气流床加压气化工艺介绍

气流床加压气化工艺介绍一、工艺原理本煤气化技术属气流床加压气化工艺。浓度60.5%的水煤浆通过煤浆给料泵加压与高压氧气(纯度99.6%)通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴对喷进入气化炉燃烧室。对喷撞击后形成6个特征各异的流动区，即射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成。利用煤的部分氧化释放出热量，维持在该煤种灰熔点温度以上进行气化反应。炉内温度约1350°C,反应过程非常迅速，一般在4—10秒内完成。射流区：流体从喷嘴以较高速度喷出后，由于湍流脉动，射流将逐渐减弱，直至与相邻射流边界相交。同时受撞击区较高压力的作用，射流速度衰减加快，射流扩张角也随之加大，此后为撞击区。撞击区：当射流边界交汇后，在中心部位形成相向射流的剧烈碰撞运动，该区域静压较高，且在撞击区中心达到最高。此点即为驻点，射流轴线速度为零，由于相向流股的撞击作用，射流速度沿径向发生偏转，径向速度(即沿设备轴向速度)逐渐增大。撞击区内速度脉动剧烈，湍流强大、混合作用好。撞击流股：四股流体撞击后，流体沿反应器轴向运动，分别在撞击区外的上方和下方形成了流动方向相反，特征相同的两个流股。在这个区域中，撞击流股具有与射流相同的性质，即流股对周边流体也有卷吸作用，使该区域宽度沿轴向逐渐增大，轴向速度沿径向衰减，直至轴向速度沿径向分布平缓。回流区：由于射流和撞击流股都具有卷吸周边流体的作用，故在射流区边界和撞击流股边界，出现在回流区。折返流区：沿反应器轴线向上运动的流股对拱顶形成撞击流，近炉壁沿着轴线折返朝下运动。管流区：在炉膛下部，射流、射流撞击、撞击流股，射流撞击壁面等特征消失，轴向速度沿径向分布保持不变，形成管流区。水煤浆、氧气进入气化室后，相继进行雾化、传热、蒸发、脱挥发份、燃烧、气化等六个物理和化学过程，前五个过程速度较快，已基本完成，而气化反应除在上述五区中进行外，主要在管流区中进行。煤浆颗粒在气化炉内的气化过程经历了以下步骤：颗粒的湍流弥散；颗粒的振荡

运动；颗粒的对流加热；颗粒的辐射加热；煤浆蒸发与颗粒中挥发分的析出；挥发产物的气相反应；煤焦的多相反应；灰渣的形成。气化反应是串并联反应同时存在的极为复杂的反应体系，可分为一次反应与二次反应：①一次反应区(燃烧区)进入该区的反应物有工艺氧气，煤浆以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。水煤浆入炉后，首先进行雾化，同时接受来自火焰、炉内壁、高温气体、固体物等的辐射热，以及回流流股及折返流流股的热量。煤浆瞬间蒸发、煤粉发生热裂解并释放出挥发份。裂解产物、挥发份及其它易燃组份在高温、高氧浓度下迅速完全燃烧，放出大量热。这个过程进行得相当短，主要发生在射流区与撞击区，其结束的标志是氧消耗殆尽。二次反应区进入二次反应区的组份有煤焦，CO2、CH4、H2O以及CO、H2等组份。这是主要进行的煤焦CH4等与H2O、CO2发生的气化反应，生成CO和H2。这是有效气成份的重要来源。二次反应主要发生在管流区。一次与二次反应共存区多喷嘴对置气化炉中射流区与撞击区，撞击流股、回流区、折返流区共存，不时进行质量交换，再加湍流的随机性，射流区的反应组份及产物都有可能进入撞击区，撞击流股、回流区、折返流区，导致这些区域既进行一次反应，也进行二次反应。二次反应以吸热为主，致使发生二次反应的区域温度较低，相对地起到保护耐火砖的作用。