00年6月Jun.2009第32卷第3期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 32 No. 3GE水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析鄭泉杰林亞森王明鋒陳怡(上?；萆すこ逃邢薰?上海,201203)摘要分析了以水煤漿為原料的CE煤氣化工藝氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。該氣化爐釆用非催化部分氧化法制合成氣(CO+H2),合成氣由燃燒室(氣化反應(yīng)室)通過激冷環(huán)冷卻進(jìn)入激冷室。氣化爐主要由燃燒室激冷室、耐火襯里、激冷組件及氣化燒嘴等部件組成。關(guān)鍵詞氣化爐結(jié)構(gòu)CE氣化技術(shù)水煤漿概述室的合成氣溫度約250℃左右。粗合成氣中的碳煤炭資源在我國一次能源中占70%以上,煤黑在激冷室中大部分被清除,由渣水出口(N1)進(jìn)化工具有廣闊的前景。煤氣化產(chǎn)生的合成氣(CO入破渣機(jī)。H2)可用于生產(chǎn)合成氨、甲醇、城市煤氣、醋酸和氣化噴嘴安裝口發(fā)電等,是重要的基本化工原料。目前國外知名的煤氣化技術(shù)主要有CE(原德土古 Texaco)水煤漿氣化、殼牌(Shel)粉煤氣化、魯奇(Lrg)煤氣化燃燒室等,其中以GE水煤漿和 Shell煤粉氣化工藝在國內(nèi)運(yùn)用最為廣泛惠生(南京)化工有限公司二期合成氣工程采用了CE水煤漿氣化技術(shù),在一期工程(3臺水煤漿氣化爐)的基礎(chǔ)上,再新增3臺水煤漿氣化爐,激冷氣體出口最終達(dá)到6臺水煤漿氣化爐(4開2備)的規(guī)模。激冷水入口激冷室氣化爐是整個裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一,氣化爐運(yùn)行的穩(wěn)定性及運(yùn)行周期直接影響到整個裝置的運(yùn)下降管行。文章著重對水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分上升管析黑水出口2技術(shù)特點(diǎn)GE水煤漿氣化爐是一種以水煤漿為原料、氧氣為氣化劑的加壓氣化技術(shù)。水煤漿經(jīng)原料加壓泵加壓后與高壓氧通過氣化爐頂部的氣化燒嘴進(jìn)人氣化爐(圖1),在燃燒室(氣化反應(yīng)室)內(nèi)在表圖1氣化爐示意壓6.5MPa、約1400℃條件下水煤漿與氧發(fā)生部分中國煤化工℃,耐火材料設(shè)計(jì)氧化反應(yīng),生成CO、H2、CO2、H2O和少量CH4CNMHGH2S、COS及微量的NH3、 HCOOH等氣體。從氣化作者簡介:鄭泉杰,男,工程師,1997年畢業(yè)于西北大學(xué)化工反應(yīng)室出來的粗合成氣直接向下通過下降管進(jìn)入設(shè)備與機(jī)械專業(yè),現(xiàn)從事石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:021氣化爐的激冷室完成合成氣的激冷洗滌,出激冷5856089867:E-mail;:thengquanjie@wison.com1542009年第32卷溫度可達(dá)1540℃左右。氣化爐殼體外壁設(shè)有壁1。溫監(jiān)測系統(tǒng),反應(yīng)室內(nèi)的溫度通過伸入到耐火材表1氣化爐主要技術(shù)參數(shù)料內(nèi)的熱電偶來測量,當(dāng)反應(yīng)室外壁某區(qū)域燃燒室激冷室(0.1mx2)溫度達(dá)到345~370℃時高溫報(bào)警。因合操作壓力(表壓)MP設(shè)計(jì)壓力(表壓)MPa7.15/F.V成氣中含有少量的H2S氣體,為防止?jié)馠2S腐蝕,操作溫度/1430400殼體)氣化爐外壁溫度不應(yīng)低于225℃,以避免內(nèi)壁結(jié)設(shè)計(jì)溫度/℃425(殼體)露造成露點(diǎn)腐蝕操作介質(zhì)合成氣激冷水+合成氣腐蝕裕量6.021GE加壓水煤漿氣化技術(shù)特點(diǎn)2容器類別1)水煤漿氣化工藝要求原料水煤漿要有良?xì)饣癄t是在高溫、高壓臨氫條件下進(jìn)行操作,好的穩(wěn)定性、流動性,較低的灰熔點(diǎn)及泵易輸送氣化爐殼體可按壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì),并采用國內(nèi)等的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范2)氣化爐內(nèi)結(jié)構(gòu)簡單,操作性能好,操作彈3.1氣化爐承壓外殼性大,可靠程度高。