鲁奇气化炉的运行与维护

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年投产,技术成熟可靠,是目前世界上建厂数量最多的煤气化技术。20世纪80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。 鲁奇炉采用固态排渣,炉温偏低,煤与气化剂逆向运动,煤气中甲烷含量高,特别适合于作为城市煤气;另外粗煤气中含有一定量的焦油、酚、氨等有害物,需脱除这些有害物质。

一、鲁奇气化技术原理

1.气化炉内料层分布

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,逐渐完成煤炭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6层:

(1)灰渣层

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。

(2)燃烧层(氧化层)

在该层内主要进行碳的氧化反应,即C+O2→CO2反应,生成大量的二氧化碳和少量的一氧化碳,该反应是强放热反应,释放出的热供给其他各层反应需求。

(3)气化层

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。 水蒸气开始大量分解,二氧化碳被还原,一氧化碳、氢气量增加,二氧化碳和水蒸气量逐步减少。 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得多。 因此可以通过该层厚度的调整来调节煤气中甲烷的含量。

(4)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)空层

空层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。

不少研究工作者曾在加压气化的半工业试验中,研究燃料床中各层的分布状况和温度间的关系,其结果如图3．3．1所示。

 

图3．3．1 鲁奇加压气化炉

2.气化炉内各层主要反应

气化过程示意图如图3．3．2所示。

 

图3．3．2 气化过程示意图

二、鲁奇加压气化的主要操作条件

1.气化压力

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。

(1)压力对煤气组成及煤气产率的影响

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3．3．3所示。

 

图3．3．3 粗煤气组成与气化压力的关系

 

图3．3．4 煤气产率与气化压力的关系

(2)压力对煤气产率的影响

如图3．3．4所示,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。

(3)压力对氧气和水蒸气消耗量的影响

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气,因而,水蒸气的绝对消耗量增多,但加压却抑制了反应C+H2O →CO+H2向正反应方向进行,从而降低了水蒸气的绝对分解率。

(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 P倍。

2.气化温度

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3．3．5所示。

(2)温度对气化炉生产能力的影响

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得更加充分,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。

 

图3．3．5 粗煤气组成与气化温度的关系

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,气化温度过高灰渣容易熔融并黏结成块,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℃。

3.汽氧比

加压气化煤气生产中汽氧比是一个重要操作条件,汽氧比是指气化剂中水蒸气与氧气的组成比例,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气的用量。 在气化过程中,水蒸气的用量是过量的,一方面,可以促进水蒸气分解反应向正反应方向进行;另一方面,水蒸气的温度比气化层温度低得多,加入过量的水蒸气相当于加入了“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。

三、煤种及煤的性质对鲁奇加压气化的影响

原料煤是影响煤气产量、质量及生产操作条件的重要因素,不同煤种对煤气化会产生不同的影响,即使同种煤各性能参数不同也会对煤气化产生不同的影响,由于各种煤变质程度的不同,其本身物化性质不同,在加压气化反应中煤气产率、煤气组成均有不同。

1.煤种对加压气化的影响

(1)煤种对煤气组成和产率的影响

鲁奇气化炉出炉煤气由干馏层产生的干馏煤气和气化层产生的气化煤气两部分组成。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。

煤气的产率与煤中碳的转化方向有关,煤中挥发分越高,转变为焦油的有机物就越多,转入到焦油中的碳也就越多,进行气化的碳就少,煤气的产率就会下降。

(2)煤种对气化剂消耗的影响

煤化程度变深,会使气化过程所消耗的氧气和水蒸气用量越多,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。

(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。

2.水分对加压气化的影响

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气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。

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。

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炭包裹,使炭未完全反应即被带出炉外,使炭转化率下降。

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黏结性能。 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。

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,二氧化碳和水蒸气反应的难易程度。 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,炭转化率越高。 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。

四、鲁奇气化炉主要设备

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ϕ3．8m,外径ϕ4．128m,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3．3．1所示。

