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1、鲁奇加压气化炉的运行与技术改造李新社任富强 (山西天脊煤化工集团公司张爱民 潞城市047507)摘要 根据国内鲁奇炉的使用情况 ,总结了山西天脊煤化工集团公司 10 年的运行经验和技术改造成果 ,提出了鲁奇炉在我国的发展方向 。关键词 鲁奇炉 运行总结 技术改造Operat ion an d Techn ical Renovat ion of L urgi Pressurized G a sif ierL i Xinshe , Ren Fuqiang and Zhang AiminAbstractIn line wit h t he use of t he L urgi gasifier in
2、 China , t he operatio n experience andtechnical renovatio n result of Shanxi Tianji Coal Chemical Gro up Co . are summed up , and t he directio n of develop ment of t he L urgi gasifier in China is p ropo sed.Key words L urgi gasifieroperatio n summarytechnical renovatio n固定床加压煤气化炉最早为鲁奇公司所开发 ,因此常将这
3、种带有夹套锅炉固态排渣的加 压煤气化炉称为鲁奇炉 。鲁奇加压气化炉 ( 以下简称鲁奇炉) 是以碎煤为原料 ,经加压气化来 制取粗煤气的 。50 年代中期 ,云南解放军化肥厂从前苏联引进了第一代鲁奇炉 ,以煤造气制 合成氨 。70 年代末 ,沈阳加压气化厂用第一代 鲁奇炉制取城市煤气 。80 年代初 ,山西天脊煤化工集团公司 (原山西化肥厂) 从西德鲁奇公司 成套引进第三代 Mar k - IV 鲁奇炉 , 用于制取合成氨的原料气 。以后我国又建设了兰州煤气 厂和哈尔滨气化厂 ,这 2 套装置已于 90 年代初 相继投入运行 。目前河南义马煤气厂引进的第 三代鲁奇炉也开始建厂 。随着我国人民生活
4、水 平的提高 ,以煤制气尤其是以鲁奇炉造气在我 国将有广阔的发展前景 。用于合成氨生产 , 其它厂用于 制 取 城 市 煤 气 。虽然各厂最终产品不尽相同 ,但气化炉的结构 型式大同小异 。根据气化用原 料 煤 的 性 质 不同 ,在炉内部件的设置上各有差异 。各厂气化 炉结构见图 1 。1 . 1鲁奇炉结构简介 鲁奇加压气化炉是一个结构复杂的组合设 备 ,它由炉体与煤锁 、 灰锁等辅助设备组成 。1 . 1 . 1 炉体炉体的主要功能是均匀布煤 、 布气 、 除灰 , 使气化剂与煤均匀接触 ,从而使固体煤转化为 煤气 。炉体分为壳体和炉内件两部分 。国内各 厂鲁奇炉壳体均采用水冷却双层夹套外
5、壳 ,外壳体承受高压 ,内夹套仅承受夹套蒸汽通过气 化炉床层的阻力 。不同之处是各厂的水夹套宽度及容积有所不同 ,夹套内外壳体由于温度不 同所采取的吸收热膨胀的方式也不相同 。山西 天脊煤化工集团公司气化炉的内壳体下部设置 膨胀节 ,哈尔滨气化厂气化炉 ( 由原东德 P KM 设 计院设计 ,也称 P KM炉) 的外壳体上部用填1鲁奇炉的结构与工艺原理 目前我国在运行的鲁奇炉约有 20 台 ,其中山西天脊煤化工集团公司与云南解放军化肥厂34化肥工业 第 25 卷 第 5 期革新与经验西化肥厂 3 800 气化炉云南解放军化肥厂 2 700 气化炉兰州煤气厂 2 800 气化炉义马煤气厂 3 8
