加压气化工艺仿真(操作手册)V107.docx
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1、加压气化工段仿真培训系统软件说明书仿真培训系统操作说明书北京东方仿真软件技术有限公司2011年12月33目 录目 录I第一章 工艺概述11.1煤化工技术简介11.1.1煤的性质简述11.1.2煤化工简介11.1.3煤气化概述21.2加压气化工艺21.2.1加压气化简述21.2.2加压气化的影响因素41.2.3加压气化工艺流程51.3工艺仿真范围6第二章 设备概述82.1设备一览表82.2设备简介92.2.1煤斗(B003)92.2.2煤锁(B001)92.2.3气化炉(C001)92.2.4灰锁(B004)102.2.5洗涤冷却器(B006)112.2.6废热锅炉(W-001)112.2.7火
2、炬(B-008)112.3阀门一览表122.3.1控制阀122.3.2现场调节阀122.3.3现场开关阀142.3.4安全阀162.3.5电磁电动阀16第三章 自控及仪表183.1控制仪表一览表183.2显示仪表一揽表183.3报警一揽表20第四章 开车操作214.1 职责范围214.1.1 中控岗位职责及管辖范围214.1.2 巡回岗位职责及管辖范围214.2冷态开车224.2.1夹套建立液位224.2.2废锅壳程建立液位224.2.3废锅集水槽建立液位234.2.4开车煤气系统投用234.2.5煤锁气系统投用244.2.6暖管及蒸汽吹扫254.2.7气化炉加煤254.2.8炉弊投用254.
3、2.9蒸汽升温264.2.10空气点火264.2.11切氧274.2.12提压274.2.13并网284.2.14煤锁投自动284.2.15灰锁投自动284.2.16投用联锁29第五章 停车操作295.1正常停车295.1.1气化炉降负荷295.1.2摘除联锁295.1.3停气化炉炉篦305.1.4停煤锁灰锁305.1.5停气化剂305.1.6气化炉泻压315.1.7排残料325.1.8蒸汽吹扫325.1.9排污325.2事故停车335.2.1停气化剂335.2.2摘除联锁335.2.3气化炉泻压335.2.4停气化炉炉篦345.2.5停煤锁灰锁345.2.6排残料345.2.7排污355.3
4、紧急停车355.3.1急停355.3.2气化炉泻压365.3.3停气化炉炉篦365.3.4停煤锁灰锁375.3.5煤仓停止进煤37第六章 事故处理386.1氧气管网故障386.2蒸汽管网故障386.3煤锁气洗涤泵P10A004A坏386.4LV10A006阀卡396.5LV10A033 被堵39第七章 顺控及联锁407.1煤锁407.1.1半自动操作407.1.2全自动操作427.1.3现场手动操作427.1.4控制室手动427.2灰锁437.2.1半自动操作437.2.2全自动操作457.2.3现场手动操作457.2.4控制室手动457.3废热锅炉底部的冲洗操作457.3.1 LV10A03
5、3 被堵或集水槽至 LV10A033 间的管线被堵457.3.2 LV10A033 至 UV10A038 及其以下的管线被堵467.3.3 LV10A033 旁路管线被堵467.3.4 集水槽底部或VD10A039被堵467.4联锁467.4.1联锁说明467.4.2联锁阀门动作表477.5炉箅操作47第八章 仿真DCS画面49III北京市朝阳区小关东里10号院润宇大厦610室 (100029)第一章 工艺概述1.1煤化工技术简介1.1.1煤的性质简述煤是由远古植物残骸没入水中经过生物化学作用,被地层覆盖并经过物理化学与化学作用而形成的有机生物岩。煤生成过程中的成煤植物来源与成煤条件的差异造成
