試論殼牌氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作維修

齊云飛

【摘 要】隨著時(shí)代進(jìn)步和社會(huì)各方面的發(fā)展，我國(guó)在煤化工這一行業(yè)領(lǐng)域取得了進(jìn)一步的飛躍，這主要得益于一項(xiàng)新型設(shè)備的引進(jìn)與使用，這項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備就是本篇論文所要討論的重點(diǎn)內(nèi)容，殼牌氣化爐。目前我國(guó)對(duì)殼牌氣化爐的引進(jìn)還處于初級(jí)探索的試運(yùn)行階段，運(yùn)行的過程還不穩(wěn)定，究其原因是殼牌氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和操作維修特點(diǎn)，因此本篇論文接下來(lái)將就這兩方面的問題展開論述[1]。

【關(guān)鍵詞】殼牌氣化爐；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；操作維修

最近幾年以來(lái)，新興的煤氣化技術(shù)隨著我國(guó)殼牌氣化爐的引進(jìn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，這決定了對(duì)煤氣化技術(shù)的安全性問題，包括安全運(yùn)行與管理，可持續(xù)性應(yīng)用與操作維修等提出了更加嚴(yán)格的要求。本文不僅對(duì)殼牌氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及操作維修方面進(jìn)行了基本的介紹，還發(fā)現(xiàn)了在殼牌氣化爐在試行過程中出現(xiàn)的問題并提出一些需要注意的地方。接下來(lái)論文將按照這種邏輯依次展開論述。

1 化爐及其結(jié)構(gòu)介紹

了解氣化爐之前，應(yīng)該先清楚煤的氣化過程。煤的氣化過程是指對(duì)煤的一項(xiàng)熱化學(xué)加工處理過程，這一過程需要在特定的壓力和溫度環(huán)境下進(jìn)行，利用氣化劑，將煤中含有的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為煤氣[2]。煤的氣化過程要保證反映的溫度高，速度快，停留時(shí)間長(zhǎng)，這樣才能保證煤中含有的有機(jī)物質(zhì)得到最充分的轉(zhuǎn)化，最大程度的減小損耗。接下來(lái)將簡(jiǎn)單介紹關(guān)于氣化爐的內(nèi)容。

氣化爐有其最大化的壁厚，高度和最大內(nèi)經(jīng)限制。以部件功能劃分，氣化爐可分解為分化反應(yīng)段，急冷段，輸氣管段，氣體反向段，合成器冷卻段和一部分輔助設(shè)備，例如燒嘴、敲擊器、恒立吊等[3]。氣化爐內(nèi)部器件的總體結(jié)構(gòu)是水冷壁型式，在膜式水冷壁的內(nèi)側(cè)有一層耐火性極強(qiáng)的里襯，保護(hù)膜式水冷壁不易受到熱侵蝕。

1.1 氣化爐的氣化反應(yīng)段簡(jiǎn)介

氣化爐的氣化反應(yīng)段的組成主要有熱裙，內(nèi)件渣池，承壓殼體，反應(yīng)段膜式壁和擋渣屏。承壓殼體由耐熱性能極好的一種耐熱鋼制成，在膜式壁的內(nèi)側(cè)噴涂了耐火性能極好的耐火材料，這些耐火材料會(huì)在氣化過程中被產(chǎn)生的渣水和冷凝液等腐蝕。反應(yīng)段的膜式壁和擋渣屏是耐熱鋼管和翅片相間焊接而成的，保溫釘焊接在膜式壁的內(nèi)部用來(lái)固定耐火材料。

1.2 氣化爐的急冷段和輸氣管段簡(jiǎn)介

氣化爐的急冷段的外層是由耐熱性能強(qiáng)的鋼材制造，內(nèi)側(cè)是耐火材料，這與氣化反應(yīng)段的構(gòu)成相同。急冷段的組成部分有急冷區(qū)，急冷區(qū)外殼體以及急冷管。

氣化爐的輸氣管段的組成部分有輸氣管及其外殼，輸氣管外殼的內(nèi)外材料與氣化反應(yīng)段的殼體是相同的。輸氣管段的內(nèi)部有保溫釘，同樣用于固定耐火材料。

1.3 氣化爐的氣體返回段和冷卻段簡(jiǎn)介

氣化爐的氣體返回段和氣體冷卻段也同樣有內(nèi)外兩部分構(gòu)成，其材料選取與氣化爐的氣化反應(yīng)段相同，都是采用耐熱性能強(qiáng)的鋼材和耐熱材料。并且同樣采用了耐熱鋼管和翅片的焊接技術(shù)。

1.4 氣化爐的輔助設(shè)備簡(jiǎn)介

煤燒嘴是由專業(yè)性的廠家制造的，它的作用是將蒸汽和氧氣的混合物，煤粉送入到氣化爐里；敲擊器同樣是由專門的廠家成套生產(chǎn)，它的組成是振動(dòng)導(dǎo)桿，膜式壁，蒸發(fā)器，過熱器等，它的主要作用是防止耐火材料脫落以及防治內(nèi)部器件集灰；恒立吊也是由專門廠商生產(chǎn)的成套設(shè)備，它的主要作用是支撐起氣化爐氣體冷卻器的載重，使得熱態(tài)氣化爐能夠在膨脹時(shí)自由膨脹。

