《鲁奇加压气化技术的研究进展》.doc

1、 摘 要鲁奇加压气化炉是德国鲁奇公司所开发，称为鲁奇加压气化炉简称鲁奇炉。本文通过对鲁奇加压气化技术的研究总结出汽氧比决定鲁奇炉内反应层温度的高低，同时也影响气化炉的排渣效果。另外煤种的优劣将会影响气化炉的排渣能力以及煤气成分和产率的组成。此外鲁奇公司开发研制的液态排渣气化炉是采用液态排渣的方式，从而提高了气化强度和热效率，降低了水蒸汽的耗量。与固态排渣鲁奇炉相比，其废水对环境的影响可大幅度减小。随着煤气化技术的发展，鲁奇加压气化工艺也得到了发展和管理。本文还对此工艺的管理和改进提出了相关的建议。关键词 ：压力；汽氧比；煤种；液态排渣 目 录第一章 前言11.1 研究背景11.2 研究内容1第

2、二章 鲁奇加压气化的发展史2第三章 鲁奇加压气化的原理33.1化学反应33.2加压气化的实际过程4第四章 鲁奇加压气化操作工艺条件64.1压力64.2气化层温度和气化剂温度74.3汽氧比的选择74.3.1义马长焰煤煤质分析74.3.2汽氧比对义马长焰煤加压气化的影响84.3.3 .结 论114.3.4 不同的汽氧比对煤气生产的影响11第五章 煤种及煤的性质对加压气化的影响125.1煤种对煤气组分和产率的影响125.2煤种对各项消耗指标的影响125.3煤种对其他副产品的特征和产率的影响125.4 煤的理化性质对加压气化的影响12第六章 液态排渣鲁奇炉16第七章 鲁奇加压气化工艺的管理和改进177

3、.1 技术难点及工艺改进177.2贫瘦煤加压气化的工艺管理187.3 鲁奇加压气化工艺发展前景展望19第八章 总结20致 谢21参考文献22 iii第一章 前言1.1 研究背景资源是一个国家赖以生存的保证，矿产资源是我国经济和社会发展的物质基础。我国90%的能源、95%以上的工业和农业原材料都来自于矿产资源。然而，由于随着人口的快速增长，国家工业化程度的快速发展，资源供需矛盾日益突出，我国矿产资源面临的形势日益严峻。 21世纪初期，我国处于加速工业化发展阶段，对矿产资源的需求提出更高的要求。由于矿产资源需求旺盛和资源短缺的局面不容乐观，尤其是石油受资源短缺的限制产量的增长滞后于需求增长幅度的矛

4、盾越来越大 。因此综合利用资源是当今社会研究的新型课题。煤炭作为能源物质在国民经济中起重要作用。由于温室效应以及大气污染问题日益严重，因此急需研究清洁环保的煤炭洁净技术。1.2 研究内容鲁奇加压气化炉是德国鲁奇公司所开发，称为鲁奇加压气化炉简称鲁奇炉。本文主要研究鲁奇加压气化工艺原理、影响鲁奇加压气化工艺的因素、新型液态排渣鲁奇炉和鲁奇加压气化工艺的技术管理和改进。本文重点是研究影响鲁奇加压气化工艺的因素，主要从以下几方面进行1.鲁奇炉操作压力；2.汽氧比的确定；3.气化层温度对鲁奇加压气化的影响；4.煤种及煤性质对鲁奇加压气化的影响。研究鲁奇加压气化工艺的影响因素能比较透彻的认识和掌握鲁奇炉

5、。由于鲁奇加压气化固态排渣炉会产生大量废水对后序工段操作影响很大，因此在不影响生产的前提下，提出液态排渣炉既提高了气化强度和热效率，又降低了水蒸汽的耗量。第二章 鲁奇加压气化的发展史早在19271928年间，德国鲁奇公司在德国东易河矿区利用褐煤在常压下用氧气作气化剂来制取煤气。煤气经加压净化后分离出二氧化碳可以使煤气热值提高。但在常压下气化炉产量有限，而且煤气输送的压缩费用较高，从而促使人们进行加压气化工艺的研究。通过理论计算，在压力为2.0MPa和温度为1000K的平衡气体中，甲烷含量可达20%以上，这将大大提高煤气的热值。随后的小型试验结果也证实了加压气化理论的正确性。由于这一切都是在鲁奇

