新型水冷壁气化炉的制造特点
水冷壁气化炉技术综述
表 ２ Ｓｈｅｌｌ气 化 炉 工 业 化 情 况
３ ＧＳＰ气 化炉
３．１ 技 术特 点 气化 炉仅 设 １个 烧 嘴 ，即开工 烧 嘴 与煤 粉 烧 嘴
合 二 为一 。干煤 粉 以二 氧 化 碳 或 氮气 作 为载 体 ，与 氧气 、水蒸 汽通 过组 合单 烧 嘴顶 置下 喷进 入气 化 炉 ， 气 化炉 采 用水 冷壁 结 构 ，操 作 温 度控 制 在 １ ３５０～ １ ７５０℃ ，压 力 ３．０～ ４．０ ＭＰａ，煤 气 中 ‘ｐ（ＣＨ ）＜ ０．１ ，下 部设 激冷 室 。
第 ３期
水冷 壁 气化 炉技 术 综述
２１
水 冷 壁 气 化 炉技 术 综 述
葛 昊成 （上海 化 工研 究院 ，上海 ２０００６２）
摘 要 煤气 化 技术 可分 为 固定 床 、流 化床气 化 和气 流床 ，而气 流床 气 化又可分 为水 冷壁 型气化 炉 和耐 火砖 型气 化 炉 。梳理 了最新 国 内现存 水 冷壁 型气 化炉 的几 大技 术 ，分别对 其工 艺特 点作重 点介绍 ， 结合 各气 化技 术 在 国内 的应 用情 况 ，观察 煤化 工 在我 国的 发展 趋势 。 关键 词 ｌ水 冷壁 煤化 工 气化 炉
台其 他技 术 的耐火 砖 气 化 炉 ，现 正与 盈 德 清 大洽 谈 将 ２台耐火砖 气化 炉试 点改造 为第 二代 清华炉 。另 外 ，黑龙 江北 大荒农 业 股 份 有 限公 司浩 良河 分 公 司 也有 同样 将耐 火砖 气化 炉改造 为第 二代清华 炉 的意 愿 。
第二 代清 华炉 工业 化情况 见表 １。
２ 壳牌 粉 煤气 化 炉
２．１ 技术 特点
采 用竖 管 式水 冷 壁 、对 置 多烧 嘴 设 计 。 以纯 氧 作 气 化剂 ，干煤 粉经 氮 气 输送 通 过 ４个设 在 气 化 炉 下部 的烧 嘴喷入 气 化 炉 ，燃 烧 产 生 的煤 气 （约 １ ５００ ℃）在 气化 炉顶 部与循 环 压缩 机 循环来 气接触 ，激冷 至 ９００℃后 送废 热锅 炉 ，副产 中 、高压蒸 汽 。碳 转 化 率 可达 ９８ ～９９ ，气 化炉 设计 使 用 寿命 ２０年 ，烧 嘴设计 使用 寿 命 可达 ８ ０００ ｈＥ 。其 废 锅 流 程 能耗 接 近发 改委 “十 二五 ”煤炭深 加 工项 目的指标 的先进 值 ，且 现 已开 发 出下行 水激冷 流程 。
水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析
水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析首先，水煤浆水冷壁气化是一种将水煤浆喷入高温水冷壁炉膛中进行气化反应的技术。
与固定床气化相比，水煤浆水冷壁气化具有以下优点：1.煤种适应性强：水煤浆水冷壁气化可以处理各种不同种类、含灰量和含硫量的煤，具有较强的煤种适应性。
2.产气质量高：水煤浆水冷壁气化的产气质量好，气化效率高，煤气中的一氧化碳和氢气含量较高，对于后续的合成天然气、合成液体燃料等加工有利。
3.温度控制容易：水冷壁技术可以有效地控制气化反应的温度，提高反应的可控性和稳定性。
然而，水煤浆水冷壁气化也存在一些局限性：1.设备成本较高：水煤浆水冷壁气化需要高温和高压的反应环境，所以设备的制造和维护成本较高。
2.生产规模较小：由于设备复杂性和投资成本，水煤浆水冷壁气化尚处于发展初期，生产规模相对有限。
3.处理水煤浆的难度：水煤浆作为气化原料需要进行粉碎、干燥等处理，操作较为复杂。
固定床气化是一种将煤料在固定床中进行气化反应的技术。
与水煤浆水冷壁气化相比，固定床气化具有以下优点：1.技术成熟：固定床气化技术已经发展了几十年，成熟度高，设备和工艺稳定可靠。
2.适合大规模生产：由于技术成熟且设备简单，固定床气化适用于大规模煤气化项目。
3.研发投入较小：固定床气化技术相对较简单，所需的研究和开发投入相对较小。
然而，固定床气化也存在一些局限性：1.煤种适应性较差：固定床气化技术对于煤种适应性较差，一般需要选择相对纯净的炼焦煤进行气化。
2.热损失较大：固定床气化中存在大量的热损失，导致气化过程的热效率较低。
3.熔渣问题：在固定床气化过程中，煤中的灰分和矿物质会形成熔渣，容易造成设备堵塞和寿命缩短。
