《煤加压气化》PPT课件.ppt

煤加压气化课件,李群祥,我是气化车间的李群祥，普通话说的不好，请大家谅解。 今天我主要讲一下鲁奇加压气化炉方面的知识，和大家互相学习。 一：煤气化简介？ 二：煤气化的应用及重要性？ 三：鲁奇炉的发展史？ 四：鲁奇炉的炉型介绍？ 五：鲁奇加压气化在我国的应用及工艺特点？ 六：气化炉工艺说明？,序言,一：煤气化简介 煤气化的定义： 煤的气化过程是一个热化学过程，它是指在煤气发生炉内，以煤或焦炭为原料，以氧气(空气、富氧获纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或焦炭中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化时所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分主要包括一氧化碳、氢气及甲烷等。,煤的气化方法： 煤气的用途多种多样，制取煤气的控制方式也多种多样。以压力控制方式分类煤气化可分为常压气化法和加压气化法；以气化原料在气化炉内的运动方式分类，气化可分为移动床气化、流化床气化和气流床气化；根据排渣方式，煤的气化可分为固态排渣气化法和液态排渣气化法。,气化用煤要求：固定碳80%，灰分(Ag)25%，硫分(SgQ)2%，要求粒度要均匀，2575mm,或1950mm,或1325mm，机械强度65%，热稳定性S+1360%，灰熔点(T2)1250，挥发分不高于9%，化学反应性愈强愈好。对原料煤的质量要求是：化学反应性要大于60%，不粘结或弱粘结，灰分(Ag)25%，硫分(SgQ)2%，水分(WQ)10%，灰熔点(T2)1 200，粒度10mm，主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等。 二、煤气化的应用及重要性 进入21世纪，为了保证中国经济的可持续发展，实施京都议定书，减少燃煤对大气的污染，必须大力发展 洁净煤技术，煤炭气化是最重要的应用广泛的洁净煤技术，是发展现代煤化工最重要的单元技术。煤炭气化可以生产工业燃料气；民用燃料煤气；化工合成燃料油原料气；氢燃料电池；煤气联合循环发电；合成天然气；火箭燃料等， 煤气化技术广泛应用于化工；冶金；机械；建材等重要工业部门和城市煤气的生产。目前，中国拥有各种类型的煤气炉约9000多台，,其中化工行业煤气化炉约有4000余台，以固定床气化炉为主。多数中小化肥厂和少数大型化肥厂以煤炭为原料，通过煤气化生产合成氨和甲醇，年耗原料煤4000吨，合成氨产量占全国总产量的60以上，为中国农业生产提供了充足的化肥。 因此，煤气化过去和今后在中国工农业生产和居民生活中，特别是对现代煤化工和洁净煤化工技术的发展，占有十分重要的地位。是实现中国经济可持续发展的主要技术手段之一。如下图所示：,三 ： 鲁奇炉的发展史 鲁奇加压气化是成熟的工业化煤加压气化的方法。自1936年德国建立起第一套加压气化装置至今工业化已达八十多年的历史，鲁奇碎煤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：任务证明气化理论在工业上实现移动床加压气化。1936年对不同煤种进行了三十四次试验，在这基础上设计了MaRK-型气化炉。此炉特点是炉内衬有耐火砖，灰锁置于炉侧，气化剂由主轴通入炉内。炉身较低，路径较小。这种炉气化强度低，产气量仅为45008000NM3/h，而且仅适用于褐煤气化。 第二阶段;任务，扩大煤种，提高气化强度。为此设计出了第二代气化炉，其特点是； 改进了炉篦的布气方式。 增加了破粘装置，灰锁置于中央，侧向传动。炉型有MaRK-型和MaRK-型。一台炉产气量为14000-17000 NM3/h. 第三阶段：任务，继续提高气化强度和扩大使用煤种。设计了MaRK-型，内径3.84米，产气量35000-50000 NM3/h.其主要特点是： 改进了煤分布器与破粘装置，从而可气化炼焦煤外的所有煤种。 设置多层炉篦，布气均匀，气化强度高，灰渣残碳少。 采用了先进的制造技术与控制系统。从而增加了加煤的频率，同时运转率达80,鲁奇加压气化今后的发展方向是： 提高气化强度。此方法为提高气化层的温度，灰以熔渣形式排出，从而可降低汽氧比使蒸汽分解率提高，热效率增加，同时气化强度可由2.4T/M2h提高到3-5T/M2h，煤气中的甲烷可下降到7以下。 提高气化压力。使用煤粒度下降，进一步增加气化强度及碳转化率。提高甲烷含量更有利于制造城市煤气。 煤种实用性应做更深的探讨。尤其对使用不同煤种而引起的煤气水处理问题和后序气体处理问题，需进行专题研究。 进一步研究炉篦布气方式，提出、试出最佳布气方案，可以进一布提高煤气化强度。 鲁奇炉煤气水所带来的环境问题，需要配以专项技术加以治理。 