1、墨羔望塑 鲤墅当生叁叁些业地 型望：箜GE水煤浆气化炉的结构设计特点分析郑泉杰林亚森王明锋陈怡(上海惠生化：L工程有限公司，上海，201203)摘要分析了以水煤浆为原料的GE煤气化工艺气化炉的结构设计特点。该气化炉采用非催化部分氧化法制合成气(CO+H2)，合成气由燃烧室(气化反应室)通过激冷环冷却进入激冷室。气化炉主要由燃烧室、激冷室、耐火衬里、激冷组件及气化烧嘴等部件组成。关键词气化炉结构GE气化技术水煤浆1概述煤炭资源在我国一次能源中占70以上，煤化工具有广阔的前景。煤气化产生的合成气(CO+H2)可用于生产合成氨、甲醇、城市煤气、醋酸和发电等，是重要的基本化工原料。目前国外知名的煤气化
2、技术主要有GE(原德士古Texaco)水煤浆气化、壳牌(Shell)粉煤气化、鲁奇(Lu嚼)煤气化等，其中以GE水煤浆和Shell煤粉气化工艺在国内运用最为广泛1。惠生(南京)化工有限公司二期合成气工程采用了GE水煤浆气化技术，在一期工程(3台水煤浆气化炉)的基础上，再新增3台水煤浆气化炉，最终达到6台水煤浆气化炉(4开2备)的规模。气化炉是整个装置的关键设备之一，气化炉运行的稳定性及运行周期直接影响到整个装置的运行。文章着重对水煤浆气化炉的结构设计进行分析。2技术特点GE水煤浆气化炉是一种以水煤浆为原料、氧气为气化剂的加压气化技术。水煤浆经原料加压泵加压后与高压氧通过气化炉顶部的气化烧嘴进入
3、气化炉(图1)，在燃烧室(气化反应室)内在表压65 MPa、约1400条件下水煤浆与氧发生部分氧化反应，生成CO、H2、C02、H20和少量C心、马S、COS及微量的N飓、HCOOH等气体。从气化反应室出来的粗合成气直接向下通过下降管进入气化炉的激冷室完成合成气的激冷洗涤，出激冷室的合成气温度约250。C左右。粗合成气中的碳黑在激冷室中大部分被清除，由渣水出口(N1)进入破渣机。渣水出13图1气化炉示意气化室的温度大约在1400。C，耐火材料设计收稿El期：20090217。作者简介：郑泉杰，男，工程师，1997年毕业于西北大学化工设备与机械专业，现从事石油化工设备设汁工作。联系电话：0215
4、85567898647；Email：zhengquanjiewison(30131。万方数据土磊舷 2009年第32卷温度可达1540左右。气化炉壳体外壁设有壁温监测系统，反应室内的温度通过伸人到耐火材料内的热电偶来测量，当反应室外壁某区域(01 m2)温度达到345370时高温报警。因合成气中含有少量的H2s气体，为防止湿H2s腐蚀，气化炉外壁温度不应低于225。C，以避免内壁结露造成露点腐蚀。21 GE加压水煤浆气化技术特点【2 J1)水煤浆气化工艺要求原料水煤浆要有良好的稳定性、流动性，较低的灰熔点及泵易输送等。2)气化炉内结构简单，操作性能好，操作弹性大，可靠程度高。3)高温加压气化，
5、气化效率高，气化采用1300。15000C的高温，气化压力达65 MPa。气化炉能力与压力成正比，气化压力高，反应的速度快，反应物在气化炉内的停留时间长，碳的转化率高，增加单台气化炉的生产能力，同时可节省后工序气体压缩功。4)碳转化率较高，一般可达90一93，灰渣中粗渣含碳量约5，少量细渣含碳量约25。单位体积产气量大，粗煤气质量好，有效气成分较高，产品气中(CO+H2)可达80左右。5)水煤浆进料与干粉进料比较，简化了干粉煤给料及加压煤仓加料的问题，具有安全并容易控制的特点，取消了气化前的干燥，节约了能量。6)采用半封闭供煤、湿法磨煤以及气流床气化，全过程污染轻微，无焦油等污染物，是一种先进
