魯奇加壓氣化爐的運(yùn)行與技術(shù)改造

胡小光（內(nèi)蒙古北控京泰能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

魯奇加壓氣化爐的運(yùn)行與技術(shù)改造

胡小光（內(nèi)蒙古北控京泰能源有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

魯奇爐是在煤化工業(yè)中重要的設(shè)備，也被看作是煤氣化爐中的發(fā)生器。這種產(chǎn)自德國(guó)的工藝設(shè)備在世界范圍內(nèi)都得到了廣泛地應(yīng)用，上世紀(jì)五十年代，我國(guó)根據(jù)生產(chǎn)需求引入了魯奇工藝，同時(shí)也開(kāi)始了針對(duì)魯奇工藝生產(chǎn)的探索和研究。本文中結(jié)合對(duì)山西某化肥企業(yè)對(duì)魯奇爐的運(yùn)行為研究對(duì)象，總結(jié)了國(guó)內(nèi)魯奇工藝加壓氣化爐的運(yùn)行和改造現(xiàn)在，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上給出解決建議。

魯奇工藝；加壓氣化爐；技術(shù)改造；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

我國(guó)引入魯奇工藝是在上世紀(jì)五十年代，第一代魯奇爐從蘇聯(lián)引入之后在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行技術(shù)改造方面的探索。這是因?yàn)榻▏?guó)初期的煤化工業(yè)幾乎都是有蘇聯(lián)技術(shù)援建的，以碎煤加壓氣化為主要技術(shù)，國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)人員。

上世紀(jì)七十年代以后，我國(guó)開(kāi)始自主引入魯奇爐工藝，并開(kāi)始了針對(duì)中國(guó)煤化工業(yè)適應(yīng)性的技術(shù)改造，魯奇加壓氣化爐的最初作用是進(jìn)行煤氣生產(chǎn)，接旨到上世紀(jì)九十年代，我國(guó)已經(jīng)有超過(guò)20臺(tái)以上的魯奇爐在運(yùn)行，而內(nèi)蒙、山西等產(chǎn)煤區(qū)域居多。

本文研究的基礎(chǔ)是山西某化肥生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)的MARK-Ⅳ型魯奇爐，該魯奇加壓氣化爐設(shè)備主要應(yīng)用于合成氨的原料氣生產(chǎn)。

1 魯奇爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝原理

目前，我國(guó)魯奇加壓爐的改造方向，主要用于氨氣和煤氣的生產(chǎn)，應(yīng)用于化肥生產(chǎn)、城市煤氣供應(yīng)等方面。雖然不同的生產(chǎn)企業(yè)對(duì)氣化爐的結(jié)構(gòu)改造不同，但在利用煤炭資源性質(zhì)方面是相同，通過(guò)技術(shù)改造造成部件方面的差異，本文基于化肥生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行研究。

1.1 魯奇爐簡(jiǎn)介

魯奇爐是德國(guó)魯奇工程公司生產(chǎn)的煤氣化裝置，最早成形于十九世紀(jì)三十年代，魯奇爐的是經(jīng)過(guò)對(duì)多種煤炭資源測(cè)試試驗(yàn)后發(fā)明的煤氣化裝置。在最初采用燃燒值較低的褐煤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并取得了成功，在十九世紀(jì)50年代到70年代，魯奇工程公司進(jìn)行了一系列的改造，其中魯奇Ⅳ型汽化爐的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的魯奇爐設(shè)備大多是這一型號(hào)。

MARK-Ⅳ型中設(shè)置了爐箅，對(duì)氣化的強(qiáng)度提升高，殘?jiān)纬缮伲夹g(shù)更加先進(jìn)；MARK-Ⅳ型魯奇爐結(jié)構(gòu)其他主要部件包括爐體、煤鎖、膨脹冷凝器、洗滌冷卻器等。

1.2 MARK-Ⅳ爐體介紹

爐體是魯奇爐中最主要的部分，也是主要的反應(yīng)部分，爐體的功能是均勻布煤、布?xì)狻⒊セ覊m，并保障加入的氣化劑成分與煤粉充分的混合基礎(chǔ)，進(jìn)而發(fā)生物理升華反映，形成煤氣。

魯奇爐的爐體構(gòu)造有兩層，作用各不相同，從技術(shù)角度被稱之為“雙層水冷卻夾套外殼”，其中外部的殼體用于承受高壓，內(nèi)層的夾套用來(lái)承受蒸汽通過(guò)產(chǎn)生的汽化爐床形成的層壓力。從現(xiàn)實(shí)利用角度來(lái)說(shuō)，這一部分是被技術(shù)改造的重點(diǎn)部分，不同的生產(chǎn)企業(yè)會(huì)根據(jù)夾套寬度和容積進(jìn)行改造，用來(lái)調(diào)整外部壓力和內(nèi)部溫度對(duì)爐體內(nèi)氣化反應(yīng)的影響。