6、公司进行的，故将这种方法称为鲁奇加压气化法。鲁奇加压气化技术的发展根据炉型的变化大致可划分为三个发展阶段。第一阶段(19301954年) 1930年在德国希尔士斐尔德建立了第一套加压气化试验装置，1936年设计了第一代工业化的鲁奇炉。以褐煤为原料生产城市煤气，气化剂为氧气和水蒸气，气化剂通过炉箅的中空转轴由炉底中心送入炉内，出灰口设在炉底侧面，炉内壁有耐火衬里，只能气化非黏结性煤，气化强度降低。第二阶段(19541965年) 为了能够气化弱黏结性的煤，提高气化强度，德国鲁尔煤气公司与鲁奇公司合作建立了一套试验装置，对泥煤、褐煤、次烟煤、长焰煤、贫煤、和无烟煤进行了气化试验，根据试验结果设计了第

7、二代鲁奇炉。该炉型在炉内设置了搅拌装置起到了破黏作用，从而可以气化弱黏结煤，同时取消了炉内的耐火衬里，设置了水夹套，排灰改成炉底中心排灰，气化剂由炉底侧向进入炉箅下部。第三阶段(19691980年) 为了进一步提高鲁奇炉的生产能力，扩大煤种的应用范围，满足现代化大型工厂的生产需要，经对第二代炉改进，开发了第三代鲁奇炉。其内径增大到3.8m，采用双层夹套外壳，炉内装有搅拌器和煤分布器，转动炉箅采用宝塔型结构，多层布气，单炉产气量提高到3500055000m3/h(干气)。同时第三代炉的结构材料、制造方法、操作控制等均采用了现代技术，自动化程度较高。1974年，鲁奇公司与南非萨索尔合作开发出直径为

8、5m的第四代加压气化炉，该气化炉几乎能适应各种煤种，其单炉产气量可达75000m3/h，比第三代炉能力提高50%.此外，鲁奇公司还开发研制了液态排渣汽化炉，可以大幅度提高气化炉内燃烧区的反映温度。这样不但减少了蒸汽消耗量，提高了蒸汽分解率，而且气化炉出口煤气有效成分增加，从而使煤气质量提高，单炉生产能力比固态排渣气化炉提高34倍1。第三章 鲁奇加压气化的原理煤气化过程不同于简单的化学反应体系, 它不仅涉及到复杂的化学反应体系, 还包括了物理过程的脱水干燥和半物理半化学过程的热解干馏。仅就气化反应而言, 既有多个平行反应, 又有连串反应和二次气相反应。由于反应速率上的差异, 较慢的一些反应要用动

9、力学方程来描述, 较快的气固反应要由扩散传质方程来描述, 较快的均相反应则可用热力学平衡方程来描述。3.1化学反应 在气化炉内，在高温、高压下，煤受氧、水蒸气、二氧化碳的作用，发生如下反应。(1)碳与氧的反应 2C+O22CO+Q C+O2CO2+Q C+CO22CO-Q 2CO+O22CO2+Q(2)碳与水蒸气的反应 C+H2OCO+H2-Q C+2H2OCO2+2H2-Q CO+H2OCO2+H2+Q(3)甲烷生成反应 C+2H2CH4+Q CO+3H2CH4+H20+Q 2CO+2H2CH4+CO2+Q CO2+4H2CH4+2H20+Q2C+2H20(g) CH4+CO2+Q根据化学反

10、应速率与化学反应平衡原则，提高反应压力有利于化学反应向体积缩小的反应方向移动，提高反应物温度，化学反应则向吸热的方向移动，对加压气化可以得出以下结论。(1).提高压力，有利于煤气中甲烷的生成，可提高煤气的热值。(2).提高气化反应温度，有利于CO2+C2CO向生成一氧化碳的方向进行，也有利于C+H2OCO+H2反应，从而可提高煤气中的有效成分。但提高温度不利于生成甲烷的放热反应。3.2加压气化的实际过程在炉内从上至下依次经过干燥，干馏，半焦气化，残焦燃烧，灰渣排出等物理化学过程。加压气化炉是一种自热式反应炉，通过在燃烧层中的C+O2 CO2产生大量热量，这些热量提供给：1.气化层生成煤气的各还

11、原反应所需的热量。2.煤的干馏与干燥所需热量。3.生成煤气与排出灰渣带出的显热。4.煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量。燃料床层的分层及特征 从基本概念上讲, 在加压气化炉中一般将固定床层由上而下可分为干燥区、干馏区、气化区、燃烧区和灰渣区五部分。在实际反应过程中, 除了燃烧区和气化区之间是以O 2 浓度为零来划分外, 其余各区并无明确的边界定义, 各区之间可以重叠覆盖。不过在数学模拟过程中为了简化问题、方便求解, 可以人为假定一些边界条件, 将整个床层划分为由不同反应区构成的连串反应器构造, 见图3-2 (a)和(b) ,比如将燃烧反应开始(650K) 直到氧气耗尽之间的区域定为燃烧区,

