航天炉工艺介绍

航天炉工艺系统介绍

能化12-班韩新航天炉简介

长期以来，国内煤化工得不到大规模地发展，主要是因为国内缺乏自主的粉煤加压气化技术。而进口的技术也不能完全满足国内煤化工的需求——如果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。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。就这样，航天炉应运而生。航天炉又名HT-L粉煤加压气化炉。主要优点如下：技术先进，具有的热效率(可达95%)，碳转化率高(可达99%)；气化炉为水冷壁结构结构，气化温度能到1500至1700度；对煤种要求低，可实现原料本地化；具有自主知识产权，专利费用低；关键设备全部国产化，投资少，比同等规模投资节省三分之一。工期短，比壳牌炉建设时间缩短三分之一；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：航天炉系统联锁多，特别试车时，数据变动有可能造成跳车。多种因素会导致炉温超温，烧坏耐火材料甚至盘管。由于操作不稳定等因素，会造成粗渣、滤饼中残炭含量较高。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。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，两级闪蒸不如三级闪蒸。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。2005-7-20HT–L煤气化工艺系统介绍

对煤质的要求及用煤的处理

HT–L煤气化工艺的原料是干煤粉，用高压氮气或加压CO2输送入气化炉，对煤种的适用范围宽，能够以当地煤种为原料，而且碳转化率超过99％。该工艺过程对煤的特性，例如煤的粒度、粘结性、含水量、含硫量、含氧量及灰分含量均不敏感，但对于灰熔点较高的煤如灰熔点＞1400℃须加入助熔剂(石灰石)，改变溶渣性能。粉煤煤气化烧过的煤种的特性煤种分析项目粉煤气化炉烧过的煤种数据范围总水(AR;%)4.5-30.7灰分(%;MF)5.7-35.0含氧(%;MF)5.3-16.3总硫(%;MF)0.3-5.2总氯(%;MF)0.01-0.41Na2O(%:onAsh)0.1-3.1K2O(%:onAsh)0.1-3.3CaO(%:onAsh)1.2-23.7Fe2O3(%:onAsh)5.9-27.8SiO2(%:onAsh)24.9-58.9Al2O3(%:onAsh)9.5-32.6高热值(MJ/kg;MF)22.8-33.1工艺介绍

HT-L粉煤气化技术工艺原理：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1400℃～1600℃的合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210℃～220℃，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10×10-6的粗合成气。工艺流程图HT–L粉煤气化炉

HT-L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。HT-L粉煤气化炉设备参数2005-7-202800型气化炉直径：2.8-3.2米气化炉高度：14.5米气化压力：4.0MPa日投煤量：~750t（与煤种有关）（CO+H2）有效气产量：40000-51000Nm3/h（根据要求确定）。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：~1500t（与煤种有关）（CO+H2）有效气产量：80000-110000Nm3/h（根据要求确定）。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：~2500t（与煤种有关）（CO+H2）有效气产量：140000-180000Nm3/h（根据要求确定）。三种炉型

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。运行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、高度为15.84米、重量为160吨。

安徽昊源航天炉加压气化首用等温变换截至2014年5月5日，安徽昊源化工集团世界首套与航天炉配套的等温变换装置，已满负荷平稳运行12天，各项指标均达到或优于设计要求。该装置应用于安徽昊源二期18万吨/年合成氨、30万吨/年尿素原料路线改造项目。安徽昊源36·60项目分两期建设，一期18·30装置已于2013年建成投产。2005-7-20HT–L、Shell、Texaco三种气化炉比较名称HT–LShellTexaco比氧耗(Nm3/KNm3)330-360330-360410-430有效气成分CO+H2(%)89–9189–9378–81碳转化率(%)>99>99>98冷煤气效率(%)80–8380–8371–76煤气化热效率(%)~959686原料煤输送形式干粉,气体输送干粉,气体输送水煤浆,泵输送烧嘴寿命10年,每6个月维修头部10年,每1.5年维修头部每1.5个月维修头部水冷壁或耐火砖寿命水冷壁结构简单，属圆筒盘管型，水路简单，易制造，寿命>10年水冷壁呈多段竖管排列，水路复杂，合金钢材质，制造难度大，寿命>10年昂贵的耐火砖只能用一年原料煤的适应性气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化对煤种要求高（灰熔点低于1250度，成浆性好）,无法实现原料煤本地化电耗低因有激冷气压缩机和反吹气压缩机,所以电耗较高低

HT-L煤粉加压气化炉是结合SHELL、GSP、TEXACO的一些优势特点所开发的一种炉型，如粉煤干燥、加压输送是利用了SHELL技术；炉内辐射段类似于GSP炉，顶端单喷嘴采用的是粉煤分三路进入气化炉烧嘴的三个粉煤管旋转斜喷进料与GSP环形喷嘴不同；水冷壁盘管则采用四进四出平行并绕与GSP单管并绕不同；激冷室以下段与TEXACO炉完全相同。

认为采用航天炉存在以下风险：

目前SHELL炉在国内投运了5套，仅湖北双环经过半年多的调试，能连续运行58天，其余装置都不能正常运行，还得接受时间的考验。反映在煤粉输送上的主要问题是煤粉不能稳定地输送和磨损严重等。航天炉的投运可能也会出现类似的问题。

GSP冷壁炉的商业化装置目前已运行了十年未换过烧嘴，航天炉烧嘴为规避侵犯知识产权进行了从新设计，但未进行工业化试验，风险很大。气化炉的水冷壁，SHELL炉是多段竖管排列，GSP炉则是圆筒单管盘管，设计和制造难度都很大，内件（特别是传热面）用异型钢管等材料，目前只能都依赖进口。航天炉水冷壁内件的设计和制造能否达到国际水平，很难做出评估，