鲁奇炉运行周期及灰渣含碳量影响因素探讨

鲁奇炉运行周期及灰渣含碳量影响因素探讨

摘要：煤化工企业的经济效益受到气化炉运行的经济性和稳定性的影响，就目

前而言，有些公司鲁奇炉一直存在着灰渣含量高、气化效果差、运行时间短等问题。因此如何提高碳转化率，延长气化炉运行时间，减少气化炉耗能是十分重要的。此种做法有利于降低合成氨的成产成本，增强产品市场竞争力。

关键词：鲁奇炉、灰渣含碳量、影响因素

一、鲁奇气化工艺

鲁奇气化工艺是一种自热式的气化工艺，它采用逆流移动床气化工艺技术对

第三代鲁奇气化炉进行连续加压。鲁奇气化工艺以碎煤为原料,以氧气和蒸汽为气

化剂, 在一定的压力作用下, 均匀分布的气化剂与碎煤在气化炉内部逆流接触, 发生剧烈的化学反应，最终以粗煤气的形式从气化炉排出。排除的粗煤气温度高达

400 度, 经冷却洗涤后 ,脱出大部分油分, 送入处理设备，进行后续的深加工。此外，在气化炉外部必须使用水夹套止水；必须严格控制气化炉炉壁温度，必要时使用

中压蒸汽降温；必须以煤锁和灰锁作为煤和灰进出气化炉的通道。

二、影响稳定运行的因素

1、煤质对气化炉的影响。煤质对气化炉的影响主要体现在灰熔点、机械强度、灰份、煤的变质程度等四大方面。灰熔点的高低直接影响到气化炉能否正常运行, 灰熔点越高 , 所需的汽氧比就越低 , 蒸汽消耗就越低 , 成本也就越低。标准的燃烧

