年產4萬噸氣化工段設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 料漿氣化系統設置兩臺多元料漿氣化爐。本說明僅針對一套氣化系列的情形加以說明。 多元料漿氣化系統見 PID 圖。 多元料漿供料及氣化爐系列 來自多元料漿制備系統的料漿，經料漿篩 分器 （ L0102）過篩除去 的大顆粒后，合格的多元料漿靠重力流入料漿貯槽（ F0104）。本設計兩個氣化 爐 共用一個多元料漿貯槽 。 多元料漿經高壓料漿泵（ J0104） 送入工藝燒 嘴。多元料漿和氧氣經工藝燒嘴噴入氣化爐（ B0101）內，在部分氧化條件下進行氣化反應。生成的粗煤氣為主要含氫、一氧化碳、二氧化碳及水蒸氣等的混合物。氣化原料中的未轉化組份和由部分灰形成的液態熔渣與生成的粗煤氣一起并流向下進入氣化爐下部的激冷室。 進入氣化爐激冷室的激冷水來自于洗滌塔（ E0101）下部的灰水循環泵（ P0106A/B），激冷水進入位于激冷室下降管頂端的激冷環，并沿下降管內壁向下流入激冷室。激冷水與出氣化爐渣口的高溫氣流接觸，部分激冷水汽化對粗煤氣和夾帶的固體及熔渣進行淬冷、降溫。激冷水沿下降管內 壁向下流還可對激冷室下降管起保內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 8 護作用。激冷水中任何可能堵塞激冷環的較大固體顆粒經黑水過濾器（ L0105）除去。 氣化爐激冷室中的黑水通過液位調節系統連續排出，并送往多元料漿氣化灰水系統。 回收的灰水返回氣化系統使用。 開車期間，在多元料漿投料前，通過一套自動閥門控制系統先建立料漿循環和料漿流量，料漿返回料漿貯槽。氣化爐投料后，建立的料漿流量應全部入爐，要絕對避免料漿再有返回。 入氣化爐的氧氣來自空分裝置。 多元料漿氣化反應在氣化爐燃燒室中進行，氣化溫度大約為 1350～ 1400℃ ，氣化壓力約 ，燃燒室 內襯耐火磚和隔熱磚，可保持氣化爐外部爐壁溫度大約為285～ 315℃ 。 氣化反應生成的粗煤氣及少量的其它物質（包括氯化物、硫化物、氮氣、氬氣及甲烷等）、液態熔渣及細灰顆粒。這些物質出氣化爐燃燒室，沿下降管進入激冷室水浴。熔渣在水中淬冷固化，并沉入氣化爐底部渣浴。粗煤氣與水直接接觸進行冷卻，大部分細灰留在水中。粗煤氣沿下降管與導氣管之間的環隙上升，經激冷室上部折流板折流分離出部分粗煤氣中夾帶的水份，從氣化爐旁側的出氣口引出，送往文丘里管（ L0104）和洗滌塔（ E0101）。 在氣化爐燃燒室裝有四個直接測量反應溫 度的熱電偶。由于熔渣沉積，氣化爐內溫度又非常高，這些熱電偶要經常更換。隨著操作經驗的積累，在直接測溫熱電偶失真的情況下，可以通過位于洗滌塔下游粗煤氣管線上的連續分析儀測量出粗煤氣中甲烷含量和粗煤氣組成，并借助于甲烷 ——溫度曲線和物料熱量平衡，確認熱電偶讀數或氣化反應溫度。 氣化爐爐底聚集的粗渣，經破渣機（ L0103）破碎，用水帶入鎖斗系統，由鎖渣系統定期自動排放。 氣化爐燒嘴冷卻系統 燒嘴冷卻水通過工藝燒嘴端部的水夾套及冷卻盤管連續循環流動，以保護處于氣化爐燃燒室高溫環境中的工藝燒嘴。燒嘴冷 卻水系統包括一套供兩臺氣化爐共用的燒嘴冷卻水槽、燒嘴冷卻水泵（ J0102）及燒嘴冷卻水換熱器（ C0101）。備用泵在燒嘴內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 9 冷卻水壓力低的情況下可自動啟動，并與事故電源相接。燒嘴冷卻水回水進入每個氣化爐系列分別設置的燒嘴冷卻水氣體分離器。分離器通氣口上設置的一氧化碳分析儀可對燒嘴冷卻水系統中漏入的煤氣進行連續檢測并發出預警。燒嘴冷卻水泵從正常供電向事故供電切換的時候，燒嘴冷卻水由事故燒嘴冷卻水槽供給。 在開車投料前烘爐期間，用預熱燒嘴臨時替換工藝燒嘴進行升溫，直到氣化爐內溫度達到要求的點火溫度。