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航天炉粉煤加压气化技术分析摘要：本文主要介绍了航天炉粉煤加压气化技术的工艺原理、技术特点及控制技术，以供参考。
关键词：航天炉；技术特点；结构一、航天炉煤气化的工艺原理原料煤经过磨煤、干燥后储存在低压粉煤储罐，然后用N2(正常生产后用CO2输送)通过粉煤锁斗加压、粉煤给料罐加压输送，将粉煤输送到气化炉烧嘴。
干煤粉(80℃)、纯氧气(200℃)、过热蒸汽(420℃)一同通过烧嘴进入气化炉气化室，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(1—10 s)。
该反应系统中的放热和吸热的平衡是自动调节的，既有气相间反应，又有气固相间的反应。
1400—1600℃的合成气出气化室通过激冷环、下降管被激冷水激冷冷却后，进入激冷室水浴洗涤、冷却，出气化炉的温度为210～220℃，然后经过文丘里洗涤器增湿、洗涤，进入洗涤塔进一步降温、洗涤，温度约为204℃、粉尘含量小于10×10-6的粗合成气送到变换、净化工段。
[1]二、航天炉的主要设备1、气化炉HT—L炉的核心设备是气化炉。
HT—L炉分上下两个部分：上部是气化室，由内筒和外筒组成，包括盘管式水冷壁、环行空间和承压外壳。
盘管式水冷壁的内侧向火面焊有许多抓钉，抓钉上涂抹一层耐火涂层，其作用是保护水冷壁盘管、减少气化炉热鼍损失。
盘管式水冷壁的结构简单，材质为碳钢，易制作且造价较低。
水冷壁盘管内的水采用强制密闭循环，在这循环系统内，有一个废热锅炉生产5．4MPa(G)的中压蒸汽，将热量迅速移走，使水冷壁盘管内水温始终保持一恒定的范围。
下部为激冷室，包括激冷环、下降管、破泡条和承压外壳。
激冷室为一承压空壳，外径和气化室一样，上部和水冷壁相连的为激冷环，高温合成气经过激冷环和下降管煤气温度骤降。
向下进入激冷室，激冷室下部为一锥形，内充满水，熔渣遇冷固化成颗粒落入水中，顺锁斗循环水排入灰锁斗。
粗合成气从激冷室上部引出。
2、烧嘴HT—L炉烧嘴是一个组合烧嘴，由一个主烧嘴、一个点火烧嘴和一个开工烧嘴组成。
航天炉工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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②煤粉输送：将制备好的粉煤通过密封的输送系统送入气化炉。
③氧气准备：高压氧气通过空分装置制备并压缩至所需压力。
④气化反应：粉煤与高压氧气、蒸汽在气化炉内混合，在高温高压条件下发生快速部分氧化反应，生成含CO、H2等成分的合成气。
⑤热量回收：气化炉的高温合成气流经热回收系统，如废锅，回收热量产生高压蒸汽，供工厂其他用途。
⑥合成气冷却与洗涤：高温合成气经过急冷、冷却后，进入气体洗涤塔，去除硫化物、氯化物等杂质。
⑦合成气净化：通过变换反应、脱碳、精馏等步骤进一步净化合成气，提高氢气或甲烷的纯度。
⑧产品回收与利用：净化后的合成气可作为合成氨、甲醇、烯烃等化学品的原料，或用作IGCC（整体煤气化联合循环）发电的燃料。
⑨灰渣处理：气化过程中产生的灰渣经冷却、破碎后，根据其性质进行综合利用或安全处置。
航天炉煤气化工艺概述航天炉煤气化工艺是一种将煤炭等碳质物质转化为合成气的高效工艺。
它充分利用煤炭资源，通过高温和压力条件下的化学反应，将固体的煤炭转化为气体燃料，用于发电、炼油、化工等领域。
航天炉煤气化工艺由中国航天科技集团公司提出并持续改进，已经取得了重大突破和应用。
