氣流床加壓氣化工藝介紹

氣流床加壓氣化工藝介紹一、工藝原理本煤氣化技術(shù)屬氣流床加壓氣化工藝。濃度60.5%的水煤漿通過(guò)煤漿給料泵加壓與高壓氧氣(純度99.6%)通過(guò)四個(gè)對(duì)稱(chēng)布置在氣化爐中上部同一水平面的工藝噴嘴對(duì)噴進(jìn)入氣化爐燃燒室。對(duì)噴撞擊后形成6個(gè)特征各異的流動(dòng)區(qū)，即射流區(qū)、撞擊區(qū)、撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)和管流區(qū)組成。利用煤的部分氧化釋放出熱量，維持在該煤種灰熔點(diǎn)溫度以上進(jìn)行氣化反應(yīng)。爐內(nèi)溫度約1350°C,反應(yīng)過(guò)程非常迅速，一般在4—10秒內(nèi)完成。射流區(qū)：流體從噴嘴以較高速度噴出后，由于湍流脈動(dòng)，射流將逐漸減弱，直至與相鄰射流邊界相交。同時(shí)受撞擊區(qū)較高壓力的作用，射流速度衰減加快，射流擴(kuò)張角也隨之加大，此后為撞擊區(qū)。撞擊區(qū)：當(dāng)射流邊界交匯后，在中心部位形成相向射流的劇烈碰撞運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域靜壓較高，且在撞擊區(qū)中心達(dá)到最高。此點(diǎn)即為駐點(diǎn)，射流軸線速度為零，由于相向流股的撞擊作用，射流速度沿徑向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，徑向速度(即沿設(shè)備軸向速度)逐漸增大。撞擊區(qū)內(nèi)速度脈動(dòng)劇烈，湍流強(qiáng)大、混合作用好。撞擊流股：四股流體撞擊后，流體沿反應(yīng)器軸向運(yùn)動(dòng)，分別在撞擊區(qū)外的上方和下方形成了流動(dòng)方向相反，特征相同的兩個(gè)流股。在這個(gè)區(qū)域中，撞擊流股具有與射流相同的性質(zhì)，即流股對(duì)周邊流體也有卷吸作用，使該區(qū)域?qū)挾妊剌S向逐漸增大，軸向速度沿徑向衰減，直至軸向速度沿徑向分布平緩?；亓鲄^(qū)：由于射流和撞擊流股都具有卷吸周邊流體的作用，故在射流區(qū)邊界和撞擊流股邊界，出現(xiàn)在回流區(qū)。折返流區(qū)：沿反應(yīng)器軸線向上運(yùn)動(dòng)的流股對(duì)拱頂形成撞擊流，近爐壁沿著軸線折返朝下運(yùn)動(dòng)。管流區(qū)：在爐膛下部，射流、射流撞擊、撞擊流股，射流撞擊壁面等特征消失，軸向速度沿徑向分布保持不變，形成管流區(qū)。水煤漿、氧氣進(jìn)入氣化室后，相繼進(jìn)行霧化、傳熱、蒸發(fā)、脫揮發(fā)份、燃燒、氣化等六個(gè)物理和化學(xué)過(guò)程，前五個(gè)過(guò)程速度較快，已基本完成，而氣化反應(yīng)除在上述五區(qū)中進(jìn)行外，主要在管流區(qū)中進(jìn)行。煤漿顆粒在氣化爐內(nèi)的氣化過(guò)程經(jīng)歷了以下步驟：顆粒的湍流彌散；顆粒的振蕩

運(yùn)動(dòng)；顆粒的對(duì)流加熱；顆粒的輻射加熱；煤漿蒸發(fā)與顆粒中揮發(fā)分的析出；揮發(fā)產(chǎn)物的氣相反應(yīng)；煤焦的多相反應(yīng)；灰渣的形成。氣化反應(yīng)是串并聯(lián)反應(yīng)同時(shí)存在的極為復(fù)雜的反應(yīng)體系，可分為一次反應(yīng)與二次反應(yīng)：①一次反應(yīng)區(qū)(燃燒區(qū))進(jìn)入該區(qū)的反應(yīng)物有工藝氧氣，煤漿以及回流流股和折返流流股中CO、H2等。水煤漿入爐后，首先進(jìn)行霧化，同時(shí)接受來(lái)自火焰、爐內(nèi)壁、高溫氣體、固體物等的輻射熱，以及回流流股及折返流流股的熱量。