综上所述，水煤浆水冷壁气化和固定床气化在煤气化领域各具优势。
水煤浆水冷壁气化适用于小规模项目，能够处理不同种类和质量的煤，能够产生高质量的合成气。
而固定床气化适用于大规模生产，研发投入相对较小，但在煤种适应性和热效率等方面存在一些局限性。
各种气化炉型的比较
各种气化炉型的比较1.常压固定床间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术目前我国氮肥产业主要采用的煤气化技术之一，其特点是采用常压固定床空气、蒸汽间歇制气，要求原料为准 25～75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风放空气对大气污染严重，属于将逐步淘汰的工艺。
2.常压固定床无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术其特点是采用富氧为气化剂、连续气化、原料可采用?准 8～10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合用于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术进行改进。
3.鲁奇固定床煤加压气化技术主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气。
其产生的煤气中焦油、碳氢化合物含量约1%左右，甲烷含量约10%左右。
焦油分离、含酚污水处理复杂，不推荐用以生产合成气。
4.灰熔聚煤气化技术中国科学院山西煤炭化学研究所技术。
其特点是煤种适应性宽，属流化床气化炉，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状灰渣排出。
可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤、石油焦，投资比较少，生产成本低。
缺点是操作压力偏低，对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待进一步解决。
此技术适合于中小型氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5.恩德粉煤气化技术属于改进后的温克勒沸腾床煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料煤不粘结或弱粘结性，灰分<25%～30%，灰熔点高、低温化学活性好。
在国内已建和在建的装置共有13套22台气化炉，已投产的有16台。
属流化床气化炉，床层中部温度1000～1050℃。
目前最大的气化炉产气量为4万m3/h半水煤气。
缺点是气化压力为常压，单炉气化能力低，产品气中CH4含量高达1.5%～2.0%，飞灰量大、对环境污染及飞灰堆存和综合利用问题有待解决。
水煤浆水冷壁气化炉项目总结
（ Ｏ＋ ２体积分数 Ｉ７．％； Ｃ Ｈ） ＞ ９７ 碳转化率Ｉ９．％ ， ＞ ８０
比德 士古气化 炉提高 了 １５ 以上 ； 嘴 的使用 寿 ．％ 喷
命 ／６个月 。 ＞
３ 经济效益
水煤 浆水冷 壁气 化炉 与德 士古 气化 炉主要 技 术经 济指 标对 比数 据见表 １ 。
表 １ 水煤浆水冷壁气化炉与德 士古气化炉
白煤 末 ４个 煤 种 进行 了混 烧 ， 取 得 良好 的运 行 均
效果 ， 完全符合合成氨生产要求。距离山西阳煤
丰喜 肥业 （ 团 ） 份有 限公 司临猗 分公 司 ５ ｍ 集 股 ０ｋ 的河津 、 陆两 地 具有 丰 富的烟煤 资 源 ， 作为水 平 可
煤浆水冷壁气化炉装置 的原料煤。另外 ， 目前临
的垄 断 ， 形成技 术 领 先 并 具 有 我 国 自主知 识 产 权
提高气化炉温度 。气化炉操作温度由 １ ５ ０℃提 ３ 高至 １ ０ 拓宽了煤种使用范围 ， ０ｃ ５ Ｃ， 可以使用本
地 高灰 熔点 煤种 ， 原料 煤本 地化 提供 了条 件 。 为 （ ） 干 粉 加 压 进 料 相 比， 煤 浆 进 料 流 程 ３与 水 短 ， 料 压力 更 高 ， 需 使 用惰 性 载 气 ， 作 及控 进 无 操
