殼牌煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)探討

范慧寧

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

殼牌煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)探討

范慧寧

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

主要探討了殼牌煤氣化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)情況。以及該技術(shù)的工藝性能指標(biāo)與相應(yīng)流程，介紹了氣化關(guān)鍵設(shè)備外殼設(shè)計(jì)和內(nèi)件設(shè)計(jì)情況。

殼牌煤氣化技術(shù)；設(shè)備；設(shè)計(jì)

20世紀(jì)70年代，殼牌煤氣化技術(shù)出現(xiàn)在科研項(xiàng)目列表中?；谠蜌饣难芯浚聡?978年開始對(duì)殼牌煉油廠投入了大量資金，建設(shè)了第一套裝置，該裝置的日投煤量達(dá)150 t[1]。1993年，荷蘭電廠在其基礎(chǔ)上作出了改進(jìn)，構(gòu)建了一套大型煤氣化裝置，日投煤量達(dá)到了2 000 t，煤電轉(zhuǎn)化率在43%以上。截止2014年，該裝置可以氣化多種原材料，逐漸走向成熟[2]。

1 殼牌煤氣化技術(shù)的工藝性能指標(biāo)與相應(yīng)流程

1.1 工藝性能指標(biāo)

如表1所示，為煤氣化技術(shù)工藝的主要性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表。

從表1中可以看出，殼牌煤氣化技術(shù)的適應(yīng)性比較強(qiáng)，支持多種類型煤處理，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。目前，該項(xiàng)技術(shù)基本上可以氣化世界上所有種類的煤，即便是煤中含灰比例達(dá)到了35%，也可以將其氣化。不僅如此，本技術(shù)可以同時(shí)處理2種混合煤。由于煤的灰熔點(diǎn)具有較寬的適應(yīng)范圍，因此通常情況下，將SCGP的氣化溫度設(shè)置在1 400 ℃～1 600 ℃，且H2與CO混合氣的體積分?jǐn)?shù)在90%以上[3]。

表1 煤氣化技術(shù)工藝的主要性能指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

1.2 相應(yīng)工藝流程

第113頁如圖1所示為殼牌煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備的工藝流程圖。

該工藝選取備煤工段的煤粉壓粉煤、粉煤鎖斗、粉煤倉給料倉，利用高壓N2將粉煤傳輸至氣化爐噴嘴，經(jīng)過預(yù)熱處理以后將氧氣導(dǎo)入此噴嘴中。對(duì)氣化爐進(jìn)行高溫加壓處理，蒸汽、氧氣、粉煤將在此條件下發(fā)生氧化反應(yīng)。在氣化爐頂部，其溫度在1 500 ℃左右。通過對(duì)煤氣進(jìn)行除塵冷卻，當(dāng)溫度降低至900 ℃時(shí)，利用輸氣管將冷卻后的合成氣體傳輸至合成氣冷卻器中。熱量被回收以后，合成氣將自動(dòng)轉(zhuǎn)入濕法洗滌、干法除塵系統(tǒng)當(dāng)中。經(jīng)過洗滌處理以后，合成氣的含量將有很大程度的降低，不超過1 mg/m3，最后從界區(qū)輸送出去。另外，還可以利用合成冷卻器加工處理生成的中壓蒸汽與氣化爐

圖1 殼牌煤氣技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備的工藝流程圖

冷壁副產(chǎn)的蒸汽相互轉(zhuǎn)換，從而為工序的正常運(yùn)行提供保障。

2 關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)探討

殼牌氣化的關(guān)鍵設(shè)備主要由3種器件構(gòu)成，即，氣化爐、輸氣管、合成冷卻器。

2.1 氣化關(guān)鍵設(shè)備外殼設(shè)計(jì)

該設(shè)備外殼主要由3部分構(gòu)成，分別是合成氣冷卻器、輸氣管/拱頂、氣化爐。表2所示為外殼的具體尺寸。

表2 外殼的具體尺寸

我國五環(huán)化學(xué)工程企業(yè)開發(fā)了一套高壓力氣化關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的外殼可支持壓力為4.6 MPa，工作的最高溫度為343 ℃。由于該設(shè)備的接管較多、體積較大、直徑較長，采用剛性連接方式，與其他設(shè)備相比，該設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜一些，且偏心荷載比較大，因此，該公司在材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)力大小、防腐方面進(jìn)行了充分考慮，并采取了相應(yīng)措施。表3所示為該設(shè)備的材料選取與相應(yīng)作用統(tǒng)計(jì)情況。