3.1.1材料3)高溫加壓氣化,氣化效率高,氣化采用對于臨氫設(shè)備,為了防氫腐蝕,均按 Nelson曲1300~1500℃的高溫,氣化壓力達(dá)65MPa。氣化線進(jìn)行選材。因氣化爐燃燒室殼體內(nèi)壁有耐火襯爐能力與壓力成正比,氣化壓力高,反應(yīng)的速度里保護(hù)且為氣相空間,氫分壓17MPa左右,在快,反應(yīng)物在氣化爐內(nèi)的停留時間長,碳的轉(zhuǎn)化率425℃下選用SA387Grl1C2(1.25cr0.5Mo)材高,增加單臺氣化爐的生產(chǎn)能力,同時可節(jié)省后工料,腐蝕余量取6mm;急冷室為氣液兩相空間,為序氣體壓縮功。防止合成氣凈化后形成酸性介質(zhì)腐蝕,殼體材料4)碳轉(zhuǎn)化率較高,一般可達(dá)90%~93%,灰采用SA387GllC2+316L復(fù)合板?？紤]到Cr渣中粗渣含碳量約5%,少量細(xì)渣含碳量約25%。M鋼材料長期處于370~575℃溫度下會產(chǎn)生回單位體積產(chǎn)氣量大,粗煤氣質(zhì)量好,有效氣成分較火脆性,在工程設(shè)計(jì)中采取以下措施來抑制高,產(chǎn)品氣中(CO+H2)可達(dá)80%左右。1.25Cr0.5Mo材料的回火脆性5)水煤漿進(jìn)料與干粉進(jìn)料比較,簡化了干粉1)降低Si含量,一般小于0.1%。煤給料及加壓煤倉加料的問題,具有安全并容易2)降低雜質(zhì)元素P、Sn、As、Sb含量,可控制控制的特點(diǎn),取消了氣化前的干燥,節(jié)約了能量。P、S含量小于0.010%、0.012%。6)采用半封閉供煤、濕法磨煤以及氣流床氣3.1.2尺寸公差化,全過程污染輕微,無焦油等污染物,是一種先氣化爐內(nèi)部襯耐火襯里,對于殼體的制造精進(jìn)、可靠的氣化工藝。度要求很高,如外殼的精度達(dá)不到要求,則不能保22GE加壓水煤漿氣化工藝存在的不足證燃燒室的氣化反應(yīng)要求,合成氣的質(zhì)量就無從1)受氣化爐耐火磚操作條件和使用壽命的保證,且會造成氣化燒嘴與殼體的軸線不在同一限制,氣化溫度不宜過高,一般氣化操作溫度不高軸線上。燒嘴火焰偏心而燒到襯里的耐火磚,燒于1400℃。損內(nèi)部襯里,致使燃燒室外部殼體超溫,造成頻繁2)氣化爐內(nèi)砌耐火磚沖刷侵蝕嚴(yán)重,更換耐停車且減少了襯里的使用壽命。因此要嚴(yán)格控制火磚費(fèi)用大,增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本氣化爐殼體制造的外形尺寸偏差。3)噴嘴使用周期短,一般情況下每2個月檢1)氣化爐外殼筒體圓度要求:對于上部燃燒查更換1次,若由于操作不當(dāng),燒嘴頭則更易燒室不得超過±5.0mm(按內(nèi)徑);對于下部激冷室損。停爐更換噴嘴對生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行或高負(fù)荷運(yùn)行不得超過±6.0mm(按內(nèi)徑)。有影響,一般需要有備用爐,增加了建設(shè)投資。中國煤化工公差:任意3m圓3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)筒于長度偏差不得大CNMHG氣化爐總體上由承壓外殼、內(nèi)件、隔熱耐火襯3)燃燒室殼體的中心線偏差不大于6mm,托里、氣化燒嘴等部件組成,其主要技術(shù)參數(shù)見表磚板的平行度不大于3mm。第3期鄭泉杰等GE水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析1554)接管N8軸線與氣化爐殼體軸線之間的同刷,且在開停車時有較大的溫度和壓力波動等。軸度偏差不得大于±6m,與氣化爐殼體軸線之因此,對氣化爐用耐火材料提出嚴(yán)格要求3間任意方向的角度偏差不得大于±0.25°。