12、之后是气化区, 当温度低到气化反应可以忽略不计时, 气化区结束。 图3-1为Lurgi加压固定床气化反应器示意图 灰渣区的主要功能是燃烧完毕的灰渣将气化剂加热，以回收灰渣的热量，降低灰渣温度；燃烧区主要是焦渣与氧气的反应即C+O2 CO2，它为其他各层的反应提供了热量；气化区是煤气产生的主要来源；干馏区及干燥区是燃料的准备阶段，煤中的吸附气体及有机物在干馏区析出2。 图3-1 Lurgi加压固定床气化反应器 图3-2（a） 图3-2（b） 第四章 鲁奇加压气化操作工艺条件4.1压力1压力对煤气组成的影响 煤气的组成随压力的不同而变化。随着气化压力的提高，煤气中的CH4与CO2含量增加，而H2与

13、CO含量减少，煤气的热值提高。提高气化压力，可以提高煤气的热值，对生产城市煤气有利，但对生产合成原料气不利。故而气化压力的选择要综合考虑。2压力对煤气产率的影响随着压力的提高，煤气产率下降。煤气产率随压力升高而下降是由于生成气中甲烷量增多，从而使煤气总体积减少。另外，气化过程的主反应中，如C+H2OH2+CO与C+CO22CO均为分子数增大的反应。提高气化压力，气化反应向分子数减少的方向移动，即不利于H2与CO的生成，也引起煤气产率的下降。3压力对氧气消耗量的影响 气化过程中，甲烷生成反应为放热反应，这些反应热可为H2O蒸汽分解，CO2还原等吸热反应提供热源。因此，甲烷生成反应放出的热量即为气

14、化炉内除碳燃烧反应以外的第二热源，从而减少了碳燃烧反应中氧的消耗。故随气化压力的提高，氧气的消耗量减少。4压力对水蒸汽耗量的影响加压有利于甲烷生成反应，随着操作压力的提高，甲烷的生成量增加，生成甲烷所消耗的氢气量也相应增加。水蒸气分解生成的氢气是甲烷生成反应中氢的重要来源，但加压操作不利于水蒸气分解反应的进行，使水蒸气分解率下降。为解决这一矛盾，只有增加水蒸气用量，通过提高水蒸气浓度，使生成物中氢气的绝对量增加以满足甲烷生成反应的需要。这样，导致加压气化的水蒸气耗量比常压气化大幅度上升，而且在实际操作中，还需要用蒸汽量来控制炉温，以利于甲烷生成反应进行，故总的蒸汽消耗量在加压时约比常压下高出2

15、.53倍。常压下水蒸气的分解率约为65%，而在1.96MPa下水蒸气分解率降至36%左右。当提高气化压力时，水蒸汽消耗量增加，水蒸汽分解率下降，这也固体排渣加压气化炉生产上的一大缺陷。5压力对气化炉生产能力的影响 气化炉的生产能力取决于气化反应的化学反应速率和气固相的扩散速率，在加压情况下，反应速率和扩散速率均加快，对提高气化炉的生产能力有利。6 压力对压缩功耗的影响 加压气化可以大大节省煤气输送的动力消耗。因为煤气化所产生的体积一般都比气化介质的体积更大。据计算，在2.94MPa压力下用氧水蒸气混合物作为气化剂，所需压缩的氧气仅约占所制得煤气体积的14%15%，比常压气化所产生的煤气再压缩到

16、2.94MPa，几乎可以节省动力2/3 。4.2气化层温度和气化剂温度 1.气化层温度降低，有利于放热反应的进行，也就有利于甲烷的生成反应，使煤气热值提高。气化层温度过低也会使灰中残余炭量增加，增大了原料损失，同时低温还会使灰变细，增大床层阻力，降低气化炉的生产负荷。 一般情况下在气化原料煤种确定后，根据灰熔点来确定气化层温度，影响气化层温度最主要的因素是通入气化炉中气化剂的组成，即汽氧比，汽氧比下降，温度上升。2.气化剂温度是指气化剂入炉前的温度，提高气化剂温度可以减少用于预热气化剂的热量消耗，从而减少氧气消耗量，较高的气化剂温度有利于碳的燃烧反应的进行，使氧的利用率提高。4.3汽氧比的选择

17、 汽氧比汽氧比是指气化剂中水蒸汽与氧气的组成的比例，也是加压气化生产煤气过程中的一个重要操作参数，调整汽氧比实质上就是调整和控制气化过程的温度。汽氧比的改变对煤气组成与副产品产量、质量都有重要的影响。对于同一煤种，气化过程的汽氧比有一变动范围，在这一范围内调整汽氧比可以使气化炉处于最佳的运行工况，并可得到较理想的煤气成分，有利于后续生产。随着煤的碳化度加深，反应活性变差，为提高生产能力，汽氧比应适当降低。在加压气化生产中，各种煤种的汽氧比变动范围一般为：褐煤68，烟煤57，无烟煤4.56。下面以河南义马长烟煤来分析汽氧比对鲁奇加压气化的影响。4.3.1义马长焰煤煤质分析我厂气化炉采用鲁奇加压气

