1、魯奇爐介紹及附屬設備簡介 劣質(zhì)煤工程部 王建國 主要內(nèi)容概述三種先進的煤氣化技術(shù)簡介魯奇爐介紹魯奇第三代爐附屬設備簡介一、 概述1、煤氣化的定義 煤的氣化過程是一個熱化學過程，在特定的設備氣化爐內(nèi)它以煤為原料，以氧氣空氣、富氧或純氧、水蒸汽或氫氣為氣化劑又稱氣化介質(zhì)，在高溫的條件下，通過局部氧化反響將原料煤從固體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料即氣化煤氣，或簡稱煤氣的過程。 2、煤氣化制原料氣方法分類 煤氣化制原料氣方法多種多樣，按操作壓力煤氣化可分為常壓氣化和加壓氣化。在煤加壓氣化工藝中已經(jīng)成熟并工業(yè)化的便是殼牌氣化爐、德士古煤漿制氣和魯奇加壓氣化。 按固體和氣體接觸方式分為固定床、流化床、氣化床和熔融床

2、。 固定床：固定床氣化爐是最早開發(fā)出的氣化爐，爐子下部為爐排，用以支撐上面的煤層。通常，煤從氣化爐的頂部參加，而氣化劑氧或空氣和水蒸氣那么從爐子的下部供入，因而氣固間是逆向流動的。主要有魯奇氣化爐和BGL氣化爐兩種 ；熔融床：又叫熔浴床氣化，它是將粉煤和氣化劑以切線方向高速噴入一溫度較高且高度穩(wěn)定的熔池內(nèi)，把一局部動能傳給熔渣，使池內(nèi)熔融物做螺旋狀的旋轉(zhuǎn)運動并氣化，可實現(xiàn)無焦油氣化且煤種適應性廣。流化床：在分散板上供給粉煤，在分散板下送入氣化劑氧、水蒸氣，使煤在懸浮狀下進行氣化。流化床氣化爐不能用灰分融點低的煤，其特點是副產(chǎn)焦油少，碳利用率低。 氣流床：粉煤與氣化劑O2、水蒸氣一起從噴嘴高速吹

3、入爐內(nèi)，快速氣化。特點是不副產(chǎn)焦油，生成氣中甲烷含量少。主要以德士古氣化爐和殼牌氣化爐為代表；固定床、流化床、氣化床和熔融床簡介 我國引進并被廣泛采用的三種先進煤氣化工藝分別是：殼牌氣化爐、德士古氣化爐、魯奇氣化爐。 殼牌氣化爐結(jié)構(gòu)見圖2屬于氣流床氣化爐的一種，這種爐型不僅可用于不同類型的煤，包括劣質(zhì)的次煙煤和褐煤，還可用于生物燃料和廢棄物等的氣化。殼牌氣化工藝于1972年開始研究，1978年在德國漢堡建成中試裝置，1987年在美國建成投煤量250400噸/日的示范裝置，我國從2006年開始先后有岳陽洞氮、湖北雙環(huán)和廣西柳州等10余家企業(yè)引進了該類型氣化爐。二、3種先進的煤氣化工藝 德士古氣化

4、爐結(jié)構(gòu)見圖3屬于濕法進料氣流床的一種，最早引進該技術(shù)的是山東魯南化肥廠，1993年投產(chǎn)。目前，我國已有山東魯南、上海焦化、陜西渭化、安徽淮化、金陵石化、南化公司等近30臺套裝置投運，有些已具有10多年運行經(jīng)驗，到目前為止運行根本良好，顯示了水煤漿氣化技術(shù)的先進性。但是，德士古氣化爐對煤質(zhì)限制比較嚴格，成漿性差和灰分較高，還存在耐火磚本錢高、壽命短和煤漿泵磨損大、維修本錢高等問題。 魯奇氣化爐結(jié)構(gòu)見左圖屬于固定床氣化爐的一種。魯奇氣化爐是1939年由德國魯奇公司設計，經(jīng)不斷的研究改進已推出了第五代爐型，目前在各種氣化爐中實績最好。我國在20世紀60年代就引進了捷克制造的早期魯奇爐并在云南投產(chǎn)。1

