化肥煤氣化關鍵設備氣化爐Tuesday,October14,2003一、概述

安慶石化殼牌煤氣化項目的關鍵設備―氣化爐及其合成氣冷卻器（廢熱鍋爐）為Shell公司的專有技術，其設計由Shell公司的分部德國SEG公司承擔，內件供貨由Shell公司指定的西班牙BBE公司承擔；承壓爐體的基礎設計由SEG完成，蘭州院承擔承壓爐體的詳細設計，由國內制造廠完成承壓爐體的制造和內件組裝。氣化爐框架設備布置圖二、氣化爐系統的簡介

在煤粉氣化裝置中，氣化爐和合成氣冷卻器通過輸氣導管、氣體反向室連接在一起成為整體，共用一個汽包。氣化爐安裝標高35.8米，合成氣冷卻器安裝標高34.2米，安裝后設備總高約50米。爐體和合成氣冷卻器安裝中心距為10米。氣化爐是固定支撐，由其裙座承擔。合成氣冷卻器是由10個恒力彈簧承擔，彈簧安裝標高為55米。汽包安裝在氣化爐上方的平臺上，汽包中心線標高85.8米。

氣化爐內件的總體結構為水冷壁型式，主要由受熱面（膜式水冷壁）環形空間及承壓殼體組成。承壓殼體設計壓力為5.2MPa，設計溫度350℃。用沸水冷卻的水冷壁安裝在殼體內，氣化過程實際發生在膜式水冷壁圍成的腔內，氣化壓力由承壓爐體承受。在膜式水冷壁與承壓爐體之間的是環形空間，主要用于放置容納水/蒸汽的輸入/輸出管線及集箱管、分配管，另外，環形空間也便于管線的連接安裝及其以后的檢修與檢驗。膜式水冷壁提高了氣化爐的效率，不需額外加入蒸汽，并可副產5.5MPa中壓蒸汽，同時也增強了工藝操作強度（因為設計膜式水冷壁時，考慮了超過設計條件的情況和操作干擾）。另外，膜式水冷壁內襯有一層耐火襯里，用“以渣抗渣”方式保護膜式水冷壁不受侵蝕。與其它結構型式氣化爐相比，由于不需要耐火絕熱層，使Shell粉煤氣化爐運轉周期長，粉煤燒嘴操作壽命長，可單爐運行，不需要備用爐，可靠性高。

合成氣冷卻器總體結構為水管式，與氣化爐內件相似，均為膜式水冷壁的結構。包括：膜式水冷壁、多層環束管、環形空間和承壓殼體。

合成氣的冷卻換熱在多層環管束的管內進行，合成氣走管間，水/蒸汽走管內。多層環管束共設置了三組，即中壓蒸汽過熱器、中壓蒸汽發生器Ⅱ、中壓蒸汽發生器Ⅰ，三組管束均可整體從合成氣冷卻器的殼體內拆裝。

氣化爐外殼材質為SA387Gr11CL2,最大壁厚約95mm，最大內徑4630mm。其下端為半球形封頭。這兩項指標也是對國內壓力容器制造廠裝備的主要考核內容，一是卷板能力，二是鍛壓機能力。

承壓外殼在制造廠的制造按其內件的交貨狀態及組裝要求分四段進行，即氣化爐本體組件、輸氣管組件、氣體反向室組件及合成氣冷卻器組件。在制造廠進行組裝完成后，四段的最大主要尺寸及組裝重量如下表：組件名稱最大主體尺寸m內件重量（噸）組裝后重（噸）氣化爐本體組件Ф4.82×31/5.888.0510.0輸氣管本體組件Ф3.3×16/5.017.595.0氣體反向室組件Ф3.82×12/7.515.0245.0合成氣冷卻器Ф3.54×40/Ф5.0136.5540.0

由上表可以看出，該四段組件均為超寬（高）超重的大件，在運輸和吊裝上有很大的難度。經現階段的初步調查，盡管存在的運輸難度，但通過盡量減少陸路運輸，憑借水路運輸可運輸至現場。

由于氣化爐本體、輸氣管、氣體反向室及合成氣冷卻器在操作時是連通的整體，因此必須在現場進行組焊及安裝，現場組焊設置有3條環焊縫（黃金焊縫）。岳陽洞氮合資公司的氣化爐起吊方案已由蘭州院制定，準備租用國外1250噸可拆式吊車進行吊裝。2.1氣化爐本體

氣化爐反應器膜壁為翅片管構造的冷卻圓筒式結構。翅片管材質為13CrMo44,外徑38mm,標準壁厚7.1mm，腐蝕裕度5.0mm,該圓筒形結構的上部有一個錐體通往激冷區，其下部也連著一個錐體作為燃燒室的底部。錐體內有中心開孔，供熔渣下落時通過。筒體下半部均勻分布著4個燒嘴口，各燒嘴口設有帶冷卻的保護器。

氣化爐按流態排渣爐的原理進行操作。為了確保流態排渣，氣化爐內腔有一層用高耐熱鋼襯釘襯起的導熱陶瓷耐火襯里。襯釘材質為25Cr20Ni。襯釘密度較大，達到2500柱/m2。陶瓷耐火襯里，厚度為14mm，；其組成為：Al2O318%、SiO23%、Fe2O30.2%、SiC74%，導熱系數3.85W/m*K(500℃)。最大使用溫度1400℃。這層襯里的主要成份是SiC，碳化硅的特點是：硬度大（HV2.5MPa），導熱系數大（導熱性能好）和線膨脹系數小（不易開裂）。

