5-3.6米热脱焦工艺煤气站
Φ3.6m×5两段式热脱焦工艺煤气站
技
术
方
案
淄博强能热能环保设备有限公司
二〇〇九年九月十二日
前言
近年来，由于国家经济的发展，国内能源消耗增加，供需矛盾突出，尤以国际原油价格提高，使国内油、气价格波动，其增幅更为突出。能源成为影响企业发展的主要原因，寻找新能源成为改善企业经济效益迫在眉睫的大事。
煤炭气化技术应用至今已经有百余年历史，在此过程中，传统的气化方式已经有了很大的改进，发展至今已经非常成熟。由于当前世界的能源应用结构中，石油和天然气占了非常大的比重，与其储量不成正比，因此，石油和天然气的价格不断攀升并创造历史新高。但对于中国的能源结构来说，煤炭储量居世界前列，但煤炭的直接燃烧会带来一系列的环保问题，因此，煤炭气化技术就理所当然地成了目前应用比较广泛的煤炭利用方法。
我公司长期致力于煤炭气化工程的普及和推广，并且取得了较好的社会和经济效益。在2006年底，我公司在西藏拉萨承建的3.2米两段式冷煤气站成功运行，创造了煤气炉高原应用的先河。2007年底，我公司设计开发的3.6米两段炉煤气站在江西运行成功，各项运行参数居同行业前列。
我们愿与全国各地的客户携手合作，共创美好的明天。
目录
一、工程总概况--------------------------------------------4
二、概述-------------------------------------------------5
三、工艺设计方案------------------------------------------8
四、主要设备选型----------------------------------------13
五、电气控制系统----------------------------------------19
六、土建、环保及消防------------------------------------22
七、原料煤及水电供应------------------------------------30
八、生产组织及安全--------------------------------------35
九、我公司煤气站的特点----------------------------------41
十、联系方式--------------------------------------------43
附表：
附表一：设备明细表
附图：
工艺流程图
平面布局图
设备立面图
一、工程总概况
●煤气炉型号：Φ3.6m两段式煤气发生炉
●煤气炉数量：五台
●单台小时生产煤气能力：8000-10000Nm3/h
●日生产煤气能力：960000-1200000Nm3/d
●单台小时耗煤量约计：2500-3000kg/h
●日耗煤约计: 300000-360000kg/d
●灰渣量为10-15％， 30000-54000kg/d
●软化水小时用量为10-20m3/h
●软化水日用量为240-480m3/d
●生活及其它用水20m3/d
●煤气站电力消耗：装机容量718kw 最大实用功率452kw ●煤气站需配备操作员工29人
●主厂房为四层结构，高24.7米
二、概述
1、项目概况
本煤气站是为用户200吨每小时轧钢提供煤气燃料的配套项目。为提高产品质量，并降低生产成本，贵公司决定选用目前国内技术最成熟的两段式煤气发生炉。该气化炉生产工艺先进、安全环保、所用原料选用陕西铜川煤、神木煤、山西大同煤及其他符合规定标准的煤炭。煤气站工程规模设计根据用户意见和计算选择5台φ3.6m的两段式煤气发生炉。
2、设计依据
(1) 按冷送冷装每小时200吨的最大产量，每吨钢按230立方米煤气设计，煤气热值1500大卡/立方米。如有其它差异，可以适当作出调整。
