固定床加压气化.

固定床加压气化鲁奇加压气化炉是自热式、逆流移动床、固态排渣的生产工艺，气化过程所需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。气化炉是双层壁压力容器，夹套由中压锅炉水保持液位，操作期间，热量传递到夹套，在此产生略高于气化炉操作压力下的饱和蒸汽，此蒸汽返回作气化剂，从而减少了外供的过热蒸汽供给量。煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，依次经过干馏干燥层、气化层、燃烧层，产生以CO2、CO、H2、CH4为主要成份的粗煤气。第一代MARKI直径2.6m;单炉产气量5000～8000Nm3/h1939年建成投产内衬边置灰锁气化剂中空主轴进入密封限制了生产强度的提高平型炉箅1、气化炉——鲁奇炉1）鲁奇炉发展概况第二代MARKII（2.6－3.7m，产气量32000-45000Nm3/h）搅拌破粘装置取消耐火衬里，设置水夹套气化剂由炉底侧向进入炉箅炉箅传动改为侧向传动灰锁改在炉体下部正中，下灰第三代MARKIII(大唐采用的炉型）（直径3.8m;单炉产气量35000-50000Nm3/h）改进了煤分布器和破粘装置双层夹套外壳改进多层炉箅，塔型炉箅进气量大、均匀改进了传动机构和控制系统第四代MARKⅣ（直径5m;单炉产气量75000Nm3/h）去掉炉箅改为喷嘴增加内衬里，液态排渣鲁奇加压气化原理：1、化学反应C+O2→CO2+Q2C+O2→2CO+QC+CO2→2CO–Q2CO+O2→2CO2+QC+H2O→CO+H2-QC+2H2O→CO2+2H2-QCO+H2O→CO2+H2+QC+2H2→CH4+QCO+3H2→CH4+H2O+Q2CO+2H2→CH4+CO2+QCO2+4H2→CH4+2H2O+Q2C+2H2O→CO2+CH4-Qa、提高压力，有利于甲烷的生成，可提高煤气的热值b、提高气化反应温度，有利于碳与二氧化碳生成一氧化碳；也有利于水煤气反应，提高煤气中有效成分，但不利于甲烷生成。自热式反应炉主要通过碳与氧燃烧生成二氧化碳反应放出大量的热，热量用途:•气化层生成煤气的各还原反应所需的热量•煤的干馏与干燥所需热量，气化剂的预热•生成煤气与排出灰渣带出的显热•煤气带出物显热及气化炉设备散失的热量2、鲁奇加压气化炉操作工艺条件随着压力增加，粗煤气中甲烷和二氧化碳含量增加，氢气和一氧化碳含量减少净煤气热值随压力提高而增加氧气主要用来提供热量，压力增加甲烷含量增加，氧耗量减少。甲烷化所需氢气由水蒸气分解产生，但加压情况水蒸气分解率降低加压可提高鼓风速度净煤气除去二氧化碳等物质，同时气化压力提高，甲烷含量增加，气体总体积减小。3、煤种及煤的性质对加压气化的影响1）煤种对煤气组分和产率的影响a、煤气组分：相同气化压力下，越年轻的煤种，气化后甲烷含量越高，煤气的热值越高。原因：•随着煤碳化度的加深，煤的挥发分减少，干馏组分在煤气中比例减小,干馏气中甲烷含量大于气化段.•年轻煤种半焦活性高，气化层的反应温度较低，有利于甲烷生成。b、煤气产率煤种中挥发分越高，煤气产率越低。2）煤的理化性能对加压气化的影响a、煤的粒度对加压气化影响加压气化法制取城市煤气时，劣质的褐煤和弱黏结性烟煤作为气化原料最佳•煤的粒度越小，有利于气化反应的进行；•煤粒度过小，造成气化炉床层阻力加大，煤气带出物增加。•煤的粒度过小，会造成气化炉加料时产生偏析现象。b、原料煤中水分对气化过程的影响优点：煤种含有较多水分，反应速率加快，生成煤气的质量好。缺点：水分过高，增加干燥所需热量，增加了氧气消耗；且干燥不充分，导致煤气质量下降;水分过高，煤易黏结和堵塞筛分；※标准：褐煤最大临界水分含量为34%，其他煤种低于该数值。一般加压气化要求入炉煤的粒度最大和最小粒径比为5，低负荷放宽到8。小于6mm和大于50mm煤均应小于5%C、煤中灰分及灰熔点对气化过程影响•灰分含量对气化反应影响不大。