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1、第四节 鲁奇加压气化炉炉型构造及工艺流程4.第三代加压气化炉第三代加压气化炉是在第二代炉型上的改进，其型号为Mark-，是目前世界上使用最为广泛的一种炉型。其内径为3.8m，外径4.128m，炉体高为12.5m，气化炉操作压力为3.05Mpa。该炉生产能力高，炉内设有搅拌装置，可气化强黏结性烟煤外的大部分煤种。第三代加压气化炉如图4-3-21所示。图4-3-21 第三代加压气化炉为了气化有一定黏结性的煤种，第三代气化炉在炉内上部设置了布煤器与搅拌器，它们安装在同一空心转轴上，其转速根据气化用煤的黏结性及气化炉生产负荷来调整，一般为1020r/h，从煤锁加入的煤通过布煤器上的两个布煤孔进入炉膛内
2、，平均每转布煤1520mm厚，从煤锁下料口到煤锁之间的空间，约能储存0.5h气化炉用煤量，以缓冲煤锁在间歇充、泄压加煤过程中的气化炉连续供煤。在炉内，搅拌器安装在布煤器的下面，其搅拌桨叶一般设有上、下两片桨叶。桨叶深入到煤层里的位置与煤的结焦性能有关，其位置深入到气化炉的干馏层，以破除干馏层形成的焦块。桨叶的材质采用耐热钢，其表面堆焊硬质合金，以提高桨叶的耐磨性能。桨叶和搅拌器、布煤器都为壳体结构，外供锅炉给水通过搅拌器、布煤器，最后从空心轴内中心管，首先进入搅拌器最下底的桨叶进行冷却，然后再依次通过冷却上桨叶、布煤器，最后从空心轴与中心管间的空间返回夹套形成水循环。该锅炉水的冷却循环对布煤搅
3、拌器的正常运行非常重要。因为搅拌桨叶处于高温区工作，水的冷却循环不正常将会使搅拌器及桨叶超温烧坏造成漏水，从而造成气化炉运行中断。该炉型也可用于气化不黏结性煤种。此时，不安装布煤搅拌器，整个气化炉上部传动机构取消，只保留煤锁下料口到炉膛的储煤空间，结构简单。炉篦分为五层，从下到上逐层叠合固定在底座上，顶盖呈锥形，炉篦材质选用耐热、耐磨的铬锰合金钢铸造。最底层炉炉篦的下面设有三个灰刮刀安装口，灰刮刀的安装数量由气化原料煤的灰分含量来决定，灰分含量较少时安装12把刮刀，灰分含量较高时安装3把刮刀。支承炉篦的止推轴承体上开有注油孔，由外部高压注油泵通过油管注入止推轴承面进行润滑。该润滑油为耐高温的过
4、热缸油。炉篦的传动采用液压电动机（采用变频电动机）传动。液压传动具有调速方便，结构简单，工作平稳等优点。但为液压传动提供动力的液压泵系统设备较多，故障点增多，由于气化炉直径较大。为使炉篦受力均匀，采用两台电动机对称布置。在该炉型中，煤锁与灰锁的上、下锥形阀都有了较大的进步，采用硬质合金密封面，使煤、灰锁的运行时间延长，故障率减少。南非sasol公司在煤灰锁上、下锥阀的密封面采用了碳化硅粉末合金技术，使锥形阀的使用寿命延长到18个月以上。5.第四代加压气化炉第四代加压气化炉是在第三代的基础上加大了气化炉的直径（达5m），使单炉生产能力大为提高，其单炉产粗煤气量可达7500m3（标）/h（干气）以
5、上。目前该炉型仅在南非sasol公司投入运行。6.鲁奇液态排渣气化炉鲁奇液态气化炉是传统固态排渣气化炉的进一部发展，其特点是气化温度高，气化后灰渣呈溶融态排出，因而使气化炉的热效率与单炉的生产能力提高，煤气的成本降低。液态排渣鲁奇炉如图4-3-22所示。图4-3-22 大型液态排渣实验炉该炉气化压力为2.03.0Mpa，气化炉上部设有布煤搅拌器，可气化加强黏结性的烟煤。气化剂（水蒸汽+氧气）由气化炉下部喷嘴喷入，气化时，灰渣在高于煤灰熔点(T2)温度下呈熔融状态排出，熔渣快速通过气化炉底部出渣口流入急冷器，在此被水急冷而成固态炉渣，然后通过灰锁排出。液态排渣气化炉有以下特点：(1)由于液态排渣
