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1一、气化炉1、气化炉描述本装置使用3台多元料浆加压气化炉（两开一备）。气化炉是以氧气为气化剂对多元料浆进行加压气化，制取合成甲醇原料气的关键设备。该设备的主要功能是制取粗合成气：一氧化碳（CO）和氢气（H2）。由煤浆制备工序来的水煤浆与空分工序来的氧气在气化炉顶部的特殊喷嘴混合、并在气化炉燃烧室内燃烧（反应温度达~1400℃），产生高温煤气和熔渣。这些反应物在反应压力的作用下，顺着燃烧室下部的中心管（浸液管）向下到下半部急冷室中的急冷水液面以下一定位置，将气体冷却并顺着急冷室中设置在中心管外的套管（通风管）与中心管的环形流道向上流出，进入急冷室上部的气相空间并由急冷室上部的急冷气出口输送到后续工序。燃烧室内产生的高温煤气在急冷室中与急冷水直接接触、冷却后，形成了～253℃的饱和水煤气，为变换提供符合要求的反应气；而与此同时，燃烧室产生的高温熔渣在急冷室下部的水中冷却、向下部沉淀，并及时经直联在急冷室下部的破渣机进行破碎、定时由破渣机下部的锁斗排放到渣水处理工序。气化炉分为上下两个部分，上部为燃烧室，下部为激冷室。燃烧室由钢壳和耐火衬里两部分组成，钢壳内径φ2800，厚88mm，采用单层卷板结构，球形封头，开孔接管一律采用厚壁管加强。气化炉燃烧室高温段壳体内衬为总厚约559mm的耐火材料，顶部喷头入口处（封头）的衬层随温度的减弱适当减薄。耐火衬里由高铬刚玉砖、低铬刚玉砖、低硅刚玉砖、刚玉浇注料、高铝型硅酸铝纤维针刺毯等组成。配比好的多元料浆和氧气通过顶部烧嘴喷入燃烧室内，在高温高压下发生气化反应，生成合成甲醇所需的高温原料气，在反应压力的作用下，高温原料气和熔渣通过燃烧室的下锥口进入激冷室内，与激冷水充分接触冷却后产生的激冷气通过激冷室上部设置的激冷气出口排出，产生的黑水和炉渣通过激冷室下部设置的排渣口进入锁斗，定期排放。由于反应后的高温原2料气中含有SO2和SO3，在水相中产生SO42-根离子等，在内应力的作用下有较强的腐蚀性，故本设备激冷室的壳体内壁须考虑防腐蚀措施。主要工艺参数如下：容器类别：三类(燃烧室)壳体激冷室工作温度℃(1450)400253设计温度℃425280工作压力MPa6.56.5设计压力MPa7.157.15主要工作介质高温煤气、熔渣煤气、熔渣、黑水主要材料SA387Gr11CL2SA387Gr11CL2+316L设备外形尺寸φ2800/3200×15550结构材料：燃烧室壳体：SA387Gr11CL2激冷室壳体：SA387Gr11CL2+316L燃烧室接管及法兰：SA182F11CL2燃烧室大型锻件：SA336F11CL2激冷室接管及法兰：SA182F11CL2+316L激冷室大型锻件：SA336F11CL2+316L燃烧室内衬：高铬刚玉砖+低铬刚玉砖+低硅刚玉砖+刚玉浇注料+高铝型硅酸铝纤维针刺毯气化炉关键材料的选择气化炉为气化工段的关键设备，燃烧室内介质为高温高压，且具有易燃易爆的特点。选择气化炉壳体用的钢板应充分考虑设计压力、设计温度、介质特性和操作特点、材料的焊接性能、容器的制造工艺以及经济合理性。选择气化炉燃烧室的内衬除了考虑炉压、操作温度、工艺气体的变化外，还应考虑原料中的微量金属对耐火材料的影响。气化炉壳体（特别是燃烧室壳体）处在高温、较高的压力下的氢腐蚀环境下，故设计中选用了耐温、抗氢性能良好的1.25Cr-0.5Mo-Si钢。气化炉燃烧室壳体材料为SA387Gr11CL2，激冷室壳体材料为SA387Gr11CL2+316L堆焊，SA387Gr11CL2需考虑从国外采购。3考虑本设备的安全性和同类设备的使用经验，燃烧室的腐蚀裕度取6mm，激冷室腐蚀裕度取3mm。虽然在燃烧室下部插入急冷室下部液面中的中心管的内侧上部设有多个急冷水喷嘴，用于初步降低燃烧室下来的高温气、渣混和物。但该处的温度仍然很高，再加上高温下的湿H2S腐蚀使得常用的不锈钢无能为力。