一种煤制油气化半实物仿真装置

1.本实用新型属于煤制油气工艺教学考核设备领域，具体涉及一种煤制油气化半实物仿真装置。

背景技术：

2.粉煤气化过程是在高温、加压条件下进行的，煤粉、氧气及少量蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内，在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。
3.粉煤气化工艺，要求学校、培训中心和企业对粉煤气化工艺的操作人员进行实操培训考核、技能实操考核评级工作等。但是，目前缺乏有效的培训考核实物装置，迫切需要集培训和考核于一体的实物装置。
4.在现有的粉煤气化工艺培训考核时，人们采用的是纯仿真的形式进行，不走任何物料，使用的全部都是仿真仪表阀门，而且工艺流程、控制逻辑方案不完整，过于简化，偏重理论培训、功能单一、培训内容空洞，对安全事故缺乏管控能力，且设备的外形及安装形式、仪表的种类及样式、dcs控制系统等与工业化生产差别巨大，对工业生产现场操作实际指导意义微小，并不能有效的提高学校学生和从业人员的粉煤气化工艺技能水平。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种煤制油气化半实物仿真装置，该装置利用声光电技术和工业级控制系统，结合煤化工产业实际情况，采用半实物仿真模拟的形式进行煤制油气化实操考培。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种煤制油气化半实物仿真装置，包括粉煤给料罐、气化炉、氧气源和过热中压蒸汽源；粉煤给料罐用于模拟气化中的粉煤，气化炉上安装有粉煤烧嘴，氧气源和过热中压蒸汽源与氧/蒸汽混合器连接，粉煤给料罐、氧/蒸汽混合器通过管路与粉煤烧嘴连接，经粉煤烧嘴喷出的混合物进入气化炉；气化炉的下部依次连接有灰渣激冷罐、破渣机、渣收集器、渣放料罐；气化后产生的熔融状炉渣向下流入灰渣激冷罐，破渣机将灰渣激冷罐流下来的大块炉渣粉碎成细小的炉渣，渣收集器用于收集细小的灰渣颗粒，渣放料罐用于接收渣收集器内的灰渣。
7.渣水循环泵、放料循环泵，渣水循环泵的入口通过管路连接渣收集器，渣水循环泵的出口通过管路连接水力旋流器，水力旋流器通过管路连接循环灰水冷却器的入口，循环灰水冷却器的出口通过管路连接灰渣激冷罐；放料循环泵的入口通过管路连接渣放料罐、出口通过管路连接渣收集器。
8.合成气冷却器，合成气冷却器位于气化炉的上部，合成气冷却器内设置有数段蒸发器；用于回收气化后模拟的高温合成气的热量。
9.中压循环水泵，中压循环水泵的入口通过管路连接汽包、出口通过管路连接合成气冷却器。
10.飞灰收集罐，飞灰收集罐内设有高温高压飞灰过滤器，飞灰收集罐通过管路与气化炉的尾部连接；用于过滤模拟合成气中的飞灰颗粒。
11.文丘里洗涤器、洗涤塔，文丘里洗涤器通过管路连接飞灰收集罐的罐顶，用于抽吸飞灰收集罐内的模拟合成气；洗涤塔通过管路与文丘里洗涤器连接，用于洗涤模拟合成气中飞灰颗粒，洗涤塔的排液口连接洗涤塔循环水泵，涤塔循环水泵出口的两条支路分别连接洗涤塔和文丘里洗涤器的进液口；
12.循环气压缩机，循环气压缩机的入口通过管路连接洗涤塔的塔顶、出口通过管路连接气化炉。
13.进一步地，气化炉内从上至下依次设置有sgc蒸汽发生器、激冷段蒸汽发生器、气化炉蒸汽发生器、传导段蒸汽发生器。
14.进一步地，氧/蒸汽混合器与粉煤烧嘴连接的管路上、中压循环水泵连接合成气冷却器的管路上、洗涤塔循环水泵连接洗涤塔和文丘里洗涤器的管路上、以及洗涤塔的顶部出口管路上均设有流量计。
15.进一步地，粉煤给料罐、渣放料罐、飞灰收集罐中均设有料位计；汽包、灰渣激冷罐、洗涤塔中均设有液位计。
16.进一步地，氧/蒸汽混合器与粉煤烧嘴连接的管路上、气化炉的出口管路上、汽包的出口管路上、洗涤塔的顶部出口管路上均设有压力传感器。
