航天炉详细介绍

中国航天科技集团公司二○○六年十一月二十六日北京航天石化技术装备工程公司HTHT--LL粉煤气化粉煤气化工艺及关键设备工艺及关键设备2006-11-262z宇航技术与产品——运载火箭液体火箭发动机燃烧基础研究成果液体火箭发动机燃烧基础研究成果2006-11-263液体火箭发动机燃烧基础研究成果液体火箭发动机燃烧基础研究成果•完全掌握了氢／氧燃烧技术；•完全掌握高温燃烧控制技术；•完全掌握膜式壁液膜冷却技术；•关键设备国产化率100%，可靠性99％；•完全具有自主知识产权，多项专利技术领先国际。•试验手段完备；2006-11-264水力试验台液流试验台高速泵试验台安全阀试验台依托航天动力技术积累利用航天产品研制条件大推力发动机上面级发动机液体火箭发动机燃烧基础研究成果液体火箭发动机燃烧基础研究成果2006-11-2651113334主主要要内内容容44工艺流程666项目的经济性分析国内煤气化技术的发展现状主要技术参数指标555关键设备结构及应用222HT-L粉煤气化装置的技术特性2006-11-2661113334主主要要内内容容44工艺流程666项目的经济性分析国内煤气化技术的发展现状主要技术参数指标555关键设备结构及应用222HT-L粉煤气化装置的技术特性2006-11-267HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性干煤粉进料：20～90微米煤粉颗粒惰性气体输送：氮气或二氧化碳高压气化炉：2.0～4.0MPaA优点：⒈干煤粉进料气化效率高严格控制进料煤粉的水含量。与湿法比较，1Kg水煤浆可以减少蒸发0.35Kg水，节约～2600KJ的能量，折算标煤0.113Kg（5500Kcal/Kg），占进煤量的17％。粉煤气化比水煤浆气化：冷煤气效率提高10％，氧耗量降低15～25％。有效气产量提高6％。⒉先进成熟的干煤粉密相输送技术悬浮速度7～10m/s，固气比480Kg/m3，载气量少。⒊强化燃烧，提高了单位体积的产气率，气化强度高在同样生产能力下，与常压炉相比，设备尺寸最小，结构紧凑，占地面积小，燃烧效率提高。2006-11-268HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性气化炉膛允许操作温度：1400～1900℃优点：⒈煤种适应性范围广煤的灰熔点可选范围宽（1250～1650℃），气化原料可选范围广；⒉碳转化率高、粗合成气品质好，CH4含量低碳转化率设计值≥99.5%，出口合成气有效气体(CO+H2)体积≥90%，CH4体积≤130PPm。⒊提高反应速率，可缩短反应停留时间高温、高压提高反应速率。与水煤浆气化工艺比，更容易达到平衡状态。平均炉内停留时间10S。⒋干煤粉纯氧燃烧，提高火焰中心温度，火焰短燃烧器火焰的中心温度：1800～2150℃。2006-11-269HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性单烧嘴顶烧组合燃烧器优点：⒈燃烧火焰、炉内物料流场与炉膛结构有较好的符合炉内煤粉热解区、火焰燃烧区、烟气射流区、烟气回流区以及二次反应区分布合理。反应停留时间满足气化要求⒉燃烧负荷调节范围大负荷调节范围：60%～120%⒊燃烧器结构设计合理、具有良好的燃烧性能中心氧与旋流煤粉混合充分，煤粉反应完全；火焰形状、稳定性好；⒋安装、调试、维护方便集高能电点火装置、液化气(柴油）点火烧嘴、火检为一体，独立冷却水外盘管，拆装维护方便。⒌精良的加工制造工艺关键材料采用进口材料或同类特制国产材料，焊接和组装工艺严格按规范执行，整体热处理消除热应力。⒍烧嘴的设计寿命大大延长水冷夹套式烧嘴冷却方案，可保证烧嘴长周期运行稳定可靠。设计寿命20年，烧嘴头部局部维护时间6月一次。2006-11-2610HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性密闭式盘管水冷壁辐射室结构，设计寿命20年优点：⒈水流量分布均匀“四进四出”结构可以保证管程流阻分布均匀。