大唐克旗煤制天然气项目气化装置介绍
克旗公司生产技术部.祝逢栋.2010年3月
课程结构介绍
• 1.煤气化装置在生产工艺的位置
• 2.煤气化的原理
• 3.煤气化概述
• 4.碎煤加压气化法工艺技术特点
• 5.碎煤加压气化炉的发展过程
• 6.克旗公司气化装置概况
• 7.碎煤加压气化装置流程
• 8.碎煤加压气化的优缺点
• 9.原料消耗及产出
• 10.主要调节及联锁
• 11.碎煤加压气化的应用
• 12.工程进度及开车难点
渣处理
动力车间
备 煤
空 分
加压气化
煤气水分离
变 换 甲醇洗 甲烷化
克劳斯硫回收
丙烯压缩制冷
酚氨回收 废水处理
焦油：万吨/年
中油：万吨/年
粗酚：万吨/年
硫磺：万吨/年
石脑油：万吨/年
原料煤
1566万吨/年
燃料煤
667万吨/年
天然气1200万Nm3/d
循环利用
空气
一、煤气化装置在生产工艺的位置
二、煤气化的原理
原料煤 煤气
干燥
热解
气化
燃烧
1. 物理化学基础
Gasifier Gas
Composition
(Vol %)
H2 25 - 40
CO 13 - 60
CO2 5 - 35
CH4 0 - 15
H2S - 1
COS 0 -
N2 - 4
Ar - 1
NH3 + HCN 0 -
Ash/Slag/PM
C + 1/2 O2 CO
C + O2 CO2
C + CO2 2CO
C + H2O CO + H2
C + 2H2 CH4
CO + H2O H2 + CO2
CO + 3H2 CH4 + H2O
〔S〕 H2S+COS
〔N〕 NH3+HCN
碳
氧气
蒸汽
2. 煤气化化学反应
二、煤气化的原理
3. 流体力学基础
床层压力降随气速的变化曲线
二、煤气化的原理
3、煤的气化方法
• 煤气的用途多种多样，制取煤气的控制方式也多种多样。以压力控制方式
分类煤气化可分为常压气化炉和加压气化炉；
• 以气化原料在气化炉内的运动方式分类，气化可分为固定床气化法、流化
床气化法和气流床气化法；根据排渣方式分类，煤的气化可分为，固态排
渣方式和液态排渣方式。
三、煤气化概述
四、碎煤加压气化工艺技术特点
• 煤气化
（鲁奇)加压气化是自热式、逆流移动床、固态排渣的生产工艺，气化过程所
需要的热量靠煤的部分燃烧来供给。气化炉是双层壁压力容器，夹套由中压
锅炉水保持液位，操作期间，热量传递到夹套，在此产生略高于气化炉操作
压力下的饱和蒸汽，此蒸汽返回作气化剂，从而减少了外供的过热蒸汽供给
量。
• 煤进入气化炉后首先受热干燥脱去水分，随着燃料层的移动进入干馏层，在
此煤中挥发份受热后逸出，热解后的煤焦质在气化层与上升的气体发生气化
反应，从而产生以CO2、CO、H2、CH4为主要成份的粗煤气。
五、碎煤加压气化炉的发展过程
• 第一代MARK I直径2600 mm单炉
产气量 5000～8000 Nm3/h 1939
年建成投产
• 内衬
• 边置灰锁
• 气化剂中空主轴进入 密封限制
了生产强度的提高
• 平型炉篦
• 第二代MARK II（－，产
气量32000-45000 Nm3/h）
• 搅拌破粘装置
• 塔型炉篦进气量大均匀
• 炉篦传动改为侧向传动
• 灰锁改在炉体下部正中，下灰
五、碎煤加压气化炉的发展过程
第三代MARKIII
(我们采用的炉型）
（直径;单炉产气量35000-50000
Nm3/h）
• 改进了煤分布器和破粘装置
• 改进多层炉篦
• 改进了传动机构和控制系统
五、碎煤加压气化炉的发展过程
五、碎煤加压气化炉的发展过程
第四代MARKⅣ
（直径5m;单炉产气量
75000 Nm3/h ）
• 去掉炉蓖改为喷嘴
• 增加内衬里
• 液态排渣
六、克旗公司气化装置概况
• 克旗公司气化装置三期共有48台气化炉，一期16台（15开1备）。
• 一期两系列，每系列8台气化炉、一套气柜。
• 单系列有一台冷火炬、一台热火炬、一台氧气预热器、两套煤锁气洗
涤器、一套开车煤气洗涤器。
• 每台气化炉有一台煤锁、一台灰锁、一台洗涤器和一台废热锅炉与之配套
