殼牌氣化爐構(gòu)造說(shuō)明

1、 主 題： 關(guān)于氣化爐爐體構(gòu)造的說(shuō)明1. 氣化爐氣化爐爐膛殼體內(nèi)徑為Æ4630，高321450mm采用裙式支座支承。上部冷激段直徑Æ3020，高9550mm。 氣化爐內(nèi)件包括氣化段、渣池、激冷段三個(gè)部分，它們由氣化段園筒水冷壁、氣化段錐頂、氣化段錐底、渣池錐頂、渣池?zé)嵬脖?、噴水環(huán)、渣斗、激冷管、噴嘴冷卻錐、吹風(fēng)管、正常冷激器和高速冷激器等14個(gè)部件組成。 氣化爐的設(shè)計(jì)壓力為5.2/F.V MPa, 設(shè)計(jì)溫度3500C；操作壓力4.2/4.0 MPa；壓力容器殼體的設(shè)計(jì)溫度>200 0C。為了保證氣化關(guān)鍵設(shè)備使用壽命達(dá)到25年以上，設(shè)備設(shè)計(jì)和制造等方面均采取了相應(yīng)措施。

2、殼體腐蝕裕量5.0mm。氣化空間（包括圓筒膜式壁，爐頂、爐底傳熱面及其附件）和渣池的頂部渣屏表面，因該區(qū)域處于氣化反應(yīng)最高溫度區(qū)，熱流密度最大（達(dá)170230kW/m·K），多數(shù)部位又與高溫熔融爐渣接觸，為了減少傳熱量，保持反應(yīng)空間氣化反應(yīng)正常進(jìn)行，減少內(nèi)側(cè)金屬壁溫的增值（基于減少結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和腐蝕對(duì)選定材料金屬實(shí)際壁溫的要求和防止熔融爐渣的直接沖刷等），要求對(duì)其內(nèi)壁受火面進(jìn)行保護(hù)。通常采用設(shè)置銷(xiāo)釘加襯耐火襯里的方法。但設(shè)置的耐火襯里層厚度應(yīng)適當(dāng)，過(guò)薄實(shí)施有困難且有可能達(dá)不到預(yù)期效果，過(guò)厚又將由于熱阻增加引起氣化爐壁凝固的渣層增厚而使排渣產(chǎn)生困難，嚴(yán)重時(shí)也有可能危及氣化爐的正常操作。對(duì)

3、于氣化反應(yīng)空間其它不能實(shí)施耐火襯里保護(hù)的冷卻傳熱部件，則有可能由于高熱流密度的影響將加快其受火面的損壞。例如煤粉燒咀的錐形護(hù)罩，開(kāi)工噴咀、點(diǎn)火燒咀和火焰觀察孔的水夾套等。為了形成氣化空間、渣池和冷激管，氣化爐內(nèi)件采用了多種形式的膜式壁傳熱面。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、載荷條件和制造的可能性，有的采用管翅管結(jié)構(gòu)（如圓筒膜式壁和冷激管）；有的采用光管制的螺旋管（如頂錐冷激底傳熱面，渣池頂部的渣屏，煤燒咀的錐形護(hù)罩等）；有的則采用雙管制的螺旋錐形傳熱面（如爐底錐形傳熱面）。為了制作出所需的形狀，均采用了板（條）型或圓鋼等連接件與管子直接焊接，且在這區(qū)域的內(nèi)件（包括管子、連接板、棒條）絕大多數(shù)選用了焊接性能較好、

4、熱傳導(dǎo)性能較好的13CrMo44材料。為了保證這些部件達(dá)到預(yù)期的使用壽命，在操作狀態(tài)下（特別是在高硫條件下）結(jié)構(gòu)的最高壁溫都希望不超過(guò)300。因此，控制膜式壁水汽壓力不超過(guò)某一特定值，保證金屬壁的實(shí)際溫度始終都能在材料腐蝕允許范圍內(nèi)就成了這種內(nèi)件結(jié)構(gòu)和用材長(zhǎng)周期運(yùn)行的先決條件。 材料方面基于H2S腐蝕考慮，對(duì)于使用不同煤種設(shè)計(jì)的氣化爐，因其爐氣中的H2S含量存在較大差異，對(duì)可能采用高硫煤種的氣化爐膜式壁的水汽壓力應(yīng)選用低一些（以滿足要求的使用壽命為限）；對(duì)能保證采用低硫煤種的氣化爐膜式壁的水汽壓力可相應(yīng)選用高一些。內(nèi)件部分：(1) 內(nèi)件與高溫氣體接觸部分（包括對(duì)流管束）均采用冷卻效果較好的水冷