5、987年建成投產(chǎn)的天脊煤化工集團公司從德國引進的4臺直徑3800mm的型魯奇爐，先后采用陽泉煤、晉城煤和西山官地煤等煤種進行試驗，經(jīng)過10多年的探索，根本掌握了魯奇爐氣化貧瘦煤生產(chǎn)合成氨的技術(shù)，國內(nèi)魯奇爐在用廠家有云南解放軍化肥廠、哈爾濱煤機廠和河南義馬煤氣廠等。優(yōu)點：干粉煤進料，煤種適應廣，碳轉(zhuǎn)化率高，甲烷含量少，氧耗低，單爐生產(chǎn)能力大，運轉(zhuǎn)周期長，氣化熱率高，氣化過程無廢氣排除。殼牌式氣化爐三種先進煤氣化工藝優(yōu)缺點比較優(yōu)點：水煤漿進料，對煤種應用較寬，單爐生產(chǎn)能力大，運轉(zhuǎn)周期長，氣化熱效率高，氣化過程無廢氣排放。德士古氣化爐缺點：投資高，設備造價高，建設周期長，配套的枯燥、磨煤、高壓氮氣及

6、用合成氣加壓所需的功耗較大。缺點：耗氧量大，投資大，技術(shù)費用高。優(yōu)點：魯奇爐生產(chǎn)能力大，以塊煤為原料尤其適應褐煤，碳轉(zhuǎn)化率高，調(diào)節(jié)負荷方便。缺點：生產(chǎn)的合成氣中甲烷含量高，焦油和苯酚等液狀物較多，生產(chǎn)流程長，投資大，結(jié)構(gòu)復雜，加工難度高。 魯奇氣化爐渦輪蝸桿減速器魯奇第一代氣化爐內(nèi)徑為，外徑為3m，高達6m的圓筒體，為防止高溫對爐體的損壞，在爐內(nèi)壁襯有耐火磚，砌筑在內(nèi)壁的支撐圈上如圖6所示，可防止爐體受熱損壞，減少氣化爐的熱損失。爐筒體由雙層鋼板制成，在內(nèi)外殼體之間形成夾套，生產(chǎn)時鍋爐水保持夾套充滿水，并產(chǎn)生蒸汽。蒸汽聚集在爐體上面的集汽包內(nèi)，并與壓力氣化系統(tǒng)相連通。集汽包與夾套的連通由兩根上

7、升管和兩根下降管來實現(xiàn)的，在夾套中產(chǎn)生的蒸汽，由兩根上升管導引至集汽包內(nèi)，夾套水那么由集汽包的水經(jīng)兩根下降管從夾套底部引入。1.魯奇爐第一代加壓氣化爐 三、魯奇爐介紹 在爐膛的上部設有一圓筒形裙板，中間吊有正椎體布煤器，以便使煤下流時能在爐體內(nèi)均勻分布。 在爐體的頂部設置有2-3個100mm的點火孔，其點火操作時在爐內(nèi)堆好的木材等可燃物，由上點火孔投入火把明火引燃開車。 排灰爐篦的傳動是由電動機通過齒輪減速機和渦輪蝸桿減速傳動機構(gòu)帶動的。煤經(jīng)氣化后產(chǎn)生的灰渣，由安裝在爐篦上的三把刮灰刀將灰從爐篦的下部的間隙排至灰箱，在經(jīng)灰箱泄壓后排出。 在該爐型的結(jié)構(gòu)中，由于氣化劑是從主動軸的中心孔進入爐內(nèi)，

8、而轉(zhuǎn)動的主軸與固定的爐體、氣化劑連接管之間的密封尺寸越大越難于解決，那么就從結(jié)構(gòu)上限制了該爐型的氣化劑入爐量，從而限制了氣化爐的生產(chǎn)負荷。另外，爐內(nèi)壁襯磚不但減小了爐內(nèi)徑，降低了生產(chǎn)能力，而且在較高溫度下內(nèi)襯易形成掛壁，造成氣化爐爐床層下移困難。 第一代魯奇氣化爐的結(jié)構(gòu)改進 第一代魯奇加壓氣化爐由于以上幾個方面的影響，單爐生產(chǎn)量一般為4500-5000m3/h。許多廠家對第一代魯奇爐進行了改進，主要有： 取消爐內(nèi)的耐火襯，擴大爐內(nèi)空間，增加了氣化爐橫截面積，從而使單爐產(chǎn)氣量增加； 將平盤型風帽爐篦改為寶塔型爐篦如圖7所示，改善爐篦的布氣效果，使爐內(nèi)反響層較為均勻，使氣化強度提高。 通過改進，第