根据同类设备的使用经验，本设备中心管及其上部的急冷水喷头均采用镍基合金Incoloy825。2、气化炉介绍气化炉是气化装置的关键设备，氧气和多原料浆在炉内迅速雾化比发生部分氧化反应，放出大量的热，生成以CO+H2为主的高温煤气，经不激冷降温和初步除尘后的煤气与被气化的水蒸气一起离开气化炉。1）、燃烧室燃烧室是一个衬有耐火材料的钢制容器，它用来通过非催化的燃烧反应来产生煤气。A、耐火材料炉衬燃烧室反应温度约翰逊1400°C左右，为了保护气化炉壳体免受高温的损坏并减少反区的热量损失，炉壳内壁设置了三层耐火材料的隔热层，参见附图a、向火面砖：高铬砖Cr203（Cr203：86%）炉衬中最内层砖直接与高温气体接触，为此采用高铬砖。炉膛拱顶、筒体、锥部三部位向火面砖各自独立，可以局部更换。b、支撑砖：高铝砖（Al203：87%，Cr203：12%）支撑砖位于向火面砖之后，即绝热又可以支撑拱顶的向火面砖当4更换筒体的向火面砖时，拱顶向火面砖不受影响。支撑砖使用寿命长，若操作正常一般不换。c、隔热层隔热层是炉衬的最外层，最接近炉壳体，环境温度低，采用隔热效果好的轻质铝砖可降低炉壳壁温度，提高炉壳的强度。在气化炉露体顶部、底部及颈部的形状不规则，这些部位需填充高纯度的铝系耐火混凝土。气化炉长时间停炉时，必须进行向火面砖各减薄状况的测量并建立档案，作为计划更换向火面砖的重要依据。B、炉壁表面测温系统为了预防工艺烧嘴出现的偏喷或因炉内过氧等原因引起烧熔耐火衬里，甚至烧穿炉壁的恶性事故，在气化炉燃烧室壳体表面上铺设了一层表面壁温热电偶。测温热敏元件包在合成管内，合成管线成U形紧贴在壳体表面，并分成若干个区域。C、炉堂高温热电偶多原料浆在高温高压下进行气化反应，在目前间接测量温度的技术尚未完全开发成功的情况下，直接测量温度技术仍然是检验反应温度主要手段。燃烧室壳体上有两对测炉温的热电偶，分别监视测量燃烧室中部温度。操作人员根据热电偶指示的温度，采取调节氧煤比的方法来控制炉温。由于热电偶在此之后1400℃以上受熔渣的侵蚀，炉衬层热胀冷缩的剪切力，极易损坏。为了延长使用寿命，热电偶套管比炉衬层短50mm，头部缩进炉衬可减轻气流冲击及熔渣的侵蚀，但带来的后果是5显示温度低于炉膛内实际反应温度，但兄弟厂实践证实，仍能指导生产。2）、激冷室燃烧室产生的高温煤气在激冷室用水激冷温度下降，熔渣被淬冷为粒度不等的灰渣。激冷室内含有CO2、H2S的酸性气体，渣水的腐蚀性较强，为此采用铬、钼钢复合316L的复合板。内件有激冷环、下降管、上升管、分离挡板组成。激冷环是关键部位，激冷环直接与高温煤气和熔渣接触，工作条件恶劣，必须选择特种钢材，更耐氧离子腐蚀的INCOLY825板材卷制。对于上升管、挡板等不会与高温气体接触，我厂采用316L。激冷室气体出口设有加压后的变换冷凝喷嘴，用于冲洗气体出口积灰。激冷室操作温度在252℃，为了减少热损失，改善工作环境，壳体需要外保温。燃烧室壳体外部不保温是为了降低壳体温度。二、洗涤塔（C-1301A/B/C）该设备的主要功能是将气化炉急冷室送来的水煤气中夹带的碳渣（固体颗粒）和较大液滴的水去除。来自气化炉且大量夹带碳渣的水煤气进入位于碳洗涤塔筒体中部插入塔内下部液位以下的进气管，气体由液下翻出（鼓泡）水面顺着进气管外侧的导气管（环形通道）向上，在位于倒气筒顶部的球形折流板与倒气筒之间的空隙中折流进入塔体。该气体再经塔体上段的三层塔盘洗涤，最后横向流经塔体上的箱式丝网除沫器，除沫后折流向上从顶部的出气口流出，送往变换工段。其主要设计参数如下：工作温度℃240~270设计温度℃280工作压力MPa6.36设计压力MPa7.15主要工作介质合成气，激冷水主要材料SA516-70+316L设备外形尺寸φ2800×19900注：为了避免氢腐蚀和湿H2S应力腐蚀，本设备壳体设计为SA516-70堆焊一层6mm厚的316L耐蚀层。