1)必須有高的抗熔渣侵蝕性和滲透性。5)在制造及現(xiàn)場安裝完畢后,設(shè)備筒體安裝2)較高的熱態(tài)強(qiáng)度以抵抗高溫下的沖刷磨總直線度偏差不得超過14.0mmo損3.2氣化爐內(nèi)件3)較好的高溫體積穩(wěn)定性能以抵抗溫度和氣化爐內(nèi)件主要包括激冷環(huán)、上升管、下降管壓力的波動及其支撐件,見圖2。激冷環(huán)下降管c850mm小1150m圖3氣化爐隔熱耐火襯里三維示意圖2激冷環(huán)區(qū)域連接示氣化爐燃燒室耐火襯里采用底部直接支撐從氣化爐燃燒室出來的粗合成氣直接向下通(圖3),各層獨(dú)立膨脹結(jié)構(gòu)。直筒耐火襯里一般過下降管進(jìn)入氣化爐的激冷室,下降管在水面以分為4層:最外層為可壓縮料或耐火纖維層,具有下排出合成氣。為防止下降管過熱,在下降管內(nèi)容重小、導(dǎo)熱率低的特點(diǎn),能夠有效緩沖高溫下里側(cè)通過安裝在下降管頂部的激冷環(huán)形成一層水膜層耐火材料的徑向膨脹;次外層為氧化鋁空心球來保護(hù),合成氣在下降管的底部與激冷水混合并隔熱磚,位于支撐磚之后,對氣化爐起保溫作用被冷卻,合成氣與激冷水的兩相混合物通過下降降低熱損失,使外壁溫度保持在設(shè)定值;次內(nèi)層為管與上升管之間的環(huán)隙向上流動,最后由激冷氣12鉻剛玉支撐磚,位于向火面磚背后,能夠經(jīng)受體出口(N4)流入下一個工段。激冷環(huán)的作用就高溫下腐蝕性氣體的侵蝕,并且對氣化爐拱頂整是使激冷水均勻的沿下降管分布在激冷室內(nèi),將體耐火材料起至關(guān)重要的力學(xué)支撐作用;見火面1400℃左右的工藝氣冷卻到250℃左右。激冷環(huán)層為90鉻鋁鋯磚,其作用為直接承受氣化反應(yīng)形內(nèi)是冷卻水,環(huán)外是高溫1400℃左右的工藝氣,成的高溫、工藝氣流的高速沖刷及爐渣的侵蝕激冷環(huán)要經(jīng)受工藝氣和熔融灰渣的侵蝕和沖蝕,在拱頂部位,由于形狀不規(guī)則,面層用90鉻鋁鋯傳熱處于過臨界狀態(tài),因此激冷環(huán)及下降管均選磚作為見火面,背層采用鉻剛玉澆注料,在澆注料用耐應(yīng)力腐蝕耐高溫的鎳基合金 Incoloy825合與鋼殼間、爐口和大法蘭間分別貼有可壓縮料或金材料(Ni-CrFe-Mo-Cu合金)。該材料具有較好耐火纖維層作為縱向膨脹間隙,以保證見火面磚的熱穩(wěn)定性,經(jīng)常用于一些嚴(yán)酷工況下的腐蝕場熱膨脹后能安全工作。合,對氧化性和非氧化性腐蝕都有非常高的耐蝕耐火襯里質(zhì)量及砌筑的好壞直接影響氣化爐性,并且具有良好的耐應(yīng)力腐蝕性能,但由于激冷的使用周期及使用壽命。CE氣化爐耐火襯里的環(huán)組件的工作工況非?？量?激冷環(huán)組件尤其是使用壽命一般都較短,襯里損壞的原因大致分析下降管容易損壞,因此需要備有備件。如下中國煤化工3.3氣化爐隔熱耐火襯里爐的原料為水煤CE水煤漿加壓氣化工況條件極為苛刻,為高漿CNMHG灬以降低操作溫度,需溫(1400℃左右)、高壓(6.5MPa)、強(qiáng)還原氣氛和要加入適量CaO、FeO助熔劑,構(gòu)成由So、Al2O3、液態(tài)酸性排渣,伴隨著固體、液體、氣體的高速沖CaO和FeO為主體的低熔點(diǎn)低黏度渣系,這種渣1562009年第32卷系對耐火磚的危害很大,尤以CaO、S0和FeO等高速氣流的沖刷,是整個氣化爐中最易損壞的部最為嚴(yán)重。其損壞杋理一般認(rèn)為這些氧化物既能件,每隔1~2個月或者時間更短就需停爐對燒嘴與磚組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),更能以液態(tài)形式滲入磚頭進(jìn)行檢查修復(fù)。體內(nèi)部,在距熱面不同距離固化沉積形成熱膨脹系數(shù)與磚不同的新礦相,在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂次氧入口紋導(dǎo)致磚的開裂和剝落,從而導(dǎo)致磚的損壞。2)高溫、高壓、高速氣流沖刷。水煤漿與氧水煤漿入引氣經(jīng)過加壓后以高速噴入燃燒室,如果氣化燒嘴中心線與殼體中心線存在偏差或由于操作不當(dāng)而次氧入口造成燒嘴火焰不穩(wěn)定,則火焰就有可能燒到耐火冷卻水入口襯里,并將掛在磚壁上的保護(hù)熔渣沖刷下來,從而nLO冷卻水出口加劇了耐火磚的燒損。