17.进一步地，氧气源的输出管路上、热蒸压汽源的输出管路上、气化炉中、灰渣激冷罐中中、气化炉中、循环灰水冷却器连接灰渣激冷罐的管路上、汽包的出口管路上、循环气压缩机连接气化炉的管路上、洗涤塔的顶部出口管路上、洗涤塔循环水泵的出口管路上均设有温度表。
18.进一步地，洗涤塔的顶部出口管路上设有气体成分分析仪。
19.进一步地，热蒸压汽源与氧/蒸汽混合器之间设有蒸汽过滤器。
20.与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
21.本实用新型提供的一种煤制油气化半实物仿真装置，设置粉煤给料罐、气化炉、灰渣激冷罐、渣收集器、渣放料罐、汽包、循环灰水冷却器、水力旋流器、飞灰收集罐、粉煤烧嘴、洗涤塔、文丘里洗涤器、放料循环泵、渣水循环泵、洗涤塔循环水泵，使得可较好的体现工业实际中典型的粉煤气化工艺流程，使学员了解粉煤气化典型的工艺流程、生产原理、主要设备的结构及用途性能等。
附图说明
22.图1为本实用新型的结构示意图。
23.图中：1-粉煤给料罐；2-粉煤烧嘴；3-气化炉；4-灰渣激冷罐；5-破渣机；6-渣收集器；7-渣放料罐；8-渣水循环泵；9-水力旋流器；10-循环灰水冷却器；11-放料循环泵；12-合成气冷却器；13-合成气冷却器蒸发器；14-中压循环水泵；15-汽包；16-飞灰收集罐；17-文丘里洗涤器；18-洗涤塔；19-洗涤塔循环水泵；20-循环气压缩机；21-传导段蒸汽发生器；22-气化炉蒸汽发生器；23-激冷段蒸汽发生器；24-sgc蒸汽发生器；25-氧/蒸汽混合器；26-高温高压飞灰过滤器；27-煤渣处理系统；28-灰水去汽提塔。
具体实施方式
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.如图1所示，一种煤制油气化半实物仿真装置，包括粉煤给料罐1、气化炉3、氧气源和过热中压蒸汽源；气化炉3上安装有粉煤烧嘴2，氧气源和过热中压蒸汽源与氧/蒸汽混合器25连接，粉煤给料罐1、氧/蒸汽混合器25通过管路与粉煤烧嘴2连接；气化炉3的底部依次连接有灰渣激冷罐4、破渣机5、渣收集器6、渣放料罐7；渣水循环泵8、放料循环泵11，渣水循环泵8的入口通过管路连接渣收集器6，渣水循环泵8的出口通过管路连接水力旋流器9，水力旋流器9通过管路连接循环灰水冷却器10的入口，循环灰水冷却器10的出口通过管路连接灰渣激冷罐4；放料循环泵11的入口通过管路连接渣放料罐7、出口通过管路连接渣收集器6；合成气冷却器12，合成气冷却器12连接气化炉3的炉顶，合成气冷却器12内设置有数段蒸发器；中压循环水泵14，中压循环水泵14的入口通过管路连接汽包15、出口通过管路连接合成气冷却器12；飞灰收集罐16，飞灰收集罐16内设有高温高压飞灰过滤器26，飞灰收集罐16通过管路与气化炉3的尾部连接；文丘里洗涤器17、洗涤塔18，文丘里洗涤器17通过管路连接飞灰收集罐16的罐顶；洗涤塔18通过管路与文丘里洗涤器17连接，洗涤塔18的排液口连接洗涤塔循环水泵19，洗涤塔循环水泵19出口的两条支路分别连接洗涤塔18和文丘里洗涤器17的进液口；循环气压缩机20，循环气压缩机20的入口通过管路连接洗涤塔18的塔顶、出口通过管路连接气化炉3。
26.本实施例的煤制油气化半实物仿真装置包括以下工作流程
27.一、合成气流程
28.来自粉煤给料罐1的模拟粉煤通过粉煤加料器由高压co2或n2送入粉煤烧嘴2。来自空分单元的4.8mpag、常温的模拟纯氧经预热至180℃，之后在氧/蒸汽混合器25中与5.36mpag、300℃的模拟中压过热蒸汽混合后也送入粉煤烧嘴2。模拟蒸汽在送入氧/蒸汽混合器25与模拟氧气混合前，先要经过蒸汽过滤器过滤机械杂质，以保证氧气系统的洁净。
