鲁奇气化炉运行与维护鲁奇煤气化技术鲁奇煤气化技术鲁奇炉加压气化是加压固定床气化的代表，是世界上最早采用的加压气化法，属第一代煤气化工艺。该法由德国鲁奇公司首先提出，并于1936投产，技术成熟可靠，是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术。八十年代以来，我国已引进多套现代化鲁奇气化装置，在设计、安装和运行方面均已取得丰富经验。一、一、鲁奇气化技奇气化技术特点特点1. 优点优点（1）工艺技术成熟、先进、可靠，在大型煤气化技术中投资相对较少。（2）煤种适应性广，但对煤的黏结性和灰熔点有一定要求。（3）加压气化，生产能力大，并且高压煤气可进行长距离输送。一、一、鲁奇气化技奇气化技术特点特点2. 主要主要 缺点缺点（1）出炉煤气中含焦油、酚等，污水处理和煤气净化工艺复杂、流程长、设备多，炉渣含碳5 %左右。（2）水蒸汽消耗量大，但蒸汽分解率低，一般蒸汽分解率为40%，造成气化废水较多，后续煤气水分离负荷较重。（3）气化炉结复杂，炉内设有搅拌器和煤分布器、炉箅等转动设备，制造和维修费用大。二、二、鲁奇煤气化基本原理奇煤气化基本原理 原料煤由煤锁通过煤分布器进入到气化炉中，并与气化剂逆流流动，原料由上往下，气化剂由下而上，逐渐完成煤碳由固态向气态的转化。随着反应的进行反应热的放出或吸收，使料层纵向温度分布不均匀，根据料层各区域的不同的反应特征，大致将料层分为以下六层：灰渣层、燃烧层、气化层、干馏层、干燥层、空层。1气化炉内料层分布二、二、鲁奇煤气化基本原理奇煤气化基本原理 该层位于料层的最底部。该层中碳基本耗尽，气化反应已经结束，因而温度急剧下降。灰渣层保护了气化炉底部炉篦不被灼热的碳层烧坏或变形，同时对刚入炉的气化剂起到了气体分布和预热作用。 在该层内主要进行碳的氧化反应，即 反应，生成大量的二氧化碳和少量一氧化碳，该反应是强放热反应，释放出的热供给其他各层反应需求。（1）灰渣）灰渣层（2）燃）燃烧层（氧化（氧化层） 该层是主要生成煤气组分的层带，又可分为还原层和甲烷层。 在还原层中氧气已全部消耗，因此在此层中主要发生还原反应。水蒸汽开始大量分解，二氧化碳被还原，一氧化碳、氢气量增加，二氧化碳和水蒸汽量逐步减少。该反应层进行的还原反应为吸热反应，因而上部料层温度逐渐下降。 在甲烷层中进行的主要反应是碳与氢及一氧化碳和氢之间生成甲烷的反应，生成甲烷的速度比氧化层和还原层反应速度小的多。因此可以通过该层厚度的调整不来调节煤气中甲烷的含量。（3）气化）气化层二、二、鲁奇煤气化基本原理奇煤气化基本原理 是指气化炉内煤层顶部空间区域，来自底部各层的气体在这里充分混合，保证了气化炉出口煤气组成连续均匀。（4）干）干馏层 在干馏层内主要发生煤的热解反应，生成的烃类、焦油、酚、氨等挥发分进入气化炉顶部空间，剩下的焦炭或半焦成为下部反应层的反应原料。（5）干燥）干燥层 在该层内，入炉原料煤在上升热煤气流的对流传热作用下，失去外在水分并逐渐升温（6）空）空层二、二、鲁奇煤气化基本原理奇煤气化基本原理2气化炉内各层主要反应二、二、鲁奇煤气化基本原理奇煤气化基本原理三、三、鲁奇煤气化主要操作条件及影响因素奇煤气化主要操作条件及影响因素1压力 随着气化压力的升高，有利于气体体积缩小的反应进行，煤气中的CH4和CO2含量增加，煤气的热值提高。煤气组成随气化压力的变化如图所示。（1）压力对煤气组成及煤气产率的影响 在鲁奇加压气化过程中生产操作压力是气化工艺过程中的一个重要控制参数，气化压力对于煤气的组成、煤气产率、蒸汽消耗量、氧气消耗量以及气化炉生产能力都有不同程度的影响。 随着气化压力的升高，煤气组成中，大分子物质CH4和CO2比例增多，小分子物质CO和H2减少，从而使得煤气总体积减少，煤气的产率降低。（2）压力对煤气产率的影响三、三、鲁奇煤气化主要操作条件及影响因素奇煤气化主要操作条件及影响因素 随着压力升高，甲烷化反应增多，放出的热量增多，供给整个气化炉热量需求，从而可降低碳燃烧反应的热量供给，使得氧气的消耗量降低。 随着压力升高，甲烷化反应增多，甲烷中的氢主要来自于气化剂水蒸汽，因而，水蒸汽的绝对消耗量增多，但加压却抑制了反应 向正反应方向进行，从而降低了水蒸汽的绝对分解率。