壳牌气化炉构造说明

主 题： 关于气化炉炉体构造的说明
1.气化炉
气化炉炉膛壳体内径为4630，高～321450mm采用裙式支座支承。上部冷激段直径3020，高～9550mm。
气化炉内件包括气化段、渣池、激冷段三个部分，它们由气化段园筒水冷壁、气化段锥顶、气化段锥底、渣池锥顶、渣池热筒壁、喷水环、渣斗、激冷管、喷嘴冷却锥、吹风管、正常冷激器和高速冷激器等14个部件组成。
4
气体返回室支管（高压）
管子－翅片－管子
1,045
5
高压－过热器
管子－翅片－管子
727
6
蒸汽过热器膜式壁(高压)
管子－翅片－管子
1,275
1)设备的适用年限为20年
2)只考虑传热面壁与工艺气体接触侧的腐蚀裕量
3)管子／翅片焊接的间隙<=×翅片厚度
3．合成气冷却器
合成气冷却器直径φ3400，长～25250mm。采用立式圆筒结构，恒力吊架浮动支撑。内设两组同心园螺旋管式换热管，上段长7000mm，下段长6750mm。采用悬吊支撑。
对于气化反应空间其它不能实施耐火衬里保护的冷却传热部件，则有可能由于高热流密度的影响将加快其受火面的损坏。例如煤粉烧咀的锥形护罩，开工喷咀、点火烧咀和火焰观察孔的水夹套等。
为了形成气化空间、渣池和冷激管，气化炉内件采用了多种形式的膜式壁传热面。根据结构形状、载荷条件和制造的可能性，有的采用管－翅－管结构（如圆筒膜式壁和冷激管）；有的采用光管制的螺旋管（如顶锥／冷激底传热面，渣池顶部的渣屏，煤烧咀的锥形护罩等）；有的则采用双Ω管制的螺旋锥形传热面（如炉底锥形传热面）。为了制作出所需的形状，均采用了板（条）型或圆钢等连接件与管子直接焊接，且在这区域的内件（包括管子、连接板、棒／条）绝大多数选用了焊接性能较好、热传导性能较好的13CrMo44材料。为了保证这些部件达到预期的使用寿命，在操作状态下（特别是在高硫条件下）结构的最高壁温都希望不超过300℃。因此，控制膜式壁水／汽压力不超过某一特定值，保证金属壁的实际温度始终都能在材料腐蚀允许范围内就成了这种内件结构和用材长周期运行的先决条件。
气化炉的设计压力为MPa,设计温度3500C；操作压力MPa；压力容器壳体的设计温度>2000C。为了保证气化关键设备使用寿命达到25年以上，设备设计和制造等方面均采取了相应措施。壳体腐蚀裕量。
气化空间（包括圆筒膜式壁，炉顶、炉底传热面及其附件）和渣池的顶部渣屏表面，因该区域处于气化反应最高温度区，热流密度最大（达170～230kW/m·K），多数部位又与高温熔融炉渣接触，为了减少传热量，保持反应空间气化反应正常进行，减少内侧金属壁温的增值（基于减少结构内应力和腐蚀对选定材料金属实际壁温的要求和防止熔融炉渣的直接冲刷等），要求对其内壁受火面进行保护。通常采用设置销钉加衬耐火衬里的方法。但设置的耐火衬里层厚度应适当，过薄实施有困难且有可能达不到预期效果，过厚又将由于热阻增加引起气化炉壁凝固的渣层增厚而使排渣产生困难，严重时也有可能危及气化炉的正常操作。
(2)内件选材充分考虑了工艺介质和气流的影响，主体材料（换热管）选用13CrMo44材料，对渣池冷却段，考虑气氛潮湿和温度变化强烈，选用高Cr、Ni金属或镍基合金材料。
(3)对操作条件比较苛刻的关键部分，采取可靠的保护措施
a.气化反应段（温度1400～1600℃区域），采用14～20mm耐热衬里，以防炉渣直接冲刷，降低热负荷。
容器局部快速升温。
对无法进行衬里保护且可能存在冷凝腐蚀的接管内壁堆焊IG625防腐层。
气化炉为干煤气化的关键设备，内件部分设计及制造复杂本工程拟采用整
体引进。
表1.气化炉内件主要传热面结构特征及采用数据（以湖北双环工程为例）
序号
区域
结构型式
材料
换热面管子
腐蚀裕量
圆筒
外径
mm
壁厚
mm
翅片
mm
管
mm
翅
mm
表2.炉气输送管及蒸汽过热器内件主要传热面结构特征及采用数据（以大化工程为例）
序号
区域
结构型式
材料
换热面管子
腐蚀裕量
圆筒
外径
mm
壁厚
mm
翅片
mm
管
mm
翅
mm
直径
mm
炉气输气管
1
弯曲部分（高压）
超级Ω
1,045
2
直段部分（高压）
超级Ω
1,045
蒸汽过热器
3
气体返回室膜式壁（高压）
管子－翅片－管子
1,275
由于该设备设计使用寿命达20年以上，而且使用环境恶劣，除了磨蚀外，还要考虑炉气成分以及H2S、的冷凝腐蚀、介质的冲刷腐蚀等。合成气冷却器的设计结构及选材复杂，水膜壁、螺旋管过热器的支撑方式、气体流速控制以及气动敲击器的设置对设备的使用寿命影响极大。本工程合成气冷却器内件部分拟采用整体引进。