6、了煤种类的多样性与煤基本性质的复杂性。由高等植物经过成煤过程的复杂的生化和地质变化所形成的腐植煤是煤中蕴藏量最大、最重要的煤。根据煤化程度的不同,腐植煤可区分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。由于煤的生成年代、产地及生成植物的不同,因此其组成相当复杂,很难用一个统一的分子式来表达。煤的组成以有机质为主体,煤的用途主要由煤中有机质的性质所决定。煤质的基本分析有工业分析、元素分析和煤的发热量。煤的工业分析包括水份、灰份、挥发份和固定碳等项。元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯等项。气化过程的条件主要决定于气化炉的构造和原料煤的理化性质,对原料性质的要求包括原料中水份、灰份、挥发份、固定碳、硫份及
7、原料的粒度、反应性、机械强度、热稳定性、粘结性、煤灰的熔融性(灰熔点)和成渣性能。碎煤加压气化过程是一个在高温和高压下进行的复杂多相的物理化学反应过程,主要是煤中的碳与气化剂、氧和水蒸汽等之间的反应。反应生成物煤气的组成决定于原料性质、气化剂的种类及制气过程的条件,作为人工天然气(SNG)原料气的煤气有效组成主要是氢、一氧化碳和甲烷。1.1.2煤化工简介煤化学工业是以煤为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品以实现煤综合利用的工业,简称煤化工。煤化工包括炼焦化学工业、煤气化工业、煤制石油工业、煤制化学品工业以及煤加工制品工业等。具体来说,就是生产氢、氨、醇、油、燃气五大产品
8、为基础的重化工产业,然后进一步生产成千上万个化工产品,使用到国民经济的各个领域。从煤的加工过程分,主要包括:干馏(含炼焦和低温干馏),气化,液化和合成化学品等。煤化工利用生产技术中,炼焦是应用最早的工艺,并且至今仍然是化学工业的重要组成部分。煤的气化在煤化工中占有重要地位,用于生产各种气体燃料,是洁净的能源,有利于提高人民生活水平和环境保护;煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化,即煤高压加氢液化,可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时,煤的液化产品将替代目前的天然石油。因此,煤化工是我国发展经济的支柱之一。1.1.3煤气化概述煤气化技术是煤化工产业发展很重要的单元技术
9、,煤气化技术不仅是煤炭间接液化过程中制取合成气的先导技术,也是煤炭直接液化过程中制取氢气的主要途径。煤炭经过气化、煤气除尘、脱硫、脱碳、CO变换等环节,可以得到不同C/H比的合成气。煤气化技术已广泛应用于化工、冶金、机械、建材等工业行业和城市煤气等领域。煤气化是一个热化学的过程,是指煤在特定的设备内,在一定温度及压力下使煤中的有机质与气化剂(水蒸气、空气、氧气、氢气等)发生一系列的化学反应,将固体煤转化为以CO、H2、CH4等可燃气体为主要成分的生产过程。煤炭气化时,必须具备三个条件,即气化炉、气化剂、热量供给,三者缺一不可。不同的气化工艺对原料的性质要求不同,因此在选择煤气化工艺时,考虑气化
10、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、黏结性、煤灰熔融性、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。煤炭气化技术具有悠久的历史,目前正在应用和开发的煤气化炉有许多类型,气化方法的分类也有多种方法,主要可按压力、气化剂、气化过程、供热方式等分类。煤气化技术虽有很多种不同的分类方法,但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类,或称为按照反应器形式分类。气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率,采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺是发展煤化工的重要前提,其中反应器便是工艺的核心,可以说气化工艺的发展是随着反应器的发展而发展的,为了提高煤气化的气