来处喷嘴洗涤器的煤气夹带着尘粒及含尘粒的水滴进入洗涤塔，沿洗涤塔下降管下降碰到塔底水时，部分尘粒、水滴落入水中，在沿上升管和下降管之间的环形通道上升时又夹带大量塔内的水，以二相流流型进一步洗涤煤气中灰尘，气体夹带的水滴被挡板分离后上升到塔板。在塔板上和干净的变换冷凝液相遇使尘粒被最后一次洗涤，气体再经过旋流板和除雾器除去夹带的雾滴后出塔，出塔气含尘量小于1mg/Nm3。洗涤塔上部有4块冲击式塔板，每块塔板有一定数量的筛孔，受液塔板维持一定的液面高度。每个筛孔的上方安装一个湿式冲击板，冲击板与塔板用螺栓联接。塔板应受力均匀，且能承受可变的向上的力，因为塔板有可能受到不正常的突然冲击。当塔板受到不正常的突然冲击时，会吹开降液管的密封，在一定程度上泄压，从而保护塔板。洗涤塔内件材质是非颠倒316L，壳体是碳钢复合316L。三、锁斗（V-1305A/B/C）设计三台锁斗与气化炉配套使用，该设备的主要介质为气化炉激冷室定时排出的含灰渣的冷却水，目的是为了及时排出气化炉激冷室冷却水中沉淀的灰渣，而锁斗又周期性地向常压渣水贮槽及时排尽。所以该设备是承受0~6.5(偶而达6.72)MPa的交变载荷作用的设备，本设备需按JB4732-1995标准进行疲劳分析设计。其主要设计参数如下：7工作温度℃75~148设计温度℃170工作压力MPa0~6.5设计压力MPa7.1载荷循环次数2次/小时(设计寿命15年，总循环次数2.16×105)主要工作介质水、灰渣主要材料：SA516-70+316L设备外形尺寸φ2400×7300注：该设备存在湿H2S应力腐蚀，在排渣时设备下部锥体内表面产生明显的磨蚀，故设备壳体设计时采用316L堆焊结构；由于该设备顶部渣水入口上部管线在75~140℃（最高250℃）的温度波动下的温差位移需要释放，故在锁斗的筒体支耳下设置弹簧支座。四、破渣机1、破渣机用途破渣机是煤气化装置中的重要设备，它位于气化炉激冷室底部与锁斗之间，其作用是破碎炉渣或脱落的耐火砖，以防止炉渣堆积堵塞而造成整个装置停车。破渣机的壳体为三类压力容器，上部与气化炉激冷室底相联，下部与锁斗相联。转齿偏心地安装要破渣机的筒体部分，定齿和转齿做相对运动，不断将炉渣破碎。在转齿与定齿的上方设有导流板，以保证所有物料通过破碎系统并防止未破碎物聚集在转齿上方。能耐高温、高压和渣水腐蚀，能长期运转。82、工作原理煤气化装置用HTSC系列破渣机分为两种型号，一种为HTSC-L型立式破渣机，用于德士古技术的煤气化装置，另一种HTSC-W型卧式破渣机，用于壳牌技术的煤气化装置。国产化煤气化技术由于同德士技术相相似，破渣机采用HTSC-L型。由液压泵提供高压的液压油经软管输送到液压马达带动旋转轴旋转，固定在旋转轴上的固定刀片跟着旋动，与固定在破渣机壳体内壁上的固定刀片交叉运行，达到破碎炉渣的目的。破渣机具有可逆的自动装置，当破渣机正向旋转受阻，液压系统达到最高工作压力的时间超过设定值10秒时，液压泵自动反方向旋转10秒，再自动正向旋转。如此连续循环动作三次，动力装置自动停机。动力装置中采用了双向变量通轴式轴向柱塞泵。它分别由一个驱动泵和一个内外充油泵组成。驱动泵是一种轴向柱塞泵，具有位置可调能力。泵的油流量通过泵的内部旋转伺服排量控制机构来设定。液压动力装置工作时由电机带动泵旋转。产生高压油液驱动液压马达旋转。3、设备结构及特点破渣机分为三部分，即主机部分、液压系统、电控部分（1）、主机部分：主要由液压马达、旋转轴、固定刀、密封水系统、顶起装置等组成。液压马达是轴向柱塞式结构，在输入高压油时，将液压能转化为机械能，带动轴和固定在轴上的旋转刀旋转，达到破碎目的。密封水系统由于破渣机的固定和静止刀片是在壳体内，里面有大量的水和渣，所以在轴和壳体的两密封填料处密封水进行密封。破渣9机只能在连续不断供应密封水的情况下才可运行。密封水的流量取决于水的松紧。顶起装置在破渣机壳体与气化炉激冷室底部的法兰连接处的维修框架，有四个液压千斤顶，移动轨道，并备有高压软管、控制手柄，需要维修移开破渣机壳体时，启动液压泵，通过高压软管驱动千斤顶顶起破渣机壳体。可将破渣机壳体移动。主要有以下特点：●破渣