4气化炉所进行的反应一般可表述为：(1)主反应方程式CnHnSk+(n+h/4—m/2)O2—(n—m)CO2+h/2H2O+mCOS+QCnHnSk+n/2O2-nCO+(h/2—m)H2+mH2S+QCnHnSkf(h/4—m/2)CH4+(n—h/4+m/2)C+mH2S—QC+CO2-2CO—Q CH4+H2O-3H2+CO—QC+O2fCO2+Q C+H2O-CO+H2—QC+2H2O-2H2+CO2—QH2+CO2-H2O+CO—QCO+1/2O2TO2+QH2+CO2-H2O+CO—QCO+1/2O2TO2+QCH4fC+2H2—QH2+1/2O2fH2O+QCH4+2O2-2H2O+CO2+Q CH4+CO2-2H2+2CQ-Q（2）同时还可能发生以下副反应：N2+3H2+2C-2HCN HCN+3H2-NH3+CH4NH3-1/2N2+3/2H2 CO+H2O-HCOOH COS+H2-H2S+CO二、工艺流程叙述储煤系统来的原煤，经破碎后（粒度W10mm）送入煤仓（V1101），在煤仓中储存可供8小时的用量。煤仓中的煤经煤称量给料机（W1101）精确计量后，送入磨煤机（M1101）。来自渣水处理工段滤液受槽（V1416）的滤液由调节阀FV1101进行流量调节后进入磨煤机，上述条件不具备时，供磨煤机的工艺水可由新鲜水补充。从界区外运来的煤浆添加剂由软管送入到添加剂缓冲槽，再由添加剂缓冲槽放入添加剂地下槽（V1207），添加剂地下槽再加入新鲜水，配制成一定浓度的添加剂，再由添加剂地下槽泵（P1202）送到添加剂槽（V1202）中备用，添加剂槽中的添加剂经添加剂给料泵（P1203）计量后送入磨煤机。煤、水、添加剂按一定的比例在磨煤机内混合，经钢棒的研磨后，磨成浓度约为58.5—63%、粘度700—1500cP的可泵送的水煤浆，水煤浆从磨煤机出口溢流出来，经过滚筒筛（S-1101）滤去3mm以上的大颗粒后，自流入磨煤机出料槽（V1102），由磨煤机出料槽泵（P1101）加压后，送至煤浆分流器（V1111），可选择进入两煤浆槽（V1201）中的任意一个，贮存在煤浆槽内待用。为防止煤浆在储存过程中发生分层沉淀，在磨煤机出料槽、煤浆槽顶部分别安装有搅拌器（X1101）、（X1201）进行搅拌。煤浆槽内的煤浆分别经两台煤浆给料泵（P1201）加压后与空分系统来的高压氧气，经气化炉的四个预膜式工艺烧嘴（X1301），送入气化炉（R1301），在气化炉燃烧室内发生部分氧化反应，生成以CO和H2为主要成分的粗合成气，熔渣及未完全反应的碳通过燃烧室下部的渣口与洗涤冷却水沿洗涤冷却管内壁并流而下，进入气化炉洗涤冷却室，初步冷却的粗合成气经洗涤冷却室的水浴进一步洗涤和冷却，然后鼓泡上升经四层破泡板汽水分离后，由洗涤冷却室上部的合成气出口离开气化炉。出气化炉的粗合成气经过混合器（X1403）润湿及旋风分离器（V1408）分离大部分润湿的细灰后送水洗塔（T1401）进一步洗涤除尘，将合成气含尘量降至＜1mg/Nm3后送净化系统。熔渣在洗涤冷却室的水浴中通过破渣机破碎后被锁斗循环水夹带进入锁斗（V1307）定期排入渣池。未完全反应的碳颗粒悬浮在黑水中，随黑水到渣水处理工序作进一步处理。水洗塔中部含固量较低的洗涤黑水经黑水循环泵（P1401）加压后分三路，两路经黑水过滤器（V1309）过滤后送入气化炉激冷环和托砖板喷淋水环管，另一路送入混合器（X1403）作为洗涤、润湿水。从气化炉、旋风分离器、水洗塔出来的三股洗涤黑水经液位、流量串级调节控制并减压后送入蒸发热水塔（T1402）蒸发室。