鲁奇炉可气化灰分达50%的煤•灰熔点越高越好原因：灰熔点低，氧化层形成灰结渣，导致床层透气性差，气化剂分布不均。灰结渣包裹未反应的碳，灰渣中含碳量增加，燃料损失增加。为维持氧化层反应温度低于灰熔点，增加了水蒸气的消耗。d、其它因素煤的黏结性：越弱越好煤的机械强度：加压气化要求强度高但灰分增加，热损失高，各项消耗指标增加，一般加压气化用煤灰分在19%以下较经济。煤的反应活性煤的碳化程度越浅，内表面积越大，反应性越高。影响：活性高，气化温度低，有利于甲烷生成反应，煤气热值相应提高并为气化层提供部分热量，降低了氧气耗量。气化温度相同时，反应活性越高，气化反应速率越快，气化炉生产能力较大。煤的反应活性在低温下影响较大。3、鲁奇加压气化的流程和设备1）、工艺流程2）鲁奇第三代炉及附属装置介绍※气化炉构成：炉体、夹套、炉箅、灰锁、煤锁、洗涤冷却器a）炉体由筒体、搅拌与布煤器、炉箅组成汽包分离器（a）内置汽包（b）外置汽包50mm30mm40mm筒体：Mark-III型气化炉是双层夹套式圆形筒体，筒体内径为Ф3.8m，外径Ф4.128m，炉体高为12.5m，气化炉操作压力为3.05Mpa。外筒承受高压—3.6MPa；内筒体承受低压—0.25MPa这种内、外筒结构的目的在于尽管炉内各层的温度不一，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。气化炉内外壳体生产期间温度不同，热膨胀量不同，为降低温度差应力，在内套下部设计制造成波形膨胀节，用于吸收热膨胀量。冷圈煤分布器搅拌器它们安装在同一空心转轴上，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10~20r/h从煤箱降下的煤通过转动布煤器上的两个扇型孔，均匀下落在炉内。搅拌器是一个壳体结构，由锥体和双桨叶组成，壳体内通软化水循环冷却。为了气化有一定黏结性的煤种，第三代气化炉在炉内上部设置了布煤器与搅拌器，(在气化自由膨胀指数大于1的煤种时要设搅拌器，以破除干馏层的焦块。)※炉箅设在气化炉底部，是气化炉的关键部件，设置其作用是：（1）均匀分布气化剂；（2）破碎大块灰渣，排灰；（3）支撑床层，使燃料床移动，稳定炉内工况。b)炉箅Mark-III型气化炉采用塔形炉箅，分四层布气，气化剂由炉底进入炉箅中心管，然后由各层布气孔出去，通过炉箅各层间隙分布进入气化炉内，达到沿气化炉横断面均匀布气的效果。炉箅的总高度为1200mm,气化剂经各层炉箅通道进入炉内的气量分布大致为：I层～10%，II层～20%，III层～30%，IV层～40%。导流结构稳压室炉箅1#2#3#4#气化剂入口宝塔形炉箅一般由四层依次重叠成梯锥状的炉箅块及顶部风帽组成，共五层炉箅炉箅的传动采用液压电动机（采用变频电动机）传动。c）煤斗与灰斗，煤锁与灰锁煤斗煤斗是安装在气化炉顶部的原料煤储仓，煤经筛分处理后，块煤由皮带输送进入煤斗，然后再从煤斗经煤溜槽间歇地加入煤锁。在煤斗与煤溜槽之间设有一软性连接节，用于吸收气化炉向上的膨胀量。煤斗为常温常压设备，容量为100M3,可储存气化炉四小时的低负荷用煤量。灰斗灰斗是位于灰锁下部与灰锁相接的盛灰、排灰容器，其为常压容器，直径为φ3000mm，设计温度为200℃.灰斗与灰锁是靠一个由填料函密封的伸缩节（套筒）联在一起的，次伸缩节便于拆卸，给检修灰锁下阀提供了方便，另其还可吸收气化炉向下的热膨胀量。煤锁煤锁是用于向气化炉内间歇加煤的容器。其上下为圆锥形封头，中间为圆筒形。煤锁包括两部分：一部分是连接煤仓与煤锁的煤溜槽，它由控制加煤的阀门——溜槽阀及煤锁上锥阀组成—将煤加入煤锁；另一部分是煤锁及煤锁下阀，它将煤锁中的煤加入气化炉内。煤锁上、下为园锥型封头，中间为园筒形，分为煤锁上阀，煤锁下阀，煤锁圆筒阀保证煤锁不会加煤过满，从而避免了仪表失误造成的煤锁过满而停炉。圆筒型溜槽阀，这种溜槽阀为一圆筒，两侧孔正好对准溜煤通道，煤就会通过上阀上部的圆筒流入煤锁。