郭丹
【摘 要】Author has briefly described the category and feature for ordinarily used gasifier in chemical engineering of coal;has introduced the main equipment and material of Shell gasification plant; has analyzed the process and equipment features for Shell gasification plant and its technical management gist; has presented the solution scheme for common problems of Shell gasifier.%简述了煤化工常用气化炉的分类及特点；介绍了壳牌气化炉的主要设备和材料；分析了壳牌气化炉的工艺及设备特点及其技术管理要点；提出了壳牌气化炉常见问题的解决方案。
【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】4页(P29-32)
【关键词】煤气化炉;壳牌气化炉;设备特性;技术管理 【作 者】郭丹
【作者单位】贵州天福化工有限责任公司，贵州 福泉 550501
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ545
煤气化是煤炭清洁高效利用和煤化工的起点，也是煤炭清洁高效综合利用最重要的单元技术，而整个单元又以煤气化炉为核心设备。煤制合成氨、煤制甲醇、煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等现代煤化工技术和IGCC技术都是以煤气化为核心单元，以气化炉为中心。随着世界能源格局的变化，以及现代煤气化技术的发展，大规模煤气化技术作为一种高效、洁净的煤转化技术日益受到重视，广泛用于合成化学品和制气等众多领域。煤气化炉的设计、制造、安装、运行管理对煤气化项目的成败起着至关重要的作用。在对常用煤气化炉型进行介绍的基础上，笔者着重对当前技术先进的气流床壳牌煤气化炉的设备特性和技术管理进行分析。
1 煤气化炉分类
煤气化炉的分类［1］，也是煤炭气化技术的分类，一般按气化炉的化学工程特征和反应器形式进行分类。气化炉的形式在很大程度上影响煤炭的转化效率和产品的制造成本，采用高效、低耗、低污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要前提，其中气化炉便是工艺的核心，可以说气化工艺的发展是随着气化炉的发展而发展的，为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，改善环境，新一代煤气化技术的开发总的方向:①气化压力由常压向中高压(8.5 MPa)发展;②气化温度向高温(1 500～1 600℃)发展;③气化原料向多样化发展;④固态排渣向液态排渣发展。当前煤气化炉主要有3种类型:固定床、流化床、气流床。
1.1 固定床气化炉
固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本保持不变，因而称为固定床气化。另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的炉渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化炉内缓慢往下移动，因而又称为移动床气化。
固定床气化的特性是简单、可靠。固定床气化炉常见有间歇式气化炉(UGI)和连续式气化(
鲁奇Lurgi)炉2种。闪歇式气炉用于生产合成气时采用无烟煤或焦炭为原料，以降低合成气中甲烷含量，由于能耗和排放指标等因素，此类炉型逐步淘汰;固定床连续式气化炉，20世纪80年代鲁奇公司和英国煤气公司对其改进开发了液体排渣气化炉(BGL)，该炉型特点是气化温度较高，灰渣成熔融态排出，合成气质量较好，能形成多种中间产品，目前以褐煤为原料的装置较多采用此种炉型。 1.2 流化床气化炉
流化床气化炉常见有温克勒(Winkler)、灰熔聚(U-Gas)、循环流化床(CFB)、加压流化床(PFB是PFBC的气化部分)等炉型。
循环流化床气化炉(CFB)使用水蒸气和氧气作气化剂，气化比较完全，气化强度是移动床的2倍，炉底排渣中含碳2%～3%，气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入原料的40倍。CFB气化炉基本是常压操作。灰熔聚煤气化炉以小于6 mm粒径的干粉煤为原料，用空气或富氧、水蒸气作气化剂，粉煤和气化剂从气化炉底部连续加入，在炉内(1 050～1 100℃)的高温下进行快速气化反应，被粗煤气夹带的未完全反应的残炭和飞灰，经两级旋风分离器回收，再返回炉内进行气化，从而提高了碳转化率，使灰中含碳量降低到1