由表3可知，1) 該設(shè)備選取SA387Gr11 Cl.2作為主要研究材料，該材料具有良好的抗氫腐蝕功效；2) 對(duì)于與濕氣氛接觸的容器，選取SA387Gr11 Cl.2+N08225材料制成復(fù)合板；3) 采用SA387Gr11 Cl.2+304L制作復(fù)合板，將其放置在高溫合成氣直接接觸的合成氣冷卻器處；4) 采用40mm耐熱材料，放置在壓力容器殼體處，從而避免一些無法預(yù)見的局部高溫現(xiàn)象產(chǎn)生；5) 如果無辦法對(duì)襯里進(jìn)行保護(hù)，則接管內(nèi)壁很有可能遭受腐蝕，防腐層被打破。

表3 設(shè)備的材料選取與相應(yīng)作用統(tǒng)計(jì)情況

2.2 氣化關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)件設(shè)計(jì)

關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)件的設(shè)計(jì)主要由3部分構(gòu)成，分別是合成冷卻器內(nèi)件、輸氣管、氣化爐。其中，氣化爐的內(nèi)件壓力為7.1 MPa，對(duì)應(yīng)的最高溫度為327 ℃，其內(nèi)部形成一個(gè)氣化空間，在該空間內(nèi)部完成氣化反應(yīng)；在收集爐渣的空間中，所有氣化反應(yīng)產(chǎn)生的爐渣將經(jīng)過淬冷處理，最終排放至爐外部；在激冷空間內(nèi)，高溫作用下形成的合成氣將在短時(shí)間內(nèi)冷激，其溫度逐漸下降，直至溫度達(dá)到900 ℃左右時(shí)輸出該氣體。利用輸氣管內(nèi)件，將經(jīng)過激冷處理的合成氣傳輸至合成氣冷卻器。而冷卻器采用水產(chǎn)汽方式收回?zé)崮?，其出口溫度控制?80 ℃左右。為了更好地控制氣體冷卻過程與煤粉氣化過程，該公司采用氣化爐水冷壁構(gòu)成一個(gè)渣保護(hù)層。除此之外，還結(jié)合了膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，對(duì)該保護(hù)層進(jìn)行完善。第114頁表4所示為煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)件尺寸統(tǒng)計(jì)表。

表4 煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備內(nèi)件尺寸統(tǒng)計(jì)表

延長設(shè)備內(nèi)件使用壽命可以連續(xù)工作25a，材料選取情況如下：

1) 選取13CrMo44作為內(nèi)件主體材料，主要用于沖刷合成氣與抗氫腐蝕；

2) 選取型號(hào)為N08825的高鎳合金，放置到渣池，從而達(dá)到抗冷凝腐蝕作用；

3) 選取長度在14 mm～20 mm的耐熱陶瓷襯里材料放到輸氣管中，起到抗沖刷作用，同時(shí)還具有降低溫度功效；

4) 選取堆焊鎳基材料放置在氣體沖刷比較嚴(yán)重的部位，從而起到抗沖刷與抗腐蝕功效。

3 結(jié)語

通過材料的選取與尺寸設(shè)計(jì)，在一定程度上提高了關(guān)鍵設(shè)備的可靠性。殼牌煤氣化技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備在內(nèi)件合理防護(hù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，對(duì)容器外殼也采取了防護(hù)設(shè)置，通過相互合理配置，體現(xiàn)了該項(xiàng)技術(shù)的真正價(jià)值。此外，對(duì)我國五環(huán)工程企業(yè)引進(jìn)的殼牌煤氣化技術(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了探究，從材料選取與內(nèi)件尺寸角度改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，預(yù)計(jì)會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用。

[1] 王正興,周瑞平,陳如星,等.大型絞吸式挖泥船疏浚設(shè)備軸系設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 船舶工程,2015，37(8):34-38.

[2] 葛漢林,姜芳,吳明.油氣管道帶壓不停輸折疊式封堵技術(shù)及設(shè)備的研究設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2014(4):209-211.

[3] 劉文勇,田寶發(fā),曹萬林,等.復(fù)雜體型鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2017,26(1):118-122.

Discussion on key equipment design of Shell coal gasification technology

FAN Huining

(Datong Guangfa Chemical Industry Co., Ltd., Datong Shanxi 037000, China)

The design of key equipment of Shell coal gasification technology is mainly discussed, as well as the technical performance index and corresponding process of the technology. The design of the enclosure parts and internal parts of the key gasification equipments are introduced.

Shell coal gasification technology; equipment; design

2017-03-10

范慧寧，男，1988年出生，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，本科，助理工程師。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.39

TQ545

A

1004-7050(2017)04-0112-03

化機(jī)與設(shè)備