(2)《建设项目环境保护管理条例》。
(3)《发生炉煤气站设计规范》GB50195-94。
(4)《工业企业煤气安全规程》GB6222-86。
3、工程范围
本工程含设计、设备制造、外购配套、电控仪表、安装、调试、培训等（不含土建施工）。主要由下列系统组成：
（1）煤的运输、贮存、筛分、输配（用户选择或者自理）系统
（2）煤气发生炉系统
（3）煤气的净化系统
（4）空气鼓风机系统
（5）站内管道连接系统
（6）煤气站站内的供电、供水系统
（7）仪表控制系统：控制方式为PLC控制方式
（8）消防、安全、环保
场（用户自理）
（10）生产组织
4、总图布置与运输
4.1总平面布置的原则和功能划分
（1）贯彻国家颁布的有关方针、政策，节约用地，紧凑布置，在满足生产工艺要求保障安全的条件下，做到经济合理，降低工程造价，缩短施工周期，减少基本建设投资，发挥投资的最大经济效益。
（2）根据生产工艺流程、生产特点和各部门的相互关系，优化厂房布局，确保生产过程的连续性和安全性，并使生产作业路线短捷、方便，避免交叉干扰。
（3）工艺设施的布置要与地形配合，尽量减少土石方工程量。
（4）在总体布局上，要综合考虑建筑物的朝向，创造良好的生产环境，最大限度地利用天然光线和自然通风。
（5）在满足生产工艺要求的前提下，根据生产性质、动力供应、运输条件、卫生及防火要求，将排出烟尘及有害气体的车间布置在厂区的下风侧。
（6）动力供应设施应综合考虑有关条件，尽量靠近负荷中心，且变配电室的位置要尽量使电力线引入厂区便利。
（7）考虑企业发展需要，在场地条件允许的情况下，以近期为主,近期建设与远期发展相结合。
（8）总图布置要与厂外交通相适应，优化厂内运输方式和道路布置，合理组织人流、车流，保证生产不受运输设施干扰，保证人员出入方便、安全。
（9）做好厂区绿化，留出足够的绿化空间，建成花园式工厂。
4.2场地布置的原则
（1）结合地形，合理确定场地标高，满足生产和运输要求，力求减少土石方工程量。
（2）根据工艺流程和厂区地形合理确定厂区排水系统及排水方式，保证
（3）合理确定场地平整方案，力求填挖方平衡。
4.3总图布置方案
本装置生产介质为易燃、易爆物质，生产的火灾危险性分类为乙类，装置总平面布置严格遵照《发生炉煤气站设计规范》、《工业企业总平面设计规范》和《建筑设计防火规范》等规范的有关规定，注意装置各建、构筑物之间的防火间距和装置街区消防车道的畅通。并根据当地气象条件，对装置进行合理布置。在总图布置时将焦油系统、煤场等建筑物和构筑物，布置在煤气站主厂房、空气鼓风机间等夏季最大频率风向的下风侧。具体布置情况详见附图。
三、工艺设计方案
1、工艺技术方案
1.1煤的运输、贮存、破碎筛分、计量、输配
本煤气站制气车间耗煤量最大约为360吨/日，煤种为神木煤、大同煤、内蒙包头煤，或其他符合国标得煤炭种类。其粒度为20-40mm、25-50mm、30-60mm，最大粒度不宜高于80mm，13mm以下不超过10%，来煤为粗选过的块煤由汽车或火车运入站内贮煤场。考虑到购入的原料煤是经过初步筛分处理过的，合格粒度比例初步估计80%以上，煤的二次处理量比较大，且用煤量较大，需要采用机械化破碎、筛分及皮带输送系统，以人工上煤为备用补充。因灰渣量比较大，所以，需要设计灰渣皮带输送系统，以减少工人的劳动强度，减少劳动定员。
1.2制气工艺
（1）制气原理
发生炉煤气是通过水蒸气和空气混合形成气化剂后流经炽热的固定燃烧床生成的.空气中所含的氧和蒸汽与燃料中的碳反应,生成了含有CO, CO2, H2, CH4, C2H4, N2等成分的发生炉煤气。
蒸汽与碳反应是吸热反应: C + H2O---→ CO + H2
当氧和碳反应时就放出热量 2C + O2--—> 2CO