6、气化剂的汽氧比远低于固态排渣，所以气化层的反应温度高，碳的转化率增大，煤气中的可燃成分增加，气化效率高，煤气中的CO含量较高，有利于生成合成气。(2)水蒸汽耗量大为降低，且配入的水蒸汽仅满足于气化反应，蒸汽分解率高，煤气中的剩余水蒸汽很少，故而产生的废水远小于固态排渣。(3)气化强度大，由于液态排渣气化煤气中的水蒸汽量很少，气化单位质量的煤所生成的湿粗煤气体积远小于固态排渣，因而煤气气流速度低，带出物减少，因此在相同带出物条件下，液态排渣气化强度可以有较大的提高。(4)液态排渣的氧气消耗较固态排渣要高，生成煤气中的甲烷含量少，不利于生成城市煤气，但有利于生成化工原料气。(5)液态排渣气化炉体材
7、料在高温下的耐磨、耐腐蚀性能要求高。在高温、高压下如何有效的控制熔渣的排出等问题是液态排渣的技术关键，尚需要进一步研究。二、加压气化炉及附属设备构造1.炉体(1)筒体 加压气化炉的炉体不论何种炉型均是一个双层筒体结构的反应器。其外筒体承受高压，一般设计压力3.6MPa；温度260；内筒体承受低压，即气化剂与煤气通过炉内料层的阻力，一般设计压力为0.25MPa(外压)，温度310。内、外筒体的间距一般为40100mm，其中充满锅炉水，以吸收气化反应传给内筒的热量产生蒸汽，经气液分离后并入气化剂中。这种内、外筒结构的目的在于尽管炉内各层的温度不一，但内筒体由于有锅炉水的冷却，基本保持在锅炉水在该操
8、作压力下的蒸发温度，不会因过热而损坏。由于内外筒体受热后的膨胀量不尽相同，一般内筒设有补偿装置。夹套蒸汽的分离也分为内分离或外置汽包分离，如图4-3-23所示。第一、第二代气化炉一般外设有汽包，第三代气化炉以后不再设有汽包，而利用夹套上部空间进行分离。图4-3-23 外置汽包与内置汽包(2)搅拌与布煤器 根据气化煤种的不同，在气化不黏结煤时炉内不设搅拌器，在气化自由膨胀指数大于1的煤种时要设搅拌器，以破除干馏层的焦块。一般在设置搅拌器的同时也设置转动的布煤器，它们连接为一体。由设在炉外的传动电动机带动。煤分布器与搅拌器的结构示意图见图4-3-24。煤分布器的高度为300400mm。直径为2.6
9、m，由三块组成，以燕尾槽形式搭接，在圆盘上对称开有两个扇形孔，煤在刮刀作用下经两个扇形孔均匀地分布在炉内，搅拌器与布煤器通过空心联接，设在布煤器的下部，一般设有上、下两个桨叶。桨叶的断面形状为中空的三角形，桨叶有三个倾角，其中=25，=27，=6080。由于搅拌桨在高温条件下工作，为延长使用寿命，桨叶及空心轴除了采用锅炉水冷却外，搅拌器选材为15Mo3(相当中国16Mo)为提高其耐磨性还在搅拌桨叶的表面堆焊了一层3mm的硬质合金E20-502Ct，使其表面硬度达RC55以上。图4-3-24 煤分布器、搅拌器和冷圈示意图(3)炉篦设在气化炉的底部，它的主要作用是支撑炉内燃料层，均匀地将气化剂分布
10、到气化炉横截面上，维持炉内各层的移动，将气化后的灰渣破碎并排出，所以炉篦是保证气化炉正常连续生产的重要装置。早期的鲁奇加压气化炉炉篦为环形送风的平炉篦，由于平炉篦布气不均匀，灰渣中残碳含量高，并且仅能用于气化非黏结性煤，故而在后期的气化炉中已不再使用这种炉篦，现在运行的装置在设计上(或经改造)大多采用宝塔形炉篦。宝塔形炉篦一般由四层依次重叠成梯锥状的炉篦块及顶部风帽组成，共五层炉篦，它们依次用螺栓固定在布气块上，如图4-3-25所示。图4-3-25 宝塔形炉篦图炉篦整体由下部的支推盘支撑，支推盘由焊接在炉体内壳上的三个内通锅炉水的三角锥形筋板支撑，其内部的锅炉冷却水与夹套相通，形成水循环，以防