煤漿瞬間蒸發(fā)、煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物、揮發(fā)份及其它易燃組份在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，放出大量熱。這個(gè)過(guò)程進(jìn)行得相當(dāng)短，主要發(fā)生在射流區(qū)與撞擊區(qū)，其結(jié)束的標(biāo)志是氧消耗殆盡。二次反應(yīng)區(qū)進(jìn)入二次反應(yīng)區(qū)的組份有煤焦，CO2、CH4、H2O以及CO、H2等組份。這是主要進(jìn)行的煤焦CH4等與H2O、CO2發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H2。這是有效氣成份的重要來(lái)源。二次反應(yīng)主要發(fā)生在管流區(qū)。一次與二次反應(yīng)共存區(qū)多噴嘴對(duì)置氣化爐中射流區(qū)與撞擊區(qū)，撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)共存，不時(shí)進(jìn)行質(zhì)量交換，再加湍流的隨機(jī)性，射流區(qū)的反應(yīng)組份及產(chǎn)物都有可能進(jìn)入撞擊區(qū)，撞擊流股、回流區(qū)、折返流區(qū)，導(dǎo)致這些區(qū)域既進(jìn)行一次反應(yīng)，也進(jìn)行二次反應(yīng)。二次反應(yīng)以吸熱為主，致使發(fā)生二次反應(yīng)的區(qū)域溫度較低，相對(duì)地起到保護(hù)耐火磚的作用。4氣化爐所進(jìn)行的反應(yīng)一般可表述為：(1)主反應(yīng)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）同時(shí)還可能發(fā)生以下副反應(yīng)：N2+3H2+2C-2HCN HCN+3H2-NH3+CH4NH3-1/2N2+3/2H2 CO+H2O-HCOOH COS+H2-H2S+CO二、工藝流程敘述儲(chǔ)煤系統(tǒng)來(lái)的原煤，經(jīng)破碎后（粒度W10mm）送入煤倉(cāng)（V1101），在煤倉(cāng)中儲(chǔ)存可供8小時(shí)的用量。煤倉(cāng)中的煤經(jīng)煤稱(chēng)量給料機(jī)（W1101）精確計(jì)量后，送入磨煤機(jī)（M1101）。來(lái)自渣水處理工段濾液受槽（V1416）的濾液由調(diào)節(jié)閥FV1101進(jìn)行流量調(diào)節(jié)后進(jìn)入磨煤機(jī)，上述條件不具備時(shí)，供磨煤機(jī)的工藝水可由新鮮水補(bǔ)充。從界區(qū)外運(yùn)來(lái)的煤漿添加劑由軟管送入到添加劑緩沖槽，再由添加劑緩沖槽放入添加劑地下槽（V1207），添加劑地下槽再加入新鮮水，配制成一定濃度的添加劑，再由添加劑地下槽泵（P1202）送到添加劑槽（V1202）中備用，添加劑槽中的添加劑經(jīng)添加劑給料泵（P1203）計(jì)量后送入磨煤機(jī)。煤、水、添加劑按一定的比例在磨煤機(jī)內(nèi)混合，經(jīng)鋼棒的研磨后，磨成濃度約為58.5—63%、粘度700—1500cP的可泵送的水煤漿，水煤漿從磨煤機(jī)出口溢流出來(lái)，經(jīng)過(guò)滾筒篩（S-1101）濾去3mm以上的大顆粒后，自流入磨煤機(jī)出料槽（V1102），由磨煤機(jī)出料槽泵（P1101）加壓后，送至煤漿分流器（V1111），可選擇進(jìn)入兩煤漿槽（V1201）中的任意一個(gè)，貯存在煤漿槽內(nèi)待用。