18、化固态排渣工艺，以中压蒸汽和中压氧为气化剂气化义马矿区所生产的长焰煤，为后续工段提供粗煤气。 义马长焰煤变质程度低、活性高、 灰分及硫含量偏高、 灰熔融性温度偏低、灰结渣性强，其煤质分析数据见表1表3. 表4-1 原料煤工业分析元素分析%MadMarVarFCarCarHarAarNarO+Sar8.013.026.437.9849.143.3622.620.6111.27表4-2 灰融性温度(弱还原性气氛) DTSTFT119012201250表4-3 煤灰结渣性鼓风强度/m.s-1煤灰结渣率%0.141.480.271.510.384.98 4.3.2汽氧比对义马长焰煤加压气化的影响针对义

19、马长焰煤的特点，我厂在气化炉开车初期为避免煤灰强结渣，操作时设定的汽氧比较高，但带来了气化炉排灰困难等问题。 随着我厂气化炉运行时间增长，汽氧比根据气化炉出口粗煤气二氧化碳含量和灰渣品质情况逐步调整。 在汽氧比的调整过程中可看出汽氧比改变对义马长焰煤加压气化的影响。(1) 汽氧比对气化炉操作工况的影响由于汽氧比的大小决定着鲁奇炉内反应层温度的高低，在实际生产中汽氧比的选择首先应保证在鲁奇炉排渣过程中灰不熔融结成大渣块，并在此基础上床层温度应足够高(尽可能地降低汽氧比)，以保证气化效率。我厂在开车初期，所设定的汽氧比为8.8kg/m3,气化炉排出的煤灰较细，只有少量渣块，在60%70%负荷运行情

20、况下就出现气化炉内上升气流将灰床托起的情况，气化炉排灰困难、火层上移，无法高负荷运行。 严重时造成气化炉/ 夹套压差过大或气化炉出口粗煤气温度过高联锁停车，使生产中断。 在汽氧比降到7.1kg/m3 后,各操作指标均有所好转，但仍不能满负荷运行。 汽氧比逐渐调整至5.4kg/m3 后，各项指标在气化炉满负荷运行情况下均达到设计值，且在2003年2月的高负荷试验中气化炉在120% 负荷下仍能稳定运行。当汽氧比降到5.0kg/m3 后，气化炉所排出的渣块大且含碳率高(含碳率高时达7.9%)，气化炉的热效率和气化效率均降低碳粒在灰锁内继续燃烧造成灰锁温度过高，最高至512oC对灰锁的运行严重不利。汽

21、氧比对鲁奇炉负荷及操作指标的影响如表4所示。 表4-4 汽氧比对气化炉工况的影响汽氧比/kg.m-3负荷情况灰渣情况灰锁温度/气化炉与夹套压差/kPa气化炉出口粗煤气温度/8.8只能维持低负荷运行煤灰较细，只有少量渣块24029065855506207.160%80%负荷运行渣块较多但较小27035030604605655.4能满负荷运行灰渣粒度适中且较均匀3103703055360440 (2) 汽氧比对粗煤气主要成分的影响 汽氧比降低会使气化温度升高，气化温度的提高会抑制碳燃烧反应和生成甲烷等强放热反应， 而有利于水蒸气分解反应和二氧化碳还原反应。在2.85MPa3.0MPa压力下， 我厂

22、粗煤气主要成分随汽氧比降低而变化的情况如表5所示。表4-5 粗煤气主要成分随汽氧比调整的变化情况汽氧比/kg.m-3 粗煤气主要成分/%CO2COH2CH48.833.935.211.612.537.640.311.812.98.231.333.613.414.838.941.211.412.77.130.732.213.815.739.441.711.112.46.228.329.616.918.340.342.110.612.15.427.528.717.318.640.742.910.211.5从表5中可看出，随着汽氧比降低，粗煤气中二氧化碳含量明显降低，一氧化碳、氢气含量明显增加而甲烷

23、含量变化不大。 随着汽氧比的降低，粗煤气净化后的净煤气产量与粗煤气消耗量的比值增大，由汽氧比8.8kg/m3 时的0.608提高至0.684(汽氧比为5.4kg/m3 )。汽氧比降到5.1kg/m3以下，不利于气化炉长期运行，而粗煤气中一氧化碳含量高(19.2%以上)，目前我厂甲醇合成系统的膜分离装置尚未投用，对合成甲醇不利。(3) 汽氧比对水蒸气消耗量的影响 水蒸气耗量与粗煤气产量的比值是影响气化炉经济运行的重要指标。 表6 为我厂气化炉汽氧比与水蒸气消耗量、蒸汽分解率的情况。由表6可知，汽氧比由8.8kg/m3降低到5.4kg/m3后,每kg 煤消耗的水蒸气量降低了0.28kg，下降20.