結(jié)合本文中研究的化肥企業(yè)而言，山西地區(qū)有很豐富的優(yōu)質(zhì)煤炭資源，但用于化肥生產(chǎn)的煤炭煤質(zhì)不需要過(guò)好的燃燒值，過(guò)高的煤炭質(zhì)量反而會(huì)加大后期廢水的處理難度，通常煤質(zhì)越好，里面摻雜的雜質(zhì)就越多，有機(jī)廢物就越南處理。

山西該化肥廠中的魯奇爐爐體材質(zhì)為WS2JE36型剛才，內(nèi)部為HⅡ鍋爐鋼，主要應(yīng)對(duì)的技術(shù)參數(shù)是壓力值。顱內(nèi)的煤分布器一般為固定的波斯曼套筒裝置，這是因?yàn)闋t箅的寶塔形狀布?xì)馐讲捎昧斯蔚冻覡a裝置，在進(jìn)行刮除的過(guò)程中會(huì)對(duì)爐內(nèi)壁產(chǎn)生損害；為了應(yīng)對(duì)爐內(nèi)粘連的情況，波斯曼套筒中添加了刷式攪拌器，通過(guò)外部的傳送轉(zhuǎn)動(dòng)裝置運(yùn)行。

1.3 其他輔助裝置

對(duì)于其他輔助裝置的改造也是必要的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，輔助裝置的改造是為了服務(wù)爐內(nèi)正常運(yùn)行，包括對(duì)煤斗、煤鎖、灰斗和汽化爐出口等設(shè)備的改造。

以MARK-Ⅱ型魯奇爐裝置威力，在內(nèi)部設(shè)置了灰鎖膨脹冷靜期，這一裝置的功能是泄壓和洗滌，而灰斗和煤斗作為在常壓下使用的輔助設(shè)備部分，因?yàn)樾枰?jīng)常操作，在閉合裝置和制動(dòng)措施上更為簡(jiǎn)單，通過(guò)上下閥門(mén)的連接完成。在改造的過(guò)程中，依據(jù)操作需求，可以將原本魯奇爐上方固定的法蘭模式轉(zhuǎn)換城卡箍型與汽化爐鏈接方式。

2 基于化肥生產(chǎn)中的魯奇爐技術(shù)改造

魯奇爐改造除了要考慮技術(shù)可行性之外，還要考慮的是經(jīng)濟(jì)可行性，即，在進(jìn)行技術(shù)改造之后要維護(hù)設(shè)備的使用壽命不能夠有大幅度的改變。這里所提到的改變，是指在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下出現(xiàn)故障的時(shí)間早晚和故障機(jī)率。通過(guò)多國(guó)內(nèi)的諸多魯奇爐觀察數(shù)據(jù)分析，經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的部位加壓氣化爐出口位置，以及洗滌冷卻器和汽化爐外部夾套部分。

2.1 魯奇爐改造后的運(yùn)行情況

本文中的研究對(duì)象是山西某化肥廠在上世紀(jì)八十年代末引進(jìn)的魯奇爐裝置，排除掉調(diào)試和技改時(shí)間，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為二十年。

在設(shè)計(jì)改造初期，由于設(shè)備的磨合期間以及加壓氣化爐操作的問(wèn)題，出現(xiàn)了較長(zhǎng)一段時(shí)間不穩(wěn)定的情況，而近年來(lái)由于對(duì)碎煤加壓氣化技術(shù)的改造升級(jí)，以及我國(guó)社會(huì)對(duì)能源多樣性的要求，魯奇爐的工藝技術(shù)改造逐漸穩(wěn)定，并投入了大規(guī)模的生產(chǎn)。該魯奇爐設(shè)備的主要生產(chǎn)目的是氨類分類提取，用于化肥生產(chǎn)，就運(yùn)行情況來(lái)看較為穩(wěn)定，故障出現(xiàn)幾率為10.3/千小時(shí)。

2.2 技術(shù)改造以及出現(xiàn)的問(wèn)題

首先，在九十年代初期，該魯奇爐設(shè)備進(jìn)行了一次大型技術(shù)改進(jìn)，積累在前期的問(wèn)題得到了一次性解決。主要改進(jìn)的地方是內(nèi)層夾套和水循環(huán)裝置。