• 煤气水装置三期3套，一期一套，每套四系列。
• 气化区分厂目前实施的进展
• 一期工程气化全部设备安装完成。工艺管道开始配制，排查池施工完成，
煤锁气压缩机厂房封闭完成，压缩机安装完成，两台气柜制作安装完成
• 一期煤气水分离全部现场制作的非标设备安装完成，两台氨球罐制作安装
完成。酚氨回收基础全部出零米。
气化炉结构及配套附属设备
• 炉体
• 夹套
• 炉篦
• 灰锁
• 煤锁
• 洗涤冷却器
(1)煤锁
• 煤通过煤锁由常压系统间歇地加入到
气化炉内，容积，设计压力
，设计温度250℃，操作温度20
-150℃。采用上下阀门加煤形式。高
负荷时每小时向气化炉加煤3－5次，
每次加煤时间约 8-10min。
• 采用液压操作系统，驱动底部、顶部
锥形阀和泄压阀
• 控制系统：自动可控电子程序装置，
可以实现自动、半自动、手动
• 煤锁循环过程：煤由煤斗加入煤锁
充压；向气化炉加煤；煤锁泄压；开始
新的加煤循环
(2)气化炉
• 操作压力
• 气化炉外壳外＝4000mm
• 外壳壁厚60mm
• 设计压力
• 设计温度260℃
• 气化炉内径φ内＝3848mm
• 内壁厚30mm
• 设计外压
• 炉高H＝13000mm。
炉篦
• 炉底宝塔型炉篦，四层相叠而
成，转速0—12r／h(正常转速3
－4r／h)，炉蓖缝隙出口气化
剂速度5m／s四只塔形分布器，
气量分布自下而上分别为40％、
30％、20％、10％．
• 采用液压或电机操作系统驱动
• 控制系统：自动可控电子程序
装置，可以实现自动、手动
• 结构和煤锁相似，也是上下阀
形式．容积，设计压力
，设计温度470℃，操
作温度400℃
• 采用液压操作系统，驱动底部、
顶部锥形阀和泻压阀
• 控制系统：自动可控电子程序
装置，可以实现自动、半自动、
手动
• 灰锁循环过程：灰由气化炉排
入灰锁；灰锁卸压；排灰；充
压；接灰；开始新的排灰循环。
(3)灰锁
(4)洗涤冷却器
设备作用：离开气化炉的
煤气首先进入洗涤冷却器，
在此，煤气用循环煤气水加
以洗涤并使其饱和。洗涤冷
却器的用途首先是将煤气温
度降至200℃左右，其次是
除去可能夹带的大部分颗粒
物。
设计压力 MPa
工作压力 MPa
设计温度 450℃
操作温度 397℃
八、碎煤加压气化的优缺点：
• 优点：
• (1)技术成熟，氧耗较低；
• (2)气化节省动力，生产能力大；
• (3)可以气化劣质褐煤；
• (4)气化过程是连续进行的，有利于实现自动化；
• 缺点：
• (1)蒸汽分解率低，气化过程的热效率有所降低；
• (2)有复杂的传动机构，设备检控频繁；
• (3)废水量大，废水处理复杂；
• (4)需块煤；
• 煤质要求：
• (1)需块煤（一般入炉煤在5～50mm之间）
• (2)灰熔融性软化温度大于1200℃
• (3)除强粘结性煤外都能气化
1
九、原料消耗及产出
●主要单耗
项目 单位 东胜利褐煤 备注
1.煤耗 t煤/KNm3粗煤气
2.氧耗 Nm3/KNm3粗煤气 135
3.汽耗
t/KNm3粗煤气
含夹套自
产
外供
九、原料消耗及产出
●产品指标 典型成份,%：
氢 气 3 9 . 0 4
一氧化碳
二氧化碳
甲 烷 1 2 . 8 2
C 2 + 0 . 5 0
硫 化 氢 0 . 7 0
工 艺 指 标
温 度 1 8 1℃
压力 (G)
总 气 量
620090Nm3/h
单 炉 产 气 量
3 8 7 5 6N m 3 / h
主要消耗指标(单炉)
煤 : 4 0 . 3 1 t / h
氧 气: 5 2 3 2 Nm 3 / h
蒸 汽 ：3 6 t / h
十、主要调节及联锁
运行中的主要调节
● 汽氧比及蒸汽、氧气流量调节
汽氧比即入炉蒸汽量和氧气量的比值，取决于原料煤的灰熔点。正常生产
中蒸汽和氧气同比例增减。克旗气化炉的汽氧比在
中处于自动调节。
●气化炉的负荷调节
改变气化剂的入炉量即改变气化炉的负荷。为满足后工序的相对稳定，一
