氣化裝置設(shè)備講義

1、氣化裝置設(shè)備講義氣化裝置是神華寧夏煤業(yè)集團煤基烯烴項目的“龍頭”裝置。此裝置采用先進的干煤粉氣化技術(shù)，將粉磨、干燥之后的煤粉，加壓輸入該裝置的核心設(shè)備GSP氣化爐中，在氧化劑和緩和劑的共同作用下，氣化為含大量有效氣體成分（一氧化碳和氫氣）的粗合成氣體，然后將此粗合成氣體進行除塵和降溫，輸送到下游裝置進行進一步處理，使其滿足甲醇合成反應(yīng)的要求。GSP氣化爐結(jié)合傳統(tǒng)的殼牌氣化爐“水冷壁”結(jié)構(gòu)和德士古氣化爐“激冷”工藝，此設(shè)計理念開創(chuàng)了二者結(jié)合的先河，整體來說結(jié)構(gòu)比較簡單，工藝流程短，運行效率高，投資省。水冷壁“以渣抗渣”的設(shè)計，為爐內(nèi)腐蝕、磨蝕、沖刷的工藝環(huán)境提供了良好的應(yīng)對措施。爐內(nèi)激冷形成的煤

2、渣，通過氣化爐底部的排渣系統(tǒng)，裝載運送到界區(qū)外；激冷工藝和氣體洗滌單元產(chǎn)生的大量廢水，到黑水處理單元進行壓濾、加藥沉降處理，然后返回激冷、渣處理系統(tǒng)和洗滌單元重復(fù)利用；反應(yīng)發(fā)生過程中，產(chǎn)生的大量熱，由水吸收形成低壓蒸汽，供裝置內(nèi)使用。氣化裝置從工藝處理的單獨性可以分為9個單元，磨煤干燥、進料、氣化、排渣、氣體處理、閃蒸、黑水處理、氧氣-氫氣、公用系統(tǒng)，其中設(shè)備的分布情況參見附表1。一、 磨煤干燥單元磨煤干燥單元共有設(shè)備 臺，其中動設(shè)備 臺，靜設(shè)備 臺。此單元的工藝作用是將界區(qū)外來的，直徑在25mm以下的煤進行磨粉和干燥，使粉煤的細度和含水量達到高壓氣體輸送和氣化的要求。磨煤干燥單元的核心設(shè)備是

3、磨煤機，我裝置采用的是中速磨煤機。目前國內(nèi)采用的中速磨煤機有以下四種：1. 輥盤式中速磨，又稱平盤磨；平盤磨，其碾磨部件是23個錐形輥子和圓形平盤組成，輥子軸線與平盤成15夾角。為了防止原煤在旋轉(zhuǎn)平盤上未經(jīng)碾磨就甩到風(fēng)環(huán)室，在平盤外緣沒有擋圈，擋圈還使平盤上保持適當(dāng)煤層厚度，以提高碾磨效果。1減速齒輪箱 2磨盤 3磨輥 4加壓彈簧 5落煤管 6-分離器 7氣粉混合物出口 8風(fēng)環(huán)2. 輥碗式中速磨，又稱碗式磨或RP型磨，1減速箱 2淺沿磨碗 3風(fēng)環(huán) 4加壓缸 5氣粉混合物出口 6原煤入口 8分離器 9磨輥 10熱風(fēng)進口 11雜物刮板 12雜物排放管碗式磨，其碾磨部件是輥筒和碗形磨盤。早期制造碗式

4、磨的鋼碗較深，隨著出力的提高，現(xiàn)在多采用淺碗形或斜盤形鋼碗。3. 球環(huán)式中速磨，又稱中速球磨或E型磨；中速球磨。此磨煤機好似一個大型的無保持架的推力軸承。約十個鋼球夾在上、下磨環(huán)之間，它們上下配合的剖面圖形猶如字母“E”，故又稱E型磨。鋼球在磨環(huán)帶動下回轉(zhuǎn)的同時，也不斷改變自身的旋轉(zhuǎn)軸線而滾動。因此，鋼球在全部工作壽命期間始終保持圓球形。1導(dǎo)塊 2壓緊環(huán) 3上磨環(huán) 4鋼球 5下磨環(huán) 6軛架 7石子煤箱 8活門 9壓緊彈簧 10熱風(fēng)進口 11煤粉出口 12原煤進口4. 輥一環(huán)式中速磨，又稱MPS磨。MPS磨。它是新型的中速磨。碾磨部件是三個凸形輥子和一個具有凹形槽道的磨環(huán)。輥子尺寸大，且邊緣近于