預熱燒嘴有其單獨 的燃料供給及調節系統。燃燒需要的空氣通過開工抽引器引入氣化爐，開工抽引器使用蒸汽將氣化爐內抽負壓。蒸汽及燃燒后的煙氣經抽引器消音器排入大氣。 氣化爐渣處理系統 沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環水流的循環作用帶入鎖斗 （ F0105） 。大的渣塊經破渣機進行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖斗底部。從鎖斗頂部抽出較清的水，經鎖斗循環泵循環進入氣化爐激冷室水浴。 氣化爐聯鎖排渣系統的排渣循環時間預先設定，排渣周期一般大約為 30 分鐘，渣池中設置撈渣機的部分與渣池另一部分通過關閉隔 板閥暫時隔開，以便渣沉降到撈渣機上，由撈渣機送出渣池。 粗煤氣洗滌系統 出氣化爐（ B0101）的粗煤氣進入文丘里管（ L0104），粗煤氣與來自灰水循環泵（ J0106）的水經文丘里管混合。細灰在此被水完全浸濕，在洗滌塔（ E0101）中從粗煤氣中除去。濕粗煤氣進入洗滌塔（ E0101）沿下降管進入洗滌塔底部水浴，粗煤氣中夾帶的大部分細灰在此從粗煤氣中除去。粗煤氣經下降管和導氣管間的環隙上升，進入洗滌塔頂部的塔板，來自本設計界區外的一股潔凈變換工藝熱冷凝液在此將粗煤氣中殘留的細灰洗滌下來。粗煤氣夾帶 的水滴在塔板上方的除沫器中分離下來。基本上不含細灰的粗煤氣出洗滌塔送到界區外的變換系統。 洗滌塔底部排出的黑水，通過流量控制經減壓后進入灰水系統。在灰水系統中，黑水經閃蒸、冷凝和液固分離。灰水再經過預熱返回到洗滌塔，以維持洗滌塔的液位。 洗滌塔底部黑水出口一部分水經灰水循環泵向氣化爐激冷環及文丘里管供水。 內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 10 第 3 章 氣化 、變換 工藝計算 氣化過程 氣化爐 計算實例 原料煤性質 表 21 原料煤的性質 原料煤性質 arM adM dA dV dFC 工業分析 /% 表 22 原料煤的性質 原料煤性質 dC dH dO dN .tdS 元素分析 /% 表 23 灰熔點 灰熔點 DT ST FT /℃ 1200 1240 1260 操作條件 操作溫度： 1400℃ 操作壓力： 水煤漿的水煤比： r=30： 70 氧氣純度： % 氣化爐碳轉化率： 99% 出口粗煤氣含甲烷： % 煤 中硫 全部轉化成硫化氫，少量 COS。 （計算時取 2HS:COS=17:1） 內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 11 捕 渣率 q=60% 粗煤氣中帶出灰含量 20% 渣中含碳量： 2%10%（計算按 2%） 計算步驟 以 100kg 無水無灰基煤為基準（ daf） （ 1） 將煤元素分析轉換成無水無灰基 根據 dafX = 100100 dXdA??可得 表 24 元素分析 煤元素 dafC dafH dafO dafN .tdafS dafV /% 式中 dX — 某干燥基； dafX — 某 干燥 無灰基 ； V ― 揮發分； A — 煤的灰分產率； （ 2） 煤 的發熱量 dafQ =80 dafC +300 dafH +10 dafN +40 .tdafS － ? ?2dafO － dafV =80 +300 +10 +40 － = kcal/kg daf 煤 = kJ/kg daf 煤 （ 3） 實際投煤量的計算 dafA =100100 adadAA?? =100 ?? = kg/100kg daf 煤 內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 12 dafW = 100100 adad adMMA??? = 100 100 ??? = kg/100kg