表3.合成气冷却器内件主要传热面结构特征及采用数据（以大化工程为例）
合成气冷却器壳体的设计压力MPa,设计温度3500C。
合成气冷却器由两组过换热段组成，采用同心的螺旋盘管，合成气冷却器管束用高合金钢制作，管束通过特制吊架悬吊在壳体内。为防止炉灰在换热管上积累，在个圈盘管上设有气动敲击器，用以保证传热面的传热效率。传热器外设有水膜壁结构。
合成气冷却器管束十字支架及其连接管的保护。由于支承合成气冷却器传热管束的需要，每个管束均设置了一组与气流方向正交的十字形支架，通过焊接连接支承在外围的圆筒形膜式壁上。对于这些管束支承件（支架）及其与管束每一传热圆筒相连的连接管（水通道），除采用特殊型式的通道通水进行降温保护外，对其受气流直接冲刷的部位（或整体）均采用了增厚措施以满足承载（压力载荷和支承重量）和冲刷腐蚀要求。对设在环境温度最高最上部管束的十字支承通过设置的吹灰装置也可同时起到减轻对十字支架的腐蚀和冲刷作用。
在炉气输送弯管处由于此处气流方向改变和重力作用，使气体中颗粒较粗的尘粒将较集中地沿输气管内侧下方的内表面运动。为了保护该表面不被冲刷损坏，设计上采取保护性措施。例如在下半部180°范围内设销钉衬耐火衬里材料。
由于该设备设计使用寿命达20年以上，而且使用环境恶劣，除了磨蚀外，还要考虑炉气成分以及H2S、的冷凝腐蚀、介质的冲刷腐蚀等。过热器的设计结构及选材复杂，水膜壁、螺旋管过热器的支撑方式、气体流速控制以及气动敲击器的设置对设备的使用寿命影响极大。本工程炉气输送及蒸汽过热器内件部分拟采用整体引进。
b.局部气流冲刷严重部分采用镍基合金堆焊或增加管子壁厚。
c.换热面传热管留有较大的腐蚀裕量。
――承压壳体：
压力容器主体材料选用能抗氢腐蚀的材料。
与湿气氛接触的压力壳体（如气化炉底）采用+N08225复合板
制作。其它与气体接触的压力壳体均采到一个安全备用反应时间，避免无法控制的操作失误（膜式壁破裂）造成压力
直径
mm
气化炉
1
－圆筒热裙
超级Ω
φ38
φ1733
2
－渣池锥顶（渣屏）
管子－管子
φ38
φ1733/φ1057
3
－底锥
双超级Ω
φ38
φφ744
4
－圆筒膜式壁
管子－翅片－管子
φ38
6
φ2104
5
－顶锥
管子－管子
φ38
φ2118/φ846
6
－冷激管
管子－翅片－管子
φ38
6
φ953
1)设备的适用年限为20年
2)只考虑传热面壁与工艺气体接触侧的腐蚀裕量
注1：表1、2、3为参考件。
注2：关于洞氮炉子我们没有第一手资料.
注3：关于BBE报价炉子我们还在研读之中.
过热器壳体直径φ3400，长～14200。采用立式结构。壳体的设计压力MPa,设计温度3500C。
过热器由一组过热段组成，蒸汽过热器采用同心的螺旋盘管，蒸汽过热器管束用高合金钢制作，管束通过特制吊架悬吊在壳体内。为防止炉灰在换热管上积累，在个圈盘管上设有气动敲击器，用以保证传热面的传热效率。
带有粉尘的炉气通过炉气输送管送到蒸汽过热器，输送管内件的主体结构则由38×异型管组成水膜壁，在内件设计中，由于内件分段和热膨胀设计需要，至少有三处的膜式壁连接需采用承插连接（外加膨胀节密封）结构。由于该处含有粉尘的气体流速较高（达s），气体流动方向正对膜式壁端部弯头的顶部，冲刷作用较大，需采用堆焊耐热高合金材料（IG625）进行保护。
序号
区域
结构型式
材料
换热面管子
腐蚀裕量
圆筒
外径
mm
壁厚
mm
翅片
mm
管
mm
翅
mm
直径
mm
合成气冷却器
1
蒸发器1
管子－翅片－管子
727
2
蒸发器2
管子－翅片－管子
727
蒸发器膜式壁(高压)
管子－翅片－管子
1,275
1)设备的适用年限为20年
2)只考虑传热面壁与工艺气体接触侧的腐蚀裕量
3)管子／翅片焊接的间隙<=×翅片厚度
3)管子／翅片焊接的间隙<=×翅片厚度
2．炉气输送管及蒸汽过热器
炉气输送管长～17000mm，壳体直径φ3020，水膜壁内径φ1432。一端与气化系统相接，另一端呈450角与蒸汽过热器相接。在蒸汽过热器上端设有气体返回室，气体返回室主要起炉气气流转向作用，因此内件除了起保护作用的水／汽能副产少量蒸汽外，其主要功能是形成气流转向通道。炉气输送管内水膜壁采用承插式接口。
材料方面基于H2S腐蚀考虑，对于使用不同煤种设计的气化炉，因其炉气中的H2S含量存在较大差异，对可能采用高硫煤种的气化炉膜式壁的水／汽压力应选用低一些（以满足要求的使用寿命为限）；对能保证采用低硫煤种的气化炉膜式壁的水／汽压力可相应选用高一些。
——内件部分：