11、化率和气化炉气化强度,改善环境,新一代煤气化技术的开发总的方向,气化压力由常压向中高压(8.5MPa)发展;气化温度向高温(15001600)发展;气化原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。1.2加压气化工艺1.2.1加压气化简述碎煤加压气化炉是一种自热式、逆流、移动床、加压、固态排渣、圆筒形的、双层夹套式容器结构的气化炉,内外壳由钢板制成。主要由炉体、加煤装置、出灰装置、炉篦、布煤装置,气化剂入口和煤气出口等部分组成。煤的气化过程是一个复杂多相物理化学反应过程。主要是煤中的碳与气化剂,气化剂与生成物,生成物与生成物及碳与生成物之间的反应。煤气的成分决定于原料种类,气化剂种类及制气过程的条
12、件。制气过程的条件主要决定于气化炉的构造和原料煤的物理化学性质。其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。提高压力的气化方法可以大幅度提高气化炉的生产能力,并能改善煤气的质量。本装置采用的移动床加压气化是碎煤加压逆流接触、连续气化、固态排渣工艺过程。碎煤加压气化是移动床逆流工艺过程,在炉的纵剖面上可分为五个区:灰床、燃烧层、气化层、干馏层、干燥和预热层。(一) 灰床:4.53 MPa、435的过热蒸汽和夹套自产蒸汽与4.65 MPa、110的氧气混合后,约350进入气化炉炉篦,经灰床分布、与灰渣换热,灰渣由约10001100被冷却450左右,排入灰锁。气化剂被加热后上升到燃烧层。(二) 燃烧
13、层在燃烧层进行下列主要反应:a、C + O2 = CO2 + 4.18 97KJ/molb、C + 1/2O2 = CO + 4.18 29.4 KJ/mol在燃烧层、煤与O2的反应,a是控制反应。上述两反应放出大量的热,上升的气化剂被加热到约8001000,下降的灰的温度接近1000。(三) 气化层来自燃烧区的上升气体主要含有CO2和水蒸汽,在气化区约850的平均温度下进行以下反应:c、C + H2O = CO + H2 - 4.18 28.3KJ/mold、C + 2 H2O = CO2 + 2H2 - 4.18 18.5KJ/mole、CO + H2O = CO2 + H2 + 4.18
14、 9.80KJ/molf、C + CO2 = CO - 4.18 38.3KJ/molg、C + H2 = 4 + H2 + 4.18 20.9KJ/molh、CO + 3 H2 = 4 + H2O + 4.18 49.3KJ/mol气化区的控制反应是c,甲烷化反应g和反应f对离开气化区的煤气组成影响较小。反应d、e、h对煤气组成的影响更小,对于活性差的煤,其影响可忽略不计。(四) 干馏层在干馏层,煤被上升煤气加热在300600时,煤开始软化,焦油和少量的2、CO2 、CO、H2S、NH3从煤气中分解出来。350550 4和C2+以上的烃类从煤中逸出,在干馏层,酚、吡啶、萘等有机物也形成并分解
15、出来。干馏过程是吸热过程,热量来自燃烧层。(五) 干燥和预热层由煤锁加入到气化炉的煤在干燥和预热层被干燥并加热至约300。此时煤的表面水分和吸附水被蒸发。1.2.2加压气化的影响因素加压气化中,影响气化的因素有原料的物理化学性质,气化炉结构及炉内操作条件。操作条件对气化过程的主要影响因素为气化压力、气化温度及汽氧比。(一) 气化压力压力对煤气组成的影响:甲烷和CO2含量随压力提高而增加,CO和H2含量随压力提高而减少。压力对煤气产率的影响:随着压力升高,煤气产率下降。压力对气化炉生产能力的影响:在相同温度下提高气化压力生产能力提高。压力对氧气和蒸汽消耗量的影响:随压力升高,氧气消耗量下降而蒸汽
16、耗量增加。(二) 气化温度气化温度主要决定于燃烧区温度,而燃烧区温度的确定,取决于煤的灰熔点。加入的水蒸汽,小部分参加气化反应,大部分作为热载体来调节温度,灰熔点高,可减少水蒸汽用量,从而减少煤气水的处理量。燃烧区温度主要通过观察灰的粒度和含碳量来调节汽氧比(H2O/O2)已达到最佳控制。气化温度对煤气组成影响很大,随气化温度的升高,H2和CO含量升高,CO2和CH4含量降低。气化温度的选择还与煤种和气化压力密切相关。气化变质程度深的煤应有较高的反应温度。对于固态排渣气化方式,气化温度的选择往往取决于灰熔点温度,气化温度必须低于灰熔点温度。(三) 汽/氧比对于加压气化,汽氧比是一个重要的操作参