ｆｒｔ ｒ ａｍｅ ｆ７ ０ ｔｏ ｏ ｌａ ｄ ｙ ｈａ ｈ ｏｌ ｗｉ ｇ ｃ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｏ ｈｅｔｅ ｔ ｎｔｏ ５ ｆｃ ａ ａ ｓｔ ｅ ｆｌｏ ｎ ｈａ ａ ｔｒｓｉｓ：ｓ ｐ ｌ ｆｏ ｙ ｅ ｎ ｓａ ｅ ｕ ｐ ｙ ｏ ｘ ｇ ｎ ｉ ｔｇ ｓ，ｕ ｅ ｓ ｏ ｔ ｒｃ ｏ ｅ ｌ ｎｓｅ ｄ ｏ ｅｒ ｃ ｏｙ ｂ ｉ ｋ ｉ ｈ ｇ ｓｆｅ ，ｓ ｏ ｔ ｆ ｗ ａ ｈ ｆ ｒ ｃ ａ － ｔ ｒ ｓｕ ｒ ｆｗａｅ — ｏ ｌｄ ｗａｌ ｉ ｔ ａ ｆｒ ｆａ ｔｒ ｒｃ ｓ ｎ ｔ ｅ ａ ｉ ｒ ｈ ｒ ｏ ｐ ｔ ｏ ｌｗａｅ ｌ ｒｙ ｉ ｌ ｏ
水冷壁式气化炉设计制造要点
水冷壁式气化炉设计制造要点张娈（苏州海陆重工股份有限公司， 江苏 张家港 215600）[摘 要] 介本文介绍了下行激冷的水冷壁气化炉的结构设计要点，以及制造过程中需要重点控制的技术环节。
[关键词] 下行激冷；水冷壁；气化炉；制造作者简介：张娈（1968—），女，陕西人，本科学历，高级工程师，现任苏州海陆重工股份有限公司副总工程师。
下行激冷的水冷壁气化炉采用干煤粉加压气流床气化技术，入炉原料煤为经过干燥、磨细后的干煤粉，干煤粉由气化炉顶部/上部进入，下行水激冷产生合成气，水冷壁回收热量产生中压蒸汽可用于发电或供热蒸汽，既扩大了煤种范围，又避免了定期更换耐火砖的麻烦，下喷直接激冷降低了设备造价，流程简单，激冷后合成气中的水蒸气也基本能满足后续工段变换使用，尤其适用于煤化工生产。
1 水冷壁式气化炉结构设计要点水冷壁式气化炉采用粉煤与氧气作用，生成含有高含量H 2和CO 的粗合成气，带渣的合成气下行，在激冷室中被冷却，一般由以下几部分组成：带支撑的压力外壳，中间支撑板，破渣机用连接法兰，多级温度计及激冷室内部的高合金堆焊层；内件包括：烧嘴座、水冷壁、渣口、带激冷环和雾化喷嘴的下降管、上升管、内部连接管道。
根据相应的气化炉技术专利，在气化炉顶部和/或上部设置烧嘴法兰口，用于固定烧嘴座。
由于此处采用耐高温的密封结构，在压力外壳的耐压试验中，可以使用费用相对较低的密封垫。
烧嘴座的法兰连接螺柱螺母采用拉伸器上紧，保证紧固。
在气化炉接近中间的位置设置中间支撑板，此支撑板的上部属于反应段，下部属于激冷段。
在支撑板上方设置人孔，用于调整水冷壁部件的装配对中、相应管道的组焊及气化段内部检查。
水冷壁的供水管路设有进出水集箱，分别与压力外壳相对应的进出水接管焊接，集箱通过各管头与水冷壁管子连接。
压力外壳耐压试验后及水冷壁预装前，在压力外壳反应段内部敷设耐火衬里，设置锚固钉用于固定耐火衬里，人孔的开孔采用可拆卸耐火材料插件填充，保护压力外壳免受热流影响。
壳牌下行水激冷气化技术的特点及工艺优化建议
作者简介:高㊀翔(１９８６ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事煤化工生产技术管理工作ꎻａｂ￣ｇａｏｘｉａｎｇ＠１６３.ｃｏｍ壳牌下行水激冷气化技术的特点及工艺优化建议高㊀翔ꎬ陈元哲(陕西长青能源化工有限公司ꎬ陕西宝鸡㊀７２１４００)㊀㊀摘㊀要:阐述了壳牌下行水激冷气化技术工艺流程ꎬ分析了壳牌下行水激冷气化技术的主要特点ꎬ并与其他典型粉煤气化工艺技术进行了对比ꎻ同时ꎬ针对壳牌下行水激冷气化技术潜在的问题提出了工艺优化的建议ꎮ㊀㊀关键词:壳牌ꎻ气化技术ꎻ水激冷ꎻ工艺流程㊀㊀中图分类号:ＴＱ５４６㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ｂ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:２０９６￣３５４８(２０１９)０９￣０００７￣０３㊀㊀煤气化装置作为现代煤化工产业链中的关键装置ꎬ具有投资大㊁可靠性要求高㊁对整个产业链经济效益影响大等特点[１]ꎮ目前国内外气化技术众多ꎬ各种技术都有其各自的特点和特定的适用环境ꎬ它们的工业化应用程度及可靠性不同ꎬ选择与煤种及下游产品相适宜的煤气化工艺技术是煤化工产业发展中的重要决策[２]ꎮ陕西长青能源化工有限公司二期９０万ｔ/ａ甲醇项目是以陕西宝鸡郭家河煤为原料ꎬ采用目前成熟可靠的壳牌下行水激冷气化技术ꎬ生产以Ｈ２＋ＣＯ为主要成分的粗合成气ꎬ经变换㊁净化后作为生产甲醇的原料气ꎮ笔者分析了壳牌下行水激冷气化技术的主要特点ꎬ并针对其潜在问题提出了工艺优化的建议ꎮ１㊀壳牌下行水激冷气化工艺流程㊀㊀壳牌下行水激冷气化工艺流程见图１ꎮＵ￣１１００ 