5、壁結(jié)構(gòu)。(2) 內(nèi)件選材充分考慮了工藝介質(zhì)和氣流的影響，主體材料（換熱管）選用13CrMo44材料，對(duì)渣池冷卻段，考慮氣氛潮濕和溫度變化強(qiáng)烈，選用高Cr、Ni金屬或鎳基合金材料。(3) 對(duì)操作條件比較苛刻的關(guān)鍵部分，采取可靠的保護(hù)措施a.氣化反應(yīng)段（溫度14001600區(qū)域），采用1420mm耐熱襯里，以防爐渣直接沖刷，降低熱負(fù)荷。b.局部氣流沖刷嚴(yán)重部分采用鎳基合金堆焊或增加管子壁厚。c.換熱面?zhèn)鳠峁芰粲休^大的腐蝕裕量。承壓殼體：壓力容器主體材料選用能抗氫腐蝕的SA387Cr.11 Cl.2材料。與濕氣氛接觸的壓力殼體（如氣化爐底）采用SA387Cr.11 Cl.2+N08225復(fù)合板制作。

6、其它與氣體接觸的壓力殼體均采用40mm耐熱襯里保護(hù)，以使壓力容器得到一個(gè)安全備用反應(yīng)時(shí)間，避免無(wú)法控制的操作失誤（膜式壁破裂）造成壓力容器局部快速升溫。對(duì)無(wú)法進(jìn)行襯里保護(hù)且可能存在冷凝腐蝕的接管內(nèi)壁堆焊IG625防腐層。氣化爐為干煤氣化的關(guān)鍵設(shè)備，內(nèi)件部分設(shè)計(jì)及制造復(fù)雜本工程擬采用整體引進(jìn)。 表1.氣化爐內(nèi)件主要傳熱面結(jié)構(gòu)特征及采用數(shù)據(jù)（以湖北雙環(huán)工程為例）序號(hào)區(qū)域結(jié)構(gòu)型式材料換熱面管子腐蝕裕量圓筒外徑mm壁厚mm翅片mm管mm翅mm直徑mm氣化爐1圓筒熱裙超級(jí)2.4858386.31.017332渣池錐頂（渣屏）管子管子1.7335386.33.51733/10573底錐雙超級(jí)1.73353

7、86.33.51991.5/7444圓筒膜式壁管子翅片管子1.7335386.363.53.521045頂錐管子管子1.7335386.33.52118/8466冷激管管子翅片管子1.7335386.363.53.59531) 設(shè)備的適用年限為20年2) 只考慮傳熱面壁與工藝氣體接觸側(cè)的腐蝕裕量 3) 管子翅片焊接的間隙<=0.3×翅片厚度2爐氣輸送管及蒸汽過(guò)熱器 爐氣輸送管長(zhǎng)17000mm，殼體直徑3020，水膜壁內(nèi)徑1432。一端與氣化系統(tǒng)相接，另一端呈450角與蒸汽過(guò)熱器相接。在蒸汽過(guò)熱器上端設(shè)有氣體返回室，氣體返回室主要起爐氣氣流轉(zhuǎn)向作用，因此內(nèi)件除了起保護(hù)作用的水汽能

8、副產(chǎn)少量蒸汽外，其主要功能是形成氣流轉(zhuǎn)向通道。爐氣輸送管內(nèi)水膜壁采用承插式接口。過(guò)熱器殼體直徑3400，長(zhǎng)14200。采用立式結(jié)構(gòu)。殼體的設(shè)計(jì)壓力5.2 MPa, 設(shè)計(jì)溫度350 0C。過(guò)熱器由一組過(guò)熱段組成，蒸汽過(guò)熱器采用同心的螺旋盤(pán)管，蒸汽過(guò)熱器管束用高合金鋼制作，管束通過(guò)特制吊架懸吊在殼體內(nèi)。為防止?fàn)t灰在換熱管上積累，在個(gè)圈盤(pán)管上設(shè)有氣動(dòng)敲擊器，用以保證傳熱面的傳熱效率。 帶有粉塵的爐氣通過(guò)爐氣輸送管送到蒸汽過(guò)熱器，輸送管內(nèi)件的主體結(jié)構(gòu)則由Æ38×6.3異型管組成水膜壁，在內(nèi)件設(shè)計(jì)中，由于內(nèi)件分段和熱膨脹設(shè)計(jì)需要，至少有三處的膜式壁連接需采用承插連接（外加膨脹節(jié)密封）