工艺流程航天炉煤气化工艺主要包括煤炭预处理、气化反应、气体分离和净化四个步骤。
下面将详细介绍每个步骤的工艺流程。
1. 煤炭预处理在煤炭进入航天炉气化反应器之前，需要进行预处理以提高气化效率和产气质量。
煤炭预处理主要包括粉碎、干燥和除尘等步骤。
首先，将原煤经过粉碎机细碎成适当的粒度，以增加煤炭与气化剂的接触面积。
然后，通过干燥设备将煤炭中的水分蒸发，减少气化过程中的能量损耗。
最后，利用除尘器去除煤炭中的灰分和杂质，以保证气化反应的稳定进行。
2. 气化反应煤炭预处理后，进入航天炉气化反应器进行气化反应。
气化反应是将煤炭中的碳氢化合物在高温（1000℃以上）和高压（10-30兆帕）条件下与氧气和水蒸气发生化学反应，产生合成气的过程。
航天炉气化反应器采用的是间接加热式气化反应器，具有高效和稳定的特点。
通过控制气化反应的温度、压力和气化剂的供应量，可以调整合成气的成分和产气量，满足不同领域的需求。
3. 气体分离在气化反应后，产生的气体混合物需要进行分离，以获取纯净的合成气和其他有用气体。
航天炉煤气化工艺中常用的气体分离技术有压力摩尔分数差异法和吸附分离法。
通过控制压力和温度等参数，可以使合成气和其他气体在分离设备中分离出来，并获得高纯度的合成气。
4. 气体净化在气体分离后，合成气中可能还存在一些杂质和有害物质，需要进行净化处理。
航天炉煤气化工艺中常用的气体净化技术有吸收、吸附和膜分离等。
通过选择合适的吸收剂、吸附剂和膜材料，可以将合成气中的硫化氢、氨、苯酚等物质去除，提高合成气的纯度和品质。
应用领域航天炉煤气化工艺具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 发电将合成气用作燃料，通过燃烧发电。
【综述】航天炉HT-L煤气化工艺前言航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承受1500-1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本地化；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。
HT-L粉煤气化煤质要求：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。
航天炉煤气化工艺简介主要技术路线：干煤粉作原料，采用激冷流程，主要特点是技术先进，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1500-1700℃；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。
工艺流程关键设备（1）、HT-L粉煤气化炉气化压力：4MPa，气化温度：1500—1700℃，设计炉型能力：57070Nm3/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。
（2）关键设备气化喷嘴（3）关键设备-破渣机（4）关键设备-热风炉（惰性气体发生器）（5）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）（6）关键设备（激冷水循环泵）锁斗循环泵（7）关键设备（立式高速泵）卧式高速泵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％。
航天炉工艺及主要设备参数介绍1、生产工艺介绍本装置为HT-L粉煤加压气化装置，是由北京航天院设计的示范装置，设计日消耗原料煤约929.64吨，消耗氧气约48.6万立方米。
