鲁奇加压气化工艺的管理和改进

2005/10/18 10:11:53

摘要　总结了加压气化装置的改进和管理经验。事实表明，随着工艺的不断改进和生产管理水平的提高，鲁奇加压气化工艺用于贫瘦煤的气化是可行的。
　　关键词　鲁奇加压气化　管理　改进
　　中图分类号　TU996.8　TQ546.2

IMPROVEMENT AND MANAGEMENT FOR LURGI PRESSURE GASIFICATION PROCESS

Dong Zhongmin Zhang Yinhang
(Shanxi Tiangi Coal-chemical Group Co.,Lucheng 047507, China)

　　ABSTRACT　This paper present the development about Lurgi pressure gasification unit that belongs to Shanxi Tianji Group Co.ltd. It summarizes the experience in the improvement and managment for the pressure gasification process. In fact,it has been proved that relying on the improvement of technology and management Lurgi pressure gasification process for meagre coal and lean coal is feasible and reasonable.
　　KEY WORDS　gasification process ,management, improvement

　　七十年代，国家引进鲁奇加压气化技术，在山西建成了年产三十万吨的合成氨装置。试生产以来，针对设计中存在的不足和缺陷进行了多项改进，取得了鲁奇加压气化炉气化贫瘦煤的运行管理经验，丰富了鲁奇加压气化技术。

1　技术难点及工艺改进
1.1　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。
1.2　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，使用周期一般在半年以上。
1.3　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。
1.4　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。
1.5　煤中灰份过高制约生产负荷
　　煤中灰份除内在灰份外，还有大量的外在灰份，如煤矸石等，灰份高增加了消耗，增加了排灰系统的负荷，制约气化炉生产强度，并影响煤气质量。
　　原设计吨氨耗氧为480 m³,由于灰份高引起消耗增加,实际达540 m³。受空分装置生产氧量限制,合成氨产量上不去。
　　1996年，开始试烧洗煤，煤中灰份从原来30～40 %下降到15 %，气化炉的运行状况有了显著变化。表1为精洗煤与高灰份煤产气成份的比较。

表1　精洗煤与高灰份煤产气成份的比较

煤种	CO₂	CO	H₂	CH₄	Ar	有效氢
高灰份煤	26.04	22.16	42.66	8.86	0.46	99.14
精洗煤	23.31	24.05	42.37	8.89	0.58	101.98

　　从表1可知，精洗煤与高灰份煤产气成份相比,CO₂下降2.73 %，煤气的有效氢含量增加2.84 %，煤气质量提高，消耗也有了明显下降，H₂O/O₂由5.2 kg/m³降到4.2 kg/m³，消耗指标达到或好于设计值。

2　贫瘦煤加压气化的工艺管理
2.1　重视煤质管理
　　贫瘦煤加压气化工艺要求煤粒度小于4 mm或大于50 mm的煤均不超过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5.0～5.2 kg/m³较为合适;王庄精洗煤则为4.2～4.5 kg/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24～26 %上升到27～30 %,无法正常运行。
2.2　气化炉的优化操作
　　气化炉的运行有以下主要控制指标：① 灰锁温度;② 气化炉出口温度;③ 煤气成份; ④ H₂O/O₂的调整。
　　灰锁温度间接反映火层的高度，温度升高说明火层偏低，灰层薄容易烧坏篦子；该温度偏低说明火层高，气化反应时间缩短，煤气质量和产气量都会下降，应加快排灰速度。
　　气化炉出口温度同样为火层高度的间接反映，该温度升高证明火层偏上，容易烧坏搅拌器，必须降负荷生产。通过上下两个温度的控制，可以有效地控制火层，建立良好的工况。
　　如果两个温度发生异常，出现“双高”，且灰中有残碳存在，说明火层偏烧，局部反应状况不好。此时，观察夹套耗水量，判断是否漏水，另一方面如果较长时间处于低负荷运行，应将气化炉负荷提到60%以上，低负荷下容易引起炉篦布气不均匀。提高气化炉负荷的另一原因是高负荷下可以减弱漏水产生的影响。
　　气化炉出口组份反映气化反应的状况,在气化炉上下温度和H₂O/O₂一定时,煤气组份是相对稳定的。如果CO₂升高，反映气化反应不好，可能由以下原因造成：① 火层高，② 干馏层结焦的干扰，③ 炉内漏水，④ 火层偏烧等。
　　H₂O/O₂的调整是重要的操作之一,主要依照灰的结渣情况和煤气成分进行调节。固态排渣要求有适度的结渣,灰细灰粗都会造成炉篦子不下灰,H₂O/O₂的调整首先要满足排灰的要求。煤气中的CO₂含量反映了反应状况好坏，正常情况下CO₂升高，说明H₂O/O₂偏高,CO₂偏低说明H₂O/O₂低,反应温度高,容易发生结渣。
　　如果炉内有漏水现象存在,要防止发生H₂O/O₂调整偏低的现象。因为漏水干扰气化反应,引起煤气中CO₂升高，按正常情况调整H₂O/O₂势必会发生偏低的现象,严重时造成炉内大量结渣。
2.3　气化炉的事故处理
　　气化炉操作不正常时，应首先考虑气化炉的安全。煤气中的CO₂和氧含量是重要的安全指标，CO₂≥40 %、O₂>0.4 %，应作气化炉停炉处理。气化炉发生以下故障,应考虑停车：① 加煤系统故障，炉内严重缺煤；此时极容易烧透，氧气一旦穿入煤气中就会发生过氧爆炸。② 长时间不能排灰，火层严重上移，气化炉出口温度超标；③ 炉内严重漏水，夹套耗水明显增大，煤气中CO₂明显偏高；④ 搅拌器长时间停转，干馏层对气化反应产生明显的影响。

3　鲁奇加压气化工艺发展前景展望
　　对于鲁奇加压气化工艺今后的发展，我们认为应在以下几方面予以重视：① 重视原料煤制备，确保气化用煤质量;② 进一步改进气化炉排灰系统，实现长周期运行;③ 改进布煤器和搅拌器的结构和材质，延长使用寿命；④ 适当扩大配套空分装置能力，气化炉氧耗高时不至于影响煤气产量；⑤ 加强煤焦油等付产品的综合利用。
　　鲁奇加压气化技术在我国已得到了较好的发展，目前有两套煤制氨装置，三套城市煤气装置。原料煤由褐煤扩大到贫瘦煤和长烟煤，对优质煤和高灰份的劣质煤都有很好的适应性。我们相信鲁奇加压气化工艺将在我国的煤化工行业获得更广泛的应用。

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