9、結(jié)構(gòu)。由于該處含有粉塵的氣體流速較高（達(dá)6.5m/s），氣體流動(dòng)方向正對(duì)膜式壁端部彎頭的頂部，沖刷作用較大，需采用堆焊耐熱高合金材料（IG625）進(jìn)行保護(hù)。 在爐氣輸送彎管處由于此處氣流方向改變和重力作用，使氣體中顆粒較粗的塵粒將較集中地沿輸氣管內(nèi)側(cè)下方的內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)。為了保護(hù)該表面不被沖刷損壞，設(shè)計(jì)上采取保護(hù)性措施。例如在下半部180°范圍內(nèi)設(shè)銷(xiāo)釘襯耐火襯里材料。由于該設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)20年以上，而且使用環(huán)境惡劣，除了磨蝕外，還要考慮爐氣成分以及H2S、的冷凝腐蝕、介質(zhì)的沖刷腐蝕等。過(guò)熱器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及選材復(fù)雜，水膜壁、螺旋管過(guò)熱器的支撐方式、氣體流速控制以及氣動(dòng)敲擊器的設(shè)置對(duì)設(shè)備的

10、使用壽命影響極大。本工程爐氣輸送及蒸汽過(guò)熱器內(nèi)件部分?jǐn)M采用整體引進(jìn)。 表2. 爐氣輸送管及蒸汽過(guò)熱器內(nèi)件主要傳熱面結(jié)構(gòu)特征及采用數(shù)據(jù)（以大化工程為例）序號(hào)區(qū)域結(jié)構(gòu)型式材料換熱面管子腐蝕裕量圓筒外徑mm壁厚mm翅片mm管mm翅mm直徑mm爐氣輸氣管1彎曲部分（高壓）超級(jí)1.455838.08.08.05.05.01,0452直段部分（高壓）超級(jí)1.455838.08.08.05.05.01,045蒸汽過(guò)熱器3氣體返回室膜式壁（高壓）管子翅片管子1.455838.08.08.05.05.01,2754氣體返回室支管（高壓）管子翅片管子1.455838.08.08.05.05.01,0455高壓過(guò)熱

11、器管子翅片管子1.455848.38.08.05.03.07276蒸汽過(guò)熱器膜式壁(高壓)管子翅片管子1.455838.05.66.01.01.01,2751) 設(shè)備的適用年限為20年2) 只考慮傳熱面壁與工藝氣體接觸側(cè)的腐蝕裕量 3) 管子翅片焊接的間隙<=0.3×翅片厚度3合成氣冷卻器 合成氣冷卻器直徑3400，長(zhǎng)25250mm。采用立式圓筒結(jié)構(gòu)，恒力吊架浮動(dòng)支撐。內(nèi)設(shè)兩組同心園螺旋管式換熱管，上段長(zhǎng)7000mm，下段長(zhǎng)6750mm。采用懸吊支撐。 合成氣冷卻器殼體的設(shè)計(jì)壓力5.2 MPa, 設(shè)計(jì)溫度350 0C。 合成氣冷卻器由兩組過(guò)換熱段組成，采用同心的螺旋盤(pán)管，合成氣

12、冷卻器管束用高合金鋼制作，管束通過(guò)特制吊架懸吊在殼體內(nèi)。為防止?fàn)t灰在換熱管上積累，在個(gè)圈盤(pán)管上設(shè)有氣動(dòng)敲擊器，用以保證傳熱面的傳熱效率。傳熱器外設(shè)有水膜壁結(jié)構(gòu)。合成氣冷卻器管束十字支架及其連接管的保護(hù)。由于支承合成氣冷卻器傳熱管束的需要，每個(gè)管束均設(shè)置了一組與氣流方向正交的十字形支架，通過(guò)焊接連接支承在外圍的圓筒形膜式壁上。對(duì)于這些管束支承件（支架）及其與管束每一傳熱圓筒相連的連接管（水通道），除采用特殊型式的通道通水進(jìn)行降溫保護(hù)外，對(duì)其受氣流直接沖刷的部位（或整體）均采用了增厚措施以滿足承載（壓力載荷和支承重量）和沖刷腐蝕要求。對(duì)設(shè)在環(huán)境溫度最高最上部管束的十字支承通過(guò)設(shè)置的吹灰裝置也可同時(shí)起到減輕對(duì)十字支架的腐蝕和沖刷作用。由于該設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)20年以上，而且使用環(huán)境惡劣，除了磨蝕外，還要考慮爐氣成分以及H2S、的冷凝腐蝕、介質(zhì)的沖刷腐蝕等。合成氣冷卻器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及選材復(fù)雜，水膜壁、螺旋管過(guò)熱器的支撐方式、氣體流速控制以及氣動(dòng)敲擊器的設(shè)置對(duì)設(shè)備的使用壽命影響極大。本工程合成氣冷卻器內(nèi)件部分?jǐn)M采用整體引進(jìn)。 表3. 合成氣冷卻器內(nèi)件主要傳熱面結(jié)構(gòu)特征及采用數(shù)據(jù)（以大化工程為例）序號(hào)區(qū)域結(jié)構(gòu)型式材料換熱面管子腐蝕裕量圓筒外徑mm壁厚mm翅片mm管mm翅mm直徑mm合成氣冷卻器1蒸發(fā)器1管子翅片管子1.455848.36.36.01.01.0