⒉控制盘管内水汽化率，调节炉内热平衡水汽化率6.5%，蒸汽产量～22000Kg/H（满负荷）。⒊盘管焊接接头少单根直管可达12m。⒋盘管轴向热膨胀量较小盘管热应力分析表明，径向热膨胀量6mm。⒌多组冷却水盘管便于维护和更换烧嘴盘管、渣口盘管分别进水，易于调节和更换⒍制造加工工艺成熟专用盘管热弯、焊接、组装、检验生产线。2006-11-2611HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性“自我修复式”耐火材料结构，维护量少优点：⒈“自我修复式”耐火材料结构，提高材料的使用寿命水冷壁外可以形成稳定的固渣层3～5mm，“以渣抗渣”，抵抗气体和熔渣的冲刷和磨损⒉水冷壁降低耐火材料的蚀损率保证SiC材料的使用温度＜1400℃，保证高温强度不降低⒊耐火材料的组合结构，降低炉膛散热损失炉内向外依次有液渣、固渣、SiC耐火材料、水冷壁、惰性气体保护层、高铝不定型耐火材料、外保温层，散热损失小⒋耐火材料的选材具有低的气孔率、较高的高温强度、较好的热稳定性不定型耐火材料最大粒径小于4mm，高温耐压强度≥85N/mm2，永久热变形≤0.73%，有效的不定型结构设计⒌耐火材料的施工、养护、维护和更换方便，价格低2006-11-2612HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性急冷、水浴式合成气冷却及洗涤方案，可靠性好优点：⒈技术方案成熟可靠Texaco工艺成熟结构，理论分析和模拟计算结果与实际情况符合很好。⒉对急冷环有成熟的工程业绩和分析数据对急冷环结构有长期的研究，形成独有的急冷环技术。⒊合成气急冷效果明显降低合成气流速、保持液膜厚度有助于急冷。⒋除渣、除灰效果明显水浴比喷淋、气体降温更有利于合成气中固相的除去⒌合成气中增加的饱和水可直接用于变换工序2006-11-2613HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性燃烧效率高、环保性能好优点：⒈冷煤气效率、热效率都高于湿法工艺控制煤粉进料水含量降低能量消耗，冷煤气效率比湿法提高10％，热效率提高6％⒉高温煤气化，C转化率高于湿法工艺C转化率≥99.5%，比湿法工艺提高1%，降低固渣排放⒊纯氧燃烧，比常压炉降低空气排烟损失额定工况热效率不小于95%⒋盘管冷却水副产中压蒸汽回收炉内燃烧热量3~5%⒌控制N2进炉量，可以降低NOx的排放固气比达12:1，载气量较少⒍废水有害成分极少，生化处理后可直接排放；固渣捕集完全，可用做建筑材料或深埋，对环境无其他污染。2006-11-2614HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性连续运行时间长、生产调幅能力强优点：⒈采用成熟的工艺路线充分吸收现有煤化工工艺及粉煤锅炉成熟技术，生产工艺流程容易打通，降低投资风险和研制周期；⒉关键设备有大量的工程业绩和专业制造厂家Texaco炉、燃烧器、水冷壁等都已国产化和在其他类似的工业产品中使用，产品的质量可以保证⒊粉煤燃烧器的使用周期长烧嘴头部的冷却条件比Texaco炉好，冷却盘管降低烧嘴头部的局部温度，可以延长材料的使用寿命⒋粉煤燃烧器更换维护方便⒌炉膛操作比Shell炉方便单烧嘴的点火、燃烧负荷调节、控制系统都比多烧嘴优越⒍水冷壁提高耐火材料的使用寿命，更换维护简便2006-11-2615HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性采用HT-L粉煤气化工艺的技术优势z高温煤气化，高效节能。