水煤浆加压造气工艺仿真软件.docx
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水煤浆加压造气工艺仿真软件
水煤浆加压造气工艺仿真软件
操作手册
一、背景
在今后相当长一段时期内,煤炭仍是我国最主要的一次能源。
目前我国中、小型氮肥厂以煤为原料的占80%,且基本采用山西晋东南无烟块煤,长距离运输限制了发展,改变煤气化原料,利用单地煤气化,具有十分重要的意义。
为此,水煤浆加压气化法,是近年来国际上新开发的最成功的煤气化方法,不仅可以使用储量丰富的烟煤,而且生产效率高,因而发展速度较快。
水煤浆加压气化法的是生产过程是将原料煤制成可以流动的水煤浆,用泵加压后喷入气化炉内,在高温下与氧气进行气化反应,生成(H2+CO)含量大于75%的水煤气。
高温煤气与熔融态煤渣,由气化炉下部排出,降温后煤气与灰渣分离,煤气经过经进一步除尘后,送到后工序。
该法的优点是原料煤种适应性强,碳软化率高,能耗低,生产强度大,污染少,排渣方便。
二生产工艺及流程
(一)水煤浆制备工艺流程
水煤浆制备的任务是为气化过程提供符合质量要求的水煤浆,工艺流程如下图1-1所示。
煤料斗中的原料煤,经称量给煤机加入磨煤机中。
向磨煤机中加入软水,煤在磨煤机中与水混合,被湿磨成高浓度的水煤浆。
为了降低水煤浆的粘度,提高稳定性,需要加入添加剂。
磨煤机制备好的水煤浆,经过滤除去大颗粒料粒,流入磨煤机出口槽,再经磨煤机出口槽泵,送到气化炉。
磨煤机出口槽设有搅拌器。
1-1水煤浆制备
(二)水煤浆加压气化工艺流程
根据气化炉出口高温水煤气废热回收方式的不同,水煤浆气化的工艺流程可分为急冷式、废热锅炉式及混合式三种。
急冷流程是高温水煤气与大量冷却水直接接触,水煤气被急速冷却,并除去大部分煤渣。
同时水迅速蒸发进入气相,煤气中的水蒸气含量达到饱和状态。
对于要求将煤气中一氧化碳全部变换为氢气的合成氨厂,适宜采用急冷流程,这样在急冷室可以得到变换过程所需的水蒸气。
本软件采用急冷式冷却。
水煤浆气化急冷简略流程如下图2-1、2-2、2-3所示。
浓度为65%左右的水煤浆,经过振动筛出去机械杂质,进入煤浆槽,用煤浆泵加压后送到德士古喷嘴。
由空分来的高压氧气,经氧缓冲罐,通过喷嘴,对水煤浆进行雾化后进入气化炉。
氧煤比是影响气化炉操作的重要因素之一,通过自动控制系统控制。
气化炉是一种衬有耐火材料的压力容器,由反应室和直接连在反应室底部的急冷室组成。
水煤浆和氧气喷入反应室后,在压力为6.5MPa左右,温度为1300-1500℃的条件下,迅速完成气化反应,生成以氢气和一氧化碳为主的水煤气。
气化反应温度高于煤灰熔点,以便实现液态排渣。
为了保护喷嘴免受高温损坏,设置有喷嘴冷却水系统,如图2-4所示。
离开反应室的高温水煤气进入急冷室,用由碳洗涤塔直接进行急速冷却,温度降到210-260℃,同时急冷水大量蒸发,水煤气被水蒸气饱和,以满足一氧化碳变换的需要。
