1、气化炉型气化炉型航天炉航天炉 一、简介一、简介 二、工艺介绍二、工艺介绍 三、关键设备三、关键设备 四、特点四、特点 五、技术参数五、技术参数 六、现状六、现状 七、风险七、风险 目目 录录一、简介长期以来，国内缺乏自主的粉煤加压气化技术，国内煤化工不能大规模地发展引进国外技术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。航天炉又名HT-L煤粉加压气化炉 ，是借鉴荷兰SHELL、德国GSP、美国TEXACO煤气化工艺中先进技术，配置自己研发的盘管式水冷壁气化炉而形成的一套结构
2、简单、有效实用的煤气化工艺。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。航天长征化学工程股份有限公司（简称“航天工程公司”）前身为北京航天万源煤化工工程技术有限公司，主营业务是以航天粉煤加压气化技术为核心，专业从事煤气化技术及关键设备的研发、工程设计、技术服务、设备成套供应及工程总承包。航天工程公司目前拥有自主知识产权的航天（HT-L）粉煤加压气化技术，该技术可广泛应用于煤制
3、合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气、煤制油、煤制氢、IGCC发电等领域。二、工艺介绍 HT-L粉煤气化技术工艺原理为原料煤经过磨煤、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14001600的合成气经过冷却后，出气化炉的温度为210220，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1010-6的粗合成气。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
4、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。三条相同的进煤管线粉煤过滤器S-1103粉煤贮仓V-1201V-1204粉煤锁斗V-1205粉煤给料罐中压汽包V-1302原料煤贮仓V-1101磨煤机A-1101惰性气体发生器
5、F-1101原料煤高压氮气空气燃料气渣称重给煤机X-1101氧气加热器E-1309P-1301A/B汽包循环泵F-1301气化炉洗涤塔C-1301高压闪蒸罐V-1401真空闪蒸罐V-1404除氧器V-1408灰水罐T-1401沉降槽S-1401过滤机S-1402锅炉给水中压过热蒸汽氧气粗合成气去火炬粗合成气脱盐水闪蒸气去火炬冷凝液来自变换低压饱和蒸汽滤饼污水中压蒸汽渣锁斗V-1303Q-1401/V-1411捞渣机备煤系统气化及合成气洗涤系统渣及灰水处理系统V-1309氧气缓冲罐工艺系统介绍1、磨煤与干燥系统 磨煤与干燥系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，两套系统一开一备
6、，单套能力35吨/小时，目的是制造出粒度小于90微米的大于80%、水含量小于2%的煤粉。没有单独的石灰石加入系统，只是利用皮带秤通过比值调节将粒状石灰石加到输煤皮带上，一块进入磨煤机研磨。2、加压输送系统 加压输送系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与SHELL工艺相同，目的是将制出的合格煤粉利用压差输送至气化炉进行燃烧气化。不同是V1205下面是三条腿，三条线输送，到烧嘴处汇合从烧嘴环隙呈螺旋状喷入炉膛。3、气化及净化 烧嘴设计同GSP，采用单烧嘴顶烧式气化，气化炉采用TEXACO激冷工艺，气化炉升压到1MPa时，煤粉及氧、蒸汽混合以一定的氧煤比进入气化炉，稳压1小时挂渣，炉膛内设置有8个温
7、度检测点，可以作为气化温度的参考点，也可以判断挂渣的状态。设计气化温度1400-1600，气化压力4.0MPa。热的粗煤气和熔渣一起在气化炉下部被激冷，也由此分离，激冷过程中，激冷水蒸发，煤气被水蒸汽饱和，出气化炉为199，经文丘里洗涤器、洗涤塔洗涤后，194、固体含量小于0.2mg/m3的合成气送去变换。4、渣及灰水处理系统 渣及灰水处理系统的工艺流程、运行原理、控制参数都与TEXACO工艺相同。渣经破渣机，高压变低压锁斗，排到捞渣机，进行渣水分离，水回收处理利用；灰水经高压闪蒸、真空闪蒸后到沉降池，清水作为激冷水回收利用，浆水经真空抽滤后制成滤饼。四、关键设备 气化压力：4MPa 气化温度
8、：14001700 设计炉型能力：42000Nm3/h（CO+H2）单炉能力：2000075000Nm3/h（CO+H2）炉体材料：15CrMoR+316L 水冷盘管材料：15CrMoHTL粉煤气化炉粉煤气化炉关键设备关键设备物料名称物料名称状态状态正常流正常流量量kg/s最大流最大流量量kg/s温温度度 压力压力 Mpa 煤粉煤粉固固7.769.3804.1氮气氮气气体气体0.670.89804.1氧气氧气气体气体6.296.921804.15蒸汽蒸汽气体气体0.240.693005.0液化气液化气气体气体0.14200.3点火氧气点火氧气气体气体0.67200.4气化烧嘴气化烧嘴关键设备关
9、键设备破渣机序号使用单位数量(台)应用时间备注1上海焦化厂194.12德士古2浩良河化肥厂2+104.4德士古3德州化肥厂2+304.10德士古4金陵化肥厂304.10交货德士古5南京大化1+105.2交货德士古6上海惠生305.3订货德士古7湖北双环104.3交货壳牌8柳州化工105.3交货壳牌9云天化105.4订货壳牌10云占化105.5订货壳牌关键设备关键设备热风炉（惰性气体发生器）工程名称工程名称主要技术参数及项目概况主要技术参数及项目概况交付交付日期日期用户名称用户名称124万吨复合磷肥装置磷铵干燥机热风炉1.热负荷：（200500）104 Kcal/h2.热风温度：3433.热风流