目前，鲁奇炉在南非和美国使用非常成功，另外我国云南解放军化肥厂已运行多年，哈尔滨煤气厂也正常生产，天脊集团和河南义马气化厂的鲁奇炉通过多年实践与研究也达到了设计要求。,五、鲁奇加压气化炉炉型及构造 第一部分：炉型介绍：,第三代加压气化炉其型号为Mark-,是目前世界上使用最广泛的一种炉型。其内径为38M,外径4128M,炉体高125M,炉内燃料堆放高度4000毫米，炉体容积119M3，炉体总重量169.5（其中包括内件重量40吨），操作重量250吨，夹套宽度为46毫米，总容积为13M3,气化炉操作压力为305Mpa。该炉生产能力高，炉内设有搅伴装置，可气化除强黏结性烟煤外的大部分煤种。 为了气化有一定黏结性的煤种，在炉内上部设置了布煤器与搅拌器，它们安装在同一空心轴上，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10-20转小时，从煤锁加入的煤通过布煤器上的两个布煤孔进行炉膛内，平均每转布煤15-20厚，从煤锁下料口到布煤器之间的空间，约能储存05小时气化炉用煤量，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快。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，布煤器的空心轴内中心管，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，最后从套空气轴与中心管间的空间返回夹套形成循环。,该锅炉水的冷却循环对布煤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煤种。此外，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，从下至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絡锰合金钢铸造。最底层炉篦的下面设有三个灰刮刀安装口，灰刮刀的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1-2把刮刀，灰分高的安装3把刮刀。支承炉篦的止推轴承上开有注油孔，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热汽缸油炉篦的传动采用变频电机传动。由于气化炉直径较大，为使炉篦受力均匀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改进，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。南非沙索尔公司在煤灰锁上下锥形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。,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。其外筒体承高压，一般设计压 力36MPa,温度260，内筒体承受低 压，及气化炉与煤气通过炉内料层的阻 力，一般设计压力为025MPa（外压） 温度310 .内外筒体的间距一般为40 -100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，经汽液分 离后并入气化剂中。这种内外筒结构的 目得在于尽管炉内各层温度高低不一， 但内筒体由于有锅炉水的冷却，基本保 持在锅炉水在该操作压力下的蒸发温度， 不会因过热而损坏。由于内外筒受热后 的膨胀量不尽相同，一般在内筒设有补 偿装置。夹套蒸汽的分离也分为内分离 或外置汽包分离。,（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 1的煤 种时需要设搅拌器 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。,（3）炉篦： 炉篦设在气化炉的底部，它的主要作用： 第一、二支承炉内燃料层，均匀地将气化剂分布到气化炉横截面上，维持炉内各层的移动，将气化后的灰渣破碎后并排出，所以炉篦是保证气化炉正常连续生产的重要装置。 现在运行的装置在设计上 大多采用了宝塔形炉篦。宝 塔形炉篦一般由四层依次重 叠成梯形锥状的炉篦块及顶 部风帽组成，共五层炉篦， 它们依次用螺栓固定在布气 块上。 炉篦整体由下部的支承盘 支撑，支承盘由焊接在炉体 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同， 形成水循环，以防止三角形支 撑筋板过热变形。