24、89%；生产1m3粗煤气水蒸气耗量下降23.19% 节约蒸汽0.246kg蒸汽分 解率由40.26%上升至51.39%，同时由于蒸汽分解率的增加，煤气水产率降低。表4-6 汽氧比与水蒸气消耗量!蒸汽分解率的情况汽氧比/kg.m-3水蒸气消耗量/kg蒸汽分解率/%每kg粗煤气每m3粗煤气8.81.341.06140.248.21.220.98943.517.11.180.95646.976.21.130.91348.525.41.060.81551.394.3.3 结 论 根据我厂气化炉3年多的运行情况得出，对义马长 焰煤加压气化，汽氧比设定值高于6.5kg/m3或低于5.1kg/m3，均不利于

25、鲁奇炉长期稳定地生产，汽氧比控制在5.3kg/m35.6kg/m3时，气化炉能高负荷稳定运行，对生产城市煤气和合成甲醇有利!其经济性较合理3。4.3.4 不同的汽氧比对煤气生产的影响 1.在一定热符合条件下，水蒸汽的消耗量随汽氧比的提高而增加，氧气的消耗量随汽氧比提高而相对减少。 2.汽氧比的提高，使水蒸汽的分解率显著下降，这将加大煤气废水量。 3.汽氧比的改变对煤气组成影响较大。随着汽氧比的增加，气化炉内反应温度降低，煤气组成中CO含量减少，CO2还原减少使煤气中CO2与氢含量升高。 4.汽氧比改变和炉内温度的变化对副产品的性质也有所影响。 由上述汽氧比对气化过程的影响可知，降低汽氧比，有利

26、于气化生产，但汽氧比的降低也是有限度的，一般汽氧比的选择条件是：在保证燃烧区最高温度低于灰熔点的前提下，尽可能维持较低的汽氧比1。第五章 煤种及煤的性质对加压气化的影响5.1煤种对煤气组分和产率的影响1.煤气组分 煤种不同，经加压气化后生成的煤气质量是不一样的。随着煤碳化度的加深，煤的挥发度减少，干馏组分在煤气中占的比例减少。用加压气化法制取城市煤气时，劣质的褐煤或弱粘结烟煤作为气化原料最佳。年轻煤种的半焦活性高，气化层的反应温度较低，这样有利于甲烷的生成。因此，煤种越年轻产品煤气中CH4与CO2呈上升趋势，CO呈下降趋势。2.煤气产率 煤气的产率与煤中碳的转化方向有关，煤中挥发分越高，转变为

27、有机物就越多，转入到焦油中的碳越多，进入真正气化区生成煤气的碳量减少，煤气产率就下降。5.2煤种对各项消耗指标的影响随着煤的变质程度的加深，气化所用的水蒸气、氧气量也相应增加。另外，由于年轻煤活性好，挥发分高，有利于甲烷的生成，这样就降低了氧气耗量。5.3煤种对其他副产品的特征和产率的影响 (1) 硫化物 煤中的硫化物在加压气化时，大部分以硫化氢和各种有机硫形式进入煤气中。煤气中的硫含量，主要取决于原料煤中的硫含量。硫含量高的煤，气化生成的煤气中硫含量就高。一般煤气中的硫化物总量占原料煤中硫化物总量的70%80%。 (2) 氨 煤气中的产生与原料煤的性质、操作条件及气化剂中的氮含量有关。在通常

28、操作条件下，煤中的氮约有50%60%转化为氨，气化剂中也约有10%的氮转化为氨，气化温度越高，煤气中氨含量就越高。 (3) 焦油和轻油 原料煤的性质是影响焦油产率的主要因素。一般是变质程度浅的褐煤比变质程度较深的气煤和长焰煤的焦油产率大，而变质程度更深的烟煤和无烟煤其焦油产率更低。5.4 煤的理化性质对加压气化的影响 煤的气化是指把固体的原煤加入煤气发生炉，在一定的温度、压力下水蒸气和空气与煤中的有机物、碳发生反应，生成H2、CO、CH4等可燃气体的过程。气化炉的种类很多，要求不同类型的原料煤与之匹配，以达到最佳效果。可选的煤种有长焰煤、褐煤、气煤、不粘结性煤、弱粘结性煤 。通过下面研究来了解