0%以下，排灰系统简单。
1.3 气流床气化炉
气流床气化炉是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类，Texaco、多元料浆、壳牌、科林、航天炉、五环炉等具有代表性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度1 350～1 400℃;后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在1 500～1 600℃高温下气化，炉渣经水淬以熔渣形式排出。煤粉随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤粉高速运动，运动过程中进行着煤粉颗粒的气化反应。这种运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。
2 壳牌气化炉结构特性及工艺特点
2.1 结构和材料
气化关键设备由气化炉、输气管和合成气冷却器组成［2］。主要包括99台(套)设备。气化炉包含设备见表1，气化炉主要部件使用材料见表2。气化炉总体结构由外壳和内件构成。外壳承受静压力，内件形成气化空间、炉渣收集空间、气体输送通道和保护屏，并在合成
气冷却器部分的圆筒保护屏内设置必需的传热面。其中在气化炉内设有气化空间、渣池和激冷段;合成气冷却器内设有2段蒸发器。为了使煤粉气化和气体冷却过程得到有效控制，并对设备的压力壳体进行有效保护，内件的基本型式为膜式水冷壁结构。气化炉、输气管、合成气冷却器外壳直径及其长度尺寸是由气化空间、输气管内件尺寸、合成气冷却器传热面积的设置要求和内件的布置，安装、维护的需要确定的。内件与压力壳体之间留有750 mm的环形空间以便于气水管线的进出;便于分配器、集气箱的布置以及内件的组装焊接;便于无损检测以及对内件进行定期维修。合成气冷却器采用性能可靠的恒力吊进行浮动支撑，以适应设备热膨胀要求。
表1 气化炉包含设备?
表2 气化炉主要部件使用材料序号功能段 位号 部件名称 材料 备注1 气化段 V1301 裙座 SA387GR11CL2 1段V1301 壳体 SA387GR11CL2+CuRon-130RGM 3、4、5段SA387GR11CL2+INCOLOY825 1、2段V1401 渣池2.485 8
续表序号功能段 位号 部件名称 材料 备注热裙2.485 8挡渣屏 1.733 5+SiC75P 6段E1320 反应段膜式壁 1.733 5+SiC75P 2 急冷段 V1301 急冷段外壳 SA387GR11CL2+CuRon-130
RGM急冷区 2.485 8 E1301 急冷管(中压蒸发器) 1.733 5 3 输气管段 V1302 输气管段外壳 SA387GR11CL2+CuRon-130RGM 7段E1302 输气管(中压蒸发器) 1.733 5+RCAA-22S 4 气体返回段 V1302 气体返回段外壳 SA387GR11CL2+CuRon-130RGM 8、9段E1303A 气体返回段(中压蒸发器) 1.733 5 5 合成气冷却段 V1302 合成气冷却器 SA387GR11CL2+CuRon-130RGM 10～13段壳体 SA387GR11CL2+304L E1306 中压蒸汽过热器 1.455 8 E1303B 中压蒸发器 1.733 5 E1303C/D 中压蒸发器1.733 5
2.2 设备特性
(1)气化炉需承受高温高压，通过设备壳体来承压、内件来换热使得气化炉能够在4 MPa、1 600℃的高温高压下运行，为煤炭的转化提供了良好的工艺条件。
(2)气化炉运行时，气化反应段膜式壁固化的熔渣层能够对气化炉内壁起到保护作用，防止炉壁受到熔渣的侵蚀，达到“以渣抗渣”的效果。熔渣层还能够应对热负荷的波动，当气化炉热负荷波动时，熔渣层会熔融减薄或冷却增厚。
(3)气化炉设备结构复杂，煤气化关键设备气化炉、输气管和合成气冷却器在煤气化框架上
呈“门字形”连成一体(钢性连接)，3台设备共有200多个管口，设备结构和受力情况复杂，对材料要求高，内件组装对外壳接管标高及方位要求极为严格，设计、制造、运输、组装和吊装难度都很大。
煤气化技术
(4)气化炉煤烧嘴设计采用径向小角度安装，使煤粉喷入反应器后产生气流场，再加上气化炉上部的合成气冷激，为气化和渣分离提供了良好的工艺环境。
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