一般炉篦总neir 高度为12M，为便于将炉篦从 气化炉上孔吊入炉内安装，除,为整体外，其余为第三层：2块，第四、五层3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，减速机有变频电机带动。 炉篦的传动功率一般考虑以下几方面因素： （1）克服燃料层对灰渣错动产生的摩擦阻力。 （2）克服灰刮刀将灰刮入下灰室的阻力。 （3）克服炉篦在满料操作下与支撑轴承的摩擦阻力。 （4）炉内有结渣时破除大渣块的储备功率。 （5）备用系数。 根据经验，第三代38M气化炉宝塔形炉篦驱动变频电机功率一般为45KW，最大扭矩为2450KN.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、耐灰渣腐蚀的鉻锰铸钢，在其表面堆焊有硬质合金，并焊有一些硬质合金耐磨条。在最下层炉篦下设有用于排灰的刮刀，可将大灰块破碎，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。为减少摩擦系数，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面进行润滑，以保证炉篦的安全平稳。,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，充压循环将存在常压煤仓的原料煤加入高压的气化炉内，以保证气化炉的连续生产。煤锁包括两部分（1）连接煤 仓与煤锁的煤溜槽。 （2）煤锁及煤锁下阀，它将 煤锁中的煤加入气化炉中。 圆筒型溜槽阀，两侧开孔。 当圆筒被液压放下时，圆 筒上的两侧孔正好对准溜 煤通过，煤就会通过上阀 上部的圆筒留入煤锁。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，圆筒与上阀 一同落入煤锁，当煤加满时圆 筒以外的煤锁空间流不到煤，当上阀提起关闭时，圆筒内煤留入煤锁。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。其工作示意图所示：,煤锁上、下锥形阀的密封非常重要，一旦泄漏将会造成气化炉运行中断。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，阀头上的硬质合金为30mm,阀座的密封面也采用堆焊硬质合金，宽度与阀头相同。 煤锁上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。煤锁在设计上还采用了自压锁紧形式，即在阀们关闭后，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。,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 出炉外而保证气化炉连续运转。 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，一般在灰锁简体内 部都衬有一层钢板，以保护灰锁 内壁，延长使用寿命。灰锁结构 如图所示：,灰锁上阀的结构及材质与煤锁下阀相同，因其所处工作环境差，温度高，灰渣摩损严重，为延长阀门使用寿命，在阀座上设有水夹套进行冷却，还在阀座上设置了两个蒸汽吹扫口，在阀门关闭前先用蒸汽吹扫密封面上的灰渣，从而保证了阀门的密封效果，延长了阀门的使用寿命。灰锁上阀密封结构见图 灰锁上、下阀在设计上也采用了自锁紧闭型式，即阀门关闭后受到气化炉或灰锁的压力作用于阀头上，压差越大关闭越严密，下阀只有在泄完压与大气压相近时才能打开，上阀只有在灰锁充压与气化炉压力相同时才能打开，这样就保证了气化炉的运行安全。,4：灰锁膨胀冷却器： 灰锁膨胀冷却器是第三代鲁奇炉所专用的附属设备。它的作用是在灰锁泄压时将含有灰尘的灰锁蒸汽大部分冷凝，洗涤下来。一方面使泄压气量大幅度减少，另一方面保护了泄压阀门不被含有灰尘的灰锁蒸汽冲刷磨损，从而延长阀门的使用寿命，提高气化炉的运转率。膨胀冷却器是灰锁的一部分，它上部与灰锁用法 兰连接，中心利用中心管与灰锁气 相联通；下部设有进水口与排水口， 上部设泄压气体出口，正常操作时 其中充满水。当灰锁泄压时，灰锁 灰蒸汽通过中心管进入膨胀冷却器 的水中，在此大部分灰尘被水洗涤 沉降、蒸汽被冷凝，剩余的不凝气 通过上部的泄压管线排至大气。膨 胀冷凝器的设计压力、温度与灰锁相 同，只是中心管的材质由于长期受灰,蒸汽的冲刷需采用耐磨性能较好的合金钢。灰锁膨胀冷却器的结构如上图。 第一、二代碎煤加压气化炉的灰锁没有设置膨胀冷凝器，它们的泄压是将灰锁的灰蒸汽直接通过泄压管线排出灰锁后，再进入一个常压的灰锁气洗涤器进行洗涤、除尘。这种结构的主要问题是灰锁气的泄压阀门与泄压管线由于长期受蒸汽的冲刷，使用寿命较短，需频繁更换泄压阀门，从而影响气化炉的正常运行。 