ＦＶ２００８Ａ后阀ＶＤ２５１５Ｂ；（９）打开Ｓ２０１Ａ激冷水进口阀ＶＡ２３０５；（１０）打开Ｓ２０１Ａ激冷水出口阀ＶＤ２３０９；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（１１）关闭Ｓ２０１Ａ反洗水进口阀ＶＡ２３０７；（１２）关闭Ｓ２０１Ａ反洗水出口阀ＶＤ２３１１；（１３）倒通密封水槽Ｖ２０５盲板ＭＢ２００５；（１４）打开Ｖ２０５入口阀ＶＡ２３０１；（１５）打开Ｖ２０５出口阀ＶＤ２３０１；（１６）打开ＬＶ２００１Ａ前手阀ＶＤ２３０３；（１７）打开ＬＶ２００１Ａ去渣池手阀ＶＤ２３０５；（１８）打开ＦＶ２０１４Ａ前手阀ＶＤ２３０２Ａ；（１９）打开ＦＶ２０１４Ａ后手阀ＶＤ２３０２Ｂ；（２０）确认ＶＤ２３０６关闭；上一页下一页返回任务２.２德士古水煤浆气化技术（２１）确认ＶＤ２３０４关闭；（２２）确认ＨＶ３００１Ａ关闭；（２３）确认ＦＶ３００１Ａ关闭；（２４）确认ＦＶ２００８Ａ关闭；（２５）确认Ｆ