磨煤及干燥单元ꎻＵ￣１２００ 粉煤加压及进料单元ꎻＵ￣１３００ 气化单元ꎻＵ￣１４００ 除渣单元ꎻＵ￣１６００ 合成气洗涤单元ꎻＵ￣１７００ 初步水处理单元图１㊀壳牌下行水激冷气化工艺流程㊀㊀原料煤和助熔剂石灰石在磨煤及干燥单元经研磨㊁干燥之后ꎬ得到合格的煤粉ꎬ通过旋转和螺旋给料机送至粉煤加压及输送单元ꎬ常压的煤粉经并联的２个锁斗间歇充泄压后加压到气化所需的压力ꎬ然后通过４条煤线将煤粉送至气化单元ꎮ在气化单元ꎬ加压的煤粉与氧气㊁蒸汽混合物通过对置的４个煤烧嘴喷入气化炉的反应室ꎬ在高温㊁高压下瞬间发生反应ꎬ生成高温的粗合成气和熔渣ꎮ粗合成气和熔渣经激冷环㊁水喷嘴和下降管进入激冷室内被激冷降温ꎬ降温后的粗合成气被送至合成气洗涤单元ꎬ进一步洗涤除尘后送出界区ꎻ冷却的熔渣进入除渣单元ꎬ通过渣锁斗间歇充泄压后进入沉渣池ꎬ后经捞渣机排放至界区外ꎮ气化㊁排渣和洗涤单元的黑水送至初步水处理单元ꎬ经减压㊁降温㊁过滤㊁热量回收后ꎬ大部分工艺水回用至各排放单元ꎬ少部分排至界区外ꎬ以维持系统要求的固含量ꎻ黑水中所携带的细灰以滤饼的形式排放至界区外[３]ꎮ２㊀壳牌下行水激冷气化技术的主要特点２.１㊀多烧嘴设计技术特点２.１.１㊀成渣率高４个煤烧嘴采用带有一个小角度的水平对置布置ꎬ在气化炉膛内创造了一个气体旋转流状态ꎬ有效保证了生产的合成气和大量渣灰的分离ꎮ因此ꎬ在壳牌下行水激冷流程中能够得到一个非常高的成渣率(质量分数ȡ９０％)ꎬ粉煤灰组分中９０％(质量分数ꎬ下同)以上都以大渣块的形式排出ꎬ只有１０％以细渣和飞灰的形式进入黑水处理系统ꎻ而其他单烧嘴的干煤粉进料气化炉技术的成渣率一般都在５０％~７０％[４]ꎮ高成渣率意味着粗合成气中夹带更少的飞灰ꎬ即降低了下游水处理单元的负荷ꎮ２.１.２㊀运行可靠相比单烧嘴设计ꎬ多烧嘴能够避免气化炉由于一个烧嘴跳车而导致停车ꎬ从而保证更高的运行可靠性ꎮ如果一个烧嘴跳车ꎬ也可以通过调整其他烧嘴的负荷来控制气化炉的温度以及水冷壁的蒸汽产量ꎬ快速重建气化炉膛的稳定状态ꎮ只要能维持气化炉温度在设计允许的范围内ꎬ三烧嘴的长期运行也是可以的ꎮ三烧嘴运行能够保证接近于设计负荷的合成气量ꎬ当然ꎬ重新点燃跳车的烧嘴来重新恢复四烧嘴的运行也是很好操作ꎮ２.１.３㊀易于大型化多烧嘴设计也便于设备的超大型化ꎬ并可显著降低投资ꎬ节省成本ꎮ２.２㊀气化炉水激冷系统技术特点(１)壳牌通过特殊设计ꎬ将激冷环 藏 在水冷壁的后方ꎬ形成安全的 屏障 ꎬ确保合成气充分被冷却ꎬ防止工况波动时激冷环被损坏ꎮ(２)下降管的保护采用 三重防护系统 ꎬ主要包括:①通过激冷环在下降管的内侧生成一定厚度的液膜ꎬ形成对下降管的基本防护ꎻ②下降管内设置水喷嘴ꎬ对合成气进行冷却㊁液膜修补和飞灰捕集ꎻ③下降管采用水夹套结构ꎬ当下降管在非正常工况下运行形成局部干区时ꎬ能够有效地冷却ꎬ防止出现下降管变形及损坏ꎮ３㊀五种典型粉煤下行水激冷的气化技术对比㊀㊀目前ꎬ典型的粉煤下行水激冷气化技术有壳牌炉㊁航天炉㊁神宁炉㊁科林炉㊁东方炉ꎬ五种气化技术工艺原理大致相同ꎬ但在烧嘴结构㊁设备布置㊁设备选型和工艺设计方面各有差异(见表１)ꎮ表１㊀气化技术对比项目壳牌炉航天炉神宁炉科林炉东方炉烧嘴型式㊀四喷嘴对置(点火㊁开工一体化)㊀组合烧嘴顶置(点火㊁开工一体化)组合烧嘴顶置多烧嘴顶置(３＋１)组合烧嘴顶置点火方式负压点火负压点火正压点火负压点火负压点火水冷壁形式列管盘管盘管盘管列管㊀气化炉内壁浇筑料是否埋敷热电偶㊀无有无无有是否有长明灯无无有有无火检装置可视化可视化三合一三合一三合一副产蒸汽中压饱和蒸汽中压饱和蒸汽低压饱和蒸汽低压饱和蒸汽中压饱和蒸汽洗涤塔内件㊀上面填充鲍尔环填料ꎬ下面四层格栅板式塔盘ꎬ丝网除沫器ꎬ无下降管㊀六层固阀塔盘ꎬ旋流板除沫器ꎬ无下降管㊀三层泡罩ꎬ三层浮阀塔盘ꎬ旋流板除沫器ꎬ有下降管㊀两层泡罩ꎬ三层固阀塔盘ꎬ丝网除沫器㊀三层泡罩ꎬ三层固阀塔盘ꎬ旋流板除沫器ꎬ无下降管粉煤锁斗数量２１２２２给料罐出料方式下出料下出料侧出料下出料下出料合成气洗涤系统文丘里＋碳洗塔㊀文丘里＋旋风分离器＋碳洗塔㊀一级文丘里＋分离罐＋二级文丘里＋碳洗塔㊀文丘里＋旋风分离器＋碳洗塔㊀文丘里＋旋风分离器＋碳洗塔文丘里型式管式管式管式㊁可调对夹式对夹式４㊀壳牌下行水激冷气化技术工艺优化建议４.