2 氣化爐的特點(diǎn)

第一，氣化爐采用了噴流床氣化的技術(shù)手段，所以可以達(dá)到結(jié)渣氣化的工藝所需要的高溫要求，由于能夠達(dá)到很高的溫度，所以煤中的碳轉(zhuǎn)化率非常高，轉(zhuǎn)化率高意味著碳損耗少，這有利于資源的有效利用和資源節(jié)約。

第二，上一條特點(diǎn)中提到的高溫，能夠確保粗合成器中一氧化碳的含量高，這也促成了氣化爐的第二大特點(diǎn)，一氧化碳的組分含量極高。

第三，氣化爐在開始工作之后，氣化反應(yīng)段的膜式壁會(huì)固化成灰渣層，而灰渣層能夠防止熔渣侵蝕爐壁，對(duì)氣化爐的內(nèi)壁起到保護(hù)的作用[4]。

第四，煤燒嘴的安裝方式采用了徑向小角度的方法，這可以使反應(yīng)器中的氣流分布呈現(xiàn)渦流運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，這種渦流運(yùn)動(dòng)的方式能夠使灰渣和合成器的分離效果達(dá)到最好，有效地避免了大量的飛灰夾帶問題。

第五，爐壁內(nèi)形成的灰渣層可以在氣化爐操作產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)防止在這一過程下產(chǎn)生的熱負(fù)荷波動(dòng)。一旦操作波動(dòng)發(fā)生，已經(jīng)固化的灰渣層就會(huì)增厚或者熔融。

第六，氣化爐使用了煤粉氣化工藝，徹底的氣化決定了氣化對(duì)煤炭種類的要求并不是很高。這增加了煤炭的選擇度。

第七，氣化爐分為上述六個(gè)功能段，所以這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使得氣化爐的重量大，這直接導(dǎo)致了氣化爐的設(shè)備制造與安裝難度增大。

第八，氣化爐對(duì)溫度與壓力的要求是很高的，這在上述特點(diǎn)中有所提及，這又在另一個(gè)方面說明了氣化爐對(duì)設(shè)備選材的要求是極高的，這使得氣化爐的制造過程難度增加并且資金的投入量增大。

第九，氣化爐采用的特殊的管道設(shè)備與相關(guān)特定的裝置在國(guó)內(nèi)不容易找到對(duì)口的供應(yīng)商家，因此對(duì)國(guó)外進(jìn)口的依賴大，這一特點(diǎn)也體現(xiàn)了我國(guó)國(guó)內(nèi)運(yùn)行氣化爐的一項(xiàng)需要解決的難處。

3 氣化爐的操作維修以及出現(xiàn)的相關(guān)問題探究

我國(guó)目前引進(jìn)并且試運(yùn)行的氣化爐都是在操作上不穩(wěn)定的，這也與上文提到的氣化爐的特點(diǎn)相關(guān)，并且與我國(guó)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境相關(guān)，我國(guó)引進(jìn)的國(guó)外殼牌氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要控制的點(diǎn)很多，操作難度大，而我國(guó)在現(xiàn)階段的操作人員并不熟練，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的掌握不夠純熟，再加上設(shè)備出現(xiàn)故障等問題一并存在，所以氣化爐要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)期的運(yùn)行還要解決很多的問題[5]。

氣化爐在操作運(yùn)行中容易出現(xiàn)問題，最常見的就是腐蝕疲勞和氮化問題。腐蝕疲勞要?dú)w咎于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，燒嘴的孔邊緣附近往往溫度過高，表面易形成氧化物和硫化物等，這些物質(zhì)的擴(kuò)散延展會(huì)造成材料性能的下降。氮化是由于氣化爐的急冷段，很容易發(fā)生滲氮問題，并隨著熱循環(huán)和外加作用力產(chǎn)生滲氮層的開裂破碎。除此之外還有很多在氣化爐使用過程中可能出現(xiàn)的問題，對(duì)氣化爐的使用造成阻礙。

因此在氣化爐的安裝操作與維修環(huán)節(jié)應(yīng)該注重細(xì)節(jié)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到實(shí)踐操作中找出存在的問題，并且有針對(duì)性的解決這些問題，突破技術(shù)難題，這樣才能使氣化爐在我國(guó)國(guó)內(nèi)得到更好的發(fā)展。

4 總結(jié)

氣化爐的使用為煤化工業(yè)帶來(lái)了新的飛躍與發(fā)展，但是我國(guó)現(xiàn)階段引用國(guó)外殼牌氣化爐在使用操作的過程中遇到了很多的難題和考驗(yàn)，只有了解氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在氣化爐的操作維修方面多加研究，掌握氣化技術(shù)的核心，培養(yǎng)更多氣化技術(shù)領(lǐng)域的專門性人才，解決一些技術(shù)性難題，才能將煤氣化技術(shù)真正廣泛應(yīng)用到我國(guó)的煤化工領(lǐng)域，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[6]。

【參考文獻(xiàn)】

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[6]應(yīng)玉華，江青茵，曹志凱，等.Shell氣化爐掛渣模型及其操作性分析[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，55（1）：22-29.

[責(zé)任編輯：李書培]