一氧化碳与蒸汽反应： CO + H2O → CO2 + H2
这里一些蒸汽还与CO反应，由于每体积CO转化为CO2时，同时生成了相同体积的H2。在还原层，其温度低于1200℃时还会出现下面的快速反应: CO2+ C → 2CO 和 H2O+ C → H2 + CO
当煤气通过还原带时,可燃气体含量迅速上升,而CO2和水蒸汽含量下降。通过还原带后，一部分煤气被输出，流经底部旋风除尘器，这一部分煤气称
在干馏段，加入发生炉的煤，依次被干燥，预热和干馏，生成的蒸汽、焦油雾和煤气，一起从发生炉顶部输出，这一部分煤气称之为“顶部煤气”，其温度在100—120℃左右。
其中，底部煤气经旋风除尘器，顶部煤气经一级电捕焦油器与底部煤气混合，通过煤气总管送生产车间使用。整个生产工艺节能环保，生产操作安全稳定。具体详见以下工艺流程简图：
（2）设计参数
①常压固定床煤气发生炉用煤标准
在以前，我国发生炉用煤并没有什么标准，往往都是用户根据要求提出是用煤的质量要求。煤炭科学研究院在1988年负责制定了气化用煤质量标准，这就规定了发生炉用煤的最低要求，其目的是使供煤单位在供应和使用时都有一个依据。以下列出我国固定床煤气发生炉用煤质量标准（GB9143-88）
目前我国发生炉用煤绝大多数煤气站都能达到国家质量标准的技术要求，有少量又要求根据实际情况放宽。如煤炭的块度选择上，一般用户使用的不大可能达到D/d=2的要求
的，投入炉中煤在15-70毫米之间）。限下率在大多数煤气站能达到，少数以统煤入炉就无法达到此指标。含矸率的要求目前基本上是不能达到，一般含矸率都在3%以上，有的甚至达到10%以上。
常压固定床煤气发生炉用煤质量标准
②常用的气化用煤中的烟煤
我国地域广大，煤炭资源丰富，煤炭储量占世界第三，而开采量也达世界首位。如在气体中常用的煤如大同、神木、黄陵、铜川、抚顺、阜新、鹤岗、义马、兖州、新汶、淮南等地烟煤、主要是弱粘结煤、不粘结煤、贫煤和长焰煤等类别的煤。几种常用烟煤的煤质指标列出如下：
③煤气成份
CO 24-30%
CO2 4-6%
H2 13-15%
CH4 1.8-2.4%
O2＜0.6%
N2 47-51%
④煤气质量指标
煤气低热值＞1450大卡/Nm3
杂质（焦油、灰尘）≤100mg/Nm3
出站煤气温度 35℃（夏季45℃）
（3）制气车间组成
制气车间由主厂房、室外净化设备、空气鼓风机房、水泵房等组成。
①平台厂房
制气车间主厂房设5台Φ3.6m煤气发生炉。厂房为四层钢筋砼框架结构：一层为出灰层，敞开式；二、三层为操作层，四层为上煤层；二、三、四层均为半封闭式。气化炉所配辅机如液压站、干油泵等均在厂房内，气化炉设备重量主要落在地面煤气炉基础上，极大的降低厂房承载负荷，因此主体厂房也可采用全钢结构，以降低投资，缩短建设工期。
主厂房框架尺寸：长×宽×高=51.6米×8米×24.7米
在主厂房外侧一、二层配有辅助厂房,内设操控间、配电室、备件库、化验室、生活间等；在主厂房的一侧设有楼梯通道；主厂房各层面设有消防栓。在主要的操作层面设有一氧化碳报警装置。
辅助厂房框架：长×宽×高=51.6米×4米×10.5米
空气鼓风机房内主要设备为空气鼓风机8台。整个机房为单层开放工业厂房，在中央控制室正下方，根据实际情况也可封闭。在空气鼓风机房可设置设备维修更换起吊装置。鼓风机房内不单独设操控间，鼓风机房可考虑房内消音设施。
室外设备主要包括旋风除尘器、电捕焦油器等。设备间距大小既要考虑连接管道的转弯半径，又要考虑设备检修方便等因素。具体见平面布置图。
四、主要设备选型
1、两段式煤气发生炉
该煤气发生炉为WH型的国产化型号，早在上世纪八十年代我国从威斯特-惠勒公司引进，并消化吸收。经过二十多年的使用和改进，目前该型号的煤气发生炉已经相当成熟，能够适应长时间稳定运行。