10、量：7500 m3/h19911995江西贵溪化肥厂湖北黄麦岭化工集团公司224万吨复合磷肥装置磷铵干燥机热风炉1.热负荷：（430550）104 Kcal/h2.热风温度：2703.热风流量：10000 m3/h1997铜陵磷铵厂336万吨复合磷肥装置磷铵干燥机热风炉1.热负荷：500104 Kcal/h2.热风温度：901353.热风流量：50000135000 m3/h1999宁波东海复合肥有限公司420万吨复合磷肥装置磷铵干燥机热风炉1.热负荷：（100200）104 Kcal/h2.热风温度：1201503.热风流量：90100 m3/h2000巴基斯坦ENGRO化学工程公司515万
11、吨复合磷肥装置磷铵干燥机热风炉1.热负荷：（150500）104 Kcal/h2.热风温度：1201503.热风流量：110000 m3/h2000福建永安智胜化工联合公司630万吨复合磷肥装置干燥机热风炉1.热负荷：（150450）104 Kcal/h2.热风温度：1203503.热风流量：176470 m3/h2002河南省中原大化有限责任公司730万吨复合磷肥装置干燥机热风炉1.热负荷：（150550）104 Kcal/h2.热风温度：1203503.热风流量：206470 m3/h2004中国石油宁夏石化公司化肥厂关键设备关键设备黑水调节阀、煤粉阀、煤粉调节阀、煤粉换向阀、锁渣阀用户口
12、 径压 力 等 级主 要 材 质上线时间数量鲁南化肥厂4600Lb1Cr18Ni9Ti、碳化钨93年2台上海焦化总厂4600LbIncoloy825、碳化钨94年4台6600LbIncoloy825、碳化钨96年4台黑龙江浩良河化肥厂4600LbIncoloy825、碳化钨04年4台6600LbIncoloy825、碳化钨04年4台10150LbIncoloy825、碳化钨04年4台中石化金陵化肥厂4600LbIncoloy825、碳化钨04年4台6600LbIncoloy825、碳化钨04年4台8150LbIncoloy825、碳化钨04年4台目前正在为下列用户：陕西神木甲醇厂、南京化学工业
13、公司化肥厂、上海焦化总厂 生产黑水调节阀产品，其中南化公司化肥厂的阀门最高单级压降达8MPa，阀体及内件材料为超级双相钢2507和碳化钨硬质合金。关键设备关键设备型号流量m3/h扬程m入口压力bar(G)电机功率kW数量使用日期/厂家CSB-Wy2035337.5493/鲁南化肥厂100130297542726417.5404/浩良河化肥厂22012041132425802018.5298/天津碱厂25206715297/渭河化肥厂3217417.52已交/柳州化肥厂21947415521627427.54已交/陕西神木220140431325452141116已交/金陵化肥厂22012041
14、132945206718.51已交/渭河化肥厂4001406722011521417.5已交/山西丰喜2408841132激冷水循环泵锁斗循环泵关键设备关键设备立式高速泵型号流量m3/h扬程m转速r/min电机功率kW首批使用年代GSB-L131002001920480023700451321992GSB-L23601005805000141795.5371993GSB-L331002001920940023700160315关键设备关键设备卧式高速泵型号流量m3/h扬程m转速r/min电机功率kW首批使用年代GSB-W20.528705006159295445.5221988GSB-W335
15、01505506700901822551991GSB-W51012030017007000160001603151993四、特点 航天炉的优点1、具有较高的热效率（可 达95%）和碳转化率（可达99%）；2、气化炉为水冷壁结构，能承受1500至1700的高温；3、对煤种要求低，可实现原料的本地化；4、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
16、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。缺点问题：1、航天炉系统联锁多，特别试车时，数据变动有可能造成跳车。2、多种因素会导致炉温超温，烧坏耐火材料甚至盘管。3、由于操作不稳定等因素，会造成粗渣、滤饼中残炭含量较高。4、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。5、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。6、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。五、技术参数 HT-L
17、粉煤气化装置对煤种的一般要求: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。目前航天长征公司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。1、2800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：750吨（与煤种有关）；（CO+H2）有效气产量：40000-51000Nm3