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。 其外筒体承受高压,一般设计压力3．6MPa;温度260℃;内筒体承受低压,即气化剂与煤气通过炉内料层的阻力,一般设计压力为0．25MPa(外压),温度310℃。 内、外筒体的间距一般为40~100 mm,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(见图3．3．6)

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,其搅拌桨叶一般设有上、下两片桨叶。桨叶深入气化炉的干馏层,以破除干馏层形成的焦块。 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,最后从空心轴内中心管,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,最后从空心轴与中心管间的空间返回夹套形成水循环。 该锅炉水的冷却循环对布煤搅拌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性煤种。 此时,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。

 

3.炉篦

图3．3．6 搅拌器与布煤器

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。

如图3．3．7所示,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,炉篦材质选用耐热、耐磨的铬锰合金钢铸造。 最底层炉炉篦的下面设有3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,灰分含量较少时安装1~2把刮刀,灰分含量较高时安装3把刮刀。 支承炉篦的止推轴承体上开有注油孔,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缸油。 炉篦的传动采用液压电动机(采用变频电动机)传动。 液压传动具有调速方便,结构简单,工作平稳等优点。 但为液压传动提供动力的液压泵系统设备较多,故障点增多。 由于气化炉直径较大,为使炉篦受力均匀,采用两台电动机对称布置。

 

图3．3．7 炉箅

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、耐灰渣腐蚀的铬锰铸钢16Mo5,在其表面堆焊有硬质合金E20-50-2CT,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,可将大块灰渣破碎,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。 为减小摩擦系数,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而进行润滑,以保证炉篦的安全平稳运行。

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。 以保证气化炉的连续生产。 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;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。 煤锁的结构示意图如图3．3．8所示。

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。 圆筒阀结构示意图如图3．3．9所示。

煤锁本体是一个承受交变载荷的压力容器,操作设计压力与气化炉相同,设计温度为200℃,材质为锅炉钢或普通低合金钢制作,壁厚一般在50mm以上。

 

图3．3．8 煤锁结构示意图

 

图3．3．9 圆筒阀结构示意图

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,但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,一般在灰锁筒体内部都衬有一层钢板,以保护灰锁内壁,延长使用寿命。 第三代炉灰锁结构如图3．3．10所示。

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。 膨胀冷凝器是灰锁的一部分,它上部与灰锁用法兰连接,利用中心管与灰锁气相连通;下部设有进水口与排灰口,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,灰锁的蒸汽通过中心管进入膨胀冷凝器的水中,在此大部分灰尘被水洗涤,尘降、蒸汽被冷凝,剩余的不凝气体通过上部的泄压管线排至大气。

 

图3．3．10 灰锁结构示意图

五、鲁奇气化的工艺流程

图3．3．11为国内某厂鲁奇气化生产工艺,其流程如下:

图3.3.11 鲁奇加压气化流程

 

1.煤气化

经筛分后,6~50mm的碎煤由煤斗进入煤锁,煤锁在常压下加满煤后,由来自煤气冷却工号的冷粗煤气充压至2．4MPa,然后再由气化炉顶部粗煤气将煤气充压至与气化炉平衡,打开煤锁下阀,煤加入气化炉冷圈内。 当煤锁中的煤全部加入气化炉后,由于气化炉内热气流的上升,使煤锁内温度升高,因此以煤锁中的温度监测煤锁空信号,然后煤锁关闭下阀泄压后再加煤,由此构成了间歇加煤循环。 进入气化炉冷圈中的煤经转动的布煤器均匀分布与炉内,依次经过干燥、干馏、气化、氧化层,与气化剂反应后的灰渣经炉篦排入灰锁。 当灰锁积满灰后,关闭灰锁上阀,通过膨胀冷凝器将灰锁泄压至常压,打开灰锁下阀,灰渣通过常压灰斗落入螺旋输灰机的水封槽内,灰渣在此被激冷,产生的灰蒸汽通过灰蒸汽风机经洗涤除尘后排入大气。 冷却后的灰渣由螺旋输灰机排至输灰皮带外运。