１㊀磨煤及干燥单元为了移走磨煤系统热循环气中的水分ꎬ达到系统合格的露点ꎬ将体积分数为２０％左右的热循环气放空ꎬ然后通过稀释风机补入新鲜空气ꎬ维持磨煤系统的循环气量ꎮ通过考察多家工厂后发现空气的不断补入ꎬ增大了磨煤系统热循环气中的氧体积分数ꎬ甚至触发联锁导致磨煤系统跳车ꎬ同时还存在煤粉自燃和爆炸的隐患ꎮ而空分系统运行时ꎬ精馏塔上塔上部引出的污氮气经过冷器㊁高压板式换热器㊁低压板式换热器复热出冷箱后将放空ꎬ并且氧体积分数小于３％ꎬ压力大于３０ｋＰａꎮ为了综合利用此污氮气ꎬ同时节省稀释风机的投资ꎬ降低热循环气中的氧体积分数ꎬ建议取消稀释风机ꎬ使用污氮气替代稀释风机和空气的引入ꎮ４.２㊀除渣单元壳牌煤气化技术除渣单元在气化炉激冷室与渣锁斗之间设计了渣收集罐ꎬ在渣锁斗进行泄压排渣时ꎬ气化炉产生的粗渣就先储藏在渣收集罐中ꎬ等渣锁斗排渣充压完成后ꎬ打开渣收集罐与渣锁斗之间的阀门ꎬ与气化炉连通ꎮ通过对多个壳牌运行工厂实地考察ꎬ当气化炉发生垮渣的异常情况时ꎬ在渣收集罐底锥处经常会出现堵渣ꎬ因为没有有效的在线处理方法而只能停车处理ꎮ通过对比发现ꎬ其他气化炉ꎬ如ＧＥ炉㊁航天炉㊁科林炉等气化技术ꎬ均未设计渣收集罐ꎬ即使发生堵渣现象时也能及时采用高压水反冲㊁倒转破渣机等有效手段进行在线处理ꎬ避免因堵渣而导致气化炉停车ꎮ因此ꎬ建议扩大气化炉激冷室的体积ꎬ取消渣收集罐ꎬ保证生产稳定运行ꎬ同时可减少框架高度ꎬ减少投资ꎮ４.３㊀初步水处理单元气化黑水经过闪蒸㊁冷却处理后流入澄清槽ꎬ在澄清槽内加入絮凝剂ꎬ黑水经过浓缩㊁沉降后ꎬ澄清槽底部灰浆被送至灰浆贮槽进一步浓缩ꎬ最终通过泥浆泵送出进行固液分离ꎮ建议取消灰浆贮槽ꎬ为了满足灰浆的浓缩时间ꎬ可适当将澄清槽扩大ꎮ这样做的好处有:(１)减少设备从而减少了投资和维护ꎻ(２)送往卧式螺旋离心机的灰浆不能太稠ꎬ太稠容易堵塞管线ꎬ会引起泥浆泵打量差和卧式螺旋离心机进料波动大而跳机ꎮ４.４㊀真空袋式过滤机壳牌以往均推荐使用真空袋式过滤机对澄清槽底部灰浆进行固液分离ꎬ通过考察近几年真空袋式过滤机的运行情况ꎬ发现真空袋式过滤机的滤布使用周期太短ꎬ平均每１.５个月就需要更换一次滤布ꎬ而且现场环境差ꎻ运行期间除盐水用量也比较大ꎬ一方面增加了气化污水的处理负荷ꎬ另一方面也增大了污水的处理成本ꎮ现有好几家壳牌运行厂家已完成了对气化黑水处理方式的改造ꎬ即采用卧式螺旋离心机对气化黑水进行处理ꎬ处理完成后的煤泥排至煤泥场ꎬ滤液回收至澄清槽ꎬ经沉降㊁澄清后再利用ꎮ为了降低运行成本和改善现场环境卫生ꎬ建议采用卧式螺旋离心机替代真空袋式过滤机对灰浆进行固液分离ꎮ５㊀结语㊀㊀通过分析壳牌下行水激冷气化技术的主要特点ꎬ并与其他典型粉煤气化工艺技术进行了对比ꎬ发现壳牌气化技术具有碳转化率高㊁粗渣和滤饼残碳含量低㊁成渣率高㊁多烧嘴对置易大型化等优点ꎮ同时针对壳牌下行水激冷气化技术潜在的问题ꎬ提出了工艺优化的建议ꎬ希望对今后设计类似装置有所帮助ꎮ参考文献[１]㊀许世森ꎬ张东亮ꎬ任永强.大规模煤气化技术[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２００６.[２]㊀唐宏青.现代煤化工新技术[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２００９.[３]㊀葛秀文ꎬ辛呈钦ꎬ李勇斌.惠生－壳牌下行水激冷气化技术及其首套商业装置的运行状况分析[Ｊ].煤化工ꎬ２０１５ꎬ４３(５):４￣７.[４]㊀田靖ꎬ李勇斌.惠生－壳牌下行水激冷气化炉的数值模拟[Ｊ].天然气化工(Ｃ１化学与化工)ꎬ２０１７ꎬ４２(２):９０￣９３ꎬ１２８.(收稿日期㊀２０１９￣０７￣０５)。
水煤浆水冷壁气化炉建设与运行总结
水煤浆水冷壁气化炉建设与运行总结
湖北省水煤浆水冷壁气化炉建设及运行总结。
1、水煤浆水冷壁炉设计理念：在煤气化及烟气处理技术发展及节能
改造中，结合国家技术政策的指导，综合考虑现场开采煤和用煤柔性，结
合当地水资源，设计出水煤浆水冷壁炉，进行气化处理，通过水冷壁等节
能改造，有效降低气化过程热损，节约能源，降低气化过程排放物。
2、节能改造：水煤浆水冷壁炉，在是否采用冷壁等节能改造等进行
气化处理，有效消除在气化过程中的热损，大大降低煤炭消耗，节约能源，降低烟气排放物。
3、系统调试：经过系统的调试和实际运行，水煤浆水冷壁炉能够达
到设计要求，烟气排放量能够达到国家规定的标准，水煤浆水冷壁炉的运