5、球狀；輥子軸線固定，這些都促使磨煤出力高于其它中速磨。此外，MPS磨的碾磨壓力是通過彈簧和三根拉緊鋼絲繩直接傳遞到基礎(chǔ)上，故可以在輕型機殼條件下對碾磨部件施加高壓。這些獨特之處使MPS磨更易大型化。聯(lián)邦德國已制造出磨煤出力為65t/h的MPS磨。1彈簧壓緊環(huán) 2彈簧 3壓環(huán)4滾子 5壓塊 6輥子 7磨環(huán) 8磨盤 9噴嘴環(huán) 10拉緊鋼絲繩這些磨煤機的工作轉(zhuǎn)速為50300r/min,故稱中速磨煤機。上述四種中速磨結(jié)構(gòu)可見圖。西安熱工研究所對采用的碗式磨、中速球磨和MPS磨的主要特點進行了比較。從表1可知，中速球磨適應(yīng)磨損指數(shù)較大的煤種，碾磨件壽命較長，但運行電耗大；由于其直徑較大，向大型化發(fā)展受到

6、限制。MPS磨和碗式磨的電耗低于中速球磨，而MPS磨的碾磨件壽命相對較短。這里應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)磨制的煤種的磨損指數(shù)kms1.0時，不論選用哪種中速磨，其碾磨部件壽命都較高，而此時，如采用碗式磨，還可享有運行電耗低、檢修方便等優(yōu)越性。表1碗式磨、中速球磨和MPS磨特點比較研磨部件及其材料以8000小時為限所適用的煤種磨損指數(shù)k尺寸比較（以40t/h出力為例對同一種煤，研磨部件壽命更換一套研磨部件所需工日運行電耗（kWh/t）中速球磨（E型）磨環(huán)：NiCr合金鑄鐵滾球：低合金鑄鋼K3.52.5m較長100120個每噸煤的電耗比碗式磨和MPS磨多5-6kWh碗式磨（RJ型）輥套：NiCr鑄鐵襯板：高Cr

7、鑄鐵k1.02.43m中間7580個某值MPS磨輥套和護瓦均為：NiCr冷硬鑄鐵k2.01.9m較短100120個某值中速磨的煤種適應(yīng)性不如低速球磨機廣泛，它一般只適用于煙煤和貧煤，且煤的可磨系數(shù)kkmHa50,原煤水分也不能過高。但中速磨重量輕、占地小、制粉系統(tǒng)管路簡單、投資??；運行時還具有電耗低、噪音低等優(yōu)點。因此這種中速磨煤機目前在大容量機組中已得到日益廣泛的應(yīng)用。二、 氣化單元氣化單元的中心設(shè)備是氣化爐，氣化爐采用德國GSP帶激冷室的水冷壁式反應(yīng)器，水冷壁結(jié)構(gòu)是為了滿足高灰分的原料而進行的特殊工藝設(shè)計。氣化爐直徑3300mm，爐體高約17500mm。本裝置氣化爐的設(shè)計是以煤樣B為設(shè)計基

8、礎(chǔ)的，因為煤樣B的灰熔點比較高，這是氣化爐設(shè)計中所考慮的最重要的因素之一。同一個反應(yīng)器能夠處理高灰熔點的煤，那么也就能夠處理灰熔點比較低的煤，只是相關(guān)技術(shù)參數(shù)不同。氣化反應(yīng)壓力為：4.10 MPa (a)，反應(yīng)溫度大約為：1650 oC，這是依據(jù)爐渣熔化溫度的特性和原料中有效成分和灰分來確定的。在設(shè)計時，確定的反應(yīng)溫度遠遠低于灰分的流化溫度，因此反應(yīng)系統(tǒng)是相當(dāng)安全的。為了達到符合要求的碳轉(zhuǎn)化率和合成原料氣的組成，必須保證氣化爐的反應(yīng)溫度，而反應(yīng)溫度最終又是通過控制氧氣的進料量來實現(xiàn)的。氣化室激冷室反應(yīng)生成的高溫原料合成氣和液體熔渣離開反應(yīng)室，一起排泄到下方的激冷室，激冷室上部設(shè)有噴淋水，合成氣