在4.0MPa条件下通过气化反应，生产CO+ H2为1.22×106Nm3/d，经洗涤后送变换。
HT-L粉煤气化工艺是一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的工艺。
HT-L粉煤气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉，顶喷式单烧嘴，干法进料及湿法除渣，在较高温度（1400～1700℃）及压力（4.0 MPa左右）下，以纯氧及少量蒸汽为气化剂的气化炉中对粉煤进行部分气化，产生以CO、H2为主的湿合成气，经激冷和洗涤后，饱和了水蒸汽并除去细灰的合成气，送入变换系统。
该HT-L粉煤加压气化装置包括1500、1600、17000、1800四个单元：其中1500单元为磨煤单元、1600单元为粉煤加压及输送单元、1700单元为气化及合成气洗涤单元、1800单元为渣及灰水处理单元。
1500单元、1600单元、1700单元、均为双套装置、1800单元为单套装置。
1.1航天炉工艺原理航天炉属于粉煤加压气流床，利用纯氧和少量蒸汽为气化剂，二氧化碳或氮气输送粉煤，有特质的粉煤烧嘴送入高温高压的气化室完成气化反应，生成以CO和H2为主要成分的合成气，气室多余的热量由水冷壁吸收产生中压蒸汽，煤中的灰分形成熔渣，与高温合成气一同进入激冷室进行水激冷后排出气化炉。
1.2气化炉主要结构气化炉主要由气化炉外壳、螺旋盘管和水冷壁和激冷室内件组成，气化炉外壳为三类压力容器，螺旋盘管和水冷壁由气化室主盘管、渣口盘管、炉盖盘管三部分组成，盘管内水循环为强制循环，通过汽包副产中压饱和蒸汽，水冷壁向火侧敷有耐火材料一方面为了减少热损失，另一方面为了挂渣，充分利用渣层的隔热功能，以渣抗渣保护炉壁，气化炉上部为气化段，下部为熔渣激冷段，气化段位圆柱形反应室，激冷段内有激冷环、下降管、上升管和渣池水分离挡板等主要部件。
1.3航天炉主要特点1、干粉进料，煤被磨制成20-100μm粉煤颗粒，并经过热气干燥，惰性气体输送，介质为CO2或N2，加压气化强化燃烧，提高单位体积产气率，与常压炉相比在同样生产能力下航天炉气化强度高、设备尺寸小、结构紧凑、占地面积小、燃烧效率高。
2、一般操作温度为1400-1850℃，煤种适应范围广，对煤的灰熔点要求范围宽，碳转化率99%，有效气CO﹢H2体积比90%左右，CH4气体体积仅有几十至几百PPm3、水冷壁结构为多头并联结构可以保证管程流阻分布均匀，强制循环可以防止局部传热恶化发生爆管故障。
1.4气化炉正常生产时主要测定和控制的参数1.4.1气化煤种的煤质分析，已确定合理的氧煤比等操作条件1.4.2合成气分析，通过分析了解合成气的品质和炉内的反应情况1.4.3灰渣的产量和残炭分析，了解炉内工况和气化效率1.4.4粉煤、氧的温度、压力和消耗情况1.4.5气化炉温度测量、包括炉膛温度，上锥段温度，合成气出口温度，环腔温度，气化炉外壁温度1.4.6渣口压差，判断渣口是否堵渣1.4.7排渣状况，判断炉温和碳转化情况1.4.8激冷室液位，判断激冷室工作状态1.4.9盘管出口水密度，判断炉温及盘管工作状况1.4.9软化水分析包括烧嘴冷却水、盘管冷却水和激冷水，水质的好坏对稳定运行和炉子的寿命有影响。
2.1、磨煤及干燥单元（1500单元）该单元使用常规的煤研磨及干燥，来自原料煤贮仓的碎煤在磨煤机内磨成煤粉，并由高温惰性气流烘干。
