鲁奇FBDB煤气化技术及其最新进展_付国忠

在 更 高 压 力 下 ，Mk + 主 要 改 进 项 目 包 括 煤 锁 、 气化炉、灰锁系统、洗涤冷却器、废热锅炉、下游冷 却系统等。 最显著的改进为：采用双煤锁、使用气化 炉缓冲容积，实现煤锁全面控制；增加床层高度，改 进气化炉内件(包括炉箅、波斯曼套筒、粗合成气出 口、内夹套)，以及鲁奇专有的煤分布器和搅拌器。
Mk4 不 仅 可 气 化 除 强 黏 结 性 烟 煤 外 的 几 乎 所 有煤种，且生产能力及在线率得以大幅提升，最高 分 别 达 到 6.5×104m3/h( 标 准 ) 和 93% ， 产 品 单 耗 亦 有 所下降。 我国原山西化肥厂、义马气化厂等均引进 该炉型，目前国内设计的碎煤固定床气化炉也大多 基 于 该 炉 型 。 上 世 纪 70 年 代 ，南 非 塞 康 达(Secunda) 萨 索 尔 合 成 油 工 厂 建 设 了 80 台 Mk4 气 化 炉 ， 每 天 气 化 0.8×108m3(标 准)合 成 气 ， 用 于 生 产 液 体 燃 料 和 化 学 品 ；1985 年 投 产 的 美 国 北 达 科 他 州 大 平 原 工 厂 (DGC)是 目 前 世 界 上 唯 一 商 业 化 运 行 的 煤 制 天 然 气 工 厂 ，至 今 已 稳 定 运 行 超 过 25 年 ，年 平 均 运 转 率 达 到 98.3%。 该 厂 建 有 14 台 Mk4 气 化 炉 ， 每 年 生 产 14.5 ×108m3( 标 准 ) 煤 制 天 然 气 (SNG)；Mk4 的 最 新 业 绩 ，是 印 度 Jindal 钢 铁 电 力 有 限 公 司 的 DRI( 直 接 还 原铁)项目，这是世界上第一套铁直接还原与煤气 化 集 成 装 置 ， 用 灰 分 含 量 高 达 35%～40% 的 低 阶 煤 生 产 22.5×104m3/h(标 准)合 成 气 ，采 用 7 台 最 新 改 进 型 Mk4 气 化 炉(Mk4-HP40)，设 计 压 力 为 4MPa( 表 )， 目 前 正 在 建 设 中 ，预 计 于 2012 年 投 用 。
本文主要介绍以鲁奇炉为代表的鲁奇煤气化 技术的发展历程、工艺原理及工艺特点。 2 鲁 奇 FBDB 煤 气 化 技 术 发 展 历 程 及 工 业 应 用 2.1 从 Mk1 到 Mk+ 2.1.1 第 一 代 鲁 奇 炉(1936～1954 年)
第一代鲁奇气化炉有多种型式，主要用于褐煤 气 化 。 该 型 式 气 化 炉 最 大 直 径 为 准 2600mm，为 侧 面 排灰炉型，由煤箱、炉体、灰箱等部分组成。 炉体带 有水夹套并内衬耐火砖，夹套产生的低压蒸汽作为 本身气化剂的补充，夹套水采用自然循环。 排灰炉 箅为平盘型风帽炉箅，由电机通过减速传动机构带 动。 气化剂通过主轴中心进入炉内。 由于主轴与炉 体及气化剂连接管的密封问题难以解决，限制了该 炉型的大型化， 耐火砖衬里也影响了炉膛的容积。 该炉型气化强度较低， 且只能气化非黏结性煤，用 于 生 产 城 市 煤 气 。 上 世 纪 50 种炉型。 2.1.2 第 二 代 鲁 奇 炉(1952～1965 年)