5：喷淋洗涤冷却器 喷淋洗涤冷却器（简称喷冷器） 与气化炉粗煤气出口管垂直相连， 其作用是对气化炉出来的高温粗煤 气进行洗涤冷却，使粗煤气温度由 600700降至204 ，并且除去 焦油和煤尘。结构如图所示： 喷冷 器为文丘里式喷冷器，内径为682 壁厚40，总高度为6200。内 件是一通流文丘里洗涤器，其喉口处 直径为270 ，此处流速为5070 Ms,上部缩段入口直径为450 ， 锥角为30 30，长度828 段出口,循环煤汽水,直径为630 锥角为2740 ，长度1280 ，出口速度为15 20m/s。 气化炉生产的粗煤气由煤气出口管导入喷冷器，由煤气水处理装置来的净煤气水从煤气水入口进入喷冷器，煤气水通过文丘里洗涤器上入口处的螺旋叶片（叶片共16片）与粗煤气一同进入丘里收缩段，经器壁旋转流下 ，在此煤气得到了冷却、洗涤。粗煤气中的重组分由于温度的降低，由气态冷凝下来。 上部水平管是带有水夹套的管段，其水夹套与气化炉相通。水平管内设有往复运动的圆盘刮刀，其用于刮掉煤气出口管内积聚的焦油和煤尘。刮刀与器壁的间隙为1 ，刮刀行程1260 。,六：鲁奇加压气化炉在中国的应用及工艺特点 鲁奇加压气化炉在我国的应用始于20世纪50年代，由原苏联转口，主要用于气化褐煤生产合成氨原料气。 20世纪70年代后期到20世纪末，又相继从原联邦德国、原民主德国、原捷克引进了几套气化炉，用于生产合成氨原料气、城市煤气，主要原料煤种为长焰煤、贫瘦煤。以下介绍我国几套大型气化装置。 1.云南解放军化肥厂气化装置: 云南解放军化肥厂气化装置于20世纪50年代建设，属典型的无废热回收第一代加压气化炉，其加压气化装置工艺流程如图 该炉的特点： 1：没有搅拌器装置，只适用于褐煤或不黏结性煤种。 2：典型的无废热回收。 3：煤锁充压气只有一个用气化炉本身的粗煤气 ，温度较高。 4：灰锁没有设膨胀冷却器，泄压气通过洗涤冷却排至大气。 5：气化炉生产出来的粗煤气没有洗涤 只是冷却。 6：气化炉夹套蒸汽设有汽包，自产蒸汽进入煤锁。,2.山西天脊煤化工集团有限公司 天脊集团（原山西化肥厂）气化装置于20世纪80年代初从原联邦德国鲁奇公司引进设有四台38m第三代鲁奇加压气化炉，用于生产合成氨原料气。其加压气化流程如图所示： 该炉的特点: 1.在气化炉后设有废热锅炉，以回收煤气的废热，付产低压蒸汽。 2.在炉内装有搅拌器，气化有一定黏结性的贫痩煤。 3.夹套补充水与夹套循环泵打出的水首先进入搅拌器强制冷却后在进入夹套上部，夹套产生的蒸汽经夹套顶部及外设汽液分离器分离液滴后全部并入气化剂，减少了新鲜蒸汽消耗量。 4.煤锁充压气采用二次;首先用煤气冷却工号，这时的煤气温度较低，然后再用炉本身粗煤气充至最终压力。,3：甘肃兰州煤气化装置 兰州煤气厂气化装置于20世纪80年代末以贸易方式从原捷克斯洛伐克民主共和国引进，用于生产城市煤气。该气化炉直径27M（内径），属于有废热回收的第二代鲁气加压气化，其气化装置工艺流程如图所示： 其特点如下： 1：炉内部设置了转动的搅拌装置和布煤器。搅拌装置设有两个搅拌叶片，其设计高度在燃料层的干馏层，随着叶片的转动，在干馏层的煤焦受到了搅动，破坏了煤的粘结，这样使气化炉能够气化弱粘煤，扩大了气化煤种。 2：炉篦由单层平型该为多层塔节型结构 气化剂通过炉篦之间的三个环形缝隙吹入炉内，此结构不但增大了气化剂的吹入量，而且使气化剂在炉内均匀分布。 3：入炉气化剂管与传动轴分开，单独固定在炉低侧壁上。 4：炉内取消了衬砖，提高了气化炉的生产能力，也避免了由于在内衬上挂渣给生产操作带来的不利影响。 5：灰锁设置在炉底正中位置，气化炉产生的灰渣从炉篦的周边环隙落在炉下部的下灰室 然后再进入 灰锁。,4：河南省义马气化厂装置 义马气化厂装置于20世纪90年代末从澳大利亚引进，用于生产城市煤气并联产甲醇。期工程建有38M两台气化炉，期建有38M三台气化炉，采用德国鲁奇公司专利技术，除灰锁、炉篦引进外，其余设备由中国国内制造。 义马厂装置与天脊同为德国鲁奇公司设计，工艺流程基本相同，鲁奇公司在局部进行了改进，使设计更趋合理： 特点： 1：气化炉的灰渣采用水力排渣法冲灰，操作环境优于其他排渣方法。 2：夹套水由补充锅炉水通过引射进行循环，避免了由于夹套水循环不畅造成的夹套鼓包。 3：采用变频电机驱动炉篦易于调节，减少了泄压设备频繁故障造成的停车。,5：哈尔滨气化装置 哈尔滨气化厂气化装置于20世纪90年代从原德意志民主共和国引进，由原德意志民主共和国黑水泵厂与PKM设计院，用于生产城市煤气并联产甲醇。共有五台3.8M气化炉，其中一台由中国制造。 特点： 1：气化炉设计采用蒸汽升温后，再通入氧气点火，而一般的鲁奇炉采用蒸汽升温，空气点火，然后再将空气切换为氧气，简化了开车程序，缩短了开车时间。 2：煤锁空后，在卸压前先将煤锁内冲入中压蒸汽，将煤锁中的煤气压入气化炉内，所以不用考虑回收煤锁气。 