29.模拟的粉煤、氧气和蒸汽由粉煤烧嘴2喷入气化炉3内，在4.3mpag的压力下进行不完全燃烧反应。反应后的模拟高温合成气（1400℃～1700℃）在激冷口被来自循环气压缩机20约210℃的模拟激冷气激冷至约900℃，后经后续各段蒸汽发生器（合成气冷却器12）冷却至340℃，汽包15内的热水由中压循环水泵14输送，经各段蒸汽发生器气化后进入汽包15，产生的蒸汽去汽包管网。合成气冷却器12出来的模拟合成气经高温高压飞灰过滤器26进行过滤后的夹带飞灰含量降至约1～2（最大20）mg/nm3，再经洗涤塔18进行湿洗后可使固含量降低到1mg/nm3以下。激冷气由干法除灰后的合成气与湿法除灰后的合成气混合而来。
30.二、排渣流程
31.粉煤高温气化后，1600℃左右的熔融状炉渣向下流入气化炉3底部的灰渣激冷罐4，迅速分解成灰渣小颗粒，灰渣颗粒向下流入渣收集器6中。在灰渣激冷罐4和渣收集器6间的炉渣管线上设置了破渣机5，以便将大块的炉渣粉碎成细小的炉渣。灰水由渣水循环泵8从渣收集器6的顶部抽出，经水力旋流器9和循环灰水冷却器10循环回到灰渣激冷罐4。水力旋流器9可将激冷水中的固体颗粒含量控制在1~1.5wt%，循环灰水冷却器10可利用循环冷
却水将激冷水温度控制在40～50℃。
32.渣由渣收集器6进入渣放料罐7，在此过程中，灰水通过放料循环泵11循环回到渣收集器6中，同时系统中补入高压循环水以补充由水力旋流器9排到初步水处理系统的水。一次收渣计时结束后，渣放料罐7即与渣收集器6隔绝后卸压，然后将常压渣水全部排入煤渣处理系统27做进一步处理。
33.循环水对渣放料罐7冲洗和补水。
34.三、湿法除尘流程
35.干法除灰后的模拟合成气一部分与来自洗涤塔循环水泵19的169℃洗涤水和来自碱泵的模拟碱在文丘里洗涤器17中进行预混合后送入洗涤塔18，另一部分与湿洗后的模拟合成气混合后经循环器气压缩机20送入气化炉激冷口。洗涤塔18中气体由下上升，与由上至下的洗涤水在填料层中充分接触传质传热，主要除去粗合成气中的卤化物、酸性化合物与微量的固体颗粒，洗涤后离开塔顶的约164℃的模拟饱和合成气一部分送往循环气压缩机20，其余部分外作为产品气送往净化工段。
36.洗涤塔18底出来的循环洗涤水经洗涤塔循环水泵19加压后分为三部分，一部分送入洗涤塔顶部循环利用，一部分送去文丘里洗涤器循环利用，剩余部分则送往灰水去汽提塔28处理。
37.本实施例中，模拟氧气、模拟过热中压蒸汽、模拟合成气均为空气，模拟液体、模拟碱液均为水，粉煤则不采用任何物料。
38.本实用新型选取煤化工工艺中的粉煤气化工段为装置工艺设计蓝本，装置全部采取模拟物料水和空气运行，保证安全，运行物料安全、环保，且可循环使用，运行成本低。
39.本实用新型面向化工安全工程、化工工程与工艺、应用化学、电气工程等工科专业的学校研究教学需要，面向培训中心和化工企业的生产安全技能培训、考核评级取证的需要，设计开发了煤制油气化半实物仿真装置培训与考核装置，利用声光电技术和工业级控制系统，结合煤化工产业实际情况，采用仿真模拟的形式进行煤气化工艺技能实操考培，将学校学生、企业操作人员及管理人员粉煤气化工艺培训、岗位人员技能培训等进行融合，形成一套完整的、科学有效的、具有鲜明特的煤制油气化半实物仿真装置实操考核新系统。本装置能较好的体现工业实际中典型的粉煤气化工艺流程，使学员了解粉煤气化行业典型的工艺流程、生产原理、主要设备的结构及用途性能等。
40.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于，包括：粉煤给料罐（1）、气化炉（3）、氧气源和过热中压蒸汽源；气化炉（3）上安装有粉煤烧嘴（2），氧气源和过热中压蒸汽源与氧/蒸汽混合器（25）连接，粉煤给料罐（1）、氧/蒸汽混合器（25）通过管路与粉煤烧嘴（2）连接；气化炉（3）的下部依次连接有灰渣激冷罐（4）、破渣机（5）、渣收集器（6）、渣放料罐（7）；渣水循环泵（8）、放料循环泵（11），渣水循环泵（8）的入口通过管路连接渣收集器（6），渣水循环泵（8）的出口通过管路连接水力旋流器（9），水力旋流器（9）通过管路连接循环灰水冷却器（10）的入口，循环灰水冷却器（10）的出口通过管