（3）压力对氧气和水蒸汽消耗量的影响（4）压力对气化炉生产能力的影响 随着压力的升高，气体的扩散速度和反应速率均加快，使得气化炉的生产能力提高，通常，加压气化的生产能力是常压气化生产能力的 倍。三、三、鲁奇煤气化主要操作条件及影响因素奇煤气化主要操作条件及影响因素三、三、Shell煤气化主要操作条件及影响因素煤气化主要操作条件及影响因素2温度 气化温度对气化过程的热力学和动力学均产生影响，生产证明提高操作温度是强化生产的最重要手段，可减少投资，降低成本（1）温度对煤气组成的影响 升高温度，有利于吸热反应的进行，因此，煤气中H2和CO的含量增大，而CH4和CO的含量减小。如图所示。 升高温度，提高了气化反应的反应速率，并使得碳的燃烧反应进行的更加充分，碳转化率提高，从而提高了气化炉的生成能力。 虽然提高温度对强化气化过程是有利的，但鲁奇炉气化温度却受到设备和排渣的制约。鲁奇气化炉内结构比较复杂，炉内设有搅拌器、煤分布器、炉箅等转动设备。气化温度过高容易造成这些设备的损坏；鲁奇气化炉是固态排渣气化炉，气化温度过高容易灰渣熔融并黏结成块，造成排灰不畅。因此，鲁奇气化炉的操作温度应该是在保证灰不熔融成渣的基础上，维持足够高的温度以保证煤完全气化，目前工业运行的鲁奇气化炉一般为1000 1150。（2）温度对气化炉生产能力的影响三、三、鲁奇煤气化主要操作条件及影响因素奇煤气化主要操作条件及影响因素3汽氧比三、三、Shell煤气化主要操作条件及影响因素煤气化主要操作条件及影响因素 汽氧比是指气化剂中水蒸汽与氧气的组成比例，改变汽氧比的过程实际是调整和控制气化温度的过程。在鲁奇气化炉中，氧气的用量会影响燃烧层厚度，一般应根据气化炉的生产负荷进行调整。而汽氧比的调整主要是调整气化剂中水蒸汽的用量。在气化过程中，水蒸汽的用量是过量的，一方面，可以促进水蒸汽分解反应向正反应方向进行；另一方面，水蒸汽的温度比气化层温度低的多，加入过量的水蒸汽相当于加入了“冷却剂”。因此，汽氧比提高，气化温度降低；反之，则上升。 汽氧比过大会使得气化温度降低，从而使得碳转化率、有效气体产率、气化强度等气化指标都下降，而且，过多的蒸汽不能分解，会使得煤气中蒸汽含量增加，增加了后续煤气水分离的负荷，因此，应保证燃烧层最高温度低于灰熔点的前提下，维持较低的汽氧比。四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响1煤种对加压气化的影响煤化程度加深，煤中的挥发分含量减少，固定碳含量增加，则出炉煤气中干馏煤气比例下降，而气化煤气比例上升。干馏煤气中CH4和CO2含量较高，气化煤气中则主要含有CO和H2，因此，煤化程度越深的煤气化所得煤气中，CO和H2的比例越大。（1）煤种对煤气组成和产率的影响 煤化程度变深，会使气化过程所消耗的氧气和水蒸汽用量越多，可从如下几方面解释。煤化程度加深，煤中挥发分含量减少，固定碳含量增加，用于气化的碳多了，消耗的气化剂就多。此外，煤化程度加深，煤中氢和氧元素比例减少，碳元素比例增大，造气反应需要更多氢和氧，则气化剂的消耗量增加。（2）煤种对气化剂消耗的影响（3）煤种对气化能力的影响 煤化程度变深，煤的气化反应活性减小，气化反应率度下降，碳转化率也会降低，气化炉的生产能力会显著降低。四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响 鲁奇加压气化中，煤中的水分在干燥层中被蒸发出来成为水蒸汽进入气化炉顶部空间。因此，煤中水分如果过高，会增加干燥所需要的热量，从而增加了氧气消耗，降低了气化效率；水分过高，还会增加燃料层中干燥层厚度，使得其他各料层变薄，影响各层中气化反应的正常进行；此外，水分过多，还会增大后续煤气水分离负荷。2水分对加压气化的影响四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响3灰分对加压气化的影响 鲁奇加压气化中，煤中的灰分含量对气化反应一般影响不大，但随着煤中灰分的增大，灰渣中的残碳总量增大，燃料的损失增加。另外灰分增大后，带出的显热增加，从而使气化过程的热损失增大，热效率降低。 随着煤中灰分的增大，加压气化的各项消耗指标，如氧气消耗、原料消耗、原料煤消耗等指标上升，而煤气产率下降。