18、/h（根据要求确定）。2、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：1500吨（与煤种有关）；（CO+H2）有效气产量：8000011000Nm3/h（根据要求确定）。3、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：2500吨（与煤种有关）；（CO+H2）有效气产量：140000-180000Nm3/h（根据要求确定）。煤种分析项目 数据范围 总水（AR；%）4.530.7 灰分（%；MF）5.735.0 含氧（%；MF）5.316.3 总硫（%；MF）0.35.2 总氯（%；MF）0.010
19、.41 Na2O（%；on Ash）0.13.1 K2O(%;on Ash)0.13.3 CaO(%;on Ash)1.223.7 Fe2O3(on Ash)5.927.8 SiO2(%;on Ash)24.958.9 AL2O3(%;on Ash)9.532.6 高热值（MJ/kg;MF）22.833.1 1、水分 煤中水分包括外表水和内存水，他们属于化合水部分，游离水也是煤中水分的一部分。外表水是煤粒表面的水分，来源于机械采煤的润湿，露天放置或运输中的雨水，防止自然飞灰的洒水。煤的外表水对气化虽然没有影响，但外表水高会增加运输费用。对磨煤时可能因水分高使原煤仓下煤不畅，外表水分不稳定还易造
20、成煤干燥系统热能量消耗的波动，从而使燃料气量和助燃风量增加提高了成本。外表水突然增大，煤干燥系统为保证如炉中水储量的稳定，就要增大燃料的消耗，造成原料浪费及污染环境。外水的高低与采煤、贮存、运输方式有关，通过人的努力是可以改变的。因此应尽量降低外水表含量，以节 省开支且方便操作。内存水是煤的内在水分，即煤的结合水，以化学态形式存在于煤中。煤的内水高，同样会增加运输费用。更重要的是，去除 内水要比去除外表水消耗更多的加热燃料。因此，内水越高，送入气化炉的粉煤中含水量会增高，水分气化所消耗的能量增多，粗合成气中的有效气体成份降低，气 化效率因此降低，煤耗增加。2、灰分 灰分是煤中不直接参加气化反应
21、的惰性物质，但灰的熔化却要消耗煤在气化反应过程中的大量热。煤灰分含量高，则气化后 的有效气体成分就少，送入气化炉同质量的煤，灰分高的煤产气量少，灰渣量大，能耗高。根据资料介绍。在同样反应条件下，灰分增加1%，氧增大 0.7%0.8%，煤耗增大1.3%1.5%，灰分越高气化煤耗、氧耗越高，灰渣对炉内构件的冲刷磨蚀越快；另外，灰渣量越大，对输煤，气化炉灰渣水 处理系统的影响越大，气化炉及灰渣处理的系统除渣负荷也就越重，对管道和设备的磨蚀也随之加快。严重时会影响气化炉的正常运行。但由于HT-L粉煤气化装 置是采用冷壁结构，以渣抗渣，如果灰分含量太低，气化炉的热损大，且不利于炉壁的抗渣保护，影响气化炉
22、的使用寿命。3、灰熔点及灰组成HT-L粉煤气化装置采用液态排渣，为保证气化炉排渣顺利。正常操作温度应高于灰熔点FT（流动温度）约200。如煤灰熔点过高，势必要求提高气化操作温度。提高操作温度虽然有利于碳转化及气化炉排渣，但操作温度过高，辐射室水冷壁散热量增大，锅炉蒸汽量也大幅提 高，使得冷煤气效率下降，从而影响气化炉运行的经济性。因此选择灰熔点低的煤种，可以降低操作温度，提高煤的利用效率。另外，如果煤的灰熔点低，操作温度 就可以降低，与高灰熔点煤相比较，无需消耗过多氧与碳反应生成CO2来维持较高的操作温度。有效气体的产率就高。对高灰熔点煤，一般可以通过添加助熔剂来改变煤灰的熔融特性，一般为石灰
23、石，但是加石灰要适量，石灰石添加不合适会 直接影响氧炭比，过量会形成结垢对水系统的循环也是不利的，适量的石灰石以保证气化炉的正常运转。煤灰主要是由SiO2、AL2O3、CaO、MgO、TiO2及Na2O、K2O等组成。一般而言，煤灰中酸性组分SiO2、AL2O3、TiO2和碱性组分Fe2O3、CaO、MgO、Na2O等的比值越 大，灰熔点越高，煤灰组成一般对气化反应无多大影响，但其中某些组分含量过高会影响煤灰的熔融特性，造成气化炉渣口排渣不畅或渣口堵塞。六、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
24、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、
25、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
26、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3660项目分两期建设，一期1830装置已于2013年建成投产。七、风险 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
27、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，风险很大。以CO2为输送气体的粉煤输送和气化，目前还没有成功的经验和数据，存在着一定的风险。褐煤干燥工艺的不确定性（挥发分的丢失、能耗等），为用褐煤气化的经济性提出的挑战。气化炉的开发需要煤炭、金属材料、化工流体力学、传质传热知识、耐火材料、自动控制等技术的相互结合，在国内真正拥有知识产权的大容量先进气化技术至今几乎仍是空白。甘肃省院和航天十一所在国内煤化工研究、开发、设计行业非一流院、所，填补空白的能力值得质疑。谢谢收看！