根据具体的煤气产量的需求，我们选择φ3.6m两段式煤气发生炉五台。具体参数详见下表：
φ3.6m两段煤气发生炉技术特性及基本参数
2、一级电捕焦油器
电捕焦油器主要功能是除去上段煤气中的重质焦油。其工作原理：沉淀极和电晕极之间建立起45V-60KV的电场。在两极之间产生电晕放电。当含尘或焦油雾滴的气体通过该空间时，粉尘和焦油雾滴被极化带电，向沉淀极移动，碰到沉淀极后贴在沉淀极管壁上，因自重而沉到电捕焦油器底部，捕获的焦油相当于重油，粘度较大，为了保证其顺畅排出，在电捕
焦底部设盘管加热装置。一级电捕焦油器，工作电压4.5-6万伏，根据规范，电捕焦油器极管内流速不宜高于0.8m/s，我公司本方案使用型号为C-37管式电捕焦油器，管内流速不超过0.6m/s，经一级电捕焦油器处理后，煤气中重质焦油被脱除，管式电捕焦油器的沉淀极管是相互独立的，这样的结构虽然管材量大些、造价高些，但易维修更换部分管极，使用寿命较长。本设计配5台C-61型电捕焦油器。其主要技术指标见下表。
C-61型电捕焦油器主要技术指标
3、旋风除尘器
其主要功能其主要功能是对下段煤气进行除尘。本设计配5台旋风除尘器,其主要技术指标如下表：
旋风除尘器其主要技术指标
4、空气鼓风系统
1台煤气炉生产煤气量10000Nm3/h（最大用气量），根据该气量计算，需空气鼓风量应为7600Nm3/h。
根据以上数据，鼓风机选型为：9-26 6.3A，风量Q=8588-13525m3/h，全压P=8310-9698Pa，功率为55KW，八台，五开三备。该方案可有效地避免煤气炉之间的相互影响问题。
为了防止风机噪音的传播，可设封闭的风机房，或采用地沟吸风的风机进风设计。空气鼓风机单台配变频器。发生炉的空气阀门选用蜗轮蝶阀以利于调节，并设有自然通风管和止回阀。空气总管末端加有防爆装置。
5、水处理系统
①软化水系统
采用自动软化水设备，软化水量为10吨/小时，处理后的软化水能达到锅炉用水标准。选择3台软化水泵，水泵型号IS80-50-200,功率11KW,两开一备。该系统设有止回阀，防止软化水倒流造成水泵的损坏。
6 、液压系统
本方案配有液压系统。液压系统含液压站五套，每套配套两台15KW油泵，一用一备，灰盘传动液压缸2只，加煤机液压缸4只。灰盘传动系统工作压力为16MPa，试验压力为20 MPa。加煤机液压系统工作压力为12.5 MPa, 试验压力为16MPa。
五、电气控制系统
1、概述
本项目为使两段式发生炉煤气站的设计，能保证安全稳定生产、节约能源、保护环境并取得较佳的经济效益，设计采用先进、可靠、自动化水平高的PLC 加智能仪控制，设置独立操控台。
2、自动化水平
根据站区的布置及装置操作特点，同时考虑到管理以及最大限度的减少现场人员及现场操作，进行工厂的操作、工艺参数的监视及控制、生产能力的调整、报警监视以及工厂的管理等；顺序控制系统、联锁及紧急停车系统采用可编程序逻辑控制器(PLC)来实现；为了确保工厂的安全操作，对气化、排送装置安全保护则采用先进的安全保护系统来实现，并设有电气联锁及紧急停车系统。
3、仪表类型的确定
3.1确定原则
所选仪表及控制设备均是先进的、可靠的，可以保证工艺装置的长期、安全生产和操作。
3.2仪表类型
现场变送器采用电子式智能型仪表。控制阀采用电动执行机构。锅炉用控制阀采用电动执行机构。
所有进出控制室的信号都是电信号。除温度检测元件和特殊测量仪表外，标准的电信号为4-20mADC或1～-5VDC。其仪表送检及标定、整定工作由供货单位负责。
现场安装的仪表根据爆炸危险等级划分加以适当保护措施。
4、主要关键仪表的选择
4.1 PLC智能仪表操控台
PLC智能仪表模拟操控台选用国内知名厂商的产品，具有过程控制、操作、
