气化装置主要设备介绍解读

一、气化炉

1、气化炉描述

本装置使用3台多元料浆加压气化炉（两开一备）。

气化炉是以氧气为气化剂对多元料浆进行加压气化，制取合成甲醇原料气的关键设备。该设备的主要功能是制取粗合成气：一氧化碳（CO）和氢气（H2）。由煤浆制备工序来的水煤浆与空分工序来的氧气在气化炉顶部的特殊喷嘴混合、并在气化炉燃烧室内燃烧（反应温度达~1400℃），产生高温煤气和熔渣。这些反应物在反应压力的作用下，顺着燃烧室下部的中心管（浸液管）向下到下半部急冷室中的急冷水液面以下一定位置，将气体冷却并顺着急冷室中设置在中心管外的套管（通风管）与中心管的环形流道向上流出，进入急冷室上部的气相空间并由急冷室上部的急冷气出口输送到后续工序。燃烧室内产生的高温煤气在急冷室中与急冷水直接接触、冷却后，形成了～253℃的饱和水煤气，为变换提供符合要求的反应气；而与此同时，燃烧室产生的高温熔渣在急冷室下部的水中冷却、向下部沉淀，并及时经直联在急冷室下部的破渣机进行破碎、定时由破渣机下部的锁斗排放到渣水处理工序。

气化炉分为上下两个部分，上部为燃烧室，下部为激冷室。燃烧室由钢壳和耐火衬里两部分组成，钢壳内径φ2800，厚88mm，采用单层卷板结构，球形封头，开孔接管一律采用厚壁管加强。气化炉燃烧室高温段壳体内衬为总厚约559mm的耐火材料，顶部喷头入口处（封头）的衬层随温度的减弱适当减薄。耐火衬里由高铬刚玉砖、低铬刚玉砖、低硅刚玉砖、刚玉浇注料、高铝型硅酸铝纤维针刺毯等组成。配比好的多元料浆和氧气通过顶部烧嘴喷入燃烧室内，在高温高压下发生气化反应，生成合成甲醇所需的高温原料气，在反应压力的作用下，高温原料气和熔渣通过燃烧室的下锥口进入激冷室内，与激冷水充分接触冷却后产生的激冷气通过激冷室上部设置的激冷气出口排出，产生的黑水和炉渣通过激冷室下部设置的排渣口进入锁斗，定期排放。由于反应后的高温原

料气中含有SO2和SO3，在水相中产生SO42-根离子等，在内应力的作用下有较强的腐蚀性，故本设备激冷室的壳体内壁须考虑防腐蚀措施。

主要工艺参数如下：容器类别：三类

结构材料：

燃烧室壳体：SA387Gr11CL2

激冷室壳体：SA387Gr11CL2+316L

燃烧室接管及法兰：SA182F11CL2

燃烧室大型锻件：SA336 F11CL2

激冷室接管及法兰：SA182F11CL2+316L

激冷室大型锻件：SA336 F11CL2+316L

燃烧室内衬：高铬刚玉砖+低铬刚玉砖+低硅刚玉砖+刚玉浇注料+高铝型硅酸铝纤维针刺毯

气化炉关键材料的选择

气化炉为气化工段的关键设备，燃烧室内介质为高温高压，且具有易燃易爆的特点。选择气化炉壳体用的钢板应充分考虑设计压力、设计温度、介质特性和操作特点、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。选择气化炉燃烧室的内衬除了考虑炉压、操作温度、工艺气体的变化外，还应考虑原料中的微量金属对耐火材料的影响。

气化炉壳体（特别是燃烧室壳体）处在高温、较高的压力下的氢腐蚀环境下，故设计中选用了耐温、抗氢性能良好的1.25Cr-0.5Mo-Si钢。气化炉燃烧室壳体材料为SA387Gr11CL2，激冷室壳体材料为SA387Gr11CL2+316L堆焊，SA387Gr11CL2需考虑从国外采购。

考虑本设备的安全性和同类设备的使用经验，燃烧室的腐蚀裕度取6mm，激冷室腐蚀裕度取3mm。

虽然在燃烧室下部插入急冷室下部液面中的中心管的内侧上部设有多个急冷水喷嘴，用于初步降低燃烧室下来的高温气、渣混和物。但该处的温度仍然很高，再加上高温下的湿H2S腐蚀使得常用的不锈钢无能为力。根据同类设备的使用经验，本设备中心管及其上部的急冷水喷头均采用镍基合金Incoloy825。

2、气化炉介绍

气化炉是气化装置的关键设备，氧气和多原料浆在炉内迅速雾化比发生部分氧化反应，放出大量的热，生成以CO+H2为主的高温煤气，经不激冷降温和初步除尘后的煤气与被气化的水蒸气一起离开气化炉。

1）、燃烧室

燃烧室是一个衬有耐火材料的钢制容器，它用来通过非催化的燃烧反应来产生煤气。

A、耐火材料炉衬

燃烧室反应温度约翰逊1400°C左右，为了保护气化炉壳体免受高温的损坏并减少反区的热量损失，炉壳内壁设置了三层耐火材料的隔热层，参见附图

a、向火面砖：高铬砖Cr203（Cr203：86%）

炉衬中最内层砖直接与高温气体接触，为此采用高铬砖。炉膛拱顶、筒体、锥部三部位向火面砖各自独立，可以局部更换。

b、支撑砖：高铝砖（Al203：87%，Cr203：12%）

支撑砖位于向火面砖之后，即绝热又可以支撑拱顶的向火面砖当

更换筒体的向火面砖时，拱顶向火面砖不受影响。支撑砖使用寿命长，若操作正常一般不换。

c、隔热层

隔热层是炉衬的最外层，最接近炉壳体，环境温度低，采用隔热效果好的轻质铝砖可降低炉壳壁温度，提高炉壳的强度。

在气化炉露体顶部、底部及颈部的形状不规则，这些部位需填充高纯度的铝系耐火混凝土。气化炉长时间停炉时，必须进行向火面砖各减薄状况的测量并建立档案，作为计划更换向火面砖的重要依据。

B、炉壁表面测温系统

为了预防工艺烧嘴出现的偏喷或因炉内过氧等原因引起烧熔耐火衬里，甚至烧穿炉壁的恶性事故，在气化炉燃烧室壳体表面上铺设了一层表面壁温热电偶。测温热敏元件包在合成管内，合成管线成U 形紧贴在壳体表面，并分成若干个区域。

C、炉堂高温热电偶

多原料浆在高温高压下进行气化反应，在目前间接测量温度的技术尚未完全开发成功的情况下，直接测量温度技术仍然是检验反应温度主要手段。燃烧室壳体上有两对测炉温的热电偶，分别监视测量燃烧室中部温度。操作人员根据热电偶指示的温度，采取调节氧煤比的方法来控制炉温。

由于热电偶在此之后1400℃以上受熔渣的侵蚀，炉衬层热胀冷缩的剪切力，极易损坏。为了延长使用寿命，热电偶套管比炉衬层短50mm，头部缩进炉衬可减轻气流冲击及熔渣的侵蚀，但带来的后果是