29、入炉煤质量对鲁奇气化产率的影响4。哈尔滨气化厂是国内生产城市煤气的坑口煤气厂之一，采用的气化装置是1993年从德国引进的PKM加压气化工艺，关键设备PKM炉的设计煤种是非粘结性的长焰煤，其适宜的原料煤质量指标如表1 所示。该厂设计日产煤气160万m3，年需粒径为6.350mm 的煤71.38万t，对煤质的理想要求为水分9%，灰分26%，颗粒限下率3%。投产以来，单一的原料路线和原料煤灰分指标很难达到设计要求，严重影响气化效果和经济效益。因此，探讨入炉煤性质对气化效果的影响，提高气化效果与经济效益已成当务之急。 表5-1 哈尔滨气化厂PKM气化炉原料煤的质量指标 %煤种粒度水分灰分挥发分固定碳焦

30、油含量非粘结性煤7209.726.421.142.82.1弱粘结性煤6305.022.031.042.010.5 煤的物理性质对加压气化的影响因素：1.煤中水分的影响 根据前面分析可知，煤中水分对氧气的消耗不会产生大的影响。作为煤气化的主要原料之一，水分含量过高，可以使气化炉内单位面积煤气产率降低，使含酚废水量增多，引起生产成本上扬。更严重的是，水分含量的增多，将使粉煤附着在煤块上，影响筛分效果，导致入炉煤粒度不合格。因此，原料煤中水分含量必须严格控制。2.煤中灰分的影响煤中灰分是影响气化炉运行工况和经济效益的最重要指标，它影响燃烧反应和气固相反应的历程。在固体煤颗粒表面进行的气化反应，经历了

31、气相反应物向颗粒表面转移、内扩散、吸附、化学反应、产物脱附、产物内扩散、气态反应物离开固体颗粒表面等一系列物理、化学过程，灰分的大量存在，影响气态反应物和反应产物的内外扩散速度，影响颗粒表面的传热效果，使总反应处于扩散控制状态，阻碍颗粒内表面气化反应的顺利进行，降低化学反应的总速度和燃烧区与气化区的床层温度。因此原料煤中灰分越低越好。3.煤中挥发分的影响 挥发分的增加对气化炉运行工况影响不大，但能造成副产品焦油产率增加和煤气产率降低，加大液体分离装置负荷，影响生产过程的经济效益。4.煤中固定碳的影响 煤中的固定碳是参与气化反应和燃烧反应的主要部分。它的含量多少对气化炉的效率有直接影响。煤中固定

32、碳含量增大，煤气产增加，气化炉运行的经济性提高；反之，固定碳含量减少，煤气产率下降，运行的经济效益降低。因此，作为气化炉的进料，要求固定碳的含量尽可能高。5.原料煤粒度的影响 原料煤粒度增大，限下率提高，生产过程中气流夹带粉煤量大,不但增大料损失，而且会造成废热锅炉釜底积煤及管束堵塞，出口煤气管线积碳堵塞，最终导致置运行周期缩短，增加设备维修费用和开工费用，提高生产成本。原料煤质量与经济效益的关系哈尔滨气化厂主要原料是依兰煤矿的长焰煤，目前正在拓展原料路线，探讨采用黑龙江地方煤矿出产的两种褐煤（褐煤1#、褐煤2#）的可能性与可行性。对于长焰煤，其粘结性、发热量、热稳定性均满足PKM,气化炉的要

33、求，但从煤矿的开采情况看，上层煤年产量107.9万t，其灰分含量为48.64%；中层煤年产量为58.1万t，灰分含量为19. 40%，中层煤的组成虽然满足灰分含量的要求，但其总量不能满足生产需要，因此需要将上、中层煤合理搭配进行均衡生产。从表2可见，褐煤1#、褐煤2#水分含量均小于10% ，对于气化炉的固定床操作是适宜的，基本满足PKM, 气化炉的要求；两种褐煤的干基灰分比长焰煤低，对改善固定床的均匀透气性、减少灰渣中的碳含量，提高煤气质量会起到积极作用。实验发现，灰分由27%降低至21%，PKM 炉的产气率提高4%5% ，煤气热值提高0.5% ，生产1m3 煤气消耗的氧气和水蒸气均降低3%。

34、两种褐煤的固定碳含量比长焰煤有较大幅度提高，分别增加8.27%和2.83%。两种褐煤作为PKM气化炉的原料，与长焰煤相比，单位质量的原料能提供更多的气化产品。因此，为了提高依兰煤的利用率，进一步降低成本，用两种褐煤和依兰煤矿中层煤与上层煤合理匹配是可行的。表5-2 黑龙江褐煤的组成测试结果 %煤种水分灰分挥发分固定碳褐煤1#10.223.8432.5242.33褐煤2#9.923.6532.6136.94长焰煤9.727.7232.6334.06在煤的所有组成指标中,灰分是影响气化炉经济效益的最重要因素。以年产3.6亿m3 煤气为例，在入炉煤水分、粒度基本相同的前提下，灰分变化与经济 效益的关