四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响4灰熔点对加压气化的影响 由于鲁奇加压气化技术是固态排渣气化炉，一般要求灰熔点越高越好。低灰熔点的煤，在气化炉燃烧层易形成灰渣熔融，即通常所说的灰结渣。结成的渣块导致床层透气性差，造成气化剂分布不均，致使工况恶化，气化床层紊乱，煤气成分大幅度波动，严重时将导致恶性事故的发生。另外，灰结渣易将未反应的碳包裹，使碳未完全反应即被带出炉外，使碳转化率下降。四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响5煤的黏结性对气化过程的影响 煤的黏结性是指煤在高温干馏时的粘结性能。黏结性煤在气化炉内进入干馏层时会产生胶体，这种胶体黏度较高，它将较小的煤块黏结成大块，这使得干馏层的透气性变差，从而导致床层气流分布不均和阻碍料层的下移，使气化过程恶化。因此，鲁奇气化炉不适合气化黏结性较强的煤。四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响四、煤种及煤的性四、煤种及煤的性质对鲁奇气化的影响奇气化的影响6煤的化学活性的影响 煤的化学活性是指煤同气化剂反应时的活性，也就是指碳与氧气，二氧化碳和水蒸汽反应的难易程度。煤种不同，其反应活性是不同的。一般煤化程度越浅，煤的反应活性越高，则发生反应的起始温度就越低。在气化温度相同时，煤的反应活性越高，则气化反应速度越快，反应接近平衡的时间越短，碳转化率越高。鲁奇气化炉受到排灰等因素的限制，气化温度不是太高，因此，鲁奇炉适合气化反应活性较高的煤。 第三代鲁奇加压气化炉是目前世界上使用最为广泛的一种炉型。其内径为3.8m，外径4.128m，炉体高为12.5m，气化炉操作压力为3.05Mpa。该炉生产能力高，炉内设有搅拌装置，可气化强黏结性烟煤外的大部分煤种。第三代加压气化炉如图所示。五、五、鲁奇气化炉主要奇气化炉主要设备1-煤箱；2-上部传动装置；3-喷冷器；4-裙板；5-布煤器；6-搅拌器；7-炉体；8-炉箅；9-炉箅传动装置；10-灰箱；11-刮刀鲁奇炉奇炉结构构1筒体 五、五、鲁奇气化炉主要奇气化炉主要设备 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。其外筒体承受高压，内筒体承受低压，即气化剂与煤气通过炉内料层的阻力，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，经气液分离后并入气化剂中。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。2搅拌器与布煤器 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，它们安装在同一空心转轴上，搅拌器安装在布煤器的下面。五、五、鲁奇气化炉主要奇气化炉主要设备3炉箅 炉篦设在气化炉的底部，它的主要作用是支撑炉内燃料层，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并排出，所以炉篦是保证气化炉正常连续生产的重要装置。 炉篦分为五层，从下到上逐层叠合固定在底座上，顶盖呈锥形。 最底层炉炉篦的下面设有三个灰刮刀安装口，灰刮刀的安装数量由气化原料煤的灰分含量来决定。炉炉箅结构示意构示意图五、五、鲁奇气化炉主要奇气化炉主要设备4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、充压循环将存在于常压煤仓中的原料煤加入高压的气化炉内。煤锁包括两部分：煤溜槽，煤锁及煤锁下阀煤煤锁结构示意构示意图圆筒筒阀结构示意构示意图5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，而保证了气化炉的连续运转。灰锁同煤锁都是承受交变载荷的压力容器。 灰锁膨胀冷凝器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。五、五、鲁奇气化炉主要奇气化炉主要设备六、六、鲁奇气化的工奇气化的工艺流程流程