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，圆筒以外的煤锁空间流不到煤，当上阀提起关闭时，圆筒内的煤流入煤锁。灰锁灰锁是用来将炉箅刮下的灰间歇排出炉外的灰容器，其上部是气化炉体，下部与灰斗相连。由灰锁上阀，灰锁下阀，灰锁膨胀冷凝器构成中间为圆柱形筒体，上部为凸形封头，下部为锥形封头。设计压力为3.6MPa，设计温度为470℃，操作压力为3.0MPa。由于灰锁内壁接触物料为灰渣，具有高温腐蚀性，为延长其使用寿命，在灰锁内增置有耐磨护板。灰锁：6m3的压力容器，和煤锁一样，采用液压操作系统，以驱动底部和顶部锥形阀和充、卸压阀。可以自动、半自动和手动操作。该循环如下：a.连续转动的炉篦将灰排出气化炉，通过顶部锥形阀进入灰锁。底部锥形阀关闭，压力同气化炉b.停止炉篦转动，灰锁顶部锥形阀关闭，再重新启动炉篦。c.灰锁降压到大气压后，打开底部锥形阀，灰从灰锁进入灰斗d.关闭底部锥形阀，用过热蒸汽对灰锁充压，新循环开始。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。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。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400～500℃降至204℃，并且除去焦油和煤尘。喷淋洗涤冷却器及刮刀图气化炉粗煤气水夹套粗煤气和煤汽水的混合物循环煤汽水喷射煤汽水粗煤气出口刮刀刮刀油缸4、流程简图装置运行时，煤经由自动操作的煤锁加入气化炉，入炉煤从煤斗通过溜槽由液压系统控制充入煤锁中。装满煤之后，对煤锁进行充压，从常压充至气化炉的操作压力。在向气化炉加完煤之后，煤锁再卸压至常压，以便开始下一个加煤循环过程。这一过程实施既可用自动控制，也可使用手动操作。用来自煤气冷却装置的粗煤气和来自气化炉粗煤气使煤锁分两步充压；煤锁卸压的煤气收集于煤锁气气柜，并由煤锁气压缩机送往变换冷却装置。气化剂—蒸汽、氧气混合物，经安装在气化炉下部的旋转炉箅喷入，在燃烧区燃烧一部分煤，为吸热的气化反应提供所需的热。在气化炉的上段，刚加进来的煤向下移动，与向上流动的气流逆流接触。在此过程中，煤经过干燥、干馏和气化后，只有灰残留下来，灰由气化炉中经旋转炉箅排入灰锁，再经灰斗排至水力排渣系统。灰锁也进行充压、卸压的循环。灰锁膨胀冷却器：减少泄压量；减少磨损。洗涤冷却器的用途首先是将煤气温度降至200℃左右，其次是除去可能夹带的大部分颗粒物。饱和并冷却后的煤气进入废热锅炉，通过生产0.5Mpa(表压)低压蒸汽来回收一部分煤气中蒸汽的冷凝热。离开气化工段的粗煤气在压力4000kpa(g)、温度180℃饱和状况下，通过粗煤气总管进入煤气变换冷却工段。5、气化炉的开车过程：※基本步骤：1、加煤：开车时一般是满料操作；2、蒸汽升温：用中压蒸汽升温3.0小时；3、空气运行：煤加热至燃点后用空气点火，运行6.0小时，以培养床层；4、切换氧气：此阶段将空气切换为氧气，气化剂为蒸汽和氧气。控制6.8～7.0kg/m3的汽氧比。5、提压并网。原始开车的界定：原始开车指气化炉的首次开车或气化炉的大修（包括煤灰锁的单独检修）后的开车。气化炉开车前对系统的检查确认系统的完整性检查对炉体内部、煤灰锁内部部件的安装检查，各部件是否安装到位；对外部按照工艺流程对管道走向、单向阀方向、孔板方向等进行检查；仪表功能检查仪表的状况对气化炉的运行至关重要，应检查以下功能是否正常：煤灰锁阀门的手动、遥控、半自动和自动操作；仪表调节阀和电动阀的动作与控制室是否对应；炉箅的运转与调节；联锁功能等。机械性能检查主要检查运转设备的机械性能是否正常，包括：炉箅的控制，液压泵站及液压阀门的动作，润滑油泵和煤气水洗涤泵的运转方向、出口压力等。系统的气密性检查气化炉初次安装或大修后要进行强度试验，这通常由安装或检修单位负责。而开车前的气密性由化工人员负责，用0.5MPa的空气进行