通过应用成熟的技术和创新的设备，上述目标 已 全 部 实 现 。 其 开 发 过 程 基 于 ：①总 结 上 世 纪 80 年 代 在 南 非 萨 索 尔 堡 安 装 、 测 试 和 运 行 的 Mk5 的 经 验(至 煤 矿 枯 竭 停 运 前)，并 集 成 在 Mk+的 设 计 中 ；② 依 据 南 非 萨 索 尔 及 美 国 达 科 他 大 平 原 工 厂 (DGC)30 年的运行经验， 对气化炉机械部件常见问题的解 决 ；③通 过 改 进 设 计 特 点 ，优 化 材 料 选 择 ，以 及 提 出 特殊的制造要求等措施，获得更高的安全性、可靠 性 和 运 转 率 ；④通 过 鲁 奇 在 德 国 的 中 试 装 置 “ 鲁 尔 100”大 量 试 验 结 果 的 分 析 ，确 定 对 提 升 Mk+操 作 压 力相关的工艺参数与设备的设计改进。
作者简介：付国忠，高级工程师，煤化工专家，液化空气工程咨 询(上海)有限公司高级技术顾问。 长期从事煤化工技术管理和 应 用 工 作 。 E-mail ：fugzh@
第1期
付 国 忠 等. 鲁 奇 FBDB 煤 气 化 技 术 及 其 最 新 进 展
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动的布煤器和搅拌装置， 搅拌叶片位于干馏层，用 于破黏，可气化弱黏结煤；去除了耐火砖，以扩大炉 膛面积；由单层平炉箅改为 3 层宝塔型炉箅，气化 剂从三层炉箅环隙进入炉内，不仅提高了气化剂入 炉量，还使布气更加均匀；入炉气化剂管与主轴分 开，直接固定于炉壁上；灰锁布置于炉底正中位置， 灰 渣 从 炉 箅 周 边 环 隙 落 入 灰 锁 中[1]。
上 世 纪 30 年 代 ， 德 国 鲁 奇 公 司 开 发 出 碎 煤 固 定床加压气化技术，应用于煤气化项目，其关键设 备 为 FBDB(Fixed Bed Dry Bottom， 固 定 床 干 底 ) 气 化炉，俗称鲁奇炉。几十年来，经过持续不断地改进 与 创 新 ， 先 后 开 发 出 第 一 代 鲁 奇 炉 (1936～1954 年 )、 第 二 代 鲁 奇 炉 (1952 ～1965 年 )、 第 三 代 鲁 奇 炉 Mk4 和 Mk5(1969～2008 年 )；在 此 基 础 上 ，又 于 近 期 推 出 第 四 代 鲁 奇 炉 Mk+( 据 称 ， 已 于 2010 年 8 月 完 成 该 炉的基础工艺及机械设计)；同时，为满足气体排放 标准，解决废水达标排放难题，鲁奇公司相继开发 出高效的煤气化尾气处理和废水处理工艺技术。
底)气化炉，俗称鲁奇炉。 几十年来，先后开发出四代鲁奇炉；同时，为实现气体和废水的达标排放，相继开发出煤气 化 的 尾 气 处 理 和 废 水 处 理 新 技 术 。 鲁 奇 FBDB 煤 气 化 技 术 成 熟 可 靠 ， 在 无 任 何 备 用 的 情 况 下 ， 单 台 气 化 炉 年 运 转 率 超 过 93% ， 气 化 岛 年 运 转 率 大 于 98% 。 由 于 采 用 碎 煤 进 料 方 式 ， 相 对 气 流 床 干 粉 或 水 煤 浆 进 料 方 式 ， 备 煤 系 统 简 单 ， 投 资 及 运 行 费 用 大 为 降 低 ， 同 等 规 模 下 ， 气 化 岛 加 上 配 套 空 分 的 投 资 ， 约 比 水 煤 浆 气 化 低 20% 。 煤 种 适 应 范 围 广 ， 除 强黏结性焦煤外，从褐煤到无烟煤均可气化，包括水分、灰分较高的劣质煤；可副产焦油、轻质油及酚等多种高价值 产 品 。 新 一 代 Mk+ 鲁 奇 气 化 炉 ， 具 有 高 产 低 耗 、 合 成 气 中 CH4 含 量 高 等 特 点 ， 且 环 境 友 好 ， 可 以 实 现 废 水 的 零 排 放 。