般在气化装置出口煤气总管上设置自动调节系统，通过改变气化剂入炉量来
稳定出装置的煤气流量和压力。
●炉篦转速调节
调节炉篦转速可增加或减少气化炉的排出灰量，以维持炉内反应层的高度。
十、主要调节及联锁
●气化炉的联锁系统
为了保证设备和整个装置的安全，气化炉一般设有以下联锁，连接在紧急停车系统。
-----------------氧气总管压力低
-----------------蒸汽总管压力低
下列是单台气化炉联锁
-----------------夹套水液位低
-----------------煤锁温度高
-----------------灰锁温度高
-----------------气化剂温差高
-----------------汽氧比低
-----------------夹套压力高
-----------------气化炉出口温度高
-----------------洗涤冷却器出口温度高
-----------------夹套与气化炉压差高
-----------------紧急停车按钮
十一、碎煤加压气化的应用
• 国内已运行装置
• 天脊集团5台
• 义马煤气化5台
• 哈尔滨气化厂5台
• 兰州气化厂4台
• 云解化12台第一代
十一、碎煤加压气化的应用
国内主要在建装置
由于鲁奇炉发展成熟，运行较其它炉型有不可比拟的优点，在国内的煤化工发展中又
有多家采用。
1、潞安煤基油示范装置
6台气化炉，使用不粘结性贫瘦煤，目前在试车中。（2008年12月22日出油，23日
CCTV1报道。国内第一家间接煤制油）
2、新疆广汇合成甲醇装置
16(14)台气化炉，在建中，使用长焰煤。
3、 石家庄金石集团
4台气化炉，与晋煤集团合资。气化炉在制作中。
4、 国电合成氨—尿素
6台气化炉，使用褐煤。
5、 内蒙古大唐克旗煤制气项目
三期滚动建设，共48台气化炉，使用褐煤。
十二、工程进度及开车难点
• 工程进度及节点
• 2011年6月15日，全厂蒸汽管网具备接汽条件，满足空分试车要求 ；
• 2011年6月1日， 第一套空分装置中交
• 2011年8月15日 第一套空分产出合格氧氮；
• 2011年7月1日 加压气化炉、煤气水中交；
• 2011年8月31日 加压气化实现首炉点火；
• 2011年10月30日 加压气化16台炉调试完成 ；
十二、工程进度及开车难点
• 难点：
• 加压气化实现点火，空分则需要提前一月提供合格的氧氮，根据目前
工程进展难度大；
• 煤气水工段需在点火前具备接水条件，否则气化运行两个月煤气水无法排
放，按目前工程进度难度较大；
• 熟练工太少，目前气化分厂从事过鲁奇气化操作的仅有3人，满足不了试开
车人员要求。
• 2011年8月31日，气化炉首炉点火，原料煤粒度要求13～50mm，我公司输煤
系统没有碎煤设备，只能依靠矿业提供符合粒度要求的燃料煤、原料煤，
但矿业公司与我公司配套的破碎、筛分设备预计2011年12月投运。配套的
破碎、筛分设备不能按我公司工程节点投运。
•我公司动力区用燃料煤低位基发热量设计值为2850Kcal/Kg，气化炉用原料煤低位
基发热量设计值为3200Kcal/Kg。矿业公司原煤煤质平均热值2800 Kcal/Kg左右
，如何保证气化炉试车用煤热值值得探讨。
•由于我公司气化装置所用煤的煤种为褐煤，机械强度低，水份大，易破碎，而气
化装置用煤粒度是有要求的，煤粒度过大或过少和水份的变化对气化的工况有严
重的影响。
•气化分厂的冬季运行及防冻:克旗煤制气现场冬季漫长、气温寒冷，对于整个气化
装置都是考验，管线、伴热、调节阀、电动阀、仪器仪表都会出现故障及指示不
准的现象，对整个气化分厂安全稳定运行都是严峻考验。
•国内外鲁奇炉操作压力为，主要用于生产城市煤气和合成氨，而我
公司生产的天然气主要成分为CH4，为了提高CH4的含量和减少后续装置规模投资，
将气化操作压力由提高到 MPa ，在国内外尚属首例，并没有任何实际操作经
验，操作控制不当易发严重后果。
十二、工程进度及开车难点
谢 谢 ！