气化炉内产生的粗煤气(约650℃)汇集于炉顶部引出,首先进入文丘里式洗涤冷却器被高压喷射煤气水洗涤、除尘、降温,在此粗煤气被激冷至200℃,然后粗煤气与煤气水一同进入废热锅炉,然后粗煤气经气液分离后并如总管,进入变换工段。 煤气冷凝液与洗涤煤气水汇于废热锅炉底部积水槽中,大部分由煤气水循环泵打至洗涤冷却器循环洗涤粗煤气,多余的煤气水液位调节阀控制排至煤气水分离工段。

2.煤气水分离

煤气水分离装置接收来自加压气化、变换冷却以及低温甲醇洗装置产生的煤气废水,废水成分复杂,含有大量的二氧化碳、硫化氢、焦油、酚、氨、灰尘等多种杂质,必须经过处理,否则直接影响后续酚回收装置的处理效果。 所以,在煤气水分离装置先除掉大部分的酸性气体、油类、尘等物质,一方面回收了废水中的焦油等副产品;另一方面也使废水能够满足酚回收生产要求。

3.酚氨回收

经煤气水分离装置除气、除尘、除油后的产品煤气水,除供气化和变换等洗涤、冷却循环使用以外,仍有大量的煤气水富余,必须外排到生化处理。 但这部分煤气水仍大量含有二氧化碳、硫化氢、氨、酚、油、等物质,不能满足下游工序生化装置的处理要求,必须经酚氨回收装置进一步处理,降低COD、氨、油、酚等物质含量,便于将这部分高污染的废水回用以实现零排放的环保要求。

六、鲁奇炉煤气化技术特点

1.优点

( 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。

2.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% 右。

(2)水蒸气消耗量大,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)气化炉结构复杂,炉内设有搅拌器和煤分布器、炉箅等转动设备,制造和维修费用高。

七、鲁奇加压气化炉的运行

(一)气化炉的开车

1.气化炉开车前系统的检查确认

(1)强度和气密性检查

初次安装或经过大修后的气化炉在开车前必须进行强度实验和气密性检查,气密性实验是在低压下进行,实验压力为0．5MPa,实验介质采用空气,气密性检查过程中,应在所有法兰连接处\阀门法兰及填料上仔细刷肥皂液进行检查,查找并消除漏点直至合格。

(2)系统完整性检查

气化炉开车前应对炉体内部、煤锁、灰锁内部件的安装正确性进行检查,对外部的按工艺流程进行管道走向、仪表、孔板等安装方向进行检查,保证其安装正确。

(3)仪表功能检查

现代碎煤加压气化炉的自动控制程度较高,因此,对仪表功能的检查至关重要。 检查的内容包括:煤锁灰锁各电磁阀遥控动作是否正常;各仪表调节阀及电动阀的动作与控制室是否对应;各指示仪表的调效、气化炉停车联锁功能是否正常;炉篦的运转与调节是否正常。

(4)机械性检查

机械性检查主要检查运转设备的机械性能是否正常,如各液压阀门动作情况,液压泵站各泵、润滑油泵、灰蒸汽风机等运转设备是否正常。

2.点火前的准备工作

检查各管线盲板位置,按开车要求倒通有关盲板,氧气盲板保持在盲位,检查各阀门的位置,各手动阀门应关闭。

启动润滑油泵,检查各注油点油是否到位,尤其是灰锁上、下阀及炉篦大轴上的密封填料必须有油,否则运行中将会因为填料无油造成气体泄露而停车。

建立废热锅炉底部煤气水位及洗涤循环。 用煤气水分离工号供给的洗涤煤气水填充废热锅炉底部,并启动煤气水洗涤循环泵使废热锅炉与洗涤冷却器的循环建立;打通废热锅炉底部排往煤气水分离工号的开车管线,使多余的煤气水排出。