减压后的黑水在蒸发热水塔蒸发室内发生闪蒸，水蒸汽及部分溶解在黑水中的酸性气CO2、H2S等被迅速闪蒸出来，通过上升管进入蒸发热水塔上部的热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，低压灰水被加热。经换热后未冷凝的闪蒸气体送净化工序。初步浓缩后的黑水通过蒸发热水塔下部蒸发室液位调节阀控制送入低压闪蒸罐（V1406），进行闪蒸。闪蒸后的气体进入除氧槽（V1405），作为热源加热进入除氧槽的一次水，进一步浓缩的黑水通过低压闪蒸罐下部液位调节阀控制送入真空闪蒸罐（V1402）。闪蒸后的气体进入真空闪蒸冷凝器被冷却，剩余气体通过真空闪蒸分离器（V1403）后进入真空泵，从高点排放到大气。最终浓缩的黑水与絮凝剂混合后自流进入澄清槽（V1411）。加入的絮凝剂在澄清槽中用来强化浓缩黑水中固体颗粒的沉降。进一步浓缩沉降后的黑水浓度达30%以上，经澄清槽底流泵（P1407）送入真空过滤机系统处理。分离出的滤饼运出界外，滤液自流进入滤液受槽。澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽（V1412）。灰水槽中的灰水经低压灰水泵（P1406）分四路，一路输送到蒸发热水塔热水室，加热后经高温热水泵提压到5.2MPa返回水洗塔作为洗涤水；第二路作为锁斗的排渣冲洗水；第三路作为气化炉预热时的预热水；第四路是将少量的灰水经废水换热器后送废水处理系统。锁斗排渣系统由一套逻辑联锁自动控制系统控制，每个循环周期约为30分钟，其中渣收集的时间为28分钟，排渣时间约为2分钟。气化炉洗涤冷却室底部的渣及少量的未完全燃烧的残碳颗粒通过破渣机破碎后收集在锁斗内。为了有利于渣的收集，设置了锁斗循环泵（P1302），通过锁斗循环泵将锁斗内部的黑水加压循环回气化炉洗涤冷却室底部，使洗涤冷却室中的黑水在向下流动的过程中将渣带下。锁斗具体排渣过程是：渣收集结束后，锁斗入口阀关闭；接着锁斗泄压阀打开泄压，当锁斗压力小于0.28MPa时锁斗泄压阀关闭；接着锁斗冲洗阀，锁斗出口阀打开，对锁斗进行冲洗，将锁斗内的渣冲入渣池(V1303)。冲洗结束时锁斗出口阀和锁斗冲洗阀关闭，锁斗充压阀打开将锁斗充压至正常操作压力，充压完毕后关闭充压阀，打开锁斗入口阀；排渣完毕。锁斗继续下一个循环的渣收集。在锁斗排渣期间，锁斗循环泵自身循环。收集在渣池的渣经刮板捞渣机(M1301)捞出后，装入渣车运到界区外。细渣通过渣池泵送往真空闪蒸罐，与闪蒸黑水一同自流入澄清槽。工艺烧嘴在气化炉燃烧室内长期受到炉内高温热辐射，工作环境恶劣，使用寿命较短，为延长工艺烧嘴的使用寿命，有一套专门针对烧嘴头部进行冷却的烧嘴冷却水系统。烧嘴冷却水由烧嘴冷却水泵P1301加压，经烧嘴冷却水换热器E1301冷却后送入四个工艺烧嘴的冷却盘管内。从工艺烧嘴出来的冷却水回流至烧嘴冷却水槽继续循环使用。烧嘴冷却水压力低于气化炉操作压力，如果烧嘴冷却水盘管损坏，合成气因泄漏被冷却水带入烧嘴冷却水分离罐V1306。烧嘴冷却水分离罐的放空管线上设有CO监测报警装置，一旦CO超标，表明有合成气进入工艺烧嘴的盘管，工艺烧嘴盘管已损坏，需立即停车处理。烧嘴冷却水系统另设有事故烧嘴冷却水罐V1302，它的作用是当两台烧嘴冷却水泵均出现故障，冷却水流量无法满足冷却要求时，作为紧急补水之用。为保证系统安全运行，装置还设有一套安全联锁逻辑控制系统来保证整个生产装置的开停车及安全运行。高压氮气压力＞9.0MPa，水洗塔压力W0.6MPa，按“初始化”按钮，打开煤浆循环阀、氧气放空阀，建立煤浆循环以及氧气放空流量；此时系统处于投料前的预