壳牌煤气化关键设备浅析.doc

一一!竺：!璺壁耋竺三皇堡竺型里垫查些堕!望叁笙主苎壳牌煤气化关键设备浅析 汪寿建 (中国五环化学工程公司，武汉430079)摘要壳牌粉煤气化是一种先进成熟的洁净煤气技术，该技术的关键设备是由气化炉、输气管和合成冷却器j三 大件组成。其中气化炉义是核心。壳牌粉煤气化T艺的优点是通过煤气化关键设备一气化炉、输气管和合成气冷却器等 进行安全可靠台理的配置反映出来。关键词壳牌煤气化关键设备组合却器副产蒸气，热能回收。1概 述3关键设备流程壳牌煤气化关键设备是由3大件组成，即气化炉，输气管和合成气冷却器。其中气化炉是核心。壳牌经备煤，空分和锅炉来的粉煤、氧气、蒸汽通过4 粉煤气化工艺的特点就是通过煤气化关键设备一气个燃烧喷嘴径向进入气化炉的气化区；粉煤、氧和蒸 化炉、输气管和合成气冷却器以及水冷膜式壁、内壁气在此快速反应部分氧化生成合成气。合成气中CO+ 挂渣、气化炉烧嘴、高温激冷排渣装置、安全可靠控制 H：成分大于90。气化炉水冷壁内衬有耐火泥材料， 等进行合理的配置反映出来的。防止气体超温、粗煤气中粉尘冲刷并冷却。合成气在 壳牌气化所用工艺物料(粉煤、氧气、蒸汽)通过喷气化炉上部激冷段被冷激后再通过冷激管、拱顶输 嘴径向进入气化炉。炉内气化区的温度约在1 400 气管、气体返混室自上而下通过合成气冷却器各换热1 600左右，粉煤、氧和蒸气在此快速反应生成合成 面元件。所有传热器回路，用水进行强制循环蒸发器 气。反应后的合成气在气化炉上部冷激段迅速被冷 副产蒸汽。冷却吹灰装置安装在十字形支撑架上，用 激，温度降至900。E左右后通过拱顶输气管、气体返混 氮气来吹除各圆筒形对流式传热器表面上的沉积灰 室从上向下经合成气冷却器回收热量。由于气化炉特 尘。排渣装置设计在气化炉下部，煤渣在此水池中被 殊设计从而保证了壳牌煤气化工艺指标的先进性并 水淬冷。为保护容器器壁，渣池水冷膜式壁和热保护 处于领先地位。 裙水冷膜式壁被安排在气化炉的下面，此处焊有销钉并衬有耐火泥，热保护裙膜式水冷壁靠近渣池。2关键设备组合4压力容器外筒煤气化关键设备3大件(气化炉、输气管和合成气冷却器)是由压力容器外筒和内件组成。壳体直径 气化设备外筒是由气化炉，拱顶输气管和合成 和尺寸可根据用户要求，和壳牌公司对气化炉反应空气冷却器3部分组成。压力容器壳体尺寸见表1所示。间、输气管通道尺寸及反应热回收传热西积及内件安表1 压力容器外筒尺寸装，维护需要来确定。外壳只承受静压力。气化炉内件形成气化空间，气化反应在此完成；炉渣收集空间，激 冷排除炉外；以及激冷空间，玲却合成气。所有内件均 用水冷膜式壁结构、气化炉内壁排渣保护。为使煤粉 气化和气体冷却过程得到有效控制，最后是合成气冷1522004中国煤炭力R-T-与综台和J用技术战略研讨会论文集压力容器壳体的设计压力46MPa，设计温度刻的关键部分气化反应段(温度1 4001 600mm耐热3430C，壳体由国内设计制造。由于该设备直径大、体 衬里，以防炉渣直接冲刷，降低热负荷；5)拱顶，输气 积重、设备开口多、钢性连接、偏心荷载大、结构复杂， 管采用n型异型管并在其下半部采用1420ram耐 为确保设备安全生产，在设计、选材、防腐、应力、结构热陶瓷衬里，以防颗粒较粗的灰份冲刷和降低此处的 等方面要采取措施：1)压务容器主体材料选用能抗氢 管子壁温及局部气流冲刷严重部分采用镍基合金堆 腐蚀的SA387CrlICI2材料；2)与湿气接触的压力壳焊或增加管子壁厚，换热丽的传热管留有较大的腐蚀 体(如气化炉底)采用SA387Crl 1C12+N08225复合 裕量。 板制作；3)与气体直接接触的合成气冷却器出口采用SA387Crl 1C12+304L复合板制作；4)其它与气体接 6气化炉触的压力壳体均采用40mm耐热衬里保护，以使压力容器得到一个安全备用反应时间，避免无法控制的操投煤量1 000 td的气化炉炉膛壳体内径约为 作失误(膜式壁破裂)造成局部快速升温；5)对无法进 书3 680，采用裙式支座支承。