气化炉讲座

冷激区分为两个功能区。 在第一区，经冷却的干净气体以约200℃ 的温度进行循环，并加入到气化炉出来的热 气流中。这股气叫循环气。 第二区即所谓的“高速冷却区”，是用 加压的合成气吹除积累在循环气出口附近的 煤渣。 由于存在湍流，两股气流在经过很长的激 冷管时得到了最充分地混合，混合后的温度 低于900℃。
输气管低部也有用耐热衬钉固定的陶 瓷耐火衬里。 激冷管、输气管都是独立的部件，有 不同的进气和排气管道，作为中压水/蒸汽 系统气体两个部分之间的连接，一方面要 求对流不能进入壳体内，另一方面，又要 求保证热膨胀，它们之间的连接由带膨胀 节密封的连接装置来完成。
2.3反向室
反向室由作为输气管道延伸部分的入 口支管和反向室主管组成，进来的合成气 在此被转向到合成气冷却器的受热面上。 反向室顶罩被设计成带冷却的蛇形管结构， 该冷却系统由循环系统的进料管和出料管 分别供给，这个顶罩在进行必要的检修时 可以拿开。 入口支管、反向室主管和顶罩由铁素 体钢管水冷壁制成，结构为翅片列管式， 组成中压水/蒸汽回路的部分 。
气化炉的所有冷却结构与中压水蒸汽回路 构成一个整体，这是有必要的，因为高温流会 引起大的温度梯度，因此所引起的次应力只能 由铁素体钢管解决。为了能够严格控制较为敏 感的铁素体钢材料（13CrMo44即1.25Cr0.5Mo） 的高温腐蚀的影响，需选用温度足够低的一套 冷却系统。
气化炉底部示意图
2.2冷激区、冷激管和输气管
气化炉内件
气化炉内件
在气化炉操作过程中，由于陶瓷材料良 好的耐温性及冷却膜壁，会形成一定厚度的 渣层，称为挂渣，覆盖内腔表面并且变得坚 硬。这个薄的渣层将保护炉子免受熔渣的影 响，熔渣在气化过程中形成，沿着内壁往下 走最后通过底部的开孔排出。 该开孔的底部又有一个锥体。在该锥体 与渣池内件之间设有热裙，这样可以保护压 力容器免受高温的损坏。热裙由特种“Ω”管 组成，形成一个平的内表面，使熔渣不易积 留。管子材质为13CrMo44,外径38mm,标准壁 厚8.0mm，腐蚀裕度5.0mm,
2.5清洁装置
气动操作的敲击器在要清洁的受热面上进 行脉动敲击，带粘性的沉淀物的受热面筒体被 声波加速到一定程度后，在受热面和沉淀物质 的不同惯性作用下，沉淀物被抖落下来。 敲击作用需要的能量是由安装在压力容器 外部的气动敲击圆筒体提供。用氮气做动力。 通过压力密封和动力传送系统，送到受热面。 为防止因脉动传输对受热面可能引起的损坏， 把一带冷却装置的砧形板焊在受热面上。敲击 装置共有58个，分别由7个仪表控制台控制。
气 化 炉 框 架 设 备 布 置 图
二、气化炉系统的简介
在煤粉气化装置中，气化炉和合成气 冷却器通过输气导管、气体反向室连接在 一起成为整体，共用一个汽包。气化炉安 装标高35.8米，合成气冷却器安装标高 34.2米，安装后设备总高约50米。炉体和 合成气冷却器安装中心距为10米。气化炉 是固定支撑，由其裙座承担。合成气冷却 器是由10个恒力弹簧承担，弹簧安装标高 为55米。汽包安装在气化炉上方的平台上， 汽包中心线标高85.8米。
入蒸汽，并可副产5.5MPa中压蒸汽，同时 也增强了工艺操作强度（因为设计膜式水 冷壁时，考虑了超过设计条件的情况和操 作干扰）。另外，膜式水冷壁内衬有一层 耐火衬里，用“以渣抗渣”方式保护膜式 水冷壁不受侵蚀。与其它结构型式气化炉 相比，由于不需要耐火绝热层，使Shell粉 煤气化炉运转周期长，粉煤烧嘴操作寿命 长，可单炉运行，不需要备用炉，可靠性 高。
系统初步设定有15个人孔，266个管口。 约85％的管口需要堆焊高镍合金，以避免高 温对铁素体的腐蚀。
压力容器外壳内壁还有一层耐火衬里， 主要是用以保护容器在出现不可预见的热对 流时，免受局部温度提高的影响。厚度为 40mm，是用六角形格栅结构，也就是俗称的 龟甲网将其固定，其组成为：Al2O3，39%,SiO2 49%,Fe2O3 2%，最大使用温度1300℃，导热系 数0.56W/m*K(600℃)。这层耐火衬里的主要 作用是隔热。这一层耐火衬里在内件安装前 由外壳制造厂完成安装。
合成气冷却器总体结构为水管式，与气 化炉内件相似，均为膜式水冷壁的结构。 包括：膜式水冷壁、多层环束管、环形空 间和承压壳体。
合成气的冷却换热在多层环管束的管内 进行，合成气走管间，水/蒸汽走管内。多 层环管束共设置了三组，即中压蒸汽过热 器、中压蒸汽发生器Ⅱ、中压蒸汽发生器 Ⅰ，三组管束均可整体从合成气冷却器的 壳体内拆装。
2.6压力容器
气化炉、输气管、反向室和合成气冷却 器等压力容器壳体，采用低合金钢 SA387Gr.11CL.2制造，可能会因为低于露点 温度而引起的低温腐蚀的地方，如所有人孔、 接管和其它非受热联接处，均应有金属堆焊 层。可以大大地降低露点腐蚀的金属堆焊层 也用于受渣池影响的气化炉压力容器温度较 低的区域。