為防止煤漿在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生分層沉淀，在磨煤機(jī)出料槽、煤漿槽頂部分別安裝有攪拌器（X1101）、（X1201）進(jìn)行攪拌。煤漿槽內(nèi)的煤漿分別經(jīng)兩臺(tái)煤漿給料泵（P1201）加壓后與空分系統(tǒng)來(lái)的高壓氧氣，經(jīng)氣化爐的四個(gè)預(yù)膜式工藝燒嘴（X1301），送入氣化爐（R1301），在氣化爐燃燒室內(nèi)發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成以CO和H2為主要成分的粗合成氣，熔渣及未完全反應(yīng)的碳通過(guò)燃燒室下部的渣口與洗滌冷卻水沿洗滌冷卻管內(nèi)壁并流而下，進(jìn)入氣化爐洗滌冷卻室，初步冷卻的粗合成氣經(jīng)洗滌冷卻室的水浴進(jìn)一步洗滌和冷卻，然后鼓泡上升經(jīng)四層破泡板汽水分離后，由洗滌冷卻室上部的合成氣出口離開(kāi)氣化爐。出氣化爐的粗合成氣經(jīng)過(guò)混合器（X1403）潤(rùn)濕及旋風(fēng)分離器（V1408）分離大部分潤(rùn)濕的細(xì)灰后送水洗塔（T1401）進(jìn)一步洗滌除塵，將合成氣含塵量降至＜1mg/Nm3后送凈化系統(tǒng)。熔渣在洗滌冷卻室的水浴中通過(guò)破渣機(jī)破碎后被鎖斗循環(huán)水夾帶進(jìn)入鎖斗（V1307）定期排入渣池。未完全反應(yīng)的碳顆粒懸浮在黑水中，隨黑水到渣水處理工序作進(jìn)一步處理。水洗塔中部含固量較低的洗滌黑水經(jīng)黑水循環(huán)泵（P1401）加壓后分三路，兩路經(jīng)黑水過(guò)濾器（V1309）過(guò)濾后送入氣化爐激冷環(huán)和托磚板噴淋水環(huán)管，另一路送入混合器（X1403）作為洗滌、潤(rùn)濕水。從氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔出來(lái)的三股洗滌黑水經(jīng)液位、流量串級(jí)調(diào)節(jié)控制并減壓后送入蒸發(fā)熱水塔（T1402）蒸發(fā)室。減壓后的黑水在蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室內(nèi)發(fā)生閃蒸，水蒸汽及部分溶解在黑水中的酸性氣CO2、H2S等被迅速閃蒸出來(lái)，通過(guò)上升管進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部的熱水室，與低壓灰水泵來(lái)的灰水直接接觸，低壓灰水被加熱。經(jīng)換熱后未冷凝的閃蒸氣體送凈化工序。初步濃縮后的黑水通過(guò)蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室液位調(diào)節(jié)閥控制送入低壓閃蒸罐（V1406），進(jìn)行閃蒸。閃蒸后的氣體進(jìn)入除氧槽（V1405），作為熱源加熱進(jìn)入除氧槽的一次水，進(jìn)一步濃縮的黑水通過(guò)低壓閃蒸罐下部液位調(diào)節(jié)閥控制送入真空閃蒸罐（V1402）。閃蒸后的氣體進(jìn)入真空閃蒸冷凝器被冷卻，剩余氣體通過(guò)真空閃蒸分離器（V1403）后進(jìn)入真空泵，從高點(diǎn)排放到大氣。最終濃縮的黑水與絮凝劑混合后自流進(jìn)入澄清槽（V1411）。加入的絮凝劑在澄清槽中用來(lái)強(qiáng)化濃縮黑水中固體顆粒的沉降。進(jìn)一步濃縮沉降后的黑水濃度達(dá)30%以上，經(jīng)澄清槽底流泵（P1407）送入真空過(guò)濾機(jī)系統(tǒng)處理。分離出的濾餅運(yùn)出界外，濾液自流進(jìn)入濾液受槽。澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽（V1412）?