6、、可靠的气化工艺。22 GE加压水煤浆气化工艺存在的不足1)受气化炉耐火砖操作条件和使用寿命的限制，气化温度不宜过高，一般气化操作温度不高于1400。2)气化炉内砌耐火砖冲刷侵蚀严重，更换耐火砖费用大，增加了生产运行成本。3)喷嘴使用周期短，一般情况下每2个月检查更换1次，若由于操作不当，烧嘴头则更易烧损。停炉更换喷嘴对生产连续运行或高负荷运行有影响，一般需要有备用炉，增加了建设投资。3结构特点气化炉总体上由承压外壳、内件、隔热耐火衬里、气化烧嘴等部件组成，其主要技术参数见表表1气化炉主要技术参数气化炉是在高温、高压临氢条件下进行操作，气化炉壳体可按压力容器进行设计，并采用国内的设计标准和规范
7、。31气化炉承压外壳311材料对于l临氢设备，为了防氢腐蚀，均按Nelson曲线进行选材。因气化炉燃烧室壳体内壁有耐火衬里保护且为气相空间，氢分压17MPa左右，在4250C下选用SA387 Grll CL2(125Cr-05 Mo)材料，腐蚀余量取6mm；急冷室为气液两相空间，为防止合成气净化后形成酸性介质腐蚀，壳体材料采用SA387 Grll CL2+316L复合板。考虑到Cr-Mo钢材料长期处于370。5750C温度下会产生回火脆性，在工程设计中采取以下措施来抑制125 Cr-05 Mo材料的回火脆性。1)降低si含量，一般小于01。2)降低杂质元素P、Sn、As、Sb含量，可控制P、S
8、含量小于0010、0012。312尺寸公差气化炉内部衬耐火衬里，对于壳体的制造精度要求很高，如外壳的精度达不到要求，则不能保证燃烧室的气化反应要求，合成气的质量就无从保证，且会造成气化烧嘴与壳体的轴线不在同一轴线上。烧嘴火焰偏心而烧到衬里的耐火砖，烧损内部衬里，致使燃烧室外部壳体超温，造成频繁停车且减少了衬里的使用寿命。因此要严格控制气化炉壳体制造的外形尺寸偏差。1)气化炉外壳筒体圆度要求：对于上部燃烧室不得超过50mm(按内径)；对于下部激冷室不得超过60mm(按内径)。2)气化炉外壳筒体直线度公差：任意3 rn圆筒段偏差不得大于30lnln，总长度偏差不得大于60ITIITI。3)燃烧室壳
9、体的中心线偏差不大于6nlln，托砖板的平行度不大于3 mln。万方数据第3期 郑泉杰等GE水煤浆气化炉的结构设计特点分析 1554)接管N8轴线与气化炉壳体轴线之间的同轴度偏差不得大于6lln，与气化炉壳体轴线之间任意方向的角度偏差不得大于025。5)在制造及现场安装完毕后，设备筒体安装总直线度偏差不得超过140 mm。32气化炉内件气化炉内件主要包括激冷环、上升管、下降管及其支撑件，见图2。图2激冷环区域连接不意从气化炉燃烧室出来的粗合成气直接向下通过下降管进入气化炉的激冷室，下降管在水面以下排出合成气。为防止下降管过热，在下降管内侧通过安装在下降管顶部的激冷环形成一层水膜来保护，合成气在
10、下降管的底部与激冷水混合并被冷却，合成气与激冷水的两相混合物通过下降管与上升管之间的环隙向上流动，最后由激冷气体出口(N4)流入下一个工段。激冷环的作用就是使激冷水均匀的沿下降管分布在激冷室内，将1400左右的工艺气冷却到250左右。激冷环内是冷却水，环外是高温1400左右的工艺气，激冷环要经受工艺气和熔融灰渣的侵蚀和冲蚀，传热处于过临界状态，因此激冷环及下降管均选用耐应力腐蚀、耐高温的镍基合金Ineoloy 825合金材料(NiCr-FeMoCu合金)。该材料具有较好的热稳定性，经常用于一些严酷工况下的腐蚀场合，对氧化性和非氧化性腐蚀都有非常高的耐蚀性，并且具有良好的耐应力腐蚀性能，但由于激
11、冷环组件的工作工况非常苛刻，激冷环组件尤其是下降管容易损坏，因此需要备有备件。33气化炉隔热耐火衬里GE水煤浆加压气化工况条件极为苛刻，为高温(1400左右)、高压(65MPa)、强还原气氛和液态酸性排渣，伴随着固体、液体、气体的高速冲刷，且在开停车时有较大的温度和压力波动等。因此，对气化炉用耐火材料提出严格要求b J：1)必须有高的抗熔渣侵蚀性和渗透性。2)较高的热态强度以抵抗高温下的冲刷磨损。3)较好的高温体积稳定性能以抵抗温度和压力的波动。图3气化炉隔热耐火衬里三维不意气化炉燃烧室耐火衬里采用底部直接支撑(图3)，各层独立膨胀结构。直筒耐火衬里一般分为4层：最外层为可压缩料或耐火纤维层，