行更加稳定、可靠、安全，符合环保要求。
4、后续工作：在日常运营过程中，要切实的做好维护保养工作，防
止炉内煤气泄漏，同时保持水煤浆水冷壁炉的烟气排放量能够指标稳定、
经济稳定、安全稳定。
水煤浆水冷壁清华炉气化技术
水煤浆水冷壁清华炉气化技术水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术水煤浆水冷壁（清华炉）气化技术一、概述北京盈德清大科技有限责任公司是盈德气体集团有限公司与清华大学清华炉煤气化技术的发明人共同组建的合资公司，取得了清华大学的授权，独家经营清华炉煤气化技术，并与清华大学共同进行后续相关技术的研发和推广。
第一代清华炉耐火砖气化技术（非熔渣一熔渣分级气化技术）大型工业装置已分别在大唐呼伦贝尔（18/30项目）、鄂尔多斯市金诚泰化工有限责任公司（一期60万吨甲醇装置）、山西阳煤丰喜肥业（集团）临猗分公司投入运行，运行至目前三套装置均运行稳定，专家鉴定认为该技术优于国外同类技术，具有国际先进水平”。
第二代清华炉水煤浆水冷壁技术是气化炉的燃烧室采用水冷壁型，气化炉内件本身是一台膜式水冷壁，安装在整个气化炉承压外壳中。
气化炉运行时，气化反应段膜式壁固化的灰渣层，能够对水冷壁起保护作用，防止水冷壁管受到熔渣的侵蚀，达到以渣抗渣”的效果。
水冷壁清华炉煤气化技术对煤种适应性强，能够消化高灰份、高灰熔点、高硫煤，易于实现气化煤本地化。
清华炉煤气化技术残炭含量低，废渣易于收集处理，废水无难处理污染物，正常生产过程中无废气排放；制浆用水可以使用工厂难以处理的有机废水，对环境友好。
第二代水煤浆水冷壁清华炉煤气化技术的工业装置于2011年8月在山西丰喜投入运行，首次投料即进入稳定运行状态，并全面实现了研发和设计意图。
至2012年1月9日计划检修，创造了首次投料并安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业奇迹。
水冷壁清华炉气体成份与水煤浆耐火砖炉气体成份相当，且不必每年数次更换锥底砖，定期更换全炉向火面砖，节约运行费用并提高单台气化炉的年运转率，为煤气化生产装置的安稳长满优”运行创造了条件。
清华炉煤气化技术可应用于国家重点新能源领域，煤炭的清洁利用和石油、天然气替代项目。
适用于合成氨、甲醇、煤制氢、煤制乙二醇、煤制烯烃、煤制油、煤制天然气、煤制芳烃、冶金、石化、陶瓷、玻璃、液体燃料及电力等行业。
水煤浆水冷壁气化技术及其应用
且 还 是绿 色 煤 电 、煤 化 工 、煤制 油 过 程 中 ．实现
术特 点如 下
１１ 烧 嘴寿 命长 ．
理论 上单 炉 的年 运转 时 间超 过 ８０ ０ｈ ０ ．不 需
煤 炭 综 合利 用 和 无 污染 排 放 的关 键 技 术 。先 进 的 煤 气 化 技 术 对 于 我 国减 轻 燃 煤 造 成 的环 境 污 染 ． 降低 我 国对进 口石 油依 赖 具 有 重 大 意义 作 为 事 关 国计 民生 的重 要 领域 ．煤 化 工行 业 核 心 技 术及 相关 装 备 长期 以来 一 直被 国外 巨头所 垄 断 ．但 在 水煤 浆 水 冷 壁气 化 技 术方 面 这 些 大公 司还 始 终 未 曾获得 成 功 ．使 我 国 自主知 识 产 权 的水 煤 浆 水 冷
运 行 条 件
气 化 温 度／ ℃
气化压力／ ａ ＭＰ 有 效 气 体 （ Ｏ Ｈ ）体 积 分数 ／ Ｃ ＋ ： ％ １ ０ 。（ Ｏ Ｈ ）耗 氧量 ／ ０ｍ Ｃ ＋ ２ ０ ｍ
气化技 术 该技 术 区别 于传 统水 煤浆 炉 的最大 之
处 为 ．将 炉 体 的耐 火 砖 改 为 水冷 壁 ．水 冷 壁 产 生
摆 脱 了耐 火 气化 炉 砖 磨 损 和更 换 问题 ，无 需 定 期
停 车换 砖 ．减少 了耐 火 砖 采 购 和 筑 炉费 用 ，避 免
外 形 尺 寸
气化炉直径／ ｍｍ 气化炉高度／ ｍ 水冷壁高度／ ｍ 操 作 参 数 日投 煤 量 ／ ｔ 碳转化率／ ％
渣 中可 燃 物 含 量／ ％
１ 启 动速度 快 ． ２
水煤 浆 投 料 点 火 采 用 “ 的 “ 蓄热 点 火 ” 技 术 由于 点火 升 温 过程 简 化 ，点火 、投 料 程 序一 体 化 完 成 ．减 少 了烧 嘴 更 换 的 劳动 强 度 ，可 以大大 提