打开废热锅炉低压蒸汽放空阀,向废锅的壳程充入锅炉水建立液位。 向气化炉夹套充水,初次开车前应冲洗夹套3次,通过排污管线排放。 夹套液位充至50%后将液位投入自动控制。 若夹套内的水温低于90℃,应打开夹套加热蒸汽,温度达到要求后关闭。

气化炉加煤:确认煤质合格后,向气化炉内加煤。

①投运煤溜槽上的空气喷射器。

②在现场按加料程序操作煤锁向气化炉加煤。 开车前炉内加煤的数量主要根据煤加热后的膨胀性能确定。 膨胀力较小的煤可以加煤至气化炉满料;膨胀力大的煤加煤量一般不能超过气化炉的80%,这主要是因为煤加热膨胀后会造成气化炉的床层阻力过大,使气化炉与夹套的压差过高,气化炉开车后工况难于确定。

③气化炉加煤完成后,应转动炉篦半圈,以除去加煤过程形成的煤粉。

气化炉煤层升温:鲁奇加压气化炉的点火是用过热蒸汽将煤加热到一定温度,在该温度下煤与氧有较快的反应速度,利用煤的氧化、燃烧特性,通入空气(或氧气)点火,升温操作步骤如下:

①气化炉出口通往火炬管线上的阀门打开。

②将过热蒸汽引至入炉蒸汽电动阀前,打开该管段的导淋阀暖管至蒸汽过热。

③开蒸汽电动阀约5%开度。

④缓慢打开入炉蒸汽调节阀,调节入炉蒸汽流量为5000kg/h(该流量是经温度、压力校正后的实际值)。 在向炉内通入蒸汽时必须很缓慢地调整,因为在常压下若气流速度过快会造成炉内小粒度煤被气流带出,造成废热锅炉及煤气水管线堵塞。

⑤蒸汽流量稳定后,缓慢调节气化炉出口的压力调节阀,使升温在0．3MPa压力下进行,这样可适当减小气流速度,减小带出物,使煤层加热均匀。 蒸汽通入气化炉后,灰锁开始操作,每15min排放一次,由于加热煤层在炉内产生冷凝液,若冷凝液排放不及时,将会造成煤层加热不到反应温度,使通入空气后煤不能与氧气着火,导致点火失败。 故而应一方面尽量提高入炉蒸汽温度,另一方面要特别重视炉内冷凝液的排放。

3.气化炉点火及火层培养

升温达到要求后即可进行点火操作。 点火及点火后火层的培养对气化炉投运后能否稳定高负荷运行至关重要。 加压气化炉一般都采用空气点火,待工况稳定后再切换氧气操作。近年来有些工厂采用氧气直接点火。 如民主德国黑水泵煤气厂、中国哈尔滨气化厂,这样可省去空气与氧气的切换过程,缩短气化炉开车的时间。 由于空气点火较为安全,所以大多数厂采用空气点火。 空气点火操作步骤如下:

①确认点火条件:煤层加热升温约3h,气化炉出口温度大于100℃。

②开启开工空气截止阀,关闭蒸汽流量调节阀。

③缓慢开启开工流量调节阀,控制入炉空气流量为1500Nm3/h。

④用奥氏分析仪分析气化炉出口气体成分,CO2含量逐步升高,O2含量逐渐下降说明火已点着。

⑤当证实气化炉点火成功后,稍开启入炉蒸汽调节阀,向气化剂中配入少量的蒸汽,控制气化剂温度大于150℃。

⑥当气化炉出口煤气中CO2、O2含量基本稳定后,逐渐增大入炉空气量至3000~4000 Nm3/h,同时相应增加入炉蒸汽量以维持气化剂温度。

⑦启动炉篦,以最低转速运行,使炉内布气均匀。

⑧若设有冷、热开工火炬时,当气化炉出口煤气中氧含量小于0．4%(体积)时,将煤气切换到热火炬放空,点燃火炬,维持空气运行约4h以培养火层。 在此阶段应维持炉篦低转速间断否则将会使火层排入灰锁,破坏了炉内的火层。