減緩襯里損壞的措施:①燃燒室的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)合理,避免流體的沖刷;②提高襯里的砌筑質(zhì)量,防止高溫氣竄入襯里;③控制耐火磚的質(zhì)量。經(jīng)試驗(yàn)證明4,氧化鉻(C2O3)與煤熔渣具有較大圖4氣化燒嘴示意的二面角,最難與煤溶渣潤濕,要使氣化爐長期穩(wěn)燒嘴頭的水冷盤管采用了 Incone I600鎳一鉻定運(yùn)行,磚中氧化鉻含量必須大于75%,這樣可鐵基固溶強(qiáng)化合金,其有良好的耐高溫腐蝕和以保證使煤熔渣在磚中的滲透與侵蝕降到最小?？寡趸阅?內(nèi)外噴嘴頭及定位塊采用UMCo-50國內(nèi)現(xiàn)在使用的熱面磚為90鉻鋁鋯磚,氧化鉻含鈷基合金,化學(xué)成分為:Co480%~52.0%,量不小于86%,C2O3+Z2O3不小于90%,且由于Cr27.0%-29.0%,并含有N,Mo等元素,使用溫氧化鉻與氧化鋁在高溫下能形成連續(xù)固溶體,可度在750-1150℃,具有良好的高溫性能,優(yōu)異的提高熱面磚的熱態(tài)強(qiáng)度,從而抵抗氣化爐中高速抗高溫氧化性能和耐磨性,能夠較好地抗高壓氧氣體煤熔渣等的沖刷。由于氧化鋯在高溫下存及水煤漿的沖刷。在晶形轉(zhuǎn)變,易形成微裂紋,若在耐火磚中引入氧化鋯則能提高磚的抗熱震穩(wěn)定性能。因此見火面4結(jié)束語磚要做到四高,即高純度(化學(xué)成分Cn2O3不小于從當(dāng)前國內(nèi)外煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢看,大型86%,ZAO22%~7%);高精度;高密度(低氣孔化、加壓煤種適應(yīng)性好、低污染、易凈化是煤氣化率);高強(qiáng)度。的發(fā)展方向。煤氣化工藝開發(fā)集中于提高氣化壓3.4氣化燒嘴力、提高氣化爐容量、擴(kuò)大煤種適應(yīng)性、環(huán)境友好、氣化爐匹配的氣化燒嘴根據(jù)爐型及氣化原料提高碳轉(zhuǎn)化率和提高氣化效率和液態(tài)排渣等。國不同,有2通道、3通道及4通道等不同型式。GE外新開發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化工藝,可提高水煤漿氣化燒嘴采用的是3通道氣化燒嘴,中間氣化強(qiáng)度,增加單爐產(chǎn)量,節(jié)約壓縮能耗,這就要通道走水煤漿,內(nèi)部通道為一次氧氣通道,外部通求在進(jìn)行氣化爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮設(shè)備本體道為二次氧氣通道,燒嘴頭外部采用水冷盤管進(jìn)的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度,并注意耐火襯里材料的選擇,以適行冷卻保護(hù)。燒嘴的技術(shù)參數(shù)見表2,氣化燒嘴應(yīng)加壓、多煤種的氣化工藝要求;在爐體制造、安結(jié)構(gòu)見圖4裝及襯里施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制尺寸公差,尤其表2氣化燒嘴技術(shù)參數(shù)是爐體與燒嘴及襯里之間的配合,應(yīng)保證燒嘴的介質(zhì)組合件氧氣水煤漿冷卻水安裝設(shè)計(jì)壓力(表壓)/PaYH中國煤化工到耐火襯里現(xiàn)場計(jì)溫度/℃再配CNMHG化爐穩(wěn)定、長周期操作壓力(表壓)/MPa操作溫度/℃參考文獻(xiàn)燒嘴頭暴露在燃燒室中,承受著高溫、高壓及1于光遠(yuǎn),李壓東.煤氣化工藝技術(shù)分析.潔凈煤技術(shù),∞5,1第3期鄭泉杰等.CE水煤漿氣化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析157耐火材料,200,(5):391~3932韓承結(jié).德士古氣化工藝的優(yōu)劣比較.安徽化工,2007,33(1)4宋林喜.水煤漿氣化操作條件對高鉻耐火材料的影晌.