大型干煤粉气化炉的技术特点

工业炉石油化工设备技术,2005,26(5)Petro-Chemical Equipment Technology大型干煤粉气化炉的技术特点郭文元中国石化集团宁波工程有展公司,浙江宁波315207)摘要:以圈态干煤粉为原料的2000t/d气化炉采用“非催化部分氧化”工艺制合成气,气化炉由气化反应器、激冷管、导管、气体返向宣和废热锅炉鉏成,并连为整体,其总体鲒构主要由受热面内件(膜式水冷壁)、环形空间及炉体承压外壳组成。关键词:气化炉;鲒构;千煤粉中图分类号:TE969文献标识码:B文章编号:1006-8805(2005)050019-031前言为整体。全炉由气化炉反应器、激冷管、导管、气煤炭资源在我国一次能源中占70%以上,煤体返向室及废热锅炉组成。气化炉的支承方式为化工具有广阔的前景。煤气化产生的合成气(CO气化反应器底部座落在35m混凝土框架上,由于十H2)可用于生产合成氨、甲醇、城市煤气、醋酸气化炉系统整体的“柔性”要求,在废热锅炉侧采和发电等,是重要的基本化工原料。目前煤气化用恒力弹簧吊架吊挂支承。技术主要有水煤浆气化、干煤粉气化,煤气化等,2.1气化反应器其中水煤浆和干煤粉气化工艺最具有发展前途主要由受热面(膜式水冷壁)、环形空间及承而干煤粉气化更具有对煤种适应性广、气化温度外壳组成,反应器内件的总体结构为水冷壁形高、耗氧量少、单台设备(气化炉)能力大、有效气式。用沸水冷却的膜式水冷壁安装在承压外壳产量高、环保效果好等特点。内,气化过程实际发生在膜式水冷壁围成的腔内2000t/d投煤量的干煤粉气化炉,以固态干气化压力由承压外壳承受。在膜式水冷壁与承压煤粉为原料,采用“非催化部分氧化”法制合成气,外壳之间的是环形空间,主要用于放置水蒸汽的国内在建的装置有5套以上,中国石化集团宁波输出、输入管线及集箱管、分配管。另外,环形空工程有限公司承建了其中3套,用于合成氨“煤代间也便于膜式水冷壁与承压外壳的连接安装及其油”技术改造的气化装置。以后的检查与检修。于煤粉、氧气及蒸汽的混合物流经粉煤燃烧气化反应器膜式水冷壁的结构为管子-翅片器喷入气化炉反应器内,在4.2MPa的操作压力、管子的圆筒结构,该结构通过上部锥体通往激冷1500~1700℃的操作温度范围内发生非催化部分区,其下部也连着一个锥体作为燃烧室的底部,锥氧化化学反应,产生粗合成气(CO+H2)。出气体中心开孔,供液态熔渣下落通过。筒体下半部化炉反应器的粗合成气温度约为1500℃,用进入均匀分布4个烧嘴口并带有冷却器气化炉顶部的循环气体激冷冷却至900℃后,经气化炉按流态排渣炉的原理进行操作。为了导管进入废热锅炉(合成气冷却器)进一步换热冷确保流态排渣,气化室内腔采用耐热锚固钉加强却,并过热中压蒸汽及产生饱和中压蒸汽的陶瓷纤维耐火材料内村。干煤粉气化炉包括气化反应器、导管及废热在气化炉操作过程中,由于陶瓷材料良好的锅炉(即合成气冷却器),在总体结构上主要由内件和炉体承压外壳组成,如图1所示。中国煤化工2技术特点CNMHG肃省天水市人.1988年上大学化工机与设备专业,获工学学士学在干煤粉气化装置中,气化炉的气化反应器位。现就职于中国石化集团宁波工程有限公司,从事化工设和废热锅炉通过导管、气体返向室连接在一起成备及工业炉的设计,任设备室主任,高级工程师。石油化工设备技术05年砖绝热层,它的运转周期长,粉煤烧嘴操作寿命长,可单炉运行,不需要备用炉,可靠性高气体返向室组件2.2激冷管、导管激冷管及导管主要由受热面(膜式水冷壁)和环形空间组成,导管也为水冷壁形式。用沸水冷导管组件却的膜式水冷壁安装在承压外壳内,粗合成气流此经膜式水冷壁围成的腔内,气化压力由承压外壳承受。在膜式水冷壁与承压外壳之间的是环形空间,主要用于放置水、蒸汽的输出、输入管线及集激冷管箱管、分配管。另外,环形空间也便于膜式水冷壁与承压外壳的连接安装及其以后的检查与检修。废热锅炉激冷区采用高合金奥氏体钢,而激冷管则采用铁素体材料。激冷管与中压水、蒸汽系统联系在一起,管子翅片管子式的结构。气化反应导管包括由冷却管制成的一个弯曲段和一个器组件直段,属于中压水、蒸汽系统的一部分,都采用铁素体材料制成的特种“Ω”管结构。导管的下半部设有用耐热锚固钉加强的保护衬里。激冷管和导管都是独立的部件,作为中压水、蒸汽系统的一部分,有各自的进口和出口管道2.3气体返向蜜气体返向室由作为导管延伸部分的入口支管和返向室组成,合成气在此转向,流到合成气冷却器的受热面上,顶罩设计成带冷却的蛇形管结构该冷却系统从返向室通过循环系统的进料管和出图1气化炉总体结构示料管分别供给。入口支管、返向室和顶罩由铁素耐温性及冷却膜壁的作用,会形成一定厚度的渣体材料制成,组成中压水、蒸汽回路。入口支管和层渣层覆盖内腔的内表面并且变得坚硬。渣层返向室壁采用管子翅片管子式的结构形成的膜将保护内腔壁免受熔渣的影响。