气化炉激冷管壳体内径 行衬里保护且可能存在的冷凝腐蚀的接管内壁堆焊 为巾2 500，靠过渡锥与(b3 680壳体相连。气化炉内 IG625防腐层；6)合成气冷却器采用性能可靠的恒力 件是由水冷膜式壁换热面构成，即管子一翅片一管子 吊进行浮动支承，以适应设备热膨胀要求。结构型式。水冷膜式壁换热面组成圆形通道内件。内 件表面采用1420mm耐热衬里保护。气化炉在首次5设备内件开车时进行炉壁挂渣保护措施操作，从而保护气化炉 外筒不超温并回收部分热量和防煤气冲刷，这是壳牌气化设备内件主要由气化炉、输气管和合成气冷煤气化的一个显著特点。气化炉内件分3段：气化段，却器内件组合而成。气化内件的设计压力为71MPa， 渣池段、激冷段，其中气化段由气化炉圆筒水冷膜式 设计温度为32712。表2给出了气化设备内件主要尺 壁传热面、锥形气化炉底水冷膜式壁传热面、锥形气寸。化炉顶，激冷底水冷膜式壁传热面、人孔冷却器传热面、喷嘴冷却锥传热面和吹灰器组成：渣池段由锥形表2气化设备内件设备尺寸渣池水冷膜式壁、圆筒形渣池热裙水冷膜式壁、喷水环和渣斗组成；冷激段由圆筒形膜式水冷膜式壁传热 面、正常冷激器和高速冷激器组成。7输气管输气管的作用是把气化炉和合成气冷却器有机 连接起来。从而使设备布置紧凑，煤气粉尘不堵塞。输 气管通过现场焊接的方法与气化炉和合成气冷却器 的气体返回室相连。输气管内件的主体结构则由圆筒 形水冷膜式壁传热面构成。为了保证气化设备内件使用寿命达到25a以上，8合成气冷却器在设备设计和制造等方面均采取多种形式的措施：1)内件与高温气体接触部分(包括对流管束)均采用冷却壳牌气化反应热的回收是通过合成气冷却器(废 效果较好的水冷壁结构；2)在充分考虑工艺介质和气 热锅炉)来完成的。该回收器的所有传热器回路，都是 流对主体材料换热管的影响，选用13CrM044材料；3) 用水进行强制循环，蒸发器副产高(中)压蒸汽。合成气 对渣池冷却段，考虑气氛潮湿和温度变化强烈，选用冷却器采用浮动式恒力支承结构，以适应设备操作过 高cr、Ni金属或镍基合金材料；4)对操作条件比较苛程中温度变化的要求。合成气冷却器内件主要由圆筒1532004中国煤炭加工与综合利用技术战略研讨会论文集形水冷膜式壁传热器、顶部水冷膜式壁、2组螺旋筒 “敲击系统”清除的。依靠敲击装置对积灰的冷却表 形蒸发器换热面元件和人口支管传热器组成。面进行突然的撞击，以保证有效的除灰。由于内件各 换热面附有煤灰，当水冷壁经过敲击装置的突然加速9中压蒸汽包撞击，受传热器和灰尘具有不同惯量的影响，从而除 去煤灰。此种除灰效果可通过传热器的特殊设计而得中压蒸汽包是气化关键设备，副产的蒸汽在此分 到加强，一方面将翅片管焊成一体，使管子周边较少 离。该设备的设计压力6OMPa，设计温度为277。容 形成环形沉积物的条件，另一方面将传热器圆筒自由 器内径巾2 000卧式布置。压力壳体采用16MnR材 悬挂，能像铃铛一样自由震动，不使煤灰沉积。气动敲 料制作。内部采用隔板将气包分成两个区，气化段所 击圆筒的敲击能量来源于气缸内活塞的突然加速并 产生蒸气直通气包小区其余部分所产生蒸汽进入大 通过活塞杆传递到传热器表面形成的冲击力。传热器 区。气包内件由旋风分离器和多7L板组成。带水的蒸 表面和敲击砧板此时是个无应力的整体。 汽通过旋风分离器的离心作用使水与蒸汽分离。蒸气通过多L板时，使其中夹带在蒸汽中的水与蒸汽进一12结7语步分离。综上所述，壳片煤气化的关键设备是气化炉、输10换热面元件 气管和合成气冷却器，其中气化炉又是核心。由于气化炉的特殊设计从而保证了壳牌煤气化工艺指标先 气化设备内件换热面元件基本上是由水冷膜式 进可靠。其主要工艺指标如表3所示。壁组成，即管子一翅片一管子结构型式或翅片管(包括n管)结构型式。各水冷膜式壁换热面组成圆形通表3壳牌粉煤气化工艺指标 道，管子为纵向排列。在合成气冷却器中各对流换热 面元件是悬挂在水冷膜式壁换热面元件的内侧，它们 的圆筒直径尺寸各不相同，一个圆筒套在另一个圆筒 中。各圆筒形换