改進(jìn)的契機(jī)是在生產(chǎn)過(guò)沉重，加壓氣化爐的內(nèi)夾套發(fā)生了破裂，企業(yè)被迫停產(chǎn)進(jìn)行更換，在隨即的整改過(guò)程各種發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)主體的夾套在壓力承受和生產(chǎn)參數(shù)中存在很大的偏差，在改進(jìn)之前，為了穩(wěn)妥起見(jiàn)，化肥廠對(duì)其他同類企業(yè)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了調(diào)查，最終得出了改進(jìn)夾套內(nèi)鼓包是問(wèn)題關(guān)鍵的結(jié)論

在與其他廠區(qū)汽化爐結(jié)構(gòu)研究對(duì)比的基礎(chǔ)上，企業(yè)開(kāi)始尋求解決方法，最終鎖定在了夾套中的水循環(huán)方式上，水循環(huán)方式存在不合理的情況，導(dǎo)致內(nèi)部壓力分別不均勻。在改造之后進(jìn)行的運(yùn)行考核中，反映良好，為了防范于未然，將其他設(shè)備中的內(nèi)陸夾套水循環(huán)方式也進(jìn)行了整改，目前運(yùn)行的效果領(lǐng)好。

其次，針對(duì)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了改進(jìn)。加壓氣化爐的驅(qū)動(dòng)方式存在的問(wèn)題在于，原本的液壓馬達(dá)動(dòng)力采取了減速機(jī)和齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，但這種方法過(guò)于復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不適合過(guò)于復(fù)雜的環(huán)境。驅(qū)動(dòng)方式主要服務(wù)的對(duì)象是布煤系統(tǒng)和爐箅系統(tǒng)，如果驅(qū)動(dòng)方式存在問(wèn)題，不僅會(huì)造成這兩部分的正常工作，同時(shí)還會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)性。改進(jìn)的技術(shù)方向是取消液壓泵的馬達(dá)動(dòng)力方式，采取變頻電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，這樣不僅可以減少故障出現(xiàn)的幾率，同時(shí)也可以快速方便的布局設(shè)備，加速整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的整體效率。

3 結(jié)語(yǔ)

魯奇加壓爐目前的技術(shù)改造方向，是為了服務(wù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不涉及針對(duì)產(chǎn)能提高的部分。例如，為了適應(yīng)魯奇爐自身的生產(chǎn)需求，對(duì)煤質(zhì)的控制很比較嚴(yán)格的，否則會(huì)損壞設(shè)備，也會(huì)造成較大的環(huán)境污染；現(xiàn)階段用以解決煤質(zhì)不適應(yīng)的問(wèn)題，主要將工作放在預(yù)處理階段，而這一過(guò)程也同樣會(huì)造成成本上升和后期環(huán)境污染治理等問(wèn)題，本質(zhì)上說(shuō)，是對(duì)生產(chǎn)工藝的負(fù)面改造，這與技術(shù)改進(jìn)的初衷是相違背的。

就煤質(zhì)而言，適用于魯奇爐使用的為褐煤一類弱粘性煤質(zhì)，這是因?yàn)轸斊鏍t內(nèi)部對(duì)沾黏性較強(qiáng)的煤質(zhì)容易形成干結(jié)，煤氣形成不充分，殘?jiān)泻休^多的焦油和輕油不易排出等緣故。這種以原料使用設(shè)備的方法是亟待改進(jìn)的，很大程度上限制了煤氣化工業(yè)的發(fā)展。

同時(shí)，作為一種煤化工業(yè)主要使用的設(shè)備，魯奇工藝的應(yīng)用范圍還是過(guò)于狹窄，在化肥產(chǎn)品的生產(chǎn)中主要用于合成氨，對(duì)于規(guī)模較小的企業(yè)而言成本太高，應(yīng)該從爐內(nèi)加工和產(chǎn)品處理等多個(gè)方面，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)性技術(shù)改造，增加整個(gè)工藝的可行性。

[1]王朝文.第一代魯奇爐在褐煤加壓氣化中的運(yùn)行狀況及技術(shù)改進(jìn)[J].云南化工,2012,03:49-55.

[2]於子方,鄭偉中.氮肥行業(yè)煤氣化技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)述[J].西部煤化工,2008,01:16-29.

[3]王瑞軍,孟漢卓.魯奇加壓氣化爐施工技術(shù)[J].石油化工建設(shè),2011,04:75-78.

[4]閻承信,張惠霖.用魯奇加壓氣化技術(shù)改造老廠的探討[J].化肥設(shè)計(jì),1983,04:39-48.

姓名：胡小光，性別：男，漢族，籍貫：內(nèi)蒙古五原縣，學(xué)位：工學(xué)學(xué)士，職稱：助理工程師，研究方向：碎煤加壓氣化