反向室主管
反向室支管
2.4合成气冷却器（废热锅炉）
合成气冷却器所有的受热面基本上为同一结 构。 受热面管束为翅片列管结构，并把它们挨个 焊在一起形成膜壁，膜壁内的水管为盘管式，形 成不同直径的园柱体，并嵌套在一起，由支撑结 构固定，允许每个圆柱体向下的自由膨胀。
受热面管束由外部圆柱体所环绕，即所谓的 水冷壁受热面，这个圆筒体的直径与反向室主管 的相同，水冷壁受热面一直延伸到合成气冷却器 的整个长度，与反向室以搭接接头进行连接。
2.7压力容器壁温监测系统
在压力容器外壳的有些位置上安装表面 温度监测系统，在如下位置如渣池，气化炉 下段封口处，输气管，合成气上段封口处。
激冷器结构示意图
激冷区采用高合金奥氏体钢，而激冷 管则采用铁素体钢。激冷管设计成膜壁式 冷却系统组成的循环管，激冷管与中压水 /蒸汽的系统都采用翅片列管式结构。 激冷管下游的延伸部分即输气管，是 由一段冷却弯管和一段冷却直管组成。输 气管水冷壁为MP蒸汽系统的一部分，并用 铁素体材料的超1CL2, 最大壁厚约95mm，最大内径4630 mm。 其下端为半球形封头。这两项指标也是 对国内压力容器制造厂装备的主要考核 内容，一是卷板能力，二是锻压机能力。
承压外壳在制造厂的制造按其内件 的交货状态及组装要求分四段进行，即 气化炉本体组件、输气管组件、气体反
向室组件及合成气冷却器组件。在制造厂进 行组装完成后，四段的最大主要尺寸及组装 重量如下表：
组件名称 气化炉本体组件 输气管本体组件 最大主体尺寸 m Ф 4.82×31/5.8 内件重量 （吨） 88.0 17.5 组装后重 （吨） 510.0 95.0
Ф 3.3×16/5.0
Ф 3.82×12/7.5 Ф 3.54×40/Ф 5.0
气化炉按流态排渣炉的原理进行操作。 为了确保流态排渣，气化炉内腔有一层用高 耐热钢衬钉衬起的导热陶瓷耐火衬里。衬钉 材质为25Cr20Ni。衬钉密度较大，达到2500 柱/m2。 陶瓷耐火衬里，厚度为14mm，；其 组成为：Al2O3 18%、SiO2 3%、Fe2O3 0.2%、 SiC 74%，导热系数3.85W/m*K(500℃)。最 大使用温度1400℃ 。这层衬里的主要成份 是SiC，碳化硅的特点是：硬度大（HV 2.5MPa），导热系数大（导热性能好）和线 膨胀系数小（不易开裂）。
气化炉内件的总体结构为水冷壁型式， 主要由受热面（膜式水冷壁）环形空间及承 压壳体组成。承压壳体设计压力为5.2 MPa ， 设计温度350℃。用沸水冷却的水冷壁安装 在壳体内，气化过程实际发生在膜式水冷壁 围成的腔内，气化压力由承压炉体承受。在 膜式水冷壁与承压炉体之间的是环形空间， 主要用于放置容纳水/蒸汽的输入/输出管线 及集箱管、分配管，另外，环形空间也便于 管线的连接安装及其以后的检修与检验。膜 式水冷壁提高了气化炉的效率，不需额外加
气体反向室组件
合成气冷却器
15.0
136.5
245.0
540. 0
由上表可以看出，该四段组件均为超宽 （高）超重的大件，在运输和吊装上有很大的 难度。经现阶段的初步调查，尽管存在的运输 难度，但通过尽量减少陆路运输，凭借水路运 输可运输至现场。 由于气化炉本体、输气管、气体反向室及 合成气冷却器在操作时是连通的整体，因此必 须在现场进行组焊及安装，现场组焊设置有3 条环焊缝（黄金焊缝）。岳阳洞氮合资公司的 气化炉起吊方案已由兰州院制定，准备租用国 外1250吨可拆式吊车进行吊装。
一、概述
安庆石化壳牌煤气化项目的关键设备― 气化炉及其合成气冷却器（废热锅炉）为 Shell公司的专有技术，其设计由Shell公司 的分部德国SEG公司承担，内件供货由 Shell公司指定的西班牙BBE公司承担；承 压炉体的基础设计由SEG完成，兰州院承 担承压炉体的详细设计，由国内制造厂完 成承压炉体的制造和内件组装。
带密封装置的连接
从顶部往下看，受热面管束包括如下部
分： ——中压过热器； ——中压蒸发器Ⅱ； ——中压蒸发器Ⅰ，并分为两件管束。 中压过热管束为整体翅片管式，由高合金 钢制成，两台中压蒸发器管束和环绕壁受热面 由铁素体钢制成，为翅片管式结构。
所有的管束有各自的水/蒸汽回路及各自 的连接管线。
合成气冷却器内件
2.1气化炉本体
气化炉反应器膜壁为翅片管构造的冷 却圆筒式结构。翅片管材质为13CrMo44,外 径38mm,标准壁厚7.1mm，腐蚀裕度5.0mm, 该圆筒形结构的上部有一个锥体通往激冷 区，其下部也连着一个锥体作为燃烧室的 底部。锥体内有中心开孔，供熔渣下落时 通过。筒体下半部均匀分布着4个烧嘴口， 各烧嘴口设有带冷却的保护器。