9、一代氣化爐的 生產(chǎn)能力較改進前提高了50以上。 在綜合了第一代氣化爐的運行情況后，魯奇公司于20世紀50年代推出了，中間除灰的第二代氣化爐，如圖8所示。在爐內(nèi)部設置了傳動的攪拌裝置和布煤器，攪拌裝置有兩個攪拌槳葉，其高度在爐內(nèi)的干餾層，隨著葉片的轉(zhuǎn)動，在干餾層的煤焦受到了攪動，破壞了煤的黏結(jié)，這使得氣化爐能夠氣化弱黏結(jié)煤，擴大了氣化煤種；爐篦由單層平型改為多層塔節(jié)型結(jié)構(gòu)，氣化劑通過三層爐篦的環(huán)形縫隙進入爐內(nèi)，這種布氣形式不但增大了氣化劑的入爐量，而且使爐內(nèi)布氣均勻，彌補了第一代氣化爐布氣不均、灰中殘?zhí)驾^高的缺點；2. 魯奇第二代加壓氣化爐 入爐氣化劑管與傳動軸分開，單獨固定在爐底側(cè)壁上；取消了

10、襯磚，提高了氣化爐的生產(chǎn)能力，也防止了由于在內(nèi)襯上掛渣給生產(chǎn)操作帶來的不利影響；灰鎖設置在爐底正中位置，氣化后產(chǎn)生的灰渣從爐篦的周邊環(huán)隙落下落到爐下部的下灰室里，然后再進入灰鎖?！八鞣茽枲t型是在第二代爐型上的改進型，在南非索菲爾第一期工程中投建的加壓氣化爐，其內(nèi)徑為，其結(jié)構(gòu)如圖9所示。3. “索菲爾爐型“索菲爾爐型的最大特點是將底部的爐篦 與上部的布煤器用一根軸連接起來，該軸上下貫穿整個氣化燃料層。其傳動裝置設在溫度較低的氣化爐上部，從而防止了傳動裝置在底部受灰渣的磨損。由于爐內(nèi)溫度較高，為防止傳動軸等超溫損壞，在中心軸內(nèi)通入鍋爐水冷卻，此鍋爐水和爐體的夾套連通形成一個水系統(tǒng)，用泵來進行水的強

11、制循環(huán)。水的流動方向是從夾套底部由泵抽出經(jīng)加壓后送至中心傳動軸，流至爐篦冷卻水槽，然后返回經(jīng)傳動軸孔外層環(huán)狀空隙，進入布煤器，最后進入水夾套上部。該爐型存在以下缺點：由于中心傳動軸長達4m以上，材質(zhì)和加工精度要求高，在運行中受高溫影響故障較多；另一方面，爐篦和布煤器、攪拌器為同一轉(zhuǎn)速，不能按生產(chǎn)需要進行調(diào)整，故而該爐型已經(jīng)不再使用。槳葉和攪拌器、布煤器都為殼體結(jié)構(gòu)，外供鍋爐給水通過攪拌器、布煤器的空心軸內(nèi)中心管，首先進入攪拌器最下底的槳葉進行冷卻，然后再依次通過冷卻上槳葉、布煤器，最后從空心軸與中心管間的空間返回夾套形成水循環(huán)。該鍋爐水的冷卻循環(huán)對布煤攪拌器的正常運行非常重要。因為攪拌槳葉處于