气化反应过程产生的大部分煤灰及少量未反应的碳,以灰渣的形式从生成物中除去。
根据粒度大小的不同,灰渣以两种方式排出,粗渣在急冷室中沉淀,通过水封锁渣罐,定期与水一同排出。
细渣以黑水的形式从急冷室中连续排出。
设备带有锁渣罐循环泵的渣罐循环系统,有利于将煤渣排入锁渣罐。
离开气化炉的水煤气,依次通过文丘里洗涤器及洗涤塔,用灰处理工段送来的灰水及变换工段的工艺冷凝液进行洗涤,彻底除去煤气中的细末及未反应的碳粒。
净化后的水煤气离开洗涤塔,送到一氧化碳变换工序。
为了保证气化炉的安全操作,设置压力为7.6MPa的高压氮气系统。
2-1煤浆给料
2-2氧气给料
2-3气化炉造气
2-4烧嘴冷却系统
(三)灰处理工艺流程
灰处理的任务是将气化过程送来的灰渣与黑水进行分离,回收的工艺水循环使用,灰渣及细灰作为废料,送出工段。
灰处理工艺流程如下图3-1所示,从气化炉锁渣罐与水一起排除的粗渣,进入渣池。
经链式输送机及皮带输送机,送入渣斗,排出厂区,渣池中分离出来的含有细灰的水,用渣池泵送到沉淀池,进一步进行分离。
由气化工段急冷室排出的含细灰的黑水,经减压阀进入高压闪蒸罐,高温液体在罐内突然降压膨胀,闪蒸出水蒸气及二氧化碳、硫化氢等气体。
闪蒸气经灰水加热器降温后,水蒸气冷凝成水,在高压闪蒸分离器中分离出来,送到洗涤塔给料槽。
分离出来的二氧化碳、硫化氢等气体,送到变换工段的ABC汽提塔中,如图3-2所示。
黑水经高压闪蒸后固体含量有所增高,然后送到低压灰浆闪蒸罐,进行第二级减压膨胀,闪蒸气进入洗涤塔给料槽,其中的水蒸气冷凝,不凝气体分离后排入大气。
黑水被进一步浓缩后,送到真空闪蒸罐中,在负压下闪蒸出酸性气体及水蒸气,如图3-3所示。
从真空闪蒸罐底部排出的黑水,含固体量约为1%,用沉淀给料泵送到沉淀池。
为了加快固体粒子在沉淀池中的重力沉降速度,从絮凝剂管式混合器前,加入阴、阳离子絮凝剂。
黑水中的固体物质几乎全部沉淀在沉淀池底部,沉降物含固体量20%-30%,用沉淀池底部泵送到过滤给料槽,再用过滤给料泵送到压滤机,滤渣作为废料排除厂区,滤液又返回沉淀池。
在沉淀池内澄清的灰水,溢流进入立式灰水槽,大部分用灰水泵送到洗涤塔给料槽。
在去洗涤塔给料槽的灰水管线上,加入适量的分散剂,避免灰水在下游管线及换热器中,沉淀出固体。
从洗涤塔给料槽出来的灰水,用洗涤塔给料泵输送到灰水加热器,加热后作为洗涤用水,送如碳洗涤塔。
一部分灰进入渣池。
另一部分灰水作为废水,送到废水处理工段,防止有害物质在系统中积累,如图3-4所示。
3-1粗渣分离
3-2黑水一次分离
3-3黑水二次分离
3-4沉淀过滤及灰水处理
3-5除氧水制备
三、操作步骤
(一)正常开车
1.建立热水循环
1.1打开新鲜水补给阀门LIC1309,补给界外新鲜水。
1.2为渣池V1303建立液位,在50%附近投自动。
1.3打开气化炉下部急冷室至渣池V1303开工黑水管线上的手动阀VX1303。
1.4启动渣池泵P1303.