控制功能，单台炉独立配置。操作人员完全可以凭借该生产控制系统进行整个生产系统的操作。为了能对整个煤气生产系统进行有效地监测、控制及科学操作，本方案选用了PLC智能仪表操控台，能对全站的生产状况及关键数据在生产模拟屏上显示，操作工能够在模拟屏上对关键生产数据进行调整、设定。
4.2现场仪表
（1）压力仪表
压力变送器、差压变送器均选用隔爆型电子式变送器。
（2）物位仪表
液位测量一般选用远传差压变送器。
根据要求配置需配置能对原料煤、灰渣、水质、煤气成分、含氧量的分析。
4.3信号报警
本方案工艺参数越限报警由参数设定位限来实现。所有的报警信息（过程报警、系统报警）可在仪表台上实现声光报警。
4.4测点及控制点
鼓风机：（1）工作状态显示；√
（2）变频器自动调节转速。√
气化炉：（1）加煤机工作状态；√
（2）加煤计数；
（3）炉体8路温度显示；√
（4）炉底鼓风压力显示√
（5）饱和温度显示与自动调节；√
（6）下段煤气温度显示；√
（7）上段煤气温度显示与调节；√
（8）上、下段煤气压力显示（两个）；√
一级电捕焦：（1）3个绝缘子箱温度显示；√
（2）电捕焦油器工作电压显示设定调节控制；√
汽包：（1）汽包蒸汽压力显示；
（2）液位自动设定控制及报警；√
（3）软化水泵工作状态显示；√
（注：√者，在仪表盘有显示）
5、鼓风机控制说明
鼓风机（55KW）采用5套变频，根据煤气总管压力变送器传来的电信号，通过二次仪表设定的目标值,实现自动跟踪控制,也可通过二次仪表进行，手动/自动无扰动切换 (变频采用富士产品)。
8、压力的联锁说明
压力联锁投入时，当煤气总管压力超低到达第一报警点时，声光报警器报警，提醒工人注意，应进行相应操作；当压力超低到达第二报警点时，鼓风机经过延时停机。
联锁解除，煤气总管与鼓风机不受压力联锁控制。
9、液压加煤出灰控制说明
（1）液压加煤
液压加煤为PLC控制,每台煤气炉均为16检测点,(由接近开关检测,品牌为日本OMRON)。
1)自动加煤：液压加煤自动时,根据上段煤气温度的设定值,到达设定值后,给PLC一个加煤指令,PLC根据程序自动完成两个煤仓的加煤过程.加煤次数由PLC内部计数器调节。
2)手动加煤：加煤手动由按钮控制,实现加煤过程。(手动自动状态下,加煤均为位置联锁程序,即下煤仓关闭不到位时,上煤仓不能打开,反之亦然)。
3)半自动加煤：即在人工给定加煤指令后，由PLC根据程序自动完成加煤过程。
本液压加煤系统的控制方式可以相互切换，因此对于操作来说，更加灵活可靠。
液压出灰为PLC控制,每台均有四个位置检测点，(由接近开关检测,品牌为日本OMRON)
1)液压出灰自动
根据工艺设定的出灰间隔时间,每经过一段时间,出灰自动进行,出灰次数可根据工艺设置。
2)液压出灰手动
为旋钮控制现场控制推出退回.以上加煤与出灰为自动时,功能实现自动启停。
10、智能仪表部分
1．鼓风机总管压力,炉底鼓风压力,下段煤气压力上段煤气压力电捕焦出口压力均采用防爆扩散硅压力变送器检测,输出4—20mA给二次仪表显示。
2．炉底饱和温度采用微电脑温度控制仪,控制电动执行器调节阀门开闭度,达到精确控制,饱和温度偏差目标值+/- 2℃左右。
3．炉体六路巡检,下段煤气出口温度,采用K型热电偶检测,二次智能仪表显示。
4．上段煤气出口,电捕焦绝缘子箱,电捕焦出口温度均采用Pt100热电阻检测,二次智能仪表显示。
11、本系统的实现
采用过程控制系统作为全厂的自动化系统硬件平台。在现场煤气站的控制柜上，每台炉装有数显仪表，利用仪表的通讯功能可以将温度、压力、流量等数据上传到各站PLC上，通过我公司自己开发的通讯程序，可以将智能仪表与下位机实现数据连接，实现自动控制。
若用户对控制和数据的查看有更直观的要求，可采用工控机显示各参数和自动控制部分参数。