12、高溫區(qū)工作，水的冷卻循環(huán)不正常將會使攪拌器及槳葉超溫燒壞造成漏水，從而造成氣化爐運行中斷。 第三代加壓氣化爐是在第二代爐型上的改進，其型號為Mark-III，是目前世界上使用最為廣泛的一種爐型。其內(nèi)徑為，外徑，爐體高，氣化爐操作壓力為。該爐生產(chǎn)能力高，爐內(nèi)設有攪拌裝置，可氣化除強黏結(jié)性煙煤外的大局部分煤種。第三代加壓氣化爐如圖10所示。4. 第三代加壓氣化爐型為了氣化有一定黏結(jié)性的煤種，第三代氣化爐內(nèi)上部設置了布煤器與攪拌器，它們安裝在同一空心轉(zhuǎn)軸上，其轉(zhuǎn)速根據(jù)氣化用煤的黏結(jié)性及氣化爐生產(chǎn)負荷來調(diào)整，一般為1020r/h，從煤鎖參加的煤通過布煤器上的兩個布煤孔進入爐膛內(nèi)，平均每轉(zhuǎn)布煤1520m

13、m厚，從煤鎖下料口到煤鎖之間的空間，可以緩沖煤鎖在間歇充、泄壓加煤過程中的氣化爐連續(xù)供煤 。在爐內(nèi)，攪拌器安裝在布煤器的下面，其攪拌槳葉一般設有上、下兩片槳葉。槳葉深入到煤層里的位置與煤的結(jié)焦性能有關(guān)，其位置深入到氣化爐的干餾層，以破除干餾層形成的焦塊。槳葉的材質(zhì)采用耐熱鋼，其外表堆焊硬質(zhì)合金，以提高槳葉的耐磨性能。該爐型也可用于氣化不黏結(jié)性煤種。此時，不安裝布煤攪拌器，整個氣化爐上部傳動機構(gòu)取消，只保存煤鎖下料口到爐膛的儲煤空間，結(jié)構(gòu)簡單。爐篦分為五層如圖11所示，從下到上逐層疊合固定在底座上，頂蓋呈錐形，爐篦材質(zhì)選用耐熱、耐磨的鉻錳合金鋼鑄造。最底層爐爐篦的下面設有三個灰刮刀安裝口，灰刮刀

14、的安裝數(shù)量由氣化原料煤的灰分含量來決定，灰分含量較少時安裝12把刮刀，灰分含量較高時安裝3把刮刀。 支承爐篦的止推軸承如圖10所示體上開有注油孔，由外部高壓注油泵通過油管注入止推軸承面進行潤滑。該潤滑油為耐高溫的過熱缸油。爐篦的傳動采用液壓電動機傳動。液壓傳動具有調(diào)速方便，結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)等優(yōu)點。但為液壓傳動提供動力的液壓泵系統(tǒng)設備較多，故障點增多，由于氣化爐直徑較大。為使爐篦受力均勻，采用兩臺電動機對稱布置。 第四代加壓氣化爐是在第三代的根底上加大了氣化爐的直徑達5m，使單爐生產(chǎn)能力大為提高，其單爐產(chǎn)粗煤氣量可達7500m3標/h干氣以上。 5. 第四代加壓氣化爐型小結(jié)四、魯奇第三代爐附屬

15、設備介紹 (1)筒體：加壓氣化爐的爐體不管何種爐型均是一個雙層筒體結(jié)構(gòu)的反響器。其外筒體承受高壓，一般設計壓力；溫度260；內(nèi)筒體承受低壓，一般設計壓力為，溫度310。內(nèi)、外筒體的間距為40-100mm，其中充滿鍋爐水，以吸收氣化反響傳給內(nèi)筒的熱量產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)汽液別離后并入氣化劑中。這種內(nèi)、外筒結(jié)構(gòu)的目的在于盡管爐內(nèi)各層的溫度不一，但內(nèi)筒體由于有鍋爐水的冷卻，根本保持在鍋爐水在該操作壓力下的蒸發(fā)溫度，不會因過熱而損壞。由于內(nèi)外筒體受熱后的膨脹量不盡相同，一般內(nèi)筒設有補償裝置。夾套蒸汽的別離也分為內(nèi)別離或外置汽包別離，如圖12所示。 1.爐體：主要由筒體、攪拌器、布煤器、爐篦、傳動裝置等組成。