3：气化炉内壁仍设置有耐火衬里,国内鲁奇炉使用概况表,七：气化炉工艺说明 :鲁奇炉的操作条件 :关于原料煤 原料煤元素分析,原料煤工业分析,原料煤灰熔点,煤分析数据综合性能 1、挥发份比较高，说明成煤年代比较浅、易燃、甲烷及轻质油含量比较高；焦油产量可能较高，会带来较多的不利因素，给煤气冷却分离带来不利影响。 2、固定碳含量低，采用固定床单位煤有效气含量低、副产品产量高，煤耗相对比较高；采用气流床气化单位煤有效气含量高，气化产率较高。 3、灰熔点FT在13901110，ST在13801090之间。变化幅度比较大。对固定床来说，气氧比较高。,4、热稳定性及机械强度较低，基本在固定床下限，床层阻力大，不易操作。 5、结焦性，此煤不结焦，比较适合固定床。 6、可磨指数低。 结论性评价意见 1、此煤种对固定床气化技术适用性中等原因如下： 灰熔点低，气氧比高，引起装置能耗高。 热稳定性差，煤受热粉碎较严重，床层阻力大，气体带出灰量较大，对系统带来不利影响。 机械强度较低，粉尘多，气体带出灰量较大，对系统带来不利影 响。 2、特点： 挥发性高采用固定床气化技术副产品产量高（甲烷、油、焦油）， 煤耗高，单位煤产气（合成气）率低 煤气组成,粗煤气组成,:主要工艺参数说明： 以下列出单台气化炉的主要工艺参数及其正常值或范围，详见2.1章工艺指标。 粗煤气流量 1950038500Nm3/h（干） 气化剂蒸汽流量 2000036000kg/h 氧气流量 30006000Nm3/h（纯度99.6%） 汽氧比 5.56.0Nm3 气化炉出口煤气压力 2.95MPa 炉蓖转速 根据灰份及负荷调整 气化剂温度 320350 气化炉出口煤气温度 420 灰锁温度 300350 气化炉顶部法兰温度 150 洗涤冷却器出口温度 201 废热锅炉出口煤气温度 187 粗煤气（干气）中CO2含量 3035%（体积） 灰粒度 稍有烧结 灰渣残碳量 6%,:固定床气化对煤的质量要求： 1：水分： 煤中水分含量随煤的碳化度而异。无烟煤和烟煤含水多在5以上。次烟煤和褐煤含水约1030.煤中水分和挥发份含量有关，随挥发份降低而降低。气化用煤含水量越低越好，一般要求不超过8 . 煤中水分高，会增加气化过程的热损失，降低煤气产率和气化效率，使用消耗定额增加。有资料认为，若灰分含量不超过10 ，则允许水含量达到35，但必须有足够高的燃料层使原料在进入气化区时得到充分预热。 2：挥发份： 固定床气化制合成气时挥发份含量以不超过6为宜。因为，挥发份经干馏后进入煤气、焦油和其它烃类凝结后易堵管道，处理相当困难。而其中的甲烷等不凝性气体会增加压缩工序的功耗。 3：化学活性： 是指煤与气化剂中氧、蒸汽、二氧化碳及氢的反应能力。化学活性高有利于气化过程，可以提高气体质量和增加气化能力。 4：灰分及灰熔点： 灰分的组成多为钙、镁、铁的碳酸盐、钾、镁等硅铝酸盐，钙、镁、铝、钠、钾等的硅酸盐，硫酸盐及硫化物，钠盐及氧化亚铁等。气化用煤灰分越低越好。一般控制在16以下,一般要求灰熔点T2在1250以上，在生产中常用通入过量蒸汽的方法防止灰分烧结。 5：固定碳： 是气化燃料的有效成分，一般要求固定碳在60. 6：硫分 煤中的硫分为有机硫、单质硫、硫化物和硫酸盐四种形态。气化时硫变成硫化氢和有机硫存在于煤气中，对设备会产生腐蚀。作为合成气硫化物会引起后工序触媒中毒，所以，要求煤中硫越低越好。 7：热稳定性 指在高温下燃料保持原来粒度大小的性质，对气化工艺影响很大。热稳定性差的煤在气化过程易破碎，使床层阻力增加，煤气中带出物增加。热稳定性70.为宜。 8：机械强度 机械强度差的煤在运输和破碎中易于生成碎屑。不仅增加成本，而且不利于气化过程。要求煤的抗碎强度65. 9：黏结性 气化对煤的黏结性很敏感。黏结性强的煤很容易在气化炉内生成拱焦，破坏气化层中气体的分布，以至于使气化过程无法进行。,10：粒度 入炉原料的粒度大小和粒度范围对气化炉的操作有很大影响。小粒度原料的表面积大，有利于气化，但床层阻力上升使生产强度下降。而大块则相反。固定气化特别要求粒度均匀。否则影响气化炉的正常操作。 综合上述，固定床气化对原料的要求是：低水、低硫、高活性、高灰熔性好，机械强度高，不黏结、粒度均匀的燃料。 :鲁奇加压气化的工艺原理 煤是蕴藏于地层之中的有机生物岩，有不同地质时代的植物所形成。由高等植物经过成煤过程的复杂的生化和地质变化所形成的腐殖煤是煤中蕴藏量最大、最重要的煤。根据煤化程度的不同，腐殖煤可区分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。由于煤的生成年代、产地及生成植物的不同，因此其组成相当复杂，很难用一个统一的分子式来表达。 煤的组成以有机质为主体，煤的用途主要由煤中有机质的性质所决定。煤质的基本分析有工业分析和元素分析。煤的工业分析包括水分、灰分、挥发份和固定碳等项。