1.5打开渣池泵出口管线上的手动阀VX1314,向急冷室供水。
1.6调节FIC1314,使流量大于50m3/h。
2.启动开工抽引器
2.1将气化炉合成气出口管线至开工抽引器管线上的手动阀VX1304全开。
2.2打开开工抽引器蒸汽调节阀PV1304。
3.煤浆制备系统投用
3.1打开界外循环水至滤液槽上的阀门LIC1410。
3.2当滤液槽V1416液位达到50%时,LIC1410投自动。
3.3启动滤液泵P1409。
3.4启动磨煤机出料槽的搅拌器X1101。
3.5启动磨煤机M1101。
3.6启动煤称重给料机W1101,向磨煤机供煤。
3.7打开FIC1101,按比例向磨煤机供水。
3.8打开FV1201,按比例向磨煤机供添加剂。
3.9建立磨煤机出料槽液位为50%。
3.10启动煤浆槽搅拌器X1201。
3.11启动煤浆振动筛S1201。
3.12启动低压煤浆泵P1101,为煤浆槽V1201建立液位。
4.建立烧嘴冷却水系统
4.1打开脱盐水至烧嘴冷却水槽V1301管线上的阀门LIC1306。
4.2将烧嘴冷却水槽加水,注满液位。
4.3打开低压氮气阀VX1306。
4.4打开界外循环水阀VX1301。
4.5全开烧嘴冷却水入烧嘴进出口切断阀XV1307。
4.6全开烧嘴冷却水出烧嘴进出口切断阀XV1308。
4.7启动烧嘴冷却水泵P1301A,建立水循环。
4.8在冷却水泵出口压力PI1310增加到1.6MPa以上时,确认P1301B自动启动投运。
5.建立除氧槽和高温热水罐液位
5.1打开管网脱盐水至除氧槽V1405管线上的阀门LIC1403。
5.2控制除氧槽V1405液位为80%。
5.3打开低压蒸汽阀PIC1404,向除氧槽通入蒸汽,调节压力为0.04MPa。
5.4启动脱氧水升压泵P1403。
5.5调节FIC1416,向蒸发热水塔T1402的高温热水储罐V1407建立液位为81%。
6.建立高温冷凝液槽液位
6.1打开变换高温冷凝液至变换高温冷凝液罐V1404管路上的阀门LIC1402。
6.2调节中压氮气通入阀PV1402A。
6.3打开中压氮气调节阀PV1402B。
6.4调节变换高温冷凝液流量,控制变换高温冷凝液槽V1404液位为80%。
6.5控制V1404的压力为1.8MPa。
7.建立水洗塔和旋风分离器液位
7.1启动高温热水泵P1402。
7.2启动变换冷凝液泵P1405。
7.3启动黑水循环泵P1404。
7.4打开旋风分离器V1408的黑水入口阀FIC1308。
7.5打开FIC1314,使黑水从渣池V1303流入真空闪蒸罐V1402。
7.6关闭渣池至气化炉管线上的预热水阀门VX1314。
7.7关闭气化炉下部手动阀VX1303。
7.8调节灰水至水洗塔T1401管线上的阀门LIC1404和FIC1404,调节高温冷凝液至T1401管线上的阀门FIC1402,给水洗塔T1401建立液位为50%。
7.9为旋风分离器V1408建立液位,调节V1408出料阀FIC1309,使液位保持再50%。
7.10调节FIC1408,使流量大于50m3/h。
8.建立真空闪蒸罐液位
8.1向真空分离罐V1406注水,启动真空泵P1402。
8.2打开真空闪蒸分离罐V1403的泄液阀VX1405。
8.3打开真空闪蒸冷凝器E1402的循环水阀VX1404。
8.4调节真空闪蒸罐V1402的液位LIC1407的阀门开度,使液位稳定在50%,液位投自动。
8.5调节真空闪蒸罐顶压力控制阀门PIC1411,控制真空闪蒸罐V1402的压力为-0.056MPa。
9.建立灰水槽液位
9.1启动澄清搅拌器V1411。
9.2启动低压灰水泵P1406向蒸发热水塔T1402供水。
9.3打开灰水至蒸发热水塔管线的上的阀门FIC1422,使灰水槽V1412液位LIC1409稳定再80%。
9.4灰水由澄清槽V1411溢流至灰水槽V1412,V1412液位LIC1409控制为80%。
10.锁斗开车
10.1打开锁斗冲洗水罐V1308入口阀LIC1308,设定液位70%,投自动。