daf 煤 故實際投煤量： 投W =100+ dafA + dafW =100++=水煤漿制備加入水量： 水W = 投W r = 3070 = kg/100kg daf 煤 氣化爐排渣量： bA = dafA /? = = kg/100kg daf 煤 氣化爐帶出灰量： rA = dafA ? ?1 (1 0 .2 ) / 0 .9 8q? ? ? ? = () =(4)物料衡算 設氣化爐需氧量： x kmol/100 kg daf 煤 出口粗煤氣含： aCO? kmol/100 kg daf 煤 2H = b mol/100 kg daf 煤 mCO?2 kmol/100 kg daf 煤 hOH ?2 kmol/100 kg daf 煤 VCH ? kmol/100 kg daf 煤 內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 13 干煤氣為 V kmol/100 kg daf 煤 A. 碳平衡： 入氣化爐總碳 : 12C ?入 = 出氣化爐總碳 : 粗煤氣含碳： C = Vm ?? kmol/100 kg daf 煤 粗煤氣飛灰含碳： C = ??? = kmol/100 kg daf 煤 渣中含碳： 7 .2 4 0 .6 0 .0 21 2 0 .9 8C ??? ? = kmol/100 kg daf 煤 COS 中含碳： 1832C ?? = kmol/100 kg daf 煤 ? ?m 0 . 0 0 0 2 0 . 0 5 7 0 .0 0 0 3C a V? ? ? ? ?出 kmol/100 kg daf 煤 因為 出入 CC ? = 0 .0 0 0 2 0 .0 5 7 0 0 .0 0 0 3a m V? ? ? ? 所以 m 0 .0 0 0 2 6 .1 3 8 0aV? ? ? （ 21） B. 氫平衡： 煤中含氫： ?? kmol/100 kg daf 煤 煤漿中含氫： 4 7 .8 4 2 5 .3 1 618H ? ? ?kmol/100 kg daf 煤 煤中水含氫： 4 .3 8 2 0 .4 8 6 718H ? ? ?kmol/100 kg daf 煤 ?入 kmol/100 kg daf 煤 出氣化爐： 煤氣中含氫： bH 2? kmol/100 kg daf 煤 甲烷中含氫： ?? VH = kmol/100 kg daf 煤 硫化氫中氫： 21832H ??? = kmol/100 kg daf 煤 蒸汽中 含氫： h2?H kmol/100 kg daf 煤 ? ?2 0 . 0 0 0 8 2 0 .0 1 2 6H b V h? ? ? ?出 kmol/100 kg daf 煤 內蒙古工業大學本科畢業設計說明書 14 由于 H入 = H出 所以 b++h= （ 22） C. 氧平衡 入氣化爐氧 煤中含氧： O = = kmol/100 kg daf 煤 煤中水含氧： O = = kmol/100 kg daf 煤 煤漿中水含氧： O = = kmol/100 kg daf 煤 外供氧： O = kmol/100 kg daf 煤 O入 = ? ? + kmol/100 kg daf 煤 出氣化爐氧 COS 中含氧： O = 1832? = kmol/100 kg daf 煤 一氧化碳含氧： O =a kmol/100 kg daf 煤 二氧化碳含氧： O =2m kmol/100 kg daf 煤 蒸汽中含氧： O =h kmol/100 kg daf 煤 O出 =a+2m+h+ O入 =O出 所以 1 .9 9 2 3 . 8 0 6 1 2 + 0 .0 0 0 3x a m h? ? ? ? 故得 2 1 .9 9 2 3 .8 0 5 8a m h x? ? ? ? （ 23） D. 出口干氣平衡