元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯等项。,我公司煤的气化过程是一个在高温高压下进行的复杂多相的物理化学反应过程，主要是煤中的碳与气化剂，氧和水蒸汽等之间的反应。反应生成物煤气的组成决定于原料种类，气化剂的种类及制气过程的条件，作为合成原料的煤气有效组成主要是氢和一氧化碳。 我公司用的气化炉是圆筒形的，双层夹套式容器内外壳由钢板制成，主要由炉体、加煤装置、出灰装置、炉篦装置，气化剂入口和煤气出口等部分组成。 气化过程的条件主要决定于气化炉的构造和原料煤的理化性质，对原料性质的要求包括中水分、灰分、挥发份、固定碳硫分及原料的粒度、反应性、机械强度热稳定性，粘结性及灰熔点和成渣性能，其中煤的灰熔点和粘结性是气化用煤的重要指标。 在移动床气化炉中进行加压气化可以提高反应速度，增强气化强度，提高生产能力，改善煤气质量。 鲁奇加压气化是移动床逆流工艺过程，在炉的纵剖面上可分为五个层：灰层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥层。 1、灰层 3.8MPa、400的过热蒸汽和夹套自产蒸汽3.0MPa、230与3.5MPa、100的氧混合后，约320进入气化炉炉篦，均匀地在灰床中分布、与灰渣换热，灰渣由1500被冷却到比气化剂温度约30-50，排入灰锁,2、燃烧层 燃烧层由低层正在燃烧着的碳所组成。碳就是刚气化的碳，它由灰机械地支承着。这一层为紧接着上面的气化层供应热量和二氧化碳，其中的主要反应是碳和氧相反应产生热量和二氧化碳。其反应式为： a: C+O2=CO2 b 2C+O2=2CO 在燃烧层，煤与氧汽的反应，a是控制反应 上述两反应放出大量的热，上升的气化剂被加热到约1400，下降的灰温度接近1500 ,3、气化区 来自燃烧区的上升气体主要含有CO2和水蒸气,，在气化区约850 的平均温度下进行以下反应： a；C+H2O=CO+H2 b: C+2H2=CO2+2H2 C：CO+H2O=CO2+H2 d: C+CO2=2CO e: C+2H2=CH4 f: CO+3H2=CH4+H2O 气化区的控制反应是a,甲烷化反应e和反应d对离开气化区的煤气组成影响较小。反应b、c、f对煤气组成的影响更小，对于活性差的煤，其影响可忽略不计。 4：干馏层 在干馏层，煤被上升煤气加热在300-600 时，煤开始软化，焦油和少量的H2、CO2、CO、H2S、NH3从煤中分解出来。500-800 甲烷等以上的烃类从煤中逸出，在干馏层，酚、吡啶、萘等有机物也形成并分解出来。干馏过程是吸热过程。热量来至燃烧层。,5、干燥层 由煤锁加入到气化炉的煤在干燥和预热层被干燥并加热至约200 ，此时煤的表面水分和吸附水分被蒸发。 鲁奇气化温度和汽氧比的确定 1：鲁奇气化温度主要决定于燃烧区温度，而燃烧区温度的确定，取决于煤的灰熔点，燃烧区的最高温度控制在灰熔点T1-T2之间，加入的水蒸气，小部分参加汽化，大部分作为热载体来调节温度，灰熔点高，可减小水蒸气用量，从而减少煤气水的处理量。燃烧区温度主要通过观察灰的粒度和含碳量来调节汽氧比以达到最佳控制。 2：汽氧比 对于加压气化，汽氧比是一个重要的操作参数，在气化过程中煤气组成，随着汽氧比的变化而变化，同一种煤，气氧比有一个变动范围。改变汽氧比即可调整控制气化过程的温度，在固态排渣炉中，首先保证燃烧过程灰不熔融成渣，同时保证气化反应 在尽可能高的温度下进行。汽氧比与最高燃烧温度关系如图所示,：工艺流程： 粒度为650mm的原料煤由贮煤仓经煤锁间断地加入到气化炉内，在3.1MPa压力下，煤至上而下经干燥层、干馏层、气化层逐层下移，与底部进入的气化剂逆流接触发生气化反应，生产的煤气将热量传递给下降的煤层，以约500 600 的温度离开气化炉。 离开气化炉的煤气首先进入文丘里喷淋洗涤冷却器，在此，煤气被冷却至204 ，大部分重组分被冷凝洗涤下来，随后气液混合物一同进入废热锅炉回收了煤气的大量显热和潜热，而被冷却至180 的煤气经汽液分离器后送至煤气冷却工段。 经反应后产生的灰渣以固态形式由炉内旋转炉篦排至灰锁，从灰锁定期排至炉外。 从废锅分离下的煤气水送至煤气水处理装置。 鲁奇气化是自热式，所需热量由煤的部分燃烧提供。 煤斗（V606A03）： 筛分过的煤，由煤斗经给煤溜槽（V606A02）进到煤锁。煤斗的容量约为100M3。其贮量可满足气化炉在最大负荷下操作约4小时。 煤锁（V606A01） 煤锁是一个容积约12M3的压力容器，可以定期将煤加入气化炉。煤锁上下阀均为液压控制。煤锁的操作由就地手轮、遥控、半自动、全自动四种操作方式来实现。 全自动循环程序为： 1：煤锁在大气压下（下阀关、上阀开）煤从煤斗经煤溜槽流入煤锁。,2.煤锁充满后，关闭上阀及圆筒阀。 3.