35、系分析如表3 所示。 表5-3 灰分变化与经济效益的关系粗煤气产量 /亿m3灰分含量/%入炉煤量/(万t)毛煤量/(万t)煤气成本/(元m3)气化产率/(m3/t)3.62630.6680.2551176.53.62832.4720.271111.13.63036800.3010003.63239.687.40.33909.093.63443.2960.36833.33.63646.81040.39769.2从表3见，要维持同样的煤气年产量，煤中灰分增加，需要的入炉煤量将增加，气化产率降低。灰分每增2%，粗煤气成本增加约0.03 元/ m3，以年产3.6 亿m3煤气计算，每年增加费用1080

36、万元。因此，采取措施降低入炉煤灰分含量,是降低成本、提高经济效益的有效途径。降低灰分具体措施如下：（1）充分发挥配煤作用，直接用依兰煤矿上层煤与中层煤合理搭配，发挥最大的资源优势，提高产气率；（2）用依兰长焰煤与两种褐煤匹配，是降低入炉煤灰分，提高固定碳含量，提高产气率与经济效益的良好途径；（3）加强受煤系统排矸石，提高筛选系统的选矸率，最大限度地降低入炉煤灰分，可以直接提高经济效益；（4）加强入炉煤的粒度控制，如原料煤破碎前采用存煤脱水法降低水分含量，加强筛分等，保证粒度低于6.3mm 的比例小于3%；6.结论煤中的灰分和固定碳含量是影响气化产率和经济效益的关键因素，采取不同煤种合理搭配的方

37、法，降低入炉煤灰分含量，提高固定碳含量，扩大原料煤路线，强化粒度控制系统的管理等措施，是气化厂降低生产成本，提高经济效益，满足社会发展要求的有效途径。第六章 液态排渣鲁奇炉5 液态排渣鲁奇炉采用了液态排渣的方式，从而提高了气化强度和热效率，低了水蒸汽的耗量。另外，可利用部分粉煤掺和所产焦油返入炉内再气化。与干灰鲁奇炉相比，其废水对环境的影响可大幅度减小。液态排渣鲁奇炉的气化反应和固态排灰鲁奇炉的气化反应没有什么原上的区别，只是加入的水蒸气量比固态排灰鲁奇炉少得多。固态排灰鲁奇炉为了防止炉温超过灰熔点而结渣，加入的水蒸气量大大超过气化反应的所需量，在实际生产中蒸汽和氧气之比高达7，远高于理论上所

38、需的蒸汽和氧气之比。多余的蒸汽不仅不能回收利用，而且增加了通过炉床的气体体积。不但影响煤气产量，而且冷凝后又会增加废水处理量。灰熔点越低所需的蒸汽量越大汽氧比可以高达10,降低了炉子的生产能力6。液态排渣鲁奇炉与固态排灰鲁奇炉相反，不需过量蒸汽以控制反应温低于灰熔点，只向气化炉提供最少量的水蒸汽，使燃烧层的温度超过灰熔点，让炉灰在融熔状态下排出。因此，从理论上说在相同的炉内气流速度下，液态排渣气化炉的生产能力至少是固态排灰气化炉的一倍，在使用低活性，低灰熔点的煤种时，有可能超过两倍。由于液态排渣气化炉几乎不需要过量蒸汽，因此，在提高煤气产量时，相对地降低了蒸汽单耗，从而提高了整个工艺的热效率。

39、由于供给的蒸汽几乎全用在燃料的气化上，蒸汽分解率在95 % 左右，未分解的蒸汽量少,气化后生成的冷凝液主要来自煤中所含的水份。这样不但减少了蒸汽耗量，而且减轻了冷凝系统的负荷和降低了废水处理量。液态排渣操作方面具有以下优点：由于反应温度较高，煤的活性对气化速度的影响较小，所以使用不同煤种时氧气的耗量变化不大。由于气化反应温度高，从使CO的生成量增加.因此粗煤气中CO2 含量低，只有2%5%而固态排灰鲁奇炉的粗煤气中CO2量高达30%以上。喷嘴可直接伸向燃烧层可将粉煤类物质混在蒸汽和氧气中一起吹入熔渣区进行气化，有效地提高了煤气产量，简化了副产品处理的流程。排出的炉渣其沥滤性极小，可以直接用来填