10.2按下“锁斗开车”按钮,锁斗开始周期循环。
10.3启动锁斗循环泵P1302。
10.4打开锁斗循环泵至气化炉R1301管线上的阀门FIC1302,调节循环量。
11.安装工艺烧嘴
11.1点击“安装气化炉工艺烧嘴”按钮,安装工艺烧嘴。
11.2关闭开工抽引器X1303的气体入口阀VX1304。
11.3关闭蒸汽阀PV1304。
12.建立开工流量
12.1启动高压煤浆泵P1201A和P1201B。
12.2打开煤浆循环泵XV1203A/B/C/D。
12.3打开氧气入工段阀HV1301A/B。
12.4打开氧气放空阀XV1303A/B/C/D。
12.5打开氧气流量调节阀FIC1303A/B/C/D。
12.6调节高压煤浆泵转速,简历煤浆流量FI1202A/B/C/D的流量为9.0m3/h。
12.7调节氧气流量FIC1303A/B/C/D在3800m3/h。
13.气化炉投料并调整
13.1按下“气化炉开车”按钮,确认投料阀门动作正常。
13.2打开手动阀VX1411,往澄清槽V1411中加入絮凝剂。
13.3打开手动阀VX1412,往灰水槽V1412中加入分散剂。
13.3逐渐关闭PIC1401,提高系统压力至1.0MPa。
13.4打开酸气分离罐的泄液阀LIC1406,调节液位稳定再50%,液位投自动。
13.5酸气分离罐液的压力PIC1410设定为0.43MPa。
13.6确认水洗塔T1402的液位LIC1404稳定在50%。
13.7使旋风分离器V1408液位LIC1305控制在50%。
13.8使气化炉R1301液位LIC1302控制在50%。
13.9气化炉R1301的温度TI1302/3/4/5控制在1320度。
13.10控制烧嘴冷却水温度TI1321为50度。
13.11蒸发热水塔T1402的液位LIC1404控制在80%。
13.12打开PV1407和PV1408,使黑水进入蒸发热水塔。
13.13以升压速率为0.1Mpa/min使系统压力PIC1401提高倒2Mpa。
13.14打开蒸发热水塔T1404的塔底出口阀LIC1404,调节液位稳定再50%,液位投自动。
13.15当系统压力升高倒2.0MPa,逐渐打开合成气出口阀门HV1401至正常状态。
13.16逐渐提高气化炉负荷,系统压力PIC1401上升倒3.66MPa。
13.17煤浆流量FI1204A/B/C/D控制再15.7m3/h。
13.18氧气流量FI1303控制在34000m3/h。
14.启动压滤机系统
14.1气化炉投料运行后,启动皮带输送机M1402。
14.2启动压滤及M1401。
14.3启动澄清槽底物泵P1407。
14.4启动滤液槽V1416搅拌器。
14.5打开澄清槽V1411出料阀FIC1424,调节黑水流量4.5m3/h,将黑水引入压滤机M1401。
14.5打开废水流量调节阀FIC1421,调节废水流量为27.3m3/h。
(二)正常停车
1.降低运行负荷
1.1通过氧气流量调节阀FIC1303A/B/C/D逐步均匀减少入炉氧气量。
1.2并相应降低煤浆泵P1201A/B的转速设定值,降低入炉煤浆量。
1.3使炉温相对稳定。
1.4当甲合成气变换系统切气后,将合成气送放空火炬燃烧,关闭电动阀HV1401。
1.5逐渐降低出水洗塔合成气压力调节阀PIC1401的设定值。
2.停车过程操作
2.1缓慢降低系统负荷至60%,切放空阀PIC1401有一定开度后,按下停车按钮。
3.煤浆制备系统停运
3.1将给水流量调节阀FIC1101投手动。
3.2停煤称重给料机W1101,停止向磨煤机供煤。
3.3关闭FV1201,停止向磨煤机供添加剂。
3.4约5分钟后,停磨煤机M1101。
3.5停滤液泵P1409。
3.6关闭水流量调节阀FIC1101。
3.7当磨煤机出料槽V1102液位LI1102低于10%时,停低压煤浆泵P1101。
3.8停煤浆振动筛S1201。
3.9停磨煤机出料草地搅拌器X1101。
3.10调节界外循环水调节阀LIC1410,使V1416的液位保持再50%。
4.保压循环过程