4.气化炉的切氧、升压、并网送气

在空气运行正常后,气化炉内火层已均匀建立,即可将空气切换为氧气加蒸汽运行,然后缓慢升压、并网。 具体操作步骤如下:

(1)确认切氧条件

①夹套水液位、废热锅炉的锅炉水液位,废热锅炉底部煤气水液位均正常。

②煤气水洗涤循环泵运行正常。

③为煤、灰锁阀门提供动力的液压系统运行正常。

④气化炉满料操作。

(2)切氧操作

①将氧气盲板倒至通位,打开截止阀的旁路阀对盲板法兰进行试漏,此时氧气电动阀与氧气调节阀必须处于关闭位置。

②确认煤锁、灰锁各阀门处于关闭状态,炉篦停止排灰。

③关闭入炉蒸汽调节阀,若有泄露则蒸汽电动阀也应关闭,然后延时5min再关闭入炉空气调节阀。

④略微提高气化炉煤气压力调节器设定值(在自动控制状态),使煤气压力调节阀恰好关闭。

⑤先打开蒸汽电动阀,再打开氧气电动阀,若氧气电动阀打开后氧气调节阀有泄露,或先关闭氧气电动阀,待通入蒸汽有流量后再打开。

⑥缓慢打开蒸汽调节阀,调节蒸汽流量至约5t/h,然后打开氧气调节阀,尽可能以较高的汽氧比通入氧气量,以避免氧过量造成气化炉结渣。 仔细观察气化炉煤气压力调节阀应在通入氧气后几秒内打开,否则气化炉要停车。

⑦用奥氏分析仪连续取样分析煤气成分,煤气中CO2应小于40%(体积分数),O2应小于1%(体积分数),否则气化炉要停车。

⑧煤气成分稳定后适当增加入炉蒸汽量和氧气量,在调整时要先增加蒸汽流量再增加氧气流量。继续分析煤气成分,调整汽氧比,使煤气中的CO2含量接近设计值。

(3)气化炉升压操作

①将开车空气盲板倒至盲位。

②通过缓慢提高气化炉煤气压力调节器的设定值,将气化炉升压至1．0MPa。 升压过程应该缓慢进行,升压速度应小于50k Pa/min。

③气化炉升压至1．0MPa后,稳定该压力,煤锁、灰锁进行加煤、排灰操作,同时检查气化炉及相应管道,设备所有法兰,并进行全面热态紧固。

④气化炉再次升压至2．1MPa,将废热锅炉煤气水的排出由开工管线切换为正常管线。检查气化炉所有的法兰是否严密。

⑤气化炉再次升压至与煤气总管压力基本平衡,准备并网送气。

(4)气化炉并网送气

逐渐关闭煤气到火炬的电动阀,当气化炉压力高于煤气总管压力50k Pa时,打开煤气到总管的电动阀,全关火炬气电动阀,气化炉煤气并入总管。

(5)增加气化炉负荷至设计值的50%(以氧气计),将入炉蒸汽与氧气流量调节阀投入自动控制,逐步调整汽氧比至设计值(以灰锁排出灰中无熔融渣块为参考),然后将蒸汽与氧气流量投入比值调节。

(二)气化炉的停车与再开车

加压气化炉根据停车原因、目的不同,停车深度有所不同,停车可分为:压力热备炉停车、常压热备炉停车和交付检修(熄火、排空)停车。 根据停车原因、停车时间长短,选择停车与再开车方式。