6、00 气化炉图 1 几种气化炉结构图 料函密封 ,吸收膨胀量 。一般外壳材质为 WS2J E36 ,内壳材质为 H 锅炉钢 ( 20 锅) 。炉内件 一般包括煤分布器 、 炉箅两大部分 。煤分布器 一般为固定的波斯曼套筒 ,炉箅一般为宝塔式多层布气式 ,在炉箅的底部装有刮刀 ,以便气化 后的灰渣排出 。对于使用具有粘结性的煤 ,炉 内件还包括搅拌器 ,与布煤器连接在一起 ,通过 外部的传动装置带动 ,起到均匀下料和破焦的 作用 。由于搅拌器与炉箅的工 作 环 境 较 为 恶 劣 ,故一般选用耐磨 、 耐腐蚀的 16Mo3 铸钢 ,其 表面还要堆焊硬质合金 ( E20 - 50 - ZCt) 。
7、1 . 1 . 2辅助设备由煤斗 、 煤锁 、 灰锁 、 灰斗 、 气化炉出口的洗 涤冷却器等组成 。Mar k - 型鲁奇炉设有灰 锁膨胀冷凝器 ,用于灰锁泄压气体的冷凝和洗涤 。煤斗 、 灰斗均为常压设备 ,作为气化炉间歇 供煤排灰的缓冲 。煤锁与灰锁系承受 0 3 . 0M Pa 循环载荷的压力容器 ,灰锁还需耐 400 的高温 。它们用法兰与气化炉联接 ,通过上下 锥形阀的开或闭与其它阀门配合 ,使煤锁 、 灰锁 进行常压 高压的循环操作 ,以实现将常压的 煤加入高压气化炉及将高压的灰排至常压灰 斗 。各厂气化炉煤锁 、 灰锁的上 、 下阀均为锥形 阀门 ,表面堆焊有硬质合金 ,以保证
8、运转时良好 的密封 。煤锁 、 灰锁的上 、 下锥形阀是气化炉运 行的关键部件 ,尤其是灰锁上 、 下锥形阀工作环境恶劣 ,它们的使用寿命和操作状况直接影响 着气化炉运行率 。洗涤冷却器采用文丘里洗涤 器 ,将气化炉出口的高温煤气激冷并除尘 。此 外 ,气化炉水夹套外部都设有汽水分离器或汽 包用于除去饱和蒸汽中的水份 。国内各厂鲁奇 炉情况见表 1 。1 . 2 工艺原理 原料 煤 由 煤 锁 加 入 气 化 炉 后 , 在 3 . 0M Pa 压力下 ,自上而下依次经过干燥 、 干馏 、 气 化层 (或称还原层) 后到达燃烧层 。在此 ,煤中 的残留碳与气化剂中的氧发生燃烧反应 ,灰渣 将热
9、量传递给气化剂后由炉箅排入灰锁 。气化 剂中的氧自下而上在燃烧层全部参与反应 ,然 后进入气化层 ,在此水蒸气与碳 、CO2 与碳分别 反应 ,生成了 CO 、H2 、CH4 、 焦油等组份 ,即成为 粗煤气 。2鲁奇炉在山西天脊煤化工集团公司的运行 与技术改造情况2 . 1运行情况山西天脊煤化工集团公司自 1987 年 7 月 第一台鲁奇炉投料至今 ,已运行 10 年有余 。由 于设计 、 设备及操作不适应等问题使气化炉在 投产后一段时期内运行不稳定 。经过几年的摸 索并采取一系列的技术改造 ,近年来气化炉运 行 率 ( 开工率) 不断上升 。 到目前为止 ,气化炉35革新与经验化肥工业第
10、25 卷 第 5 期表 1 国内鲁奇炉汇总项 目山西天脊集团哈尔滨气化厂解放军化肥厂兰州煤气厂义马煤气厂气化炉数量 ( 台) 气化煤种4 贫煤 ( 半无烟煤) 第三代鲁奇炉 ( Mar k - )3 800 中置灰锁 ,设膨胀 冷凝器5 长焰煤9 褐煤3 长焰煤2 长焰煤 第三代鲁奇炉 ( Mar k - )3 800 中置灰锁 ,设膨 胀冷凝器炉型P KM第一代鲁奇炉第二代鲁奇炉炉径3 800 中置灰锁 ,不设 膨胀冷凝器2 700 旁置灰锁 ,不设 膨胀冷凝器2 800 中置灰锁 ,不设 膨胀冷凝器灰锁与膨胀 冷凝器 夹套水 循环方式 夹套蒸汽水 分离方式 炉箅驱动方式强制循环自然循环自然
11、循环自然循环强制循环夹套上部与 外部分离器 液压驱动 四层布气 宝塔式 转动型布煤器 , 设搅拌器夹套上部与 外部分离器 电机驱动 四层布气 宝塔式 固定型布煤器 , 不设搅拌器外设汽包外设汽包外设汽包液压驱动 三层布气 宝塔式 固定型布煤器 , 不设搅拌器电机驱动 单层布气 ( 后改多层) 固定型布煤器 , 不设搅拌器电机驱动炉箅布气方式多层布气布煤型式及 搅拌器固定型布煤器 , 不设搅拌器表 2山西天脊煤化工集团公司鲁奇炉运行情况1992 年1993 年1994 年1995 年1996 年1997 年 气化炉运转时数 ( h)运转率 ( %)运转时数 ( h)运转率 ( %)运转时数 (