12、具有容重小、导热率低的特点，能够有效缓冲高温下里层耐火材料的径向膨胀；次外层为氧化铝空心球隔热砖，位于支撑砖之后，对气化炉起保温作用，降低热损失，使外壁温度保持在设定值；次内层为12铬刚玉支撑砖，位于向火面砖背后，能够经受高温下腐蚀性气体的侵蚀，并且对气化炉拱顶整体耐火材料起至关重要的力学支撑作用；见火面层为90铬铝锆砖，其作用为直接承受气化反应形成的高温、工艺气流的高速冲刷及炉渣的侵蚀。在拱顶部位，由于形状不规则，面层用90铬铝锆砖作为见火面，背层采用铬刚玉浇注料，在浇注料与钢壳问、炉口和大法兰间分别贴有可压缩料或耐火纤维层作为纵向膨胀间隙，以保证见火面砖热膨胀后能安全工作。耐火衬里质量及砌
13、筑的好坏直接影响气化炉的使用周期及使用寿命。GE气化炉耐火衬里的使用寿命一般都较短，衬里损坏的原因大致分析如下：1)化学侵蚀4|。由于气化炉的原料为水煤浆，而且为了降低煤的灰熔点以降低操作温度，需要加入适量CaO、FeO助熔剂，构成由SiO、A1203、CaO和FeO为主体的低熔点低黏度渣系，这种渣万方数据156 Z么翻 2009年第32卷系对耐火砖的危害很大，尤以CaO、SiO和FeO等最为严重。其损坏机理一般认为这些氧化物既能与砖组分发生化学反应，更能以液态形式渗入砖体内部，在距热面不同距离固化沉积形成热膨胀系数与砖不同的新矿相，在热应力作用下产生裂纹导致砖的开裂和剥落，从而导致砖的损坏。
14、2)高温、高压、高速气流冲刷。水煤浆与氧气经过加压后以高速喷人燃烧室，如果气化烧嘴中心线与壳体中心线存在偏差或由于操作不当而造成烧嘴火焰不稳定，则火焰就有可能烧到耐火衬里，并将挂在砖壁上的保护熔渣冲刷下来，从而加剧了耐火砖的烧损。减缓衬里损坏的措施：燃烧室的结构尺寸应合理，避免流体的冲刷；提高衬里的砌筑质量，防止高温气窜入衬里；控制耐火砖的质量。经试验证明41，氧化铬(Cr20，)与煤熔渣具有较大的二面角，最难与煤溶渣润湿，要使气化炉长期稳定运行，砖中氧化铬含量必须大于75，这样可以保证使煤熔渣在砖中的渗透与侵蚀降到最小。国内现在使用的热面砖为90铬铝锆砖，氧化铬含量不小于86，Cr203+z
15、r203不小于90，且由于氧化铬与氧化铝在高温下能形成连续固溶体，可提高热面砖的热态强度，从而抵抗气化炉中高速气体、煤熔渣等的冲刷。由于氧化锆在高温下存在晶形转变，易形成微裂纹，若在耐火砖中引入氧化锆则能提高砖的抗热震稳定性能。因此见火面砖要做到四高，即高纯度(化学成分Cr203不小于86，Zr02 27)；高精度；高密度(低气孔率)；高强度。34气化烧嘴气化炉匹配的气化烧嘴根据炉型及气化原料不同，有2通道、3通道及4通道等不同型式。GE水煤浆气化烧嘴采用的是3通道气化烧嘴，中间通道走水煤浆，内部通道为一次氧气通道，外部通道为二次氧气通道，烧嘴头外部采用水冷盘管进行冷却保护。烧嘴的技术参数见表
16、2，气化烧嘴结构见图4。表2气化烧嘴技术参数介质 组合件 氧气 水煤浆冷却水设计压力(表压)Pa 815 88 115 69设计温度427 60 80 427操作压力(表压)MPa操作温度811 13430 50 40烧嘴头暴露在燃烧室中，承受着高温、高压及高速气流的冲刷，是整个气化炉中最易损坏的部件，每隔12个月或者时间更短就需停炉对烧嘴头进行检查修复。冷却水出口图4气化烧嘴不意烧嘴头的水冷盘管采用了Incone 1600镍一铬一铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能；内外喷嘴头及定位块采用UMCo50钴基合金，化学成分为：co 48O52O，Cr 27O。29o，并含有Ni，M
