鲁奇加压气化炉的运行与技术改造

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 25 卷 第 5 期
项 目 气化炉数量 (台)
气化煤种
炉 型
炉 径 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
B
5 114 70. 3 5 454 75. 0 5 643 77. 6 6 322. 7 87. 0 5 918. 7 81. 4 6 748. 6 92. 1
C
6 159 84. 7 4 582 63. 0 6 559 90. 2 5 286. 0 72. 3 6 361. 7 87. 5 6 276. 8 86. 3
D 平均
4 025 5 316. 3
55. 3 73. 1
5 905 5 217
81. 2 71. 8
4 512 5 435. 8
62. 0 74. 4
6 637. 3 5 842. 4
91. 3 80. 3
6 518. 9 5 938. 6
89. 6 81. 7
6 617. 4 6 063. 2
91. 0 83. 2
外设汽包
电机驱动
多层布气 固定型布煤器 ,
不设搅拌器
义马煤气厂
2 长焰煤 第三代鲁奇炉 ( Mark - Ⅳ)
3 800 中置灰锁 ,设膨
胀冷凝器
强制循环
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
表 2 山西天脊煤化工集团公司鲁奇炉运行情况
1992 年
1993 年
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
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
J E36 ,内壳材质为 H Ⅱ锅炉钢 (20 锅) 。炉内件
着气化炉运行率 。洗涤冷却器采用文丘里洗涤
一般包括煤分布器 、炉箅两大部分 。煤分布器
器 ,将气化炉出口的高温煤气激冷并除尘 。此
一般为固定的波斯曼套筒 ,炉箅一般为宝塔式
外 ,气化炉水夹套外部都设有汽水分离器或汽
多层布气式 ,在炉箅的底部装有刮刀 ,以便气化
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 3 800 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 WS2
境恶劣 ,它们的使用寿命和操作状况直接影响
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 MPa 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
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
36
化肥工业 第 25 卷 第 5 期
门密封接触面上堆焊硬质合金 ,其硬度为 RC 47～52 。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 1～2 年 。但自开车以来 , 灰锁上 、下阀使用寿命一般为 1～2 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 2～3 个月 ,仍不 能满足生产需要 。1996 年引进了 1 套由南非 萨索尔 ( SASOL ) 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型 ,硬 度大为提高 ( RC 可达 60 以上) 。投入运行后 使用寿命达半年以上 ,1997 年使用的 1 套已运 行 1 年以上 。1997 年又购买了 2 套南非萨索 尔阀 ,并与国内科研单位合作开发制造 ,若试制 成功 ,将大大提高鲁奇炉的运行水平 。 2. 2. 3 搅拌器漏水与结构改造
Keywords L urgi gasifier operation summary technical renovation
固定床加压煤气化炉最早为鲁奇公司所开 发 ,因此常将这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 Mark - 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 。
搅拌器工作温度较高 ,设计上内部由锅炉 水强制循环冷却 。由于搅拌器处于炉内高温区 域 ,在运行中与焦块 、煤气接触 ,工况恶劣 ,虽在 其表面堆焊有一层硬质合金 ,但也常常出现裂 纹造成搅拌器内的锅炉水漏入炉内 ,造成炉内 局部熄火 ,进而引发恶性事故 。针对这一问题 , 首先在搅拌器进 、出水管上增加膨胀节 ,避免因 膨胀不匀造成的漏水 ;其次将搅拌器桨叶上原 满焊的硬质合金层改为间断堆焊 ,使母材堆焊 层在受热后膨胀不互受影响 。改造后搅拌器使 用寿命得以延长 ,漏水减少 ,避免了恶性事故的 发生 。 2. 2. 4 灰锁膨胀冷凝器的改造