11、止三角形支撑筋板过热变形。一般炉篦总高度为1.2m，为便于将炉篦从气化炉上孔吊入炉内安装，除第一、第二为整体外，其余分为：第三层2块，第四、第五层三块。炉篦是通过两个对称布置的小齿轮传动带动同一个大齿轮而转动的，两个小齿轮通过大轴与炉外的减速机连接。减速机由液压电动机(或变频电动机)带动。炉篦的传动功率一般考虑以下几个方面的因素：克服燃料层对灰渣错动产生的摩擦阻力；克服灰刮刀加工内灰刮入下灰室的阻力；克服炉篦在满料操作下与止推轴承的摩擦阻力；炉内有结渣时破除大渣块的储备功率；备用系数。根据经验，第三代3.8m气化炉宝塔形炉篦驱动液压电动机(或电动机)功率一般为45kW,最大扭距为2X450kN
12、.m。由于炉篦工作环境为高温灰渣，所以炉篦的材质一般选用耐磨、耐热、耐灰渣腐蚀的铬锰铸钢16Mo5，在其表面、堆焊有硬质合金E20-50-2CT，并焊有一些硬质合金耐磨条。在最下层炉篦下设有用语排灰的刮刀，可将大块灰渣破碎，并从炉内刮至灰锁。刮刀安装位置在铸造时留好的三个位置，根据所气化煤的灰分决定实际安装的数量。支撑炉篦的止推轴承形如圆盘，为滑动摩擦。为减小摩擦系数，一般用高压润滑油泵将耐高温的润滑油经油管导入止推轴而进行润滑，以保证炉篦的安全平稳运行。2.煤锁煤锁是用于向气化炉内间歇加煤的压力容器，它通过泄压、充压循环将存在于常压煤仓中的原料煤加入高压的气化炉内。以保证气化炉的连续生产。煤
13、锁包括两部分：一部分是连接煤仓与煤锁的煤溜槽，它由控制加煤的阀门溜槽阀及煤锁上锥阀组成将煤加入煤锁；另一部分是煤锁及煤锁下阀，它将煤锁中的煤加入气化炉内。煤锁的结构示意图如图4-3-26所示。图4-3-26 所示煤锁的结构示意图早期的气化炉煤锁溜槽多采用插板型阀来控制由煤仓加入煤锁的煤量，它的优点是结构简单，由射线料位计检测煤锁快满时上阀不能关闭严密。第三代以后的气化炉都已改为圆筒型溜槽阀，这种溜槽阀为一圆筒，两侧孔正好对准溜煤通道，煤就会通过上阀上部的圆筒流入煤锁。煤锁上阀阀杆上也固定有一个圆筒，它的直径比溜槽阀的圆筒小，两侧也开有溜煤孔。当上阀向下打开时，圆筒以外的煤锁空间流不到煤，当上阀
14、提起关闭时，圆筒内的煤流入煤锁。这样只要溜煤槽在一个加煤循环时开一次，煤锁就不会充得过满，从而避免了仪表失误造成的煤锁过满而停炉。其工作示意图如图4-3-27所示。图4-3-27 圆筒阀结构图煤锁本体是一个承受交变载荷的压力容器，操作设计压力与气化炉相同，设计温度为200，材质为锅炉钢或普通低合金钢制作，壁厚一般在50mm以上。煤锁设计几何容积一般按下式计算：V=G/1000Kny式中 V煤锁的几何容积，m3； G气化炉每小时加煤量，kg/h； K煤锁充满系数,通常取K=0.8； n每小时加煤次数(次/h)一般按2次/h考虑； y煤的堆密度，t/m3；煤锁上、下锥型阀的密封非常重要，一旦出现泄
15、露将会造成气化炉的运行中。煤锁上、下阀的锥形阀头一般为铸钢件，并在与阀座的密封处堆焊硬质合金，阀头上的硬质合金宽度为30mm，阀座的密封面也采用堆焊硬质合金，宽度与阀头相同。一般要求堆焊后的密封面硬度为HRC48。煤锁上锥阀由于操作温度较低，一般采用硬质合金和氟橡胶两道密封。即在阀座上开槽，将橡胶密封圈嵌入其中，构成了软碰硬和硬碰硬的双道密封，这样能延长上阀的使用寿命。煤锁上、下锥型阀的设计上还采用了自压锁紧形式，即在阀门关闭后，由于受气化炉或煤锁内压力的压迫，使阀头受到向上力的作用，即便误操作阀门也不会自行打开，从而避免高温煤气外漏，保证了气化炉的安全运行。煤锁上、下阀的结构见图4-3-28。4-3-28 煤锁上、下阀的结构图3.灰锁灰锁是将气化炉炉篦排出的灰渣通过升、降压间歇操作排出炉外，而保证了气化炉的连续运转。灰锁同煤锁都是承受交变载荷的压力容器，但灰锁由于是储存气化后的高温灰渣，工作环境较为恶劣，所以一般灰锁设计温度为470，并且为了减少灰渣对灰锁内壁的磨损和腐蚀，一般在灰锁筒体内部都衬有一层钢板，以保护灰锁内壁，延长使用寿命。第三代炉灰锁结构如图4-3-29所示。图4-3-29 灰锁结构图灰锁上阀的结构及材质与煤锁的下阀相同，因其所处的工作环境差，温度高，灰渣磨损严重