17、o等元素，使用温度在750。11500C，具有良好的高温性能，优异的抗高温氧化性能和耐磨性，能够较好地抗高压氧及水煤浆的冲刷。4结束语从当前国内外煤气化技术发展趋势看，大型化、加压、煤种适应性好、低污染、易净化是煤气化的发展方向。煤气化工艺开发集中于提高气化压力、提高气化炉容量、扩大煤种适应性、环境友好、提高碳转化率和提高气化效率和液态排渣等。国外新开发的气化炉都采用加压气化工艺，可提高气化强度，增加单炉产量，节约压缩能耗，这就要求在进行气化炉结构设计时应充分考虑设备本体的结构及强度，并注意耐火衬里材料的选择，以适应加压、多煤种的气化工艺要求；在炉体制造、安装及衬里施工过程中应严格控制尺寸公差
18、，尤其是炉体与烧嘴及衬里之问的配合，应保证烧嘴的安装垂直度，防止火焰直接冲刷到耐火衬里，现场再配合以精心操作才能保证气化炉稳定、长周期运行。参考文献1于光远李压东煤气化工艺技术分析洁净煤技术，2005，11万方数据第3期 郑泉杰等GE水煤浆气化炉的结构设计特点分析 157(4)2韩承结德士古气化工艺的优劣比较安徽化工，2007，33(1)3段勤国，刘会林，王丽萍等水煤浆气化炉用高铬耐火材料耐火材料，2007，(5)：3913934宋林喜水煤浆气化操作条件对高铬耐火材料的影响耐火材料，2001，35(3)：155157ANALYSIS OF STRUCTURAL DESIGN FEATURES
19、OF GECoALWATER SLI瓜RY GASERZheng Quanjie，Lin Yasen，Wang Mingfeng，Chen Yi(Shanghai WISON Chemical Engineering Co，Ltd，Shanghai，201203)Abstract This paper analyzes the structural design features of GE gasifier with coalwater slurry as feedstockThe gasifier uses noncatalysis partial oxidation method to
20、generate syngas(C0+H2)，which leaves gasification chamber，passes through quenching ring and enters quenching chamberThe gasifier mainly consists of gasification chamber，quenching chamber，refractory lining，quench fittings and burners，etcKey words：gasifer，structural design，GE gasification technology，co
21、alwater slurry#p#p#p#i#po#p#fpF。(上接第146页)针对双端密封按原设计若考虑水的回收，其机械密封水返回管线应增加滤网及止逆阀；操作上要尽量保证密封水压力，必要时可降低系统压力；仪表冲洗水应按规定值调整；本系统止逆阀要加强检查维修保证完好。ATTENTIONS FoR FEEDING DURING F涔T-TIM匮STARrUPoF SHELL PO、vDERED CoAL PRESSI瓜ED GASiICATIONLu Chunhua(Hubei Chemical Fertilizer Branch Co，SINOPEC，Zh泓ng，443200)Abstrac
22、t Presents key problems occurred during feeding for the first-time startup of Shell powdered coal pressured gasification plant，analyzed reasons for the problems during feeding，and proposed relative measures for improvementKey words：firsttime startup，feeding，key problemsppp#pp#pp#o#qBpp#p#一p弘#p#(上接第1