山西天脊煤化工集团公司自 1987 年 7 月
煤加入高压气化炉及将高压的灰排至常压灰
第一台鲁奇炉投料至今 ,已运行 10 年有余 。由
斗 。各厂气化炉煤锁 、灰锁的上 、下阀均为锥形
于设计 、设备及操作不适应等问题使气化炉在
阀门 ,表面堆焊有硬质合金 ,以保证运转时良好 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
包用于除去饱和蒸汽中的水份 。国内各厂鲁奇
后的灰渣排出 。对于使用具有粘结性的煤 ,炉
炉情况见表 1 。
内件还包括搅拌器 ,与布煤器连接在一起 ,通过
1. 2 工艺原理
外部的传动装置带动 ,起到均匀下料和破焦的
原料 煤 由 煤 锁 加 入 气 化 炉 后 , 在 ～ 3. 0
作用 。由于搅拌器与炉箅的工作环境较为恶
炉箅布气方式
布煤型式及 搅拌器
山西天脊集团
4 贫煤 (半无烟煤)
第三代鲁奇炉 ( Mark - Ⅳ)
3 800 中置灰锁 ,设膨胀
冷凝器
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
表 1 国内鲁奇炉汇总
哈尔滨气化厂
解放军化肥厂
5 长焰煤
9 褐煤
P KM
第一代鲁奇炉
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
关键词 鲁奇炉 运行总结 技术改造
Operation and Technical Renovation of Lurgi Pressurized Gasif ier
Li Xinshe ,Ren Fuqiang and Zhang Aimin
Abstract In line wit h t he use of t he L urgi gasifier in China , t he operation experience and technical renovation result of Shanxi Tianji Coal Chemical Group Co . are summed up , and t he direction of develop ment of t he L urgi gasifier in China is proposed.
由煤斗 、煤锁 、灰锁 、灰斗 、气化炉出口的洗
剂中的氧自下而上在燃烧层全部参与反应 ,然
涤冷却器等组成 。Mark - Ⅳ型鲁奇炉设有灰
后进入气化层 ,在此水蒸气与碳 、CO2 与碳分别
锁膨胀冷凝器 ,用于灰锁泄压气体的冷凝和洗
反应 ,生成了 CO 、H2 、CH4 、焦油等组份 ,即成为
涤 。煤斗 、灰斗均为常压设备 ,作为气化炉间歇
MPa 压力下 ,自上而下依次经过干燥 、干馏 、气
劣 ,故一般选用耐磨 、耐腐蚀的 16Mo3 铸钢 ,其
化层 (或称还原层) 后到达燃烧层 。在此 ,煤中
表面还要堆焊硬质合金 ( E20 - 50 - ZCt) 。
的残留碳与气化剂中的氧发生燃烧反应 ,灰渣
1. 1. 2 辅助设备
将热量传递给气化剂后由炉箅排入灰锁 。气化
3 800
中置灰锁 ,不设 膨胀冷凝器
2 700
旁置灰锁 ,不设 膨Βιβλιοθήκη Baidu冷凝器
自然循环
自然循环
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
外设汽包
电机驱动 单层布气 (后改多层) 固定型布煤器 , 不设搅拌器
兰州煤气厂 3
长焰煤
第二代鲁奇炉
2 800 中置灰锁 ,不设
膨胀冷凝器 自然循环
粗煤气 。
供煤排灰的缓冲 。煤锁与灰锁系承受 0～3. 0
MPa 循环载荷的压力容器 ,灰锁还需耐 400 ℃
2 鲁奇炉在山西天脊煤化工集团公司的运行
的高温 。它们用法兰与气化炉联接 ,通过上下
与技术改造情况
锥形阀的开或闭与其它阀门配合 ,使煤锁 、灰锁
2. 1 运行情况
进行常压 Ω高压的循环操作 ,以实现将常压的
1994 年
1995 年
1996 年
1997 年
气化炉 运转时数 运转率 运转时数 运转率 运转时数 运转率 运转时数 运转率 运转时数 运转率 运转时数 运转率
( h)
( %)
( h)
( %)
( h)
( %)
( h)
( %)
( h)
( %)
( h)
( %)
A
5 967 81. 9 4 927 67. 8 4 929 67. 8 5 123. 7 70. 5 4 955. 1 68. 1 4 609. 8 63. 4
革新与经验
化肥工业 第 25 卷 第 5 期
鲁奇加压气化炉的运行与技术改造
李新社 任富强 张爱民 (山西天脊煤化工集团公司 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 。