氣化爐內件氣化爐內件

在氣化爐操作過程中，由于陶瓷材料良好的耐溫性及冷卻膜壁，會形成一定厚度的渣層，稱為掛渣，覆蓋內腔表面并且變得堅硬。這個薄的渣層將保護爐子免受熔渣的影響，熔渣在氣化過程中形成，沿著內壁往下走最后通過底部的開孔排出。該開孔的底部又有一個錐體。在該錐體與渣池內件之間設有熱裙，這樣可以保護壓力容器免受高溫的損壞。熱裙由特種“Ω”管組成，形成一個平的內表面，使熔渣不易積留。管子材質為13CrMo44,外徑38mm,標準壁厚8.0mm，腐蝕裕度5.0mm,

氣化爐的所有冷卻結構與中壓水蒸汽回路構成一個整體，這是有必要的，因為高溫流會引起大的溫度梯度，因此所引起的次應力只能由鐵素體鋼管解決。為了能夠嚴格控制較為敏感的鐵素體鋼材料（13CrMo44即1.25Cr0.5Mo）的高溫腐蝕的影響，需選用溫度足夠低的一套冷卻系統。

氣化爐底部示意圖2.2冷激區、冷激管和輸氣管

冷激區分為兩個功能區。在第一區，經冷卻的干凈氣體以約200℃的溫度進行循環，并加入到氣化爐出來的熱氣流中。這股氣叫循環氣。第二區即所謂的“高速冷卻區”，是用加壓的合成氣吹除積累在循環氣出口附近的煤渣。

由于存在湍流，兩股氣流在經過很長的激冷管時得到了最充分地混合，混合后的溫度低于900℃。

激冷器結構示意圖

激冷區采用高合金奧氏體鋼，而激冷管則采用鐵素體鋼。激冷管設計成膜壁式冷卻系統組成的循環管，激冷管與中壓水/蒸汽的系統都采用翅片列管式結構。激冷管下游的延伸部分即輸氣管，是由一段冷卻彎管和一段冷卻直管組成。輸氣管水冷壁為MP蒸汽系統的一部分，并用鐵素體材料的超“Ω”管制成。

輸氣管低部也有用耐熱襯釘固定的陶瓷耐火襯里。激冷管、輸氣管都是獨立的部件，有不同的進氣和排氣管道，作為中壓水/蒸汽系統氣體兩個部分之間的連接，一方面要求對流不能進入殼體內，另一方面，又要求保證熱膨脹，它們之間的連接由帶膨脹節密封的連接裝置來完成。2.3反向室

反向室由作為輸氣管道延伸部分的入口支管和反向室主管組成，進來的合成氣在此被轉向到合成氣冷卻器的受熱面上。反向室頂罩被設計成帶冷卻的蛇形管結構，該冷卻系統由循環系統的進料管和出料管分別供給，這個頂罩在進行必要的檢修時可以拿開。入口支管、反向室主管和頂罩由鐵素體鋼管水冷壁制成，結構為翅片列管式，組成中壓水/蒸汽回路的部分。反向室主管反向室支管

2.4合成氣冷卻器（廢熱鍋爐）

合成氣冷卻器所有的受熱面基本上為同一結構。受熱面管束為翅片列管結構，并把它們挨個焊在一起形成膜壁，膜壁內的水管為盤管式，形成不同直徑的園柱體，并嵌套在一起，由支撐結構固定，允許每個圓柱體向下的自由膨脹。受熱面管束由外部圓柱體所環繞，即所謂的水冷壁受熱面，這個圓筒體的直徑與反向室主管的相同，水冷壁受熱面一直延伸到合成氣冷卻器的整個長度，與反向室以搭接接頭進行連接。帶密封裝置的連接

從頂部往下看，受熱面管束包括如下部分：

——中壓過熱器；

——中壓蒸發器Ⅱ；

——中壓蒸發器Ⅰ，并分為兩件管束。

中壓過熱管束為整體翅片管式，由高合金鋼制成，兩臺中壓蒸發器管束和環繞壁受熱面由鐵素體鋼制成，為翅片管式結構。

所有的管束有各自的水/蒸汽回路及各自的連接管線。合成氣冷卻器內件

氣動操作的敲擊器在要清潔的受熱面上進行脈動敲擊，帶粘性的沉淀物的受熱面筒體被聲波加速到一定程度后，在受熱面和沉淀物質的不同慣性作用下，沉淀物被抖落下來。敲擊作用需要的能量是由安裝在壓力容器外部的氣動敲擊圓筒體提供。用氮氣做動力。通過壓力密封和動力傳送系統，送到受熱面。為防止因脈動傳輸對受熱面可能引起的損壞，把一帶冷卻裝置的砧形板焊在受熱面上。敲擊裝置共有58個，分別由7個儀表控制臺控制。

2.5清潔裝置

2.6壓力容器

氣化爐、輸氣管、反向室和合成氣冷卻器等壓力容器殼體，采用低合金鋼SA387Gr.11CL.2制造，可能會因為低于露點溫度而引起的低溫腐蝕的地方，如所有人孔、接管和其它非受熱聯接處，均應有金屬堆焊層。可以大大地降低露點腐蝕的金屬堆焊層也用于受渣池影響的氣化爐壓力容器溫度較低的區域。系統初步設定有15個人孔，266個管口。約85％的管口需要堆焊高鎳合金，以避免高溫對鐵素體的腐蝕。

壓力容器外殼內壁還有一層耐火襯里，主要是用以保護容器在出現不可預見的熱對流時，免受局部溫度提高的影響。厚度為40mm，是用六角形格柵結構，也就是俗稱的龜甲網