9、在這里被降溫，沖洗。沖洗完的水在激冷室底部形成水浴，熔渣在這里降溫，形成粒狀。為了使原料合成氣中含有最大量的水份，必須對激冷水進行加熱預(yù)處理。下游裝置（CO-變換）產(chǎn)生的工藝冷凝液，需循環(huán)回氣化單元，作為文丘里的沖洗水，然后又作為激冷室的噴淋水。激冷排放水、文丘里溢出水和熔渣排泄水都被送到黑水處理單元。在黑水處理單元，經(jīng)過處理的“干凈”水，其中主要的部分循環(huán)回氣化單元作為激冷水，剩余的部分送出氣化界區(qū)做一步的凈化處理，然后排入污水處理系統(tǒng)。三、 洗滌系統(tǒng)洗滌系統(tǒng)是將從氣化爐出來的粗合成氣，經(jīng)過兩級文丘里洗滌，洗去攜帶的顆粒物，并通過分離器沉降脫出。洗滌系統(tǒng)的主要設(shè)備是文丘里洗滌器和分離器。文丘

10、里洗滌器的工作原理是靠高速運動的氣流及流經(jīng)的管道截面發(fā)生變化，使氣體與洗滌液液在高速氣流中發(fā)生相對運動，從而達到洗滌氣體的目的。（如圖4.2） 圖4.2 文丘里洗滌器凈化原理圖 文丘里除塵器的除塵過程，可分為霧化、凝聚和脫水三個過程。文丘里管實際上是整個裝置的預(yù)處理部分，它使微粒凝聚而使其有效尺寸增大，易于捕集，而真正將顆粒物與夾帶微粒的水滴分離的過程是在除霧器中進行的。 在A段以前氣體與氣體及洗滌液以同等的速度流動，進入收縮管A后流速增大，粗合成氣產(chǎn)生較大的加速度，由于洗滌水質(zhì)量較重，產(chǎn)生的加速度較小。此時洗滌水與氣體即產(chǎn)生相對運動，因而兩者就有了碰撞、接觸的機會，同時洗滌水被霧化。 在喉管

11、B，氣體流速達到最大值，由于管道截面較小，氣體及洗滌液均被壓縮，運動速度達到50100m/s，此時B段成為高密度的混合區(qū)，從噴嘴噴射出來的水滴，在高速氣流沖擊下進一步霧化成更細小的液沫（霧滴），氣體濕度達到飽和，同時塵粒表面附著的氣膜被沖破，使塵粒被水濕潤。壓力降低，塵粒與水滴，或塵粒與塵粒之間發(fā)生激烈的碰撞、凝聚。通過B段以后，氣體與洗滌水的混合體，以高密度、高速度的形態(tài)進入擴散管C，由于截面增大，所以氣流速度減小，壓力回升，在氣、液、固三相之間由于慣性力的不同，產(chǎn)生了相對運動，于是固體顆粒大小顆粒間、液體和固體間、以及液體不同直徑水滴間發(fā)生了相互碰撞，凝并。即洗滌液對氣體又進行了一次捕集。

12、氣流速度的減小和壓力的回升使凝聚作用發(fā)生得更快。有利于顆粒的有效尺寸增大。粒徑較大的含塵水滴進入脫水器后，在重力、離心力等作用下，塵粒與水分離，達到除塵的目的。分離器工作原理:：含塵氣體從入口導(dǎo)入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉(zhuǎn)向下的外旋流。懸浮于外旋流的粉塵在離心力的作用下移向器壁，并隨外旋流轉(zhuǎn)到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)旋流并經(jīng)過排氣管排出。除塵器適用于凈化大于510微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費用和阻力較低（80160毫米水柱）的凈化設(shè)備，除塵器在凈化設(shè)備中應(yīng)用得最為廣泛。四、 沉降系統(tǒng)這個系統(tǒng)是屬于黑水處理單元的，是

13、將經(jīng)過閃蒸的黑水，在澄清桶中加入絮凝劑使其中微粒加速沉降。通過電機和減速器的傳動，接近錐壁的刮板作低速運轉(zhuǎn)，沉降到錐壁上的泥漿，被刮板刮到下面排出口處，最后排到后序系統(tǒng)進行過濾脫水處理。澄清桶外形圖五、 壓濾系統(tǒng)這個系統(tǒng)也是屬于黑水處理單元，將從澄清桶排出的泥漿，通過壓濾機使其水分大部分脫出，然后運至界區(qū)外。本工序的主要設(shè)備是過濾設(shè)備，目前常用的過濾設(shè)備有壓濾機和真空過濾機。（1） 壓濾機廂式、板框壓濾機是典型的加壓過濾機，它于18世紀初就應(yīng)用于化工生產(chǎn)，至今仍在化工生產(chǎn)領(lǐng)域中廣泛使用。過濾的推動力是過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差，稱為工作壓力。廂式、板框壓濾機的工作壓力一般為0.5Mpa1.0Mpa，