1.压力热备炉的停车与再开车

非气化炉本身问题引起的气化炉停车,在30min内即可恢复生产时,气化炉选择压力热备炉停车。

(1)停炉压力热备

①关闭入炉蒸汽、氧气调节阀,特别注意要先关氧气再关蒸汽。

②关闭氧气、蒸汽管线上的电动阀。

③关闭气化炉连接煤气总管的电动阀,与总管隔离,将气化炉压力调节阀关闭。 开火炬放空电动阀少许,以防止气化炉超压。

④停止炉篦转动,关闭煤锁、灰锁各阀门。

(2)压力热备炉再开车

当停车时间不超过30min时,气化炉在压力状态直接用氧气开车。

①全开蒸汽电动阀与氧气电动阀。

②以设计满负荷的30%通入蒸汽量,由蒸汽调节阀控制,然后再打开氧气调节阀,以低于设计满负荷30%的流量通入氧气。

③连续取样,用奥氏仪分析煤气成分,若CO2<40%,O2<1%说明恢复成功,若CO2>40%,则应该做停车处理。

④调整汽氧比,将蒸汽、氧气流量比值调节投入自动控制。

⑤启动炉篦,煤、灰锁开始正常操作。

⑥分析气体成分符合要求,煤气中氧含量小于0．4%,按气化炉并网操作向总管送气。

2.常压热备炉的停车与再开车

无论何种原因使气化炉在压力下停车超过30min,则气化炉必须卸压,根据需要进行常压热备停车或交付检修停车。

(1)常压热备炉停车

按压力热备停车后继续进行以下步骤。

①关闭氧气、蒸汽管线的手动截止阀。

②将氧气管线上的盲板倒至盲位。

③将气化炉压力调节阀投自动,打开气化炉通往火炬的卸压阀,气化炉开始卸压。 卸压速度小于50k Pa/min。 卸压过程应注意夹套液位稳定,应及时补水以防夹套干锅。

④压力卸至0．15MPa时可全开火炬电动阀。

⑤压力卸至常压后,打开夹套放空阀。 转动炉篦少量排灰,然后停炉篦,关灰锁上、下阀。

(2)常压热备炉再开车

停车故障消除后,停车时间小于8h,气化炉可直接通空气点火开车。

①倒通空气管线上的盲板,打开截止阀,关闭夹套放空阀。

②转动炉篦1~2圈排灰。

③打开空气流量调节阀向气化炉通空气量约1500Nm3/h。

④取样分析煤气中CO2、O2含量,若CO2大于10%(体积分数),O2含量逐渐下降,说明炉内火已点着。

⑤当煤气中的O2含量为1%时,打开蒸汽电动阀,用入炉蒸汽调节阀控制通入少量蒸汽,按煤种不同控制煤气中CO2含量。

⑥用气化炉压力调节阀缓慢将气化炉压力提高到0．3MPa。

⑦根据需要转动炉篦,进行加煤、排灰,以培养炉内火层,按照气化炉原始开车中空气点火后的步骤继续进行。

3.交付检修(熄火、排空)的计划停车

若气化炉需长时间停车或交付检修计划停车,在常压热备炉停车完成后,继续进行以下操作:

①关闭蒸汽管线上的截止阀,打开其旁路阀。

②关闭煤锁的充压、泄压截止阀,关闭煤溜槽上的插板阀。

③向炉内通入少量的蒸汽灭火,通蒸汽1h后转动炉篦排灰。

④灰锁按正常操作排灰,直至将气化炉排空。

⑤停煤气水洗涤循环泵,将废热锅炉底部煤气水通过开工管线排空。

⑥停所有的运转设备并断开其电源。

⑦向炉内通入空气置换气化炉。

⑧打开夹套放空阀及洗涤冷却器出口煤气放空阀。

⑨将停车气化炉的所有的盲板倒至盲位,与运行气化炉隔离。 分析气化炉内可燃物与有毒有害气体至符合要求,气化炉交付检修。