路连接灰渣激冷罐（4）；放料循环泵（11）的入口通过管路连接渣放料罐（7）、出口通过管路连接渣收集器（6）；合成气冷却器（12），合成气冷却器（12）位于气化炉（3）的上部，合成气冷却器（12）内设置有数段蒸发器；中压循环水泵（14），中压循环水泵（14）的入口通过管路连接汽包（15）、出口通过管路连接合成气冷却器（12）；飞灰收集罐（16），飞灰收集罐（16）内设有高温高压飞灰过滤器（26），飞灰收集罐（16）通过管路与气化炉（3）的尾部连接；文丘里洗涤器（17）、洗涤塔（18），文丘里洗涤器（17）通过管路连接飞灰收集罐（16）的罐顶；洗涤塔（18）通过管路与文丘里洗涤器（17）连接，洗涤塔（18）的排液口连接洗涤塔循环水泵（19），洗涤塔循环水泵（19）出口的两条支路分别连接洗涤塔（18）和文丘里洗涤器（17）的进液口；循环气压缩机（20），循环气压缩机（20）的入口通过管路连接洗涤塔（18）的塔顶、出口通过管路连接气化炉（3）。2.根据权利要求1所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的气化炉（3）内从上至下依次设置有sgc蒸汽发生器（24）、激冷段蒸汽发生器（23）、气化炉蒸汽发生器（22）、传导段蒸汽发生器（21）。3.根据权利要求1所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的氧/蒸汽混合器（25）与粉煤烧嘴（2）连接的管路上、中压循环水泵（14）连接合成气冷却器（12）的管路上、洗涤塔循环水泵（19）连接洗涤塔（18）和文丘里洗涤器（17）的管路上、以及洗涤塔（18）的顶部出口管路上均设有流量计。4.根据权利要求3所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的粉煤给料罐（1）、渣放料罐（7）、飞灰收集罐（16）中均设有料位计；汽包（15）、灰渣激冷罐（4）、洗涤塔（18）中均设有液位计。5.根据权利要求4所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的氧/蒸汽混合器（25）与粉煤烧嘴（2）连接的管路上、气化炉（3）的出口管路上、汽包（15）的出口管路上、洗涤塔（18）的顶部出口管路上均设有压力传感器。6.根据权利要求5所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的氧气源的输出管路上、热蒸压汽源的输出管路上、气化炉（3）中、灰渣激冷罐（4）中、气化炉（3）中、循环灰水冷却器（10）连接灰渣激冷罐（4）的管路上、汽包（15）的出口管路上、循环气压缩机（20）连接气化炉（3）的管路上、洗涤塔（18）的顶部出口管路上、洗涤塔循环水泵（19）的出口管路上均设有温度表。
7.根据权利要求6所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的洗涤塔（18）的顶部出口管路上设有气体成分分析仪。8.根据权利要求1所述的一种煤制油气化半实物仿真装置，其特征在于：所述的过热中压蒸汽源与氧/蒸汽混合器（25）之间设有蒸汽过滤器。

技术总结

本实用新型属于煤制油气化工艺教学考核设备领域，具体涉及一种煤制油气化半实物仿真装置，其结构为：气化炉上安装有粉煤烧嘴，粉煤给料罐、氧/蒸汽混合器与粉煤烧嘴连接；气化炉的下部依次连接有灰渣激冷罐、破渣机、渣收集器、渣放料罐；合成气冷却器连接气化炉的炉顶，中压循环水泵的入口连接汽包、出口连接合成气冷却器，文丘里洗涤器连接飞灰收集罐的罐顶；洗涤塔与文丘里洗涤器连接，洗涤塔循环水泵出口的两条支路分别连接洗涤塔和文丘里洗涤器的进液口，循环气压缩机的入口连接洗涤塔的塔顶、出口连接气化炉。该装置利用声光电技术和工业级控制系统，结合煤化工产业实际情况，采用半实物仿真模拟的形式进行煤制油气化实操考培。考培。考培。