碳转化率高(≥99%)，冷煤气效率高(≥82%)，有效气体成分(≥90%)z煤种的适用范围广，燃料可以多元化，煤种可以本地化；z控制系统自动化程度高，有完善的安保联锁系统z环保性能好，排放的污染物少；z具有自主知识产权，工艺成熟可靠，主要设备完全国产化；2006-11-2616项目HT–LShellTexacoGSP比氧耗(Nm3/KNm3)330～360330～360410～430330～360有效气成分CO+H2(%)89～9189～9378～8189～91碳转化率(%)99999899冷煤气效率(%)80～8380～8371～7680～83煤气化热效率(%)～959686～90原料煤输送形式干粉,气体输送干粉,气体输送水煤浆,泵输送干粉,气体输送烧嘴寿命10年,每6个月维修头部10年,每1.5年维修头部每1.5个月维修头部10年,每6个月维修头部水冷壁或耐火砖寿命水冷壁结构简单，属圆筒盘管型，水路简单，易制造，寿命10年，副产中压饱和蒸汽水冷壁呈多段竖管排列，水路复杂，合金钢材质，制造难度大，寿命10年，副产中压饱和蒸汽和过热蒸汽昂贵的耐火砖只能用一年，不产蒸汽水冷壁结构简单，属圆筒盘管型，水路简单，易制造，寿命10年，但只副产低压蒸汽原料煤的适应性气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化对煤种要求高（灰熔点低于1250度，成浆性好）,无法实现原料煤本地化气化原料煤几乎函盖从褐煤到无烟煤的所有煤种，可以实现原料煤本地化电耗低因有激冷气压缩机和反吹气压缩机,所以电耗较高低低HTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性HT-L粉煤气化工艺与当今世界先进煤气化技术的性能比较2006-11-2617以蒸汽形式回收热值13%合成气可燃烧热值82%损失热值5%煤的燃烧低位发热值6300Kcal/KgHTHT--LL粉煤气化装置的技术特性粉煤气化装置的技术特性2006-11-26181113334主主要要内内容容44工艺流程666项目的经济性分析国内煤气化技术的发展现状主要技术参数指标555关键设备结构222HT-L粉煤气化装置的技术特性2006-11-2619主要技术参数指标主要技术参数指标对煤质的要求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％。该工艺过程对煤的特性，例如煤的粒度、粘结性、含水量、含硫量、含氧量及灰分含量均不敏感。粉煤煤气化烧过的煤种的特性煤种分析项目粉煤气化炉烧过的煤种数据范围总水(AR;%)4.5-30.7灰分(%;MF)5.7-35.0含氧(%;MF)5.3-16.3总硫(%;MF)0.3-5.2总氯(%;MF)0.01-0.41Na2O(%:onAsh)0.1-3.1K2O(%:onAsh)0.1-3.3CaO(%:onAsh)1.2-23.7Fe2O3(%:onAsh)5.9-27.8SiO2(%:onAsh)24.9-58.9Al2O3(%:onAsh)9.5-32.6高热值(MJ/kg;MF)22.8-33.12006-11-26201煤粉组成（设计煤种）元素组成Kg/Kmol收到基Wt%无水基Wt%无灰基Wt%无水\灰基Wt%H2O18.01536.73021.60063.2703.4902.6230.0071.3620.0008.5840.9170.000ASH56.077423.1590.0000.000C12.011067.83680.70288.280H1.00793.7424.4524.870O15.99942.8123.3463.660CL35.45270.0080.0090.010S32.06601.4601.7371.900N14.00670.9841.1701.280煤粉计算高热值(收到基)27200KJ/Kg主要技术参数指标主要技术参数指标2006-11-2621比煤耗量、比氧耗量随炉膛温度的变化（固定进煤量、蒸汽进量）主要技术参数指标主要技术参数指标2006-11-2622辐射室出口主要气体成分随炉膛温度的变化（固定进煤量、蒸汽进量）主要技术参数指标主要技术参数指标2006-11-2623热力计算及温度场模拟热力计算及温度场模拟北京航天动力研究所北京航天动力研究所（一院十一所）（一院十一所）炉管、渣层传热计算模拟管壁、渣钉、SiC附近温度场固液渣层温度场2006-11-2624主要技术参数指标主要技术参数指标空分装置技术性能产量(Nm3/h)产品名称用户产品规格(O2，vol%)温度℃No