熔渣在2.4废热锅炉气化过程中形成,沿着内壁往下走,最后通过底部废热锅炉(合成气冷却器)整体为水管式,包的开孔排出括膜式水冷壁、多层环管束、环形空间和承压外气化反应器的底部设置一个冷却锥体,在该壳。其内件也为膜式水冷壁结构,膜式水冷壁用锥体与渣池内件之间设有热裙,这样可以保护压沸水冷却,它隔绝了高温合成气与承压外壳之间力容器免受高温的损坏。高温区位于燃烧室开孔的直接接触的底部。冷却热裙由特种“Ω”管( Super Omega)合成气的冷却在多层环管束内外进行,合成组成,形成平的内表面。气走膜式水冷壁及多层环管束围成的管间,水、蒸气化反应器内件的膜式水冷壁提高了工艺过汽走多层环管束的管内。共设置了三组多层环管程的效率,不需额外加入蒸汽反而副产中压蒸束,即中压蒸汽过热器和两组中压蒸汽发生器,汽,同时也增强了工艺操作强度(因为在设计膜式组中国煤化工勺拆装。废热锅炉的水冷壁时,考虑了超过设计条件的情况和操作干受莉CNMHG式结构,并把它们扰)。另外,膜式水冷壁在壁内衬有一层耐火衬逐个好一更形展瞑壁,内的水管为盘管式里,用“以渣抗渣”方式保护膜式水冷壁不受侵蚀。形成不同直径的圆柱体,并嵌套在一起,由支承结与其他结构形式的气化炉相比,由于不需要耐火构固定,允许每个圆柱体向下自由膨胀。第26卷第5期郭文元,大型干煤粉气化炉的技术特点中压过热器为整体翅片管式,由高合金钢制问的焊缝;成。两台中压蒸发器管束和环绕壁受热面,由铁黄金焊缝c:废热锅炉组件与气体返向室组素体材料制成,为管子翅片管子式结构件之间的焊缝所有的管束有各自的水、蒸汽回路及各自的各组件组装及吊装程序:黄金焊缝b在现场连接管线。地面首先进行焊接及组装,使导管组件与气体返2.5气化炉内件的清洁除灰系统向室组件成为一联合组件,该联合组件的吊装质由于气化炉系统内有飞灰颗料存在,气化炉量为318t;吊装气化反应器组件并安装就位;吊内件可能会结垢,热污垢容易产生在合成气冷却装废热锅炉组件;吊装导管与气体返向室的联合器的受热面管束上,从而导致冷却效果的明显降组件;组焊黄金焊缝a及c并检验、热处理合格;低。所有内件圆筒体上(除气化炉反应器外)全部安装废热锅炉恒力弹簧吊架并使废热锅炉就位;装备有气动敲击器,通过敲击器的振打作用充分组装黄金焊缝a及c处内件的膨胀节连接清洁受热面3主要技术特性气动操作的敲击器对受热面进行脉动敲击,干煤粉气化炉外壳的主要技术特性见表2;带沉淀物的受热面被声波加速到一定程度后,沉内件的主要技术特性见表3。淀物被抖落下来。敲击作用需要的能量由安装在表2气化炉外壳主要技术特性容器外部的气动敲击圆筒体提供,通过压力密封和动力传送系统送到受热面,为防止脉动传输对检验及验收规范B3解压力容都应力分析设计标准受热面可能引起的损坏把一带有冷却装置的砧设计压力P4形板焊在受热面上。设计温度/C350,其中蒸汽过热段450、SC出口3802.6气化炉内件与外壳的组装主体材SA387G,cL.2/IN825+sA387G.1l.2按气化炉内件的交货状态及组装要求,制造304L+SA387Gr.11CL,2厂进行内件与外壳的组装,组装分四大组件即气气化炉及激冷管:ID4630/ID3020×30900化反应器组件、导管组件、气体返向室组件及废热导管:ID3020主要规格/mm气体返向室:ID1870×285/ID3400锅炉组件。废热锅炉;ID3400×40500在制造厂完成内件与相应外壳的组装后,四个组件的最大主体尺寸及组装质量见表1。表3气化妒内件主要技术特性设计、制造表1四大组件最大主体尺寸及组装质量德国 AD- Specifications“ Merkblatter”检验及验收规范组件名称最大主体尺寸/m内件质/组装后质景/设计压力MPa5.2气化反应器组件鲕,1/,82×318.4设计温度/℃300,蒸汽过热段最高操作温度860导管组件∮3.3/5.5×16主体材质DIN1.7335/DIN2.5848气体返向室组件3.82/6.0×12气化炉及激冷管:ID2300/D1019×24700废热锅炉组件p3.54×4013.5管:ID1432×12300由表1可以看出,四个组件均为超宽(高)超主要规格/m气体返向室1D731122废热锅炉:ID1783×(19450+19100)重的运输大件,存在一定的运输难度,但通过尽量减少陆路运输,凭借水路运输可运至现场。4结语由于气化反应器、导管、气体返向室及废热锅煤气化是“煤代油”、“煤制油”等制取合成气炉在操作时是一连通的整体,因此必须在现场进工艺的关键步骤,从我国能源结构和能源安全的行组焊。现场组焊有3条环焊缝(俗称为“黄金焊角度缝”),见图1,它们分别是:成氨中国煤化工气化技术以满足合黄金焊缝a:气化反应器组件与导管组件之技CNMH干煤粉气化工艺而干煤粉气化炉作间的焊缝;为煤气化工艺的核心设备,与其他形式的气化炉黄金焊缝b:导管组件与气体返向室组件之相比,其技术具有显著的特点。