23、52页)(Gasification Research Department，Northwest Research Institute Of Chemical Industry，Xi 7an，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 str
24、ucture，space multichannel design in space for spraying nozzle，single channel structureand separate feeding for coal slurry and oxygen spraying nozzle to lengthen the distance between ignition point and nozzle head，SO the new gasifier has good gasification index and high productivityKey words：new typ
25、e entrained flow gasifier，space multichannel nozzle，chiller万方数据GE水煤浆气化炉的结构设计特点分析作者： 郑泉杰， 林亚森， 王明锋， 陈怡， Zheng Quanjie， Lin Yasen， Wang Mingfeng，Chen Yi作者单位： 上海惠生化工工程有限公司,上海,201203刊名： 大氮肥英文刊名： LARGE SCALE NITROGENOUS FERTILIZER INDUSTRY年，卷(期)： 2009,32(3)参考文献(4条)1.宋林喜 水煤浆气化操作条件对高铬耐火材料的影响期刊论文-耐火材料 2001(
26、03)2.段勤国;刘会林;王丽萍 水煤浆气化炉用高铬耐火材料期刊论文-耐火材料 2007(05)3.韩承结 德士古气化工艺的优劣比较期刊论文-安徽化工 2007(01)4.于光远;李压东 煤气化工艺技术分析期刊论文-洁净煤技术 2005(04)本文读者也读过(10条)1. 徐邦浩 德士古水煤浆气化装置关键管线配管分析期刊论文-小氮肥2010,38(6)2. 官云胜.郭晓春.GUAN Yun-sheng.GUO Xiao-chun 大型气化炉制造技术期刊论文-石油工程建设2007,33(3)3. 陈永献 破渣机轴封泄漏防治期刊论文-煤化工1999(3)4. 刘汉杰.郭中山.李馨.刘自忠.LIU
27、Han-jie.GUO Zhong-shan.LI Xin.LIU Zi-zhong 气化炉可调防振热电偶在神华宁煤水煤浆加压装置中的应用期刊论文-仪表技术与传感器2009(4)5. 王伟.赵勇.Wang Wei.Zhao Yong 水煤浆气化装置热量回收问题探讨期刊论文-煤矿现代化2011(1)6. 张聪 膨胀节事故分析与解决方法期刊论文-小氮肥2007,35(7)7. 张彦.孙永奎.Zhang Yan.Sun Yongkui 煤气化发电与甲醇联产工程项目建设和运行总结期刊论文-煤化工2007,35(5)8. 刘昌盛.齐玉良.Liu Changsheng.Qi Yuliang 水煤浆添加剂的选择试验小结期刊论文-中氮肥2006(6)9. 周夏.王吉顺.Zhou Xia.Wang Jieshun 两种水煤浆加压气化炉的技术比较期刊论文-化肥工业2007,34(4)10. 杨贵州.王军.杨国强 水煤浆加压气化技术改造小结期刊论文-化肥工业2002,29(1)本文链接：http:/