40、路，也可用作生产水泥的原料。虽然液态排渣鲁奇炉具有上述种种特点，但是作为一种新的气化工艺，有一定局限性,存在着有待解决的一些问题。第七章 鲁奇加压气化工艺的管理和改进77.1 技术难点及工艺改进8(1)煤粒度严重制约生产 试生产初期,对煤的质量与气化炉工艺控制和运行缺乏足够认识。原料煤中粉煤比高,同时备煤工序的筛分工艺存在缺陷,致使入炉煤的粉煤比例严重超标,气化炉出口煤气中粉尘夹带严重,造成煤气水系统堵塞,气化装置停车频繁,运行负荷偏低。针对存在的问题,加强了对进料煤的控制,减少混煤进量,增加块煤数量。对备煤的筛分工艺进行了技术改进,并在操作上采取措施,使备煤皮带实行轻负荷连续运行,保证筛分机

41、不发生超负荷运行,提高了筛分效率,从而解决了煤粒度问题。(2)螺旋输灰机运行效率低 气化炉排出的灰渣经螺旋输灰机送到输灰皮带。螺旋输灰机桨叶长,输灰距离长且灰渣流动性差,因此螺旋的扭矩较大。如果遇上大渣块很容易发生卡涩现象,严重影响正常的排灰。为此,我们对各种输灰机进行了考察,并对马丁输灰机和振动式输灰机进行了试验,均不能适应生产的要求。经过认真分析,我们认为对螺旋输灰机的改造应从减少扭矩入手,缩短桨叶是一有效手段。首先对灰斗进行改造,使下料口水平位移3.4 m ,相应螺旋输灰机的进料口到出口的距离可以缩短4 m ,并在输灰机的进料口处增加水平喷射水,防止堵塞,改造后运行效果明显,使用周期一般

42、在半年以上。(3)搅拌器和布煤器漏水成为安全隐患布煤器和搅拌器为炉内转动设备,用于煤的均匀分布和结焦的破碎。用锅炉水对布煤器和搅拌器进行循环冷却。转动设备与煤焦之间发生磨擦,设备外壁因变薄发生泄漏。一旦发生漏水,将影响气化炉反应工况,减缓局部的反应速度,引起偏烧,严重时发生CO2 超标,甚至氧气穿透,危胁气化炉的安全。最初,采取修补的方法进行漏点处理,由于设备大面积摩损和焊接应力大,处理后运行周期很短,开停车频繁。根据历年设备安全运行的周期,制定了检修周期,对易损部件定期更换,从管理上摆脱了被动局面,消除了一大安全隐患。(4)灰锁上下阀使用周期短灰锁用于间歇排灰,上下阀起隔离作用。如果阀发生泄

43、漏,灰锁无法进行排灰操作。原设计灰锁上下阀的密封面为硬质合金,在阀的动作过程中容易受到损伤一旦形成漏点,在高压气流冲刷下漏点很快扩大,使得灰锁不能进行变压操作。上阀平均寿命45 天,下阀则只有30 天,最短时仅用一周。由于更换上阀造成的气化炉停车每年达二十台次以上,最高年份达到四十次。 1996 年,通过与南非沙索尔公司进行技术交流,向该公司购买两套碳化钨密封面的灰锁上下阀,分别在两台气化炉上进行试验,其中一套使用寿命达到一年以上,灰锁运行状况有了根本性的转变。目前,碳化钨密封圈的国产化工作已取得重大进展,试制的密封圈在装置试运行获得成功。7.2贫瘦煤加压气化的工艺管理(1) 重视煤质管理贫瘦

44、煤加压气化工艺要求煤粒度小于4mm或大于50mm的煤均不超5%粒度大易形成沟流,火层偏烧；粒度小则煤气夹带严重,对煤气水系统及后系统产生严重影响。应在进厂的原料煤把关和备煤工序的筛分上多下功夫,为气化炉运行创造良好条件。在生产实践中发现高灰份的王庄煤操作条件是将H2O/ O2 控制在5. 05. 2kg/m3 较为合适;王庄精洗煤则为4. 24. 5kg/ m3 较恰当。意味着使用高灰份煤时气化反应温度要降低,煤气组分变差。灰熔点相同的煤操作参数发生较大变化缘于炉内熔渣相互接触机会多,容易形成大块渣,煤矸石中的CaO作为助熔剂对结渣起到了促进作用,结渣的问题致使操作上必须提高H2O/ O2 。实践证明,高灰份煤影响气化反应,不利提高煤气质量。当然,灰份对于粘结性煤的瘦化是有好处的。我们曾在一台气化炉上进行去掉搅拌器的运行试验,当灰份高时气化炉运行基本正常;当煤中灰份降低时气化炉工况恶化,明显受结焦的干扰,煤气成份波动大,CO2 含量由正常的2426%上升到2730% ,无法正常运行。(2) 气化炉的优化操作9气化炉的运行有以下主要控制指标: 灰