14、特殊情況下還可以更大些。板框過濾機的過濾過程為：懸浮液從進料孔道引入各個濾框，濾液在壓力推動下通過過濾介質(zhì)層，流向濾板過濾面，在過濾面的溝槽集中后從濾液排出孔排出機外。板框壓濾機通常用濾板作為過濾介質(zhì)，有特殊要求時也可以用紙板作為過濾介質(zhì)，如石油工業(yè)的精細過濾過程采用濾紙作為過濾介質(zhì)。在過濾的初期，懸浮液中的細小顆粒往往通過濾布層，所以濾液并不十分清澈，但較大顆粒很快被濾布纖維截住，或卡在纖維間隙的通道內(nèi)，使濾液通過的縫隙迅速變小，這個過程在過濾理論上稱為架橋現(xiàn)象。廂式、板框壓濾機過濾面積大，適用范圍廣，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、礦山、染料、制藥、食品、環(huán)保等行業(yè)，適用于顆粒小、濃度低、粘

15、度較大的懸浮液分離，是細粘難過濾物料分離的理想設(shè)備。廂式、板框壓濾機BASB /600-N不銹鋼板框壓濾機型號說明：A X-Z 50/800-30U 其中：X表示廂式壓濾機（B表示板框壓濾機）；M表示明流，A表示暗流；Z表示全自動，液壓壓緊省略（S表示手動壓緊，M，J表示機械壓緊，Q表示千斤頂壓緊）；50表示過濾面積為50m2；800表示板框外形尺寸為800800；30表示板框厚度；U表示塑料（X表示橡膠，鑄鐵省略）。BAS B /600-N 其中：B表示板框壓濾機；A臥式暗流；S表示手動壓緊；B 表示紙板；600表示框外形尺寸；N表示耐腐蝕鋼。BA B /1000-N 其中：B表示板框壓濾機

16、；A臥式暗流；自動壓緊；B 表示紙板；1000表示框外形尺寸，N表示耐腐蝕鋼。（2） 帶式真空過濾機 橡膠帶式真空過濾機又稱固定帶式真空過濾機，是一種自動化程度較高的新型固液分離設(shè)備。該類設(shè)備一般由橡膠濾帶、真空箱、驅(qū)動輥、膠帶支承臺、進料斗、濾布調(diào)偏裝置、濾布洗滌裝置和機架等部件組成，是充分利用物料重力和真空吸力實現(xiàn)固液分離的高效分離設(shè)備。 橡膠帶式真空過濾機以濾布為過濾介質(zhì)，采用整體的環(huán)形橡膠帶作為真空室。環(huán)形膠帶由電機拖動連續(xù)運行，濾布鋪敷在膠帶上與之同步運行，膠帶與真空滑動接觸（真空室與膠帶間有環(huán)形摩擦帶并通入水形成水密封），料漿由布料器均勻地布在濾布上。當(dāng)真空室接通真空系統(tǒng)時，在膠帶

17、上形成真空抽濾區(qū)，濾液穿過濾布經(jīng)膠帶上的橫溝槽匯總并由小孔進入真空室，固體顆粒被截留在濾布上形成濾餅。進入真空室的液體經(jīng)氣水分離器排出，隨著橡膠帶的移動，已形成的濾餅依次進入濾餅洗滌區(qū)和吸干區(qū)，最后濾布與膠帶分開，在卸濾餅輥處將濾餅卸出。卸除濾餅的濾布經(jīng)清洗后獲得再生，再經(jīng)過一組支承輥和糾偏裝置后重新進入過濾區(qū)，開始進入新一過濾周期。橡膠帶式真空過濾機與移動室式真空過濾機相比，它克服了移動室式帶濾機每工作一個過程都要卸掉真空及能耗較高的缺點，實現(xiàn)了真正意義上的連續(xù)運行、連續(xù)過濾，物料從下料、真空脫水、濾餅洗滌、脫渣到濾布清洗，可以不間斷地同步進行。 橡膠帶式真空過濾機結(jié)構(gòu)上的最突出特點：一是采用了固定真空盒，膠帶在真空盒