煤锁用来指煤气冷却工号的冷变换气充至约2.65MPa。最终有气化炉充压至气化炉等压； 4.打开下阀，煤加入气化炉； 5.当煤锁空后，下阀关闭； 6.煤锁卸压、煤锁气进入煤锁气柜。上阀打开，卸压后的残留煤气由喷射器抽出，并在旋风分离器（F606A03）中除去煤尘后排入大气。 7.循环重新开始 气化炉（B606A01） 气化炉是一个双壁容器，外壁按3.5MPa的压力设计，内壁仅能承受0.25MPa的外压。 在正常操作下，中压锅炉给水冷却气化炉壁，并产生中压饱和蒸汽经夹套蒸汽气液分离器F606A01分离液滴后的蒸汽作为气化用中压蒸汽。 中压锅炉给水在夹套中维持在一定的液位，液位低于临界时，气化炉将联锁停车。 中压蒸汽、夹套蒸汽气混合后，作为气化剂，气化剂通过分布在旋转炉篦表面孔隙进入气化炉。 旋转炉篦有下列作用： 1）使气化剂均匀分布到气化炉的截面； 2）排灰并维持一定的灰层高度； 3）破碎灰结块，使灰渣粒度减小，防止灰锁阀门堵塞； 4）保持煤层、灰层在移动中达到均衡。均匀灰层条件，防止气化剂在煤层中形成沟流。,排灰的能力取决于安装在旋转炉篦底部刮刀的数量和炉篦的转速，炉蓖是连续操作，其转速自动控制。 炉篦转速是通过两个可变频控制电机来控制。气化剂离开炉蓖向上直接进入下列反应区：灰层，燃烧区，气化区，干馏层，干燥和预热区。 煤中的碳与气化剂（H2Og，O2）进行复杂多相的物理化学反应，生成的粗煤气成份主要包括：CO2、CO、H2、CH4和H2O，（以及碳氢化合物轻组份，H2S、N2、焦油、油、石脑油、酚、腐植酸、NH3等少量物）离开气化炉温度大约为400。 气化炉在3.1MPa（g）下，产气量近40345Nm3/h干煤气。改变气化剂蒸汽，氧气的比率，可以改变粗煤气组成。 洗涤冷却器（V606A02）和废热锅炉（C606A01） 直接联接在气化炉煤气出口的洗涤器备有一刮刀，用来清理煤气出口，以防止焦油和煤尘沉积；在此利用来自废热锅炉贮槽的循环煤气水喷淋洗涤，使粗煤气急冷到201并饱和。 除循环煤气水外，来自煤气水分离器的高压煤气水也加入到洗涤冷却器中，当循环煤气水循环中断时，高压煤气水将自动增加。 油、焦油和其它一些物质在过程中冷凝，并离开洗涤冷却器，包括部分从气化炉来的煤灰，与煤气水粗煤气一起进入废热锅炉贮槽中，废锅管程内粗煤气进一步冷却到181，液滴将进一步分离。 残留在粗煤气中的冷凝液，在粗煤气气液分离器（F606A02）中进行汽液分离，分离出的煤气水进入废热锅炉底部贮槽。,在此过程中，大约有200m3h循环水煤气水由洗涤冷却循水泵（J606A02）打循环至洗涤冷却器。 离开气化工段的粗煤气在压力3.01MPa温度181饱和状况下，通过粗煤气总管进入煤气冷却工段。 在废热锅炉内，靠低压锅炉水回收废热，副产600MPa低压蒸汽，每台废热锅炉大约可生产28Th低压蒸汽。 灰锁（V606A04）和灰锁膨胀冷凝器（V606A07） 。 灰锁直接联接在气化炉的底部法兰上，有效容积12m3，上阀、下阀是液压操作。 灰锁膨胀冷凝器与灰锁相连接。 灰锁连续不断接收气化炉旋转炉篦的排灰，正常情况与气化炉相通，压力相等，排灰时灰锁泄压至常压。灰锁这一功能与有关机械（如阀门、锥阀等）是通过自动循环控制程序控制，灰锁的循环包括下列步骤： 1）灰锁以及相连的膨胀冷凝器，充压至气化炉的压力，打开灰锁顶阀，灰通过气化炉旋转炉篦进入灰锁。 2）灰锁的料位检测，通过射线料位计，或者是计炉篦转数的方法控制，当灰锁满时，灰锁顶阀关闭。 3）打开灰锁膨胀冷凝器泄压阀门，灰锁开始泄世、灰蒸汽进入水中冷凝（冷凝器内充满水后灰锁才能泄压），泄至常压，打开冷凝器底阀，将冷凝器排空。 4）打开灰锁底阀，灰经由灰溜槽排入水力排渣沟。 5）在灰锁排灰期间，关闭膨胀器底阀，膨胀冷凝器重新注水（准备下次循环）。 6）关闭灰锁底阀，用过热中压蒸汽给灰锁充压，直到重新达到气化炉,的压力。 7）打开灰锁上阀，气化炉向灰锁排灰。 灰锁每小时循环次数，取决于气化炉的负荷和灰锁的容积。 煤锁气洗涤器（V606A08） 、煤锁气分离器（F606A04）和煤锁气气柜（V606A09） 。 煤锁气回收系统（两套） ，供所有气化炉系统公用。 在煤锁泄压循环期间，大约排出2989Nm3h粗煤气（最大值短时可达24000Nm3/h）收集到煤锁气气柜中。在气柜上游，煤锁气在煤锁气洗涤内用来自煤锁气分离器的低压喷射煤气水洗涤，洗涤后的煤锁气经煤锁气分离器后进入煤锁气柜。煤锁气柜用于平衡、收集不稳定的煤锁气，这些煤锁气收集后，送到硫回收工段。 火炬系统以及相关的设备。 开车煤气洗涤器（V606A10） 开车煤气分离器 （F606A05） 火炬气气液分离器 （V606A11） 火炬导燃器和火炬筒 （V606A12） 点火器 在开、停车和事故操作期间，来自加压气化的煤气进入火炬系统。