12、h)运转率 ( %)运转时数 ( h)运转率 ( %)运转时数 ( h)运转率 ( %)运转时数 ( h)运转率 ( %)A B C D平均5 9675 1146 1594 0255 316 . 381 . 970 . 384 . 755 . 373 . 14 9275 4544 5825 9055 21767 . 875 . 063 . 081 . 271 . 84 9295 6436 5594 5125 435 . 867 . 877 . 690 . 262 . 074 . 45 123 . 76 322 . 75 286 . 06 637 . 35 842 . 470 . 587 . 0
13、72 . 391 . 380 . 34 955 . 15 918 . 76 361 . 76 518 . 95 938 . 668 . 181 . 487 . 589 . 681 . 74 609 . 86 748 . 66 276 . 86 617 . 46 063 . 263 . 492 . 186 . 391 . 083 . 2注 :运转率基数为 303 d ,设计单炉年运转率为 75 %的单炉运行率已接近或超过设计值 ,只是 3 台 炉并网运行率和负荷与设计值尚有一定差距 。 近几年的运行情况见表 2 。2 . 2出现的问题及技术改造2 . 2 . 1内夹套鼓包与水循环方式的改进B 炉
14、于 1990 年 4 月大 修 后 运 行 , 至 1991 年 1 月发现气化炉夹套内壁发生严重内鼓 ,内 夹套被迫进行更换 。自此以后 ,其它炉也相继发生类似事故 ,最严重的鼓包高度达 600 mm , 共更换内夹套达 8 台次 。曾采取多项措施 ,都 未能彻底解决 。1996 年针对 C 炉鼓包情况进 行了分析 ,并与有关兄弟厂气化炉的结构情况 进行比较 ,发现炉内夹套的宽度及夹套水的循 环方式存在问题 。由于夹套宽度已无法改变 , 只能对夹套水的循环方式进行改造 ,使其流向合理 。改造后经过一段时间的运行考核 ,效果良好 ,于是对其它炉内夹套水循环也相继进行 了改造 。到目前为止 ,运
15、行情况较好 。2 . 2 . 2灰锁上 、 下阀使用情况与阀门改造 灰锁的功能与煤锁相近 ,但所处的工作环 境恶劣得多 。灰锁上阀工作温度约为 300 , 且经常处于高温灰渣 、 含灰蒸汽的腐蚀和冲刷 环境中 。当灰锁需排灰时 ,上阀需关闭 (即与气 化炉隔离) , 阀头与阀座之间的线密封要承受3 . 0 M Pa 的高压 ,密封面稍有泄漏 ,将受到含有 大量灰粒蒸汽的高速冲刷 ,短时即可造成上阀 泄漏 ,导致气化炉停车 。下阀的工作工况与上 阀相差无几 ,只是温度稍低 。所以延长灰锁上 、下阀的使用寿命成为气化炉运行的关键所在 。 除选用硬度高 、 耐磨 、 耐高温的材料外 ,还在阀36化肥
16、工业 第 25 卷 第 5 期革新与经验门密封接触面上堆焊硬质合金 , 其硬度为 RC4752 。堆焊后将阀座密封面加工成球形面 , 阀头密封面为线形 ,以保证阀杆有位移时仍能 保证密封效果 。原设计灰锁上阀使用寿命为半 年 ,下阀使用寿命为 12 年 。但自开车以来 ,灰锁上 、 下阀使用寿命一般为 12 个月 ,最长 为 3 个月 。频繁的更换造成了气化炉不能长周 期运行 , 严重制约了装置运行 率 和 生 产 能 力 。1995 年我们首先对灰锁下阀进行了密封改造 ,将阀头密封面改为球形 ,并提高阀座的密封面 硬度 。改造后使用寿命延长至 23 个月 ,仍不 能满足生产需要 。1996 年引进了 1 套由南非萨索尔 ( SA SOL ) 制造的灰锁上 、 下阀 , 它将原 堆焊硬质合金改为由碳化钨粉末合金成