；宜壑械幕宜?jīng)低壓灰水泵（P1406）分四路，一路輸送到蒸發(fā)熱水塔熱水室，加熱后經(jīng)高溫?zé)崴锰釅旱?.2MPa返回水洗塔作為洗滌水；第二路作為鎖斗的排渣沖洗水；第三路作為氣化爐預(yù)熱時(shí)的預(yù)熱水；第四路是將少量的灰水經(jīng)廢水換熱器后送廢水處理系統(tǒng)。鎖斗排渣系統(tǒng)由一套邏輯聯(lián)鎖自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，每個(gè)循環(huán)周期約為30分鐘，其中渣收集的時(shí)間為28分鐘，排渣時(shí)間約為2分鐘。氣化爐洗滌冷卻室底部的渣及少量的未完全燃燒的殘?zhí)碱w粒通過(guò)破渣機(jī)破碎后收集在鎖斗內(nèi)。為了有利于渣的收集，設(shè)置了鎖斗循環(huán)泵（P1302），通過(guò)鎖斗循環(huán)泵將鎖斗內(nèi)部的黑水加壓循環(huán)回氣化爐洗滌冷卻室底部，使洗滌冷卻室中的黑水在向下流動(dòng)的過(guò)程中將渣帶下。鎖斗具體排渣過(guò)程是：渣收集結(jié)束后，鎖斗入口閥關(guān)閉；接著鎖斗泄壓閥打開(kāi)泄壓，當(dāng)鎖斗壓力小于0.28MPa時(shí)鎖斗泄壓閥關(guān)閉；接著鎖斗沖洗閥，鎖斗出口閥打開(kāi)，對(duì)鎖斗進(jìn)行沖洗，將鎖斗內(nèi)的渣沖入渣池(V1303)。沖洗結(jié)束時(shí)鎖斗出口閥和鎖斗沖洗閥關(guān)閉，鎖斗充壓閥打開(kāi)將鎖斗充壓至正常操作壓力，充壓完畢后關(guān)閉充壓閥，打開(kāi)鎖斗入口閥；排渣完畢。鎖斗繼續(xù)下一個(gè)循環(huán)的渣收集。在鎖斗排渣期間，鎖斗循環(huán)泵自身循環(huán)。收集在渣池的渣經(jīng)刮板撈渣機(jī)(M1301)撈出后，裝入渣車(chē)運(yùn)到界區(qū)外。細(xì)渣通過(guò)渣池泵送往真空閃蒸罐，與閃蒸黑水一同自流入澄清槽。工藝燒嘴在氣化爐燃燒室內(nèi)長(zhǎng)期受到爐內(nèi)高溫?zé)彷椛洌ぷ鳝h(huán)境惡劣，使用壽命較短，為延長(zhǎng)工藝燒嘴的使用壽命，有一套專(zhuān)門(mén)針對(duì)燒嘴頭部進(jìn)行冷卻的燒嘴冷卻水系統(tǒng)。燒嘴冷卻水由燒嘴冷卻水泵P1301加壓，經(jīng)燒嘴冷卻水換熱器E1301冷卻后送入四個(gè)工藝燒嘴的冷卻盤(pán)管內(nèi)。從工藝燒嘴出來(lái)的冷卻水回流至燒嘴冷卻水槽繼續(xù)循環(huán)使用。燒嘴冷卻水壓力低于氣化爐操作壓力，如果燒嘴冷卻水盤(pán)管損壞，合成氣因泄漏被冷卻水帶入燒嘴冷卻水分離罐V1306。燒嘴冷卻水分離罐的放空管線上設(shè)有CO監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，一旦CO超標(biāo)，表明有合成氣進(jìn)入工藝燒嘴的盤(pán)管，工藝燒嘴盤(pán)管已損壞，需立即停車(chē)處理。燒嘴冷卻水系統(tǒng)另設(shè)有事故燒嘴冷卻水罐V1302，它的作用是當(dāng)兩臺(tái)燒嘴冷卻水泵均出現(xiàn)故障，冷卻水流量無(wú)法滿(mǎn)足冷卻要求時(shí)，作為緊急補(bǔ)水之用。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，裝置還設(shè)有一套安全聯(lián)鎖邏輯控制系統(tǒng)來(lái)保證整個(gè)生產(chǎn)裝置的開(kāi)停車(chē)及安全運(yùn)行。高壓氮?dú)鈮毫Γ?.0MPa，水洗塔壓力W0.6MPa，按“初始化”按鈕，打開(kāi)煤漿循環(huán)閥、氧氣放空閥，建立煤漿循環(huán)以及氧氣放空流量；此時(shí)系統(tǒng)處于投料前的預(yù)