日处理 500 吨煤 GE 水煤浆气化装置工艺设计

日处理500吨煤GE水煤浆气化装置工艺设计1

目录

第1章设计依据.......................................................................................1

1.1设计任务........................................................................................................1

1.2煤种及其元素分析........................................................................................1

1.3设计参数........................................................................................................1

1.4设计依据........................................................................................................1

第2章设计指导思想和设计原则...........................................................2

2.1工艺背景........................................................................................................2

2.2煤气化简介....................................................................................................2

2.3德士古气化技术简介[1].................................................................................3

2.3.1德士古气化技术基本原理.................................................................4

2.3.2德士古气化技术的优点[2]..................................................................4

2.3.3德士古气化技术的缺点.....................................................................5

2.3.4德士古气化技术的发展方向.............................................................6

2.4社会效益........................................................................................................6

第3章生产方法和工艺流程...................................................................7

3.1德士古气化整体流程....................................................................................7

3.2德士古气化炉内具体反应............................................................................8

3.3德士古煤气化工艺对煤质的要求................................................................9

[3]3.4德士古煤气化工艺中的关键设备.............................................................9

3.4.1气化炉...............................................................................................10

3.4.2烧嘴...................................................................................................10

3.4.3磨煤机和煤浆泵...............................................................................11

[4]3.4.4耐火砖............................................................................................11

3.5德士古煤气化工艺应用情况......................................................................11

第4章工艺计算.....................................................................................13

4.1气化炉工艺计算..........................................................................................13

4.1.1气体组分计算...................................................................................13

4.1.2气化炉出口气体组分.......................................................................16

4.1.3消耗指标及生产能力.......................................................................16

[5]4.2激冷室工艺计算.......................................................................................17

4.2.1热量守恒...........................................................................................18

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4.2.2相平衡等式.......................................................................................18

4.3文氏管工艺计算..........................................................................................19

4.3.1热量守恒...........................................................................................20

4.3.2相平衡等式.......................................................................................20

4.4碳洗塔工艺计算..........................................................................................21

4.4.1热量守恒...........................................................................................22

4.4.2相平衡等式.......................................................................................22

4.5小结..............................................................................................................23

第5章设备计算及选型.........................................................................24

5.1气化室计算..................................................................................................24

5.1.1计算炉体内径和气化室高度...........................................................24

5.1.2壁厚校核...........................................................................................24

5.1.3外径计算...........................................................................................25

5.1.4气化炉塔重及价格...........................................................................25

5.2喷嘴计算......................................................................................................25

5.3喷嘴换热器计算..........................................................................................27

5.3.1喷嘴换热器流量计算.......................................................................27

5.3.2喷嘴换热器泵的选型.......................................................................27

5.4管道计算......................................................................................................28

5.4.1氧气管道计算与选型.......................................................................28

5.4.2水煤浆管道计算与选型...................................................................28

5.4.3变换气管道计算与选型...................................................................28

第6章设备一览表.................................................................................29

6.1主要设备一览表..........................................................................................29

6.2管道及辅助设备一览表..............................................................................29

第7章设备配合条件.............................................................................30

7.1公用工程......................................................................................................30

7.2自控工程及其它..........................................................................................30

7.3土建工程......................................................................................................31

7.4环保工程......................................................................................................31

第8章参考文献.....................................................................................33

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第1章设计依据

1.1设计任务

完成德士古水煤浆气化工艺的方案评价；气化系统的物料热量衡算、相关设备计算和投资概算、公用工程计算；画带控制点的工艺流程图、气化炉设备图、气化工段渣水处理系统的设备平面布置图。

1.2煤种及其元素分析

组成%

C69.03

H4.64

O3.60

N2.24

S1.5

ASH19

煤的热值（HHV）：27.161MJ/kg

1.3设计参数

入炉煤浆浓度入炉煤浆压力MPa入炉煤浆温度?C

碳转化率热损失H2S：COS

60～65%4.5/6.85098%2%95：5

入炉氧气温度?C入炉氧气压力MPa气化炉压力（表压）MPa

操作温度?C入炉氧气浓度?C

254.2/6.84.0/6.5135098～99%

1.4设计依据

本设计的指标是有效气成分82%左右；比氧耗为400~500Nm3/1000Nm3（CO+H2）；比煤耗为550~570kg煤/1000Nm3（CO+H2）。

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第2章设计指导思想和设计原则

2.1工艺背景

我国能源结构的特点是富煤、缺油、少气。我国煤炭资源丰富，以煤炭为基础的煤基新能源发展前景十分广阔。在石油对外依存度达到50%以上的今天，煤化工产业作为石油替代的一个重要途径，有其存在的现实需要，而发展煤化工产业以在更多领域依靠煤炭替代石油、天然气等能源是必要的，但发展煤化工产业需要走清洁、高效的发展路线。这决定了我国必须立足国情，大力发展洁净煤技术，以此支持国民经济的稳定、健康、快速发展，缓解油品供应紧张，保障能源安全。煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术，对发展经济和保障能源安全具有重要的战略意义。

2.2煤气化简介

煤气化是指煤在特定的设备内，在一定的温度和压力下使煤中的有机物质与气化剂（如蒸汽、空气或氧气等）发生一系列的化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO、N2等非可燃气体的过程，是对煤炭进行化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。

不同的气化工艺对原料的性质要求有所不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。

煤气化技术的原则流程图如下：

空气

空分

备煤气化CO变换除尘除酸性气体甲烷化合成气除尘除酸性气体

图2-1煤气化原则流程图合成气

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煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：

（1）固定床气化

在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

（2）流化床气化

以恩德炉、灰熔聚为代表的气化技术。它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。流化床气化技术是朝鲜恩德“七.七”联合企业在温克勒粉煤流化床气化炉的基础上，经长期的生产实践，逐步改进和完善的一种煤气化工艺。灰融聚流化床粉煤气化技术根据射流原理，在流化床底部设计了灰团聚分离装置，形成床内局部高温区，使灰渣团聚成球，借助重量的差异达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下，连续有选择地排出低碳量的灰渣。

（3）气流床气化

它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。其代表工艺壳牌干煤粉气化工艺于1972年开始进行基础研究，1978年投煤量150t/d的中试装置在德国汉堡建成并投人运行。1987年投煤量250~400t/d的工业示范装置在美国休斯敦投产。在取得大量实验数据的基础上，日处理煤量为2000t的单系列大型煤气化装置于1993年在荷兰Demkolec电厂建成，煤气化装置所产煤气用于联合循环发电，经过3年多示范运于1998年正式交付用户使用。目前，我国已经引进23套壳牌气化炉装置。

（4）熔浴床气化

它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

2.3德士古气化技术简介[1]

德士古气化法是一种以水煤浆为进料，氧气为气化剂的加压气流床气化工艺。属于气流床湿法加料，液态排渣的加压煤气化技术。此加压气化过程属于气