层温度不得大于煤质灰熔点 , 而且还要控制在煤的软化温度以上；机械强度的大

小关系到气化炉能否稳定运行，倘若煤的机械强度过低 , 在气化炉内就会极易被

粉碎 , 从而使得床层阻力增大，出现气化炉排出物增多、气化炉偏烧等问题 , 严重时可导致气化炉安全事故的产生；灰份顾名思义，指的就是煤燃烧完后剩余的物

质 , 灰份的含量与气化能力成反比关系 , 灰锁的操作次数与气化炉的稳定性也是如此；煤的变质程度与挥发粉的含量有密切联系 , 变质越严重的煤所含有的挥发分

越多 , 因此在实际操作过程中 , 多选用挥发分产率指标低的无烟煤。

2、系统密封对系统稳定运行的影响。当前,我国大部分气化炉的操作压力范

围为 2.85 MPa -4.OMPa, 系统密封的程度 , 严重影响到气化炉的运行周期。系统密

封多采用填料密封与金属硬密封两种方式。选用填料密封需要用到煤灰锁控制阀、炉蓖等装置 , 在密封时必须考虑填料性能和填料安装质量，密封性好的系统能较

大程度的延长气化炉的运行时间。选用金属硬密封需要用到煤锁下阀、灰锁上阀

等设备 , 在密封作业时必须注意到操作温度、操作压力以及工作环境对气化炉运

行周期的影响 , 采取相应的措施，在确保质量安全的基础上，最大程度的延长工

作周期。然而，即使如此气化炉的最长运行时间也只有 8 个月 , 甚至有的还不到

半年。

三、气化炉内刨渣

1、分析炉内各燃料层分布情况。经过分析，发现当炉内位置各煤渣距炉口

距离越长时，不管是固定碳、全水分、灰分，还是挥发分，先是不断向上增长，

后来才是慢慢下降。这四条线总有一个最高点。其中，固定碳还分别和挥发分、

灰分有交集。灰分这条线分别和全水分、挥发分、固定碳这三条线有交集。总体

来说，炉内燃料层多由灰渣层、还原层、氧化层、干馏层、干燥层组成，原料煤

经过气化，会发生如下化学反应：

考虑到煤块粒度的变动情况和各深度位置炉渣成分数量变化情况,运用到气化

炉渣各燃料层应该具有的理化性质。例如:还原层固定碳成分增大,煤块力度变小,

煤渣挥发性降低。选取相同平面位置样本数值的平均值,通过分析炉内各炉渣的数

据和炉内燃料层分布的具体情况,可以合理估算出各燃料层的大致高度和各燃料层

炉口深度的大致覆盖面积。

2、气化刨渣的大致过程。为了顺利完成此次试验，获得有效的研究成果。必

须事先成立研究小组，制定详细刨渣过程，同时立即成立研究小组，选择合适的

技术手法，周密设计炉内炉渣各点位置。经过多方考量考察，选择了运行情况良好，各项参数波动幅度小的炉作为试验的器材。

3、3、分析炉渣工业各项数据。依据选定的试验方案合理划分炉内炉渣取样

位置。根据各种各种轴线的划分将炉渣平面层，一定要考虑方向，将每个轴向层

划分为环形区间，本次试验原料煤工业分袖数据分别是 Mad 8.33％、Mt34.52％、Vad43.45％、Aad15.72％、FCad39.53％。当准确好一切材料时，停止炉火 13s，

立即用氮气熄灭炉火同时调低温度。然后依次推开煤箱，采取一定的方法刨渣。

将先前各区域的炉渣捞出来，并进行分析和采集数据。采样部位距炉口的距离就

是采样深度，经过大量的分析总结，整理出大量有关工业分析的炉渣数据。

4、鲁奇炉的运行措施。研究发现，鲁奇炉最薄弱的地方是氧化层和炉内灰渣层，同时也是气化炉运行最薄弱的区域。这两部分高度为 200mm，气化炉重点监控这两个地方。这两个区域对鲁奇炉的整体运行非常重要。一般情况下，灰渣层

的厚度根据原料煤数量的多少来决定，最佳范围是 110-390cm，氧化层的厚度在160-290cm 最为适宜。在具体操作过程中可以根据灰渣残碳量的数量、粗煤气构成、原料煤的各种情况，通过不断清理各种残渣灰尘的方式，根据需要具体决定

灰渣层的高度。一旦这两个区域自身运行系统被损坏，将难以维持炉内正常的气

化工，造成极大的危害。例如：粗煤气氧气含量大幅度提高、炉内温度过高、

炉内结块、气化剂偏移等各种情况，最严重的直接造成气化炉停车。因此，适当

上调火层，增加灰渣层的高度，便于气化炉的稳定运行是非常必要的。鲁奇炉的

m 内层燃料分布情况如下，干燥层一般距离炉口 600-2400mm，厚度约为

2000mm，还原层的厚度约为 700 mm，一般距离炉口 3900-4600mm 之间。干馏

层一般距离炉口 2600-3900mm，它的厚度约为 1600mm，灰渣层的厚度约为

210mm，一般距离炉口 5000-5200mm，氧化层一般距离炉口 4800 -5000mm，厚

度约为240mm。实验发现，灰渣底部到还原层这部分外围黑色柱带，相同高度的气化炉中心片区比恒定含碳量普遍低于 49 倍。造成鲁奇炉含碳量高的根本原因

就在于灰渣底部到还原层这部分外围黑色柱带的煤炭燃烧利用率并不高。炉箅布

气的直径和沿夹套内壁温度直接影响着煤炭的燃烧效果，当其直径过小，温度过

低时都易造成鲁奇炉含碳偏量。因此，有必要改造鲁奇炉的操作运行，根据灰渣

含碳量和原料煤的多少，清理各种垃圾残渣，当含碳量升高时，马上降低炉条机

运行速度，将每 8h 四次降为每班 3 次，合理控制氧化层和灰渣层的厚薄。严格

把控炉内温度，不超过224℃，保持燃料层的稳定。努力控制炉内 CO2 的含量，

占比不超过 36%，防止气化剂偏离和炉内结块，最后提高炉箅布气直径，适当改

造炉箅，提高气化炉的运行水平。

鲁奇炉经过不断的优化修理，运行速度和质量相比于以前有了很大提高，运

行时间延长，稳定也不断增强，减少了各种人力物力成本。灰渣含碳量逐年降低，炉内碳转化率不断提高，真正做到了节能环保和优质高产的有效统一。

参考文献：