水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析
水煤浆水冷壁气化和固定床气化的对比分析目前，我国固定床间歇气化在国内的煤气化行业占有率在60%以上，近几年，固定床气化的技术水平也得到了较快的发展，富氧连续气化、纯氧连续气化等技术也不断完善，但原料的来源问题和安全、环保的问题一直不能很好的解决，也制约了固定床气化的发展。
水煤浆水冷壁气化是清华大学开发的煤气化技术，2011年在山西阳煤丰喜一次开车成功，由于其煤种适用性强，运行安全、稳定，对环境友好，近几年应用业绩较多，为煤化工的主要选择炉型。
以下对采用固定床和水煤浆水冷壁气化的合成氨装置进行全流程比较。
一、两种气化技术主要特点1、固定床气化的流程特点固定床气化一般采用晋城、阳泉、河南焦作的无烟块煤、焦炭或型煤，气化温度一般在1200℃左右，固态排渣，利用空气作为气化剂，常压间歇运行，并配套建设有吹风气回收装置，副产的蒸汽可以满足固定床气化的正常使用。
固定床气化必须配套有气柜。
2、水煤浆水冷壁气化技术特点水煤浆水冷壁采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求，纯氧气化，气化温度一般比煤的灰熔点高50℃左右，液态排渣，连续气化。
水煤浆气化不需要配备气柜。
二、使用煤种的区别1、常压固定床对煤种的要求（1）煤种：必须采用无烟煤或焦炭（2）粒度：煤的粒度必须大于6mm，必须使用块煤或型煤；（3）热稳定性：要求TS+6＞60%；（4）煤的软化温度：T1＞1250℃2、水煤浆水冷壁气化炉对煤种的要求（1）粒度：采用水煤浆进料，对煤的粒度没有要求；（2）挥发分：在点火阶段采用燃料气直接点燃煤浆，对挥发分没有要求；（3）热稳定性：因为是液态排渣，对热稳定性没有要求；（4）灰熔点：越低越好，灰熔点高炉温会相应提高，煤耗、氧耗会提高；（5）成浆性：越高越好，煤的成浆性越高，煤耗、氧耗越低。
3、清华炉目前使用过的煤种（1）低灰熔点煤低灰熔点煤是水煤浆最常用的原料，水煤浆水冷壁气化炉使用的煤灰熔点最低1180℃，灰分最低5%，最高28%。
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制 造 与 安 装
新型水冷壁气化炉的制造特点
于 辉1,吴凤玲2
(1.大连冰山集团金州重型机器有限公司,辽宁大连 116100;
2.大连深蓝泵业有限公司,辽宁大连 116031)
摘 要:气化炉形式多样,新型水冷壁气化炉为新试制设备,结构复杂,制造难度大,详细介绍了新型水冷壁气化炉主要零部件的制造难点及解决办法,作为后续同类产品的参考。
关键词:急冷室锥壳;水冷壁;急冷环;盘管
中图分类号:T Q054;T Q050.6 文献标识码:B 文章编号:1001-4837(2008)03-0034-03
M anufacture Character of New W a ter-cooli n g
W a ll Type of Ga si f i ed Furnace
Y U Hu i1,W U Feng-li n g2
(1.Dalian B ingshan Gr oup J inzhou HeavyMachinery Co.L td.,Dalian116100,China;2.Dalian Sen Lan
Co.L td.,Dalian116031,China)
Abstract:The gasified furnace is of many kinds of type.The ne w water-cooling wall type of gasified fur2 nace is the first equi pment t o manufacture,the structure is comp lex,the manufacturing is difficult.This article describes the key manufacturing p r ocess f or maj or parts of ne w water-cooling wall type of gasified furnace in details.A s s ome experience f or the sa me kind of p r oducts.