耐火材3段勤國,劉會林,王麗萍等,水煤漿氣化爐用高鉻耐火材料料,2001,35(3):155-15ANALYSIS OF STRUCTURAL DESIGN FEATURES OF GECOAL-WATER SLURRY GASIFIERZheng Quanjie, Lin Yasen, Wang Mingfeng, Chen YiShanghai WISON Chemical Engineering Co, Ltd, Shanghai, 201203)Abstract This paper analyzes the structural design features of ge gasifier with coal-water slury as feedstock. The gasifier uses non-catalysis partial oxidation method to generate syngas(CoH2), which leaves gasification chamber, passes through quenching ring and enters quenching chamber. The gasifier mainly consists of gasification chamber, quenching chamber, refractory liningquench fittings and bumers, etcKey words: gasifer, structural design, Ge gasification technology, coal-water slurry(上接第146頁)上要盡量保證密封水壓力,必要時可降低系統(tǒng)壓①針對雙端密封按原設(shè)計(jì)若考慮水的回收,其機(jī)力;③儀表沖洗水應(yīng)按規(guī)定值調(diào)整;④本系統(tǒng)止逆楲密封水返回管線應(yīng)增加濾網(wǎng)及止逆閥;②操作閥要加強(qiáng)檢查維修保證完好。ATTENTIONS FOR FEEDING DURING FIRST-TIME STARTUPOF SHELL POWDERED COAL PRESSURED GASIFICATIONLu ChunhuaHubei Chemical fertilizer Branch Co., SINOPEC, Zhijiang, 443200)Abstract Presents key problems occurred during feeding for the first-time startup of Shell pow-pal pressured gasification plant, analyzed reasons for the problems during feeding, and pro-posed relative measures for improvementKey words: first-time startup, feeding, key problems(上接第152頁)Gasification Research Department, Northwest Research Institute Of Chemical Industry, Xi'an, 710054)Abstract The new type entrained flow gasifier combines the advantages of dry and wet entrained flow gasifiers, such as stagewise design, wet feeding and dry gasification principles, specialchilling structure, space multi-channel design in space for spraying nozzle, single channel structureand separate feeding for coal slurry and oxygen spraying中國煤化工nce hetween ignItion point and nozzle headCNMHGh productivityKey words: new type entrained flow gasifier, space multi-channel nozzle, chiller