16、氣化爐內(nèi)外殼生產(chǎn)期間溫度不同，熱膨脹量不同，為降低溫度差應力，在內(nèi)套下部設計制造了波形膨脹節(jié)如圖13所示，用于吸收熱膨脹量。正常生產(chǎn)期間，波形膨脹節(jié)不但可吸收大約25-35mm的內(nèi)殼熱膨脹量，而且在此還可以起到支撐灰渣的作用，這樣可使灰渣在刮刀的作用下均勻地排到灰鎖中去。 (2)攪拌器與布煤器 根據(jù)氣化煤種的不同，在氣化不黏結(jié)煤時爐內(nèi)不設攪拌器，在氣化自由膨脹指數(shù)大于1的煤種時要設攪拌器，以破除干餾層的焦塊。一般在設置攪拌器的同時也設置轉(zhuǎn)動的布煤器，它們連接為一體。由設在爐外的傳動電動機帶動。煤分布器與攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖見圖14所示。 布煤器由三塊組成，以燕尾槽形式搭接，在圓盤上對稱開有兩個扇

17、形孔，煤在刮刀作用下經(jīng)兩個扇形孔均勻地分布在爐內(nèi)，攪拌器設在布煤器的下部，一般設有上、下兩個槳葉。由于攪拌槳在高溫條件下工作，為延長使用壽命，槳葉及空心軸除了采用鍋爐水冷卻外，攪拌器選材為15Mo3(合金)并在槳葉的外表上堆焊了一層3mm的硬質(zhì)合金以提高其耐磨性 。 由于爐篦工作環(huán)境為高溫灰渣，所以爐篦的材質(zhì)一般選用耐磨、耐熱、耐灰渣腐蝕的鉻錳鑄鋼，在其外表堆焊有硬質(zhì)合金，并焊有一些硬質(zhì)合金耐磨條。在最下層爐篦下設有排灰刮刀，可將大塊灰渣破碎，并從爐內(nèi)刮至灰鎖。刮刀安裝位置在鑄造時留好的三個位置，根據(jù)所氣化煤的灰分決定實際安裝的數(shù)量。(3)寶塔型爐篦 設在氣化爐的底部，它的主要作用是支撐爐內(nèi)燃

18、料層，它分四層布氣，氣化劑由爐底進入爐篦中心管，然后由布氣孔均勻地將氣化劑分布到氣化爐橫截面上，維持爐內(nèi)各層的移動，將氣化后的灰渣破碎并排出，所以爐篦是保證氣化爐正常連續(xù)生產(chǎn)的重要裝置。 爐篦整體由下部的止推盤支撐，止推盤下盤通過有水冷的支撐筋板固定在爐體的內(nèi)殼上，其內(nèi)部的鍋爐冷卻水與夾套相通，形成水循環(huán)，以防止三角形支撐筋板過熱變形。一般爐篦總高度為，為便于將爐篦從氣化爐上孔吊入爐內(nèi)安裝，除第一、第二層為整體外，其余分為：第三層2塊，第四、第五層三塊。 爐篦是通過兩個對稱布置的小齒輪傳動帶動同一個大齒輪而轉(zhuǎn)動的，兩個小齒輪通過大軸與爐外的減速機連接。爐外兩個的小齒輪聯(lián)結(jié)軸是由變速電機通過減速

19、機傳動(如圖16)所示而帶動的，整個傳動裝置為6級傳動，總速比為1:600,設計轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為。 支撐爐篦的止推軸承形如圓盤，為滑動摩擦。為減小摩擦系數(shù)，一般用高壓潤滑油泵將耐高溫的潤滑油經(jīng)油管導入止推軸而進行潤滑，以保證爐篦的平安平穩(wěn)運行。2.煤鎖 煤鎖是用于向氣化爐內(nèi)間歇加煤的壓力容器，它通過泄壓、充壓循環(huán)將存在于常壓煤倉中的原料煤參加高壓的氣化爐內(nèi)。以保證氣化爐的連續(xù)生產(chǎn)。煤鎖包括兩局部：一局部是連接煤倉與煤鎖的煤溜槽，它由控制加煤的閥門(由溜槽閥及煤鎖上錐閥組成)將煤參加煤鎖；另一局部是煤鎖及煤鎖下閥，它將煤鎖中的煤參加氣化爐內(nèi)。煤鎖的結(jié)構(gòu)示意圖如圖17所示。 早期的氣化爐煤鎖溜槽多采