17、数,在气化过程中煤气组成,随着汽氧比的变化而变化,同一煤种,汽氧比有一个变动范围。改变汽氧比即可调整控制气化过程的温度,在固态排渣炉中,首先保证燃烧过程灰不熔融成渣,同时保证气化反应在尽可能高的温度下进行。1.2.3加压气化工艺流程在碎煤加压气化炉中,煤与气化剂在4.1MPa压力下,逆流接触进行气化反应。碎煤加压气化装置包括带内件(波斯曼套筒、炉篦)的加压气化炉(10(AH)C001、11(AH)C001)和供煤的煤锁、排灰的灰锁,它们直接附置在炉体上。此工艺包括10、11两个系列,各8台(AH)气化炉。煤锁气和开车煤气部分每个系列各两套,10A装置对应10(A-D)4台气化炉,10B装置对应
18、10(E-H)4台气化炉,11A装置对应11(A-D)4台气化炉,11B装置对应11(E-H)4台气化炉。由备煤装置送来的经筛分后1350mm的合格碎煤由输煤皮带供到气化炉煤仓(B003)中,经过煤溜槽B002进入煤锁B001,煤锁在常压下加满煤后,关闭上阀,由来自煤气冷却装置的粗煤气(37、3.74MPa)充压至3.74MPa,然后再由气化炉顶部的粗煤气充压至与气化炉压力平衡,打开煤锁下阀,煤加入气化炉C001内。当煤锁中的煤全部加入气化炉后,由于气化炉内热流的上升,使煤锁内的温度升高。当煤锁温度大于50时关闭煤锁下阀,煤锁泄压至常压。煤锁再次加煤,由此构成了间歇加煤循环。进入气化炉内的煤依
19、次经过干燥预热层、干馏层、气化层、燃烧层、灰层,与气化炉底部上来的气化剂反应,反应形成的灰渣经转动的炉篦排入灰锁B004。当灰锁积满灰后,关闭灰锁上阀,通过灰锁膨胀冷凝器B007将灰锁泄至常压,打开灰锁下阀将灰排入灰渣沟,灰渣由来自气化排渣装置的循环灰水冲至气化排渣装置渣池。 气化炉内产生的粗煤气(225、4.06MPa)进入洗涤冷却器B006被来自煤气水分离装置P001泵的高压喷射煤气水洗涤、除尘、降温,粗煤气(211、4.0MPa、38755NM3/H)和煤气水一起进入废热锅炉W001底部集水槽,进入集水槽中的粗煤气进入废热锅炉W001管程经废热锅炉W001壳程内的低压锅炉给水进一步冷却。
20、然后粗煤气(181、3.91MPa、38755NM3/H)经粗煤气分离器F002进行气液分离后进入粗煤气总管送至变换冷却装置。进入集水槽中的煤气水(181)由循环冷却洗涤水泵P002打至洗涤冷却器 B006,在此过程中循环冷却洗涤水泵P002以200M3/H煤气水量打循环,多余的煤气水经过液位调节阀LICA10A033排至煤气水分离装置。由除氧站装置高压锅炉给水进入气化炉夹套降液管顶部,通过降液管进入气化炉夹套底部,气化炉夹套产生的中压蒸汽进入夹套气液分离器F001,分离后的中压蒸汽(250、4.10 MPa)进入气化剂管线。由废热锅炉W001壳程内的低压锅炉给水经与粗煤气换热后产生低压蒸汽(
21、158、0.5MPa、24t/h)送至低压蒸汽总管。在煤锁卸压循环期间,煤锁气(37、0.001MPa、1203.5NM3/H )最大值短时可达12500NM3/H收集到煤锁气气柜中。在气柜上游,煤锁气在煤锁气洗涤器B008内由来自煤锁气分离器F004底部的煤锁气洗涤泵P004A(R)供给的低压喷射煤气水进行洗涤,不足的煤气水用来自煤气水分离装置的低压煤气水补充,洗涤后的煤锁气经煤锁气分离器F004进入煤锁气气柜。 气化装置在开、停车和事故操作期间产生的开车煤气含有杂质和冷凝液(煤气水),首先在开车煤气洗涤器B010中用来自开车煤气分离器F005底部的开车煤气洗涤泵P005打来的煤气水进行循环
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