粉煤的颗粒尺寸分布规格和粉煤的水分含量要满足以下要求：颗料尺寸≤90μm占90％（重量）颗料尺寸≤ 5 μm占10％（重量）水分含量典型值＜2％（wt）2.1.1、任务磨煤及干燥单元的任务是将输煤单元送来的原料煤，经过磨煤机研磨、热惰性气体干燥、在粉煤袋式过滤器内进行风粉分离等工序加工，生产出充足而合格的煤粉输送到1600单元，同时尽可能的降低各项消耗。
2.1.2、工艺流程本单元主要是将从贮存和运输系统送来的粒度小于30mm的原料煤，每小时60T的负荷贮存在原料煤贮仓中，运输系统间断运行，原料煤贮仓中的煤量少时，通知煤场启动运输系统开始输煤，原料煤贮仓的重量高时，通知煤场停运运输系统。
原料煤再经过本单元的加工处理，每小时生产出38.735T、106℃的粉煤送到1600单元，贮存在粉煤贮罐中。
在磨煤的过程中产生少量的废料送渣场。
来自原料煤贮仓的碎煤经振动料斗、称重给煤机计量以46.48t/h(根据生产负荷进行调整）的量送入到磨煤机中，被轧辊在研磨台上将原煤磨成粉状，并由来自惰性气体发生器（56000Nm³/h、260℃）的高温惰性气体进入磨煤机进行干燥和输送，出磨煤机的温度为104~110℃。
由惰性气体输送干燥的粉煤进入粉煤袋式过滤器进行风粉分离后，每小时约38.735T、104~110℃的粉煤经旋转卸料阀、粉煤振动筛、粉煤螺旋输送机送至1600单元的粉煤贮罐中；分离出的惰性气体部分排放至大气，剩余部分经循环风机进入惰性气体发生器循环使用。
惰性气体发生器的燃料气正常情况下来自合成驰放气（燃料气0.3~0.5MPa)与助燃空气（由燃烧鼓风机K-1505送入）按一定比例的进行燃烧反应。
2.1.3、本单元主要发生的反应化学变化：驰放气与助燃空气进行燃烧放热反应CH4+2O2=CO2+2H2O+Q 2H2+O2=2H2O+Q物理变化：2.3、气化及合成气洗涤单元（1700单元）2.3.1、任务粉煤分三条煤粉管线进入气化炉的烧嘴。
氧气经预热后先在混合器内按一定的比例与蒸汽混合，然后也进入烧嘴。
煤粉与氧气在炉膛内发生部分氧化反应，生成合成气的主要成分为CO和H2。
在激冷室，合成气被激冷并被饱和，熔渣迅速固化。
出气化炉的合成气再经文丘里洗涤器和合成洗涤塔用水进一步润湿洗涤，炉膛内气化反应的部分热量，通过水冷壁产生中压饱和蒸汽回收热量。
2.3.2、工艺流程由空分生产出的氧气（5.0MPaG、25℃）进入氧气缓冲罐。
氧气由氧气缓冲罐出来先进入氧气预热器E-1709，被中压汽包循环水加热到180℃。
预热后的氧气进入氧气/蒸汽混合器X-1721。
汽包副产的中压饱和蒸汽（5.4MPaG、270℃）先通过蒸汽电加热器E-1701过热至300℃，然后进入蒸汽过滤器S-1703以确保没有铁锈颗粒（>10μm）进入不锈钢的氧气管道中，然后按蒸汽与氧气的比例控制（通常对应于每种煤是固定的比例，一般取H2O/O2：0.5～0.1，根据具体项目和煤种变化）送入氧气/蒸汽混合器进行混合，混合器（4.1MPaG、197℃）去粉煤烧嘴A-1701.从粉煤给料罐下部三个充气锥送出来的粉煤（4.7MPaG、80℃）进入粉煤加料器X-1701A-F，由调节阀17FV-1101/1201/1301控制粉煤质量流量，该阀主要由氧气/煤比例控制（一般为O2/C:0.6～1.0），并参照合成气中的二氧化碳（一般为5.0～16.0V％,干基)或者甲烷（<500ppm)的含量进行调节。
由调节阀17FV-1102/1202/1302控制加入粉煤加料器的二氧化碳（开车时为氮气）（5.1MPaG、100℃）的流量来调节粉煤悬浮速度。
然后悬浮粉煤（4.1MPaG、80℃）去粉煤烧嘴。
在开车和停车时，悬浮粉煤可通过三通阀17XV-1108/1208/1308循环至低压的粉煤贮罐。