为气化欧洲的黏结性煤和南非的弱黏结性烟 煤，并提高气化强度，鲁奇公司设计了几种新型气 化 炉 ，包 括 内 径 为 2.7～2.8m，用 于 处 理 欧 洲 ( 德 国 和 英 国 ) 黏 结 煤 的 气 化 炉 ， 以 及 内 径 为 3.66m， 适 用 于 南 非 萨 索 尔 公 司(Sasol)所 使 用 的 南 非 弱 黏 结 性 烟 煤 的气化炉。 在设计上，这些气化炉对第一代气化炉 上做了显著改进，其主要特点：炉内增加了主轴传
在 Mk4 基 础 上 研 发 的 Mk5 气 化 炉 ， 其 直 径 扩 大 到 5m( 内 径 4.7m)， 单 炉 设 计 能 力 达 到 9 ×104m3/h
(标准)以上，目前仅在南非萨索尔建成一台并实现 成 功 运 行 。 囿 于 原 有 框 架 限 制 ，Mk5 炉 体 高 度 与 Mk4 相 同 ，这 也 限 制 了 Mk5 的 生 产 能 力 。 由 于 煤 的 供 应 问 题 ，Mk5 气 化 炉 目 前 已 在 该 厂 停 运 。 2.1.4 第 四 代 鲁 奇 炉(Mk+)
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
第 17 卷 第 1 期 2012 年 1 月
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鲁奇 FBDB 煤气化技术及其最新进展
付国忠，朱继承
( 液 化 空 气 工 程 咨 询 上 海 有 限 公 司 ， 上 海 200233)
摘 要 上 世 纪 30 年 代 ， 德 国 鲁 奇 公 司 开 发 出 碎 煤 固 定 床 加 压 气 化 技 术 ， 应 用 于 煤 气 化 项 目 ， 其 关 键 设 备 为 FBDB( 固 定 床 干
萨索尔公司在南非萨索尔堡使用了这种气化 炉 ， 共 13 台 ， 分 3 批 安 装 ， 其 型 号 分 别 为 Mk1、Mk2 和 Mk3 气 化 炉 。 气 化 炉 的 内 径 扩 大 到 3.66m， 高 度 增 加 到 8m，气 化 强 度 及 产 气 量 均 有 大 幅 提 高 。 2.1.3 第 三 代 鲁 奇 炉 Mk4 和 Mk5(1969～2008 年)
上 世 纪 70 年 代 ， 鲁 奇 公 司 在 第 二 代 气 化 炉 基 础 上 加 以 改 进 ，形 成 Mk4 气 化 炉 。 Mk4 是 世 界 上 使 用 最 多 的 炉 型 。 最 新 设 计 的 Mk4 内 径 为 准 3862mm， 外 径 为 准 4144mm，炉 体 高 12500mm， 气 化 炉 设 计 压 力 最 高 达 4MPa (表)。 该 炉 改 进 了 布 煤 器 和 破 黏 装 置，夹套蒸汽包改为内置式，采用 5 层宝塔型炉箅， 并改用液压传动，改进了煤锁、灰锁上下锥形阀，延 长了其使用寿命，增加了灰锁膨胀冷凝器等。
近 期 ， 鲁 奇 公 司 推 出 第 四 代 FBDB 气 化 炉— —— Mk+。 据 称 ，2010 年 8 月 已 完 成 该 炉 的 基 础 工 艺 及 机 械 设 计 。 Mk+ 的 开 发 目 标 是 ： 增 加 气 化 炉 的 生 产 能 力(为 Mk4 的 两 倍);增 加 设 计 压 力 到 6MPa(表)，以 保证气化过程更好的经济性，同时控制与此开发相 关 的 风 险 ; 将 从 Mk4 操 作 上 获 得 的 改 进 ， 以 及 鲁 奇 设计安装的干渣和湿渣排灰气化炉(包括低到高阶 煤、不黏煤或黏结煤，还包括生物质和各种废物气 化)上 获 得 的 经 验 ，反 映 在 Mk+的 设 计 上 。