水煤浆水冷壁和耐火砖区别上课讲义

水煤浆水冷壁型气化炉和水煤浆耐火砖气化炉的比较

1.总说明

水煤浆水冷壁气化炉（清华炉）是清华大学在原耐火砖炉型上发展的一种新型气化炉，利用水冷壁代替耐火砖作为保护，首台示范装置于2011年8月22日在山西阳煤丰喜临猗公司一次投料成功，第一次运行创造了单炉安全连续运行140天的好成绩，创造了世界煤气化历史上第一次投料单炉无间断连续稳定安全运行的最长记录。

水煤浆耐火砖气化炉具有代表性的是GE公司的气化炉，以下就水煤浆耐火砖气化炉和水煤浆水冷壁气化炉两者的不同进行对比。

2.煤浆制备

煤浆制备两者区别不大，清华炉可以采用传统的制浆工艺，也可以采用和国家煤科院水煤浆工程中心合作的双峰级配技术（已经签订战略合作协议），煤浆浓度和传统的制浆工艺相比至少可提高3%以上。

3.气化工段

3.1气化炉燃烧室结构的比较

3.1.1耐火砖气化炉燃烧室

耐火砖气化炉燃烧室（见下图）由外壳和耐火砖组成，在气化炉外壳还安装有表面温度报警系统，当气化炉的耐火砖失效时，可以及时发现气化炉外壁超温情况。

气化炉反应室的内部形状是通过耐火砖的砌筑来实现的，在相同外壳直径条件下气化室内径较小。一般耐火砖分为三层。

向火面砖：向火面包括工艺烧嘴入口、气化炉拱顶、气化炉侧墙、气化炉锥底和出口。在需要的地方必须使用特殊形状的耐火砖，以使这些层能够紧密结合并保证高的抵抗力。向火面砖要求能自由膨胀，自立于托砖板上，砖与砖之间不能用凹凸台配合。通常采用含Cr2O3≥86%的耐火砖。

背衬砖：向火面砖的底层炉衬，紧靠向火面砖的后面，用于支撑拱顶砖的重量，自立于托砖架上。通常采用含Cr2O3≥12%的耐火砖。

隔热砖：超级耐用的绝热耐火砖组成的绝热层，用于降低气化炉金属外壳的温度。通常采用含Al2O3≥98%的耐火砖。

气化炉锥底砖一般运行4000~5000小时左右更换一次，换砖连同气化炉升降温的时间周期一般为20天；气化炉向火面砖一般运行10000小时左右更换一次，换砖时间连

同气化炉升降温的时间周期一般为60天。

目前，耐火砖气化炉烧嘴一般运行时间为50~80天左右需更换一次。

气化炉激冷室采用下降管、上升管结构。

耐火砖气化炉水冷壁气化炉

3.1.2水冷壁气化炉燃烧室

水冷壁气化炉燃烧室（见上图）由外壳和水冷壁内件两部分组成，气化炉外壳设置有炉壁测温点。

气化炉水冷壁分为三部分，分别为主水冷壁、上部盘管和渣口盘管。水冷壁内衬20～30mm的耐火材料，主要成分为SiC。

气化炉烧嘴一般运行时间为120天左右需更换一次。

气化炉激冷室采用无上升管，下降管喷水结构。

3.2水冷壁型清华炉和GE炉的主要对比：

（投煤量1500吨/天气化炉）

3.3工艺系统的比较

3.3.1气化炉的点火、投料

耐火砖气化炉点火和投料采用两个不同的烧嘴，预热烧嘴主要作用是将气化炉温升至800～1000℃，然后再更换工艺烧嘴投料。煤浆的燃烧主要依靠耐火砖的蓄热，投料后，反应历程为脱水分和挥发份→燃烧→气化，所以气化炉温度先降后升，经常发生炉内燃爆。

水冷壁气化炉点火和投料采用一个组合烧嘴完成，不需设置开工升温烧嘴，直接用工艺烧嘴将气化炉温度升至800℃后投料。投料时由于炉内有燃料气、氧气在进行燃烧，燃料气、氧气和煤浆混合后从喷嘴喷出，煤浆直接燃烧，气化炉温度立刻上升，不会发生炉内燃爆。

3.3.2燃料气系统

耐火砖气化炉在烘炉时，炉内为负压，燃料气压力一般在0.5MPa左右即可。水冷壁气化炉采用特殊的组合烧嘴升温点火形式，炉内压力为正压，投料时煤浆和氧气压力均在1.0MPa左右，所以燃料气压力也应保证在1.5MPa以上。

燃料气可选用天然气、液化气、驰放气等，可根据用户的具体情况选择合适的燃料

气气源。

3.3.3氮气系统

水冷壁气化炉和耐火砖气化炉对氮气系统的要求相同。

3.3.4锅炉水系统

水冷壁气化炉需增加和水冷壁相配套的设备，包括汽包和锅炉水循环泵，气化炉水冷壁系统和烧嘴冷却水系统共用一套锅炉给水系统。汽包中的锅炉水，通过锅炉水循环泵分别送入气化炉的水冷壁系统和烧嘴冷却水系统。

水冷壁气化炉正常开车期间，产生约≤3 t/h蒸汽，需要补充～3 t/h左右的锅炉水，锅炉水压力≥7.0MPa，温度≥104℃。可从锅炉母管直接引一根锅炉水管线。

3.3.5蒸汽

耐火砖气化炉在开车阶段开工抽引器需要消耗低压蒸汽，消耗量一般为5～10t/h，水冷壁气化炉由于采用正压升温、正压投料，不需使用开工抽引器。

水冷壁气化炉在开车阶段需要使用低压蒸汽对汽包和水冷壁进行升温，温度一般升至180℃左右，蒸汽消耗量一般为0.5～1t/h。

水冷壁气化炉正常开车期间，产生高于气化压力0.5MPa的饱和蒸汽，流量约3 t/h （蒸汽产量主要和炉温有关），此部分蒸汽可直接并入就近的工厂蒸汽管网。

2.3.6氮气（二氧化碳或驰放气）

水冷壁环隙需要充保护气体，可以充氮气、二氧化碳或驰放气等干燥气体，压力高于气化压力0.5MPa，流量约200Nm3/h。

3.4公用工程消耗对比

3.5存在的风险

3.5.1设备的风险

耐火砖气化炉存在的主要风险为气化炉炉壳超温，国内同类厂家曾出现过气化炉壳体鼓包、爆炸等事故。如鲁南化肥厂、淮南化肥厂、南京惠生、滕州凤凰等厂家。耐火砖气化炉发生的事故主要是由于耐火砖固有特征决定的。

水冷壁气化炉的炉壁温度比耐火砖炉的炉壁温度降低约100℃左右，且不存在串气想象，气化炉不会发生鼓包、爆炸等事故。

在设备安全方面，水冷壁气化炉比耐火砖气化炉有更好的安全性。水冷壁气化炉安全问题可控。

国内某厂GE气化炉更换封头

4.清华炉和GE气化炉相比主要有以下优势

4.1安全性好：

GE气化炉在开车和运行过程中，气化炉承压钢壳的温度在200℃以上，如果筑炉有问题或炉砖串气，就会发生炉壁超温的现象，严重时造成气化炉炉壳鼓包、爆炸（鲁