这些粗煤 气含有杂质和冷凝液（煤气水），首先在开车煤气洗涤器用来自开车煤气分离器 的煤气水洗涤，靠开车煤气洗涤水泵（J606A05）循环洗涤。 开车煤气分离器和火炬气液分离器，所用的低压喷射煤气水，均来自,煤气水分离工段，过量的煤气水将用泵（J606A05）送回煤气水分离工段。 通过火炬气气液分离器的火炬气，将通过火炬筒，在火炬头部，用导燃器点火燃烧。供长明灯连续使用的燃料气，将来自本厂的其它工段。火炬采用分子封 作为火焰挡板，并连续不断地向火炬筒注入氮气。,液压控制系统 煤锁、灰锁和煤气出口的刮刀由该系统提供液压动力。 煤锁部分； 煤锁圆筒阀 煤锁上阀 煤锁下阀 煤锁充压阀 煤锁泄压阀 气化炉出口刮刀 灰锁部分 灰锁上阀 灰锁下阀 膨胀冷凝器充水阀 膨胀冷凝器卸压阀 灰锁充压阀 液压控制系统共有四套，每套为四台气化炉共用，每套包括： 一个共用泵站，包括一个贮槽和两台高压液压泵（一开一备），一台油液循环泵。 一个共用的蓄能站，包括四台蓄压器和两个高压气瓶：,每台炉单独一个减压站，每个减压站附有一个蓄压器； 每台气化炉单独一个煤锁控制系统，包括另外一个上阀减压站。 每台气化炉单独一个灰锁锁控制系统，包括另外一个下阀减压站。. 根据泵站，蓄能站，减压站和控制站的布置和工作压力，整个系统有三个不同的压力等级，蓄压站在约14.0MPa范围内操作， 用于就地控制站和洗涤冷却器刮刀的压力由减压站减到6.0MPa， 用于煤锁上伐和灰锁下伐的液压油压力由安装在就地控制站的减压伐进一步降至3.0MPa。 泵站的柱塞泵将1300L贮槽中的液压介质（水+乙二醇）抽出，并升压至14.0MPa后，送入四个系列的减压站，同时也送入蓄能站。 由缓冲站或泵（118.1或118.2）提供的压力油进入各减压站的减压阀（36）、 同时也进减压站的缓冲器，压力油经减压阀减至6.0MPa， 同时送入煤锁控制站，灰锁控制站和刮刀控制站的各个液压油缸。 从油缸返回的低压油汇入总管， 经10m回油过滤器（17） 回到贮槽。 为了清洁介质， 控制温度， 设置了泵站循环回路， 即由小齿轮泵（112）将介质从贮槽抽出，先经水冷器（19），再经过10um精过滤器（18）过滤，返回贮槽。 气化装置控制和停车系统 安装在粗煤气冷却装置上游粗煤气总管上的PRC20CP000称为生产主控制器，其输出信号经分配继电器和最大、最小闭锁装置传递至,每台气化炉过热蒸汽上的FRC，在所需粗煤气量波动情况下，粗煤气总管压力借此系统始终保持恒定。 1：汽氧比及蒸汽、氧气流量自动调节 汽氧比即如炉气化剂中蒸汽量与氧气量的比值，该比值由气化炉原料 煤种的灰熔点决定。正常生产时，蒸汽量与氧气量必须同比例增减，保证气化炉反应温度维持在一定范围。该调节回路示意图如下：,2：气化装置负荷自动调节 气化炉的生产负荷由进入炉内参与化学反应的气化剂量来决定，改变气化剂入炉量，也就是改变气化炉的负荷。由于没得复杂性及炉内各反应层的变化，易造成煤气产量的波动。为了满足后工序对稳定供气的需求，一般气化装置都在出口工序煤气总管上设置气化炉负荷自动调节系统，通过改变入炉气化剂来稳定出工序煤气压力，以达到稳定供气目得。,负荷调节系统调节原理如下：当煤气总管压力下降低于设定值时，煤气总管压力变送器将信号传送给负荷调节器，负荷调节器首先考虑蒸汽与氧气的总管压力。在蒸汽、氧气总管压力均正常时，将煤气总管压力测量值与设定值相比较后，向每台气化炉的蒸汽流量调节器发出加负荷信号，蒸汽流量的增加由比值调节器相应地增加氧气流量，使入炉气化剂量增加，进而使煤气产量增加，煤气总管压力也随之提高。当煤气总管压力上升高于设定值时，负荷调节器通过调节减少入炉气化剂量，从而达到稳定负荷的目得，另外，考虑到每台气化炉运行状况的不同，通过在负荷调节器输出给单炉的信号上设一台手操器人为地增加或减少单炉的负荷，以改变各炉的负荷分配。这样虽然各炉的负荷不同，但总负荷不变，满足了各炉的运行要求。 3：炉篦转速的调节： 气化炉炉篦的作用是将反应产生的灰渣从炉内排出，调节炉篦的转速可以增加或减少排出的灰量，以维持炉内各反应层的高度相对稳定。 炉篦的转速通过 转速传感器（ST）测量后传送给转速调节器SIC-01，调节器SIC-01将实测值与设定值比较后将调节信号输出给驱动炉篦的变频电机，使其转速改变，达到了转速控制的目得，这就构成了一个简单的调节回路。在此回炉的基础上，将气化炉出口温度、灰锁温度、氧气流量综合运算后作为转速调节器SIC-01的串阶调节给定值，以控制炉篦转速与气化炉负荷，炉出口温度与灰锁温度相匹配，从而控制了气化炉內灰层高度的稳定。,4：气化炉停车联锁说明： 在化工生产中 ，为了防止化学反应控制不当造成事故一般都设置有紧急停车联锁，一旦工艺参数达到危险值时，仪表联锁会自动将运行设备停车，以保证装置的安全。鲁奇加压气化炉是一个典型的化学反应器，进入炉内的气化剂中有氧气，而炉内上部为易燃、易爆的煤