Key words:reducer of quick-cooling cha mber;water-cooling wall;quick-cooling ring;coiling p i pe
新型水煤浆气化与传统的干粉煤气化相比,其优势在于较低的成本即可取得相同的效益,文中介绍的水冷壁气化炉是新型水煤浆气化装置中的核心设备,其主要设计参数见表1,外形结构见图1。
1 结构简介
该设备主体规格为 1000mm×28(28+6)mm ×7921mm,从上至下分为燃烧室和急冷室两部分。
整台设备共分三段,筒体间采用设备法兰连接。
燃烧室主体材料为15Cr M oR,壁厚δ28mm,内壁敷设致密性隔热喷涂涂料。
内设盘管式水冷壁,水冷壁内侧敷设碳化硅耐火衬里。
急冷室主体材料为15Cr M oR+309L/316L堆焊,壁厚δ(28+6)mm,内设急冷环及下降水管。
急冷环材料为I N COLOY 825。
表1 水冷壁气化炉的主要设计参数
参数燃烧室急冷室工作压力(M Pa)3.03.0
设计压力(M Pa)4.04.0
工作温度(℃)<1600203
设计温度(℃)425280
介质高温煤气、熔渣煤气、熔渣、黑水2 主要零、部件制造工艺要点
该气化炉为新型设备,其结构复杂,制造公差
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4
3
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图1 水冷壁气化炉外型结构要求严格,壳体圆度公差不大于10
mm;以顶法兰密封面为基准,壳体的直线度公差不大于3mm;所有接管法兰应保证法兰面的垂直,其偏差不得超过法兰外径的1%,且不大于3mm。
急冷环与降液管间的环向间隙不大于1mm;水冷壁盘管形状、尺寸多样,成型困难。
为了确保整台设备的质量,制造工艺主要从以下几个关键部件加以控制。
2.1 急冷室锥壳的制造
由于设备直径较小,壁厚较薄,堆焊极易产生收缩变形。
为了满足图纸及相关标准对于筒体圆度和直线度的要求,采用了专门的工艺工装进行壳体堆焊。
具体制造工艺如下:根据油压机生产能力和板材规格,将该锥壳分3片冷压成型,锥体大、小口端分别给出工艺留量25mm,以便堆焊时组对工艺支撑胎。
成型后组对、焊接、检验。
转角处采用热压翻边。
热处理后点焊工艺支撑圈并堆焊。
工艺支撑圈见图2。
最后拆除工艺支撑圈,机加工两端环缝坡口,与其它筒节组对。
2.2 下降管及急冷环的制造
下降管及急冷环的连接结构见图3。
此部分的制造难点在于要保证下半环管与降液管间的环向间隙为1mm。
由于上、下半环管间,
降液管与水环管间,上半环与水环管间均为焊接连接,施焊过程中极易产生变形。
所以为了保证设计图纸要求,采取以下两方面工艺措施防止变形:
(1)将规格为 400mm×8mm,长度为2334 mm的降液管分成2段。
上段长度为150mm,毛坯规格为 400mm×12mm,成形后加工内外圆至 400mm×8mm,通过加工来保证降液管的不圆度。
并将此上段降液管与水环管先组焊。
下段降液管待其它件均组焊完毕后再与上段降液管组焊。
(2)先按图点焊水环管、上半环管及下半环管,然后用8块规格为50mm×10mm×1mm的工艺塞板均布塞进下半环管与上段降液管的缝隙,再用8个规格为35mm×35mm×3mm的工艺拉筋均布点焊于下半环管与上段降液管上,用工艺卡子卡住上、下半环管及上段降液管,最后再正式组焊。
正式组焊时先焊一部分上半环管与水冷环间焊缝,再焊一部分上、下半环管间的焊缝,此二处焊缝按以上顺序交替焊接直至全部焊满。
待组焊件彻底冷却后,再将工艺塞板及工艺拉筋除掉。
2.3 水冷壁的制造
(1)水冷壁结构(见图4)
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5
3
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第25卷第3期 压 力 容 器 第184期
图4 水冷壁结构
该水冷壁采用盘管结构,主要盘管包括以下几种形式:1)等直径盘管;2)变直径+等直径盘管;3)变直径+等直径+变直径盘管。
为保证盘管的加工质量,针对不同形式的盘管采用相应的工装加以保证。
(2)等直径盘管工装(见图5)
图5 等直径盘管工装
根据盘管的螺旋升角,在工装的钢管上划线焊
接一定数量的定位板,确保盘管的螺旋升角满足规定要求,同时适当考虑盘管成型的回弹量设计工艺尺寸,确保盘管的直径满足设计条件。
(3)变直径+等直径盘管工装(见图6
)
图6 变直径+等直径盘管工装
根据盘管的形式,该工装分为两段,一段为等直
径段,另一段为锥形变直径段。
工装的设计依据也是螺旋升角和盘管内径,如2.3节(2)中所述,可以在工装的筒节和锥体上划线焊接一定数量的定位
板,确保盘管的螺旋升角满足规定要求;为确保盘管
的直径尺寸满足设计条件,就要在工装设计时考虑相应的成型回弹量,即相应减少筒节和锥体的直径尺寸,同时还要减少锥体的角度。
(4)变直径+等直径+变直径盘管工装(见图7
)
图7 变直径+等直径+变直径盘管工装
该工装共分为三段,第一段为变直径曲线段,第二段为等直径段,第三段为锥形变直径段。
其中第
二段等直径段和第三段锥形变直径段与上文2中所述的形式一致,因此工装的结构形式也一致,在此不再重述。
至于第一段变直径曲线段,无螺旋升角变化,主要是曲线的尺寸按一定的规律进行变化,因此依据相应的变化规律在工装结构中专门设计了与之匹配的曲线模板,形式如图8所示。
曲线模板的设计考虑了相应的成型回弹量,尺寸加工的准确性是其设计能否得以实现的重要因素,也是整个盘管质量能否得以保证的关键环节。
图8 曲线模板
3 结语
通过采用一系列工艺装备对上述主要零部件制
造工艺的严格控制,成功制造了该台水冷壁气化炉,
各项指标均符合设计要求。
该设备安装后运行良
好,为后续制造生产同类产品积累了丰富的经验。
收稿日期:2007-11-08 修稿日期:2008-01-31作者简介:于辉(1976-),女,工程师,主要从事压力容器设计和工艺工作,通讯地址:辽宁省大连市金州区龙湾路5#。
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63・CP VT 新型水冷壁气化炉的制造特点 Vol251No32008。