20、用插板型閥來控制由煤倉參加煤鎖的煤量，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，由射線料位計如圖18所示檢測當煤鎖過滿時即關(guān)閉插板，但一旦料位計不準那么會造成煤鎖過慢而導致煤鎖上閥不能關(guān)閉嚴密。 第三代以后的氣化爐都已改為圓筒型溜槽閥，這種溜槽閥為一圓筒，兩側(cè)開孔。當圓筒被液壓缸放下時，圓筒上的兩側(cè)孔正好對準溜煤通道，煤就會通過上閥上部的圓筒流入煤鎖。煤鎖上閥閥桿上也固定有一個圓筒，它的直徑比溜槽閥的圓筒小，兩側(cè)也開有溜煤孔。當上閥向下翻開時，圓筒與上閥頭一同落入煤鎖，當煤加滿時，圓筒以外的煤鎖空間流不到煤；當上閥提起關(guān)閉時，圓筒內(nèi)的煤流入煤鎖。這樣只要溜煤槽在一個加煤循環(huán)時開一次，煤鎖就不會充得過滿，從而防止了儀

21、表失誤造成的煤鎖過滿而停爐，其工作示意圖如圖19所示。 煤鎖上、下閥的錐形閥頭一般為鑄鋼件，并在與閥座的密封處堆焊硬質(zhì)合金，閥頭上的硬質(zhì)合金寬度為30mm，閥座的密封面也采用堆焊硬質(zhì)合金，寬度與閥頭相同。 煤鎖上錐閥由于操作溫度較低，一般采用硬質(zhì)合金和氟橡膠兩道密封。即在閥座上開槽，將橡膠密封圈嵌入其中，構(gòu)成了軟碰硬和硬碰硬的雙道密封，這樣能延長上閥的使用壽命。煤鎖上、下錐型閥的設計上還采用了自壓鎖緊形式，即在閥門關(guān)閉后，由于受氣化爐或煤鎖內(nèi)壓力的壓迫，使閥頭受到向上力的作用，即便誤操作閥門也不會自行翻開，從而防止高溫煤氣外漏，保證了氣化爐的平安運行。煤鎖上、下閥的結(jié)構(gòu)見圖20 。3.灰鎖 灰

22、鎖是將氣化爐爐篦排出的灰渣通過升、降壓間歇操作排出爐外，而保證了氣化爐的連續(xù)運轉(zhuǎn)?；益i同煤鎖都是承受交變載荷的壓力容器，但灰鎖由于是儲存氣化后的高溫灰渣，工作環(huán)境較為惡劣，所以一般灰鎖設計溫度為470，并且為了減少灰渣對灰鎖內(nèi)壁的磨損和腐蝕，一般在灰鎖筒體內(nèi)部都襯有一層鋼板，以保護灰鎖內(nèi)壁，延長使用壽命。第三代爐灰鎖結(jié)構(gòu)如圖21所示。 灰鎖上閥的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)與煤鎖的下閥相同，因其所處的工作環(huán)境差，溫度高，灰渣磨損嚴重，為延長閥門使用壽命，在閥座上設有水夾套進行冷卻。第三代爐還在閥座上設置了兩個蒸汽吹掃口，在閥門關(guān)閉前先用蒸汽吹掃密封面上的灰渣，從而保證了閥門的密封效果，延長了閥門的使用壽命?；益i上閥密封結(jié)構(gòu)見圖22所示。 灰鎖下閥由于工作溫度較低，其結(jié)構(gòu)與煤鎖類似，也采用硬質(zhì)合金與氟橡膠兩道密封。另外，為保證閥門的密封效果，第三代爐在灰鎖下閥閥座上還設置了沖洗水，在閥門關(guān)閉前先沖掉閥座密封面上的灰渣，然后再關(guān)閉閥門，其結(jié)構(gòu)見圖23所示。 灰鎖上、下閥在設計上也采用可自鎖緊形式，即閥門關(guān)閉后受到來自氣化爐或灰鎖的壓力作用于閥頭上，壓差越大關(guān)閉越緊密，下閥只有在泄完壓與大氣壓力相近時才能翻開，上閥只有在灰鎖充壓與氣化爐壓力相同時才能翻開，這樣就保證了氣化爐的運行平安。 冷凝器上部與灰鎖用法蘭連接，利用中心管與灰鎖氣相連通；下部設有進水口與排灰口，上部設泄壓氣體出口，