粉煤和氧气/蒸汽混合器经粉煤烧嘴喷入气化炉F-1701气化炉中混合，进行部分氧化反应，反应在4.0MPaG、1500℃左右下进行，反应生成合成气，其主要成分为CO、H2、CO2以及少量的H2S、COS、N2、Ar、CH4等。
未反应的呈熔融状态的灰渣与粗合成气一起进入均布激冷水的激冷环，合成气被激冷水冷却并饱和后，向上穿过多层破泡条和旋流板分离器进行汽流分离，分离后的合成气由激冷室上部的合成气出口管线并加入喷淋后，导出去文丘里进一步洗涤；而灰渣被水激冷后沿下降管进入激冷室的水浴中冷却。
熔融状态的灰渣经过冷却固化，落入激冷室底部，经破渣机H-1701破碎除去大块渣后排入渣锁斗V-1703.激冷水进入下降管顶部的激冷环之后，一部分喷入高温气体，一部分均匀在下降管壁面先下流进激冷室，激冷室中的激冷水含有少量固体，在流量的控制下排出送到黑水处理系统的高压闪蒸罐对热量进行回收，并对水循环系统的固体含量进行控制。
粉煤烧嘴通过在其水夹套中通入冷却水来进行降温保护。
粉煤烧嘴冷却水（4.5MPaG、150℃）流入烧嘴，出烧嘴时温度升高（4.0MPaG、155℃），送至烧嘴冷却水泵P-1702加压，经烧嘴冷却水过滤器S-1702过滤、循环进入粉煤烧嘴。
烧嘴冷却水的补充为锅炉给水，其先经锅炉给水过滤器S-1704进入烧嘴冷却水缓冲罐V-1707，利用控制缓冲罐中水面上的压力，自动将锅炉给水补充至烧嘴冷却水循环系统中。
通过中压锅炉循环水泵P-1701将锅炉循环水加压打入气化炉水冷壁盘管内维持水冷壁盘管内大流量的强制水循环。
管内流动的水吸收炉内气化反应热后部分汽化，流入中压汽包V-1702(3.8～5.0MPaG、269℃）在中压汽包内进行汽液分离，饱和蒸汽送至蒸汽氧气混合器，多余的蒸汽送到厂蒸汽管道，水去循环水泵。
水的补充由锅炉给水总管送来，其流量受中压汽包液位控制。
（正常操作中一定要保证蒸汽的压力高于氧气压力，）开车时，首先点燃点火烧嘴的燃料气和氧气，然后点燃开工烧嘴的燃料气和氧气，对气化炉炉膛进行升温、升压，与此同时，利用开工引射器Z-1703抽出烟气放空，一旦燃烧升温稳定及烟气氧含量<0.5％（超过1分钟）后可将烟气倒向火炬。
气化炉在升温升压阶段待压力升至1.0MPaG，温度达到800℃后，可启动粉煤烧嘴控制程序。
锁斗循环系统的作用主要是将气化后的固体灰渣从激冷室定期排出，以保证气化炉的连续、稳定生产，固体灰渣主要是煤中的灰分高温熔融、冷却后生产的固体。
固体灰渣在激冷室底部，经破渣机(H-1701)破碎，经过两个锁斗阀（17XV-1613/17XV-1602)进入锁斗（V-1703)。
两个锁斗阀中下面一个是锁斗阀为锁斗进口阀（17XV-1602),锁斗收渣期间内，该阀打开，接受激冷室中排入的灰渣，当锁斗排渣时，该阀关闭，从而周期性地将锁斗和气化炉隔开。
固体灰渣除了靠重力排除，还通过锁斗循环泵（P-1704)帮助排渣。
锁斗循环泵从渣锁斗顶部抽水，送回激冷室底部，从而建立了锁斗循环系统。
固体进入锁斗后，大颗粒固体沿锁斗内部折流挡板沉降至锁斗底部。
通常一个锁斗循环周期为25分钟。
锁斗一旦准备排渣，水循环线路中锁斗循环泵进口阀（17XV-1608）关闭，锁斗循环泵循环阀（17XV-1609）打开使锁斗循环泵自循环，关闭锁斗进口阀（17XV-1613），将锁斗与气化炉隔开，然后打开锁斗泄压阀（17XV-1605）由泄压管线向渣池进行泄压，并打开泄压冲洗水阀（17XV-1605）冲洗泄压管线中的固体，当锁斗压力降到0.18MPa以下时，关闭锁斗泄压阀，打开锁斗冲洗水阀（17XV-1604）进行锁斗冲洗。