4.1气化炉R1301洗涤冷却室液位LIC1302升高,将洗涤冷却水FIC1405的流量减为100m3/h。
4.2全开旋风分离器V1408泄液阀FIC1309。
4.3全开水洗塔T1401泄液阀FIC1406。
4.4逐渐关闭系统放空阀PIC1401,系统保压。
4.5逐渐关小水洗塔T1401灰水入口阀FIC1402,LIC1401。
4.6逐渐关小水洗塔T1401高温冷凝液入口阀FIC1402。
4.7关闭变换高温冷凝液入口阀LIC1402。
4.8变换高温冷凝液罐V1404液位低于50%后,停变换冷凝液泵P1405。
4.9关闭低温冷凝液阀HV1404。
4.10关闭低压蒸汽进口阀PIC1404,除氧器停止供蒸汽。
5.系统泄压
5.1逐渐打开出水洗塔合成气压力调节阀PIC1401。
5.2气化炉系统泄压:
压力大于2.0MPa时,减压速率不大于0.1MPa/min;压力小于2.0MPa时,减压速率不大于0.05MPa/min。
5.3关闭旋风分离器V1408黑水入口阀FIC1308。
5.4旋风分离器V1408液位低于10%后关闭出口阀FIC1309。
5.5关闭黑水循环泵P1401前阀HV1403。
5.6当系统压力小于1MPa时,关闭黑水至蒸发热水塔T1402管线上的阀门PV1407,使气化炉黑水直接进入真空闪蒸罐V1402。
5.7关闭黑水至蒸发热水塔T1402管线上的阀门PV1408,是水洗塔和旋风分离器黑水泄入渣池V1303中。
5.8关闭中压氮气阀PV1402A。
5.9当水洗塔T1401压力低于0.1MPa后,打开渣池V1303加水阀LIC1309,液位投自动。
5.10打开渣池至气化炉管线上的阀门VX1314。
5.11关闭渣池至蒸发热水踏塔管线上的阀门FIC1314,此时水送到气化炉。
5.12打开气化炉R1301底部循环阀VX1303。
6.拆卸工艺烧嘴
6.1将气化炉合成气出口管线至开工抽引器管线上的手动阀VX1304全开。
6.2打开开工抽引器蒸汽调节阀PV1304。
6.3若干分钟后确认卸下工艺烧嘴,点击按钮使其处于非工作状态。
6.4关闭开工抽引器阀VX1304和PV1304。
6.5关闭烧嘴冷却水槽补水阀LIC1306。
6.6关闭低压氮气阀VX1306。
6.7关闭循环水阀VX1301。
6.8关闭烧嘴冷却水入烧嘴进出口切断阀VX1307。
6.9关闭烧嘴冷却水出烧嘴进出口切断阀VX1308。
6.10停烧嘴冷却水泵P1301A。
7.系统各泵停止运行
7.1将脱盐水至除氧槽V1405管线上的阀门LIC1403设定为50,为密闭冲洗水泵P1404提供冷凝水。
7.2关闭脱氧水调节阀LIC1405。
7.3停脱氧水泵P1403。
7.4当高温热水储罐V1407液位LIC1405低于50%,停高温热水泵P1402。
7.5当水洗塔T1401液位LIC1401低于30%时,停黑水循环泵P1401。
7.6停真空泵P1412。
7.7关闭低压灰水阀FIC1422。
7.8调节灰水去界外废水管线上的阀门FIC1421,使灰水槽V1421液位低于50%。
7.9停低压灰水泵P1406。
7.10关闭入澄清槽的絮凝剂阀门VX1411。
7.11关闭入灰水槽的分散剂阀门VX1412。
7.12关闭锁斗冲洗水槽V1308入口阀LIC1308。
7.13关闭锁斗循环泵P1302去气化炉管线上的阀门FIC1312。
7.14停锁斗循环泵P1302。
7.15按下“锁斗开车”按钮,停锁斗系统。
7.16停密闭冲洗水泵P1404,停供密闭冲洗水。
7.17停澄清槽底物泵P1407。
7.18停压滤机系统M1401。
7.19停滤饼皮带输送机M1402。
7.20关闭酸气冷凝器E1401循环水阀VX1401。
7.21关闭真空闪蒸冷凝器E1402循环水阀VX1404.
7.22停澄清槽V1411的搅拌器。
7.23停渣池V1301的搅拌器。
7.24停滤液槽V1416的搅拌器。
8.停预热水循环
8.1停渣池泵P1303。
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