兩段式液態(tài)排渣氣化爐的研制

第41卷第6期太原理工大學(xué)學(xué)報Vol.41 No. 62010年11月JOURNAL OF TAIYUAN UNIVERSITY OF TECHNOL.OGYNov.2010 .文章編號: 1007-9432<2010)06-0740-05兩段式液態(tài)排渣氣化爐的研制董躍1.20,凌開(kāi) 成2b(1.太原重工煤化工設備分公司,太原030024; 2.太原理工大學(xué)a. 環(huán)境工程學(xué)院;b.化學(xué)化工學(xué)院,太原030024)摘要:首先在分析兩段式氣化爐和液態(tài)排渣氣化爐優(yōu)缺點(diǎn)的基礎上提出了兩段式液態(tài)排渣氣化爐的設計理念,并給出了該氣化爐的爐體結構圖;其次,根據結構設計圍和相關(guān)標準對氣化爐的內外簡(jiǎn)體不同材質(zhì)的筒壁厚度進(jìn)行了計算、分析和對比,選定了筒體的制造材料,同時(shí),根據該氣化爐下部燃燒室區城的內壁外表面堆焊層材料的特性要求,分析對比了3種不同堆坪材料的性質(zhì)，確定了堆焊層的材料;最后，按照相應的制造工藝對該氣化爐的爐體進(jìn)行了制造,并進(jìn)行了咸品檢驗,其檢驗結果表明該氣化爐研發(fā)與制造是成功的。關(guān)鍵詞:兩段式氣化爐;液態(tài)排渣;厚壁容器;堆焊中圍分類(lèi)號:TU996文獻標識碼:A隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展,我國對能源特別是對石.形成2000C左右的高溫燃燒區,從而極大地提高了油的需求越來(lái)越迫切。這就使得高效潔凈煤技術(shù)越蒸汽氣化率和氣化強度。同時(shí),由于對物料的供給來(lái)越受到人們的關(guān)注。煤間接液化是-種十分有效采用逆流氣化的物料供給方式,這使將提高氣化爐且應用廣泛的潔凈煤技術(shù)之一,其核心就是煤的氣自身的氣化熱效率,從而降低了氧耗,節省對空分等化。兩段式氣化爐和液態(tài)排渣氣化爐是當前工業(yè)煤設備的投資。氣化強度的增強和逆流氣化的應用進(jìn)氣化工藝中使用較為普遍的兩種氣化爐。兩段式氣-步使得該氣化爐的碳氣化轉化率達到99.5%以化爐將煤的干餾和氣化在同一爐體內完成,使煤氣上,并減少了氣化含酚廢水量。另外,兩段式液態(tài)排帶出物減少,但灰渣含碳量較高,熱損失大叫。液態(tài)渣氣化爐的操作過(guò)程對煤質(zhì)的變化不敏感,從而可排渣氣化爐克服了兩段式氣化爐固態(tài)排渣過(guò)程中灰以實(shí)現無(wú)煙煤、煙煤、次煙煤、褐煤的單煤種氣化以渣含碳量高的問(wèn)題,且熱效率高,但氣化過(guò)程需轉化及多煤種的混合投料氣化。全部產(chǎn)品氣,造成能耗和造價(jià)較高[2]。筆者認為可通過(guò)以上的論述可知,兩段式液態(tài)排渣氣化爐以結合兩段式氣化爐和液態(tài)排渣氣化爐的相關(guān)優(yōu)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。根據設計要求和相關(guān)標準，點(diǎn),設計制造- -種兩段式液態(tài)排渣氣化爐。該氣化本文通過(guò)參考兩段式和液態(tài)排渣氣化爐的結構,設爐的運行過(guò)程為:煤從立式圓筒壓力容器的頂部進(jìn)計了兩段式液態(tài)排渣氣化爐的爐體結構，并通過(guò)計人,純氧,COr和水蒸汽作為氣化劑從容器底部進(jìn)算分析選擇了爐體的材質(zhì)以及爐體底部的堆焊材人,合成氣自下而上穿過(guò)煤床,產(chǎn)生的氣化煤氣一部料。最后,根據設計方案,進(jìn)行了氣化爐制造和產(chǎn)品分從爐體下部導出(底煤氣),另一部分上升進(jìn)入上.的相關(guān)檢驗,其檢驗結果顯示該氣化爐達到了設計部干餾段.其顯熱用于煤料的低溫干餾,最終上升氣目標和工業(yè)使用標準?；瘹夂透绅s氣混合后從爐體上部導出(頂煤氣),煤.灰以液態(tài)熔渣的形式從底部排出國。1設計部分基于以上設計思路的兩段式液態(tài)排渣氣化爐實(shí)1.1 計算壁厚現了煤熱解制氣和氣化制氣的有機組合,爐體上部1.1.1 內壓圈筒計算.高溫半焦熱解的顯熱可以直接用于氣化制氣，這將.根據GB150- 1998《鋼制壓力容器》5.2圓筒計顯著(zhù)提高熱能利用率和氣化產(chǎn)率。其次,由于爐體內部耐火磚和水夾套保護層的設計,使得爐內局部中國煤化工8按下式計算,公MHCNMHG收稿日期:2010-03-12作者簡(jiǎn)介:董躍(1964-),男,山西原平人,高級工程師,在讀博士.主要從事煤化工設備及I藝的設計與研究,(Tel)0351-6362458第6期董躍等:兩段式液態(tài)排渣氣化爐的研制741式的適用范圍為mm,L= 10842 mm,D./8. = 123. 9≥20,L/D.= 10p.≤0.4[σ]φ,842/4 298= 2.52 ,查GB150-1998中圖6-2,查得系數A為4.34.2[]'φ- p.根據選用材料查GB150- 1998 中圖6一4,查得四種材料的設計厚度8.=8+C2分別為116,系數B為120,許用外壓力[p]= B/(D./8.)=0.9783. 5,82,57 mm.MPa,而設計壓力p. =0.3 MPa.。= p.(D. +8.)[p]>p.因此假定的外壓圓簡(jiǎn)厚度8, = 38 mm2四種材料在設計溫度下圓筒的計算應力d分別為成立。1.2 材料選擇89. 5,123. 5,125. 7,179. 84 MPa,d<[o]',應力校表1為4種不同材料作為爐體的計算壁厚,由核合格。表中可以看出,Q245R材料的爐體外壁計算厚度最1.1.2 外壓圊筒的計算根據GB150- 1998《鋼制壓力容器》6.2外壓圓.大,達到113 mm,而16MnR和15CrMoR在設計溫筒和外壓球殼的計算方法對外壓圓簡(jiǎn)壁厚8。計算度下的許用應力值相接近，計算得出的爐體外壁厚相差不大,分別為80. 5 mm和79 mm, 13MnNiMoR如下:假定8=38 mm,8,=8,-C=38-3. 3=34.7爐體外壁厚度計算值最小,為54 mm.表1四種材料爐體外璧計算厚度杭拉強度下設計壓力簡(jiǎn)體內徑|設計溫度下 應力焊接接頭爐體外簡(jiǎn)材料限值/MPap/MPaD./mm[o]/MPa系數p壁厚8/mmQ245R3904. 64 400)211316MnR60440028180.515CrMoR450317913MnNiMoR4.69054由圖1中可以看出13MnNiMoR材料的許用應蘭,內外殼折邊封頭,內外簡(jiǎn)體,內外殼標準橢圓封力值在400C以下穩定,為190 MPa,其余三種材料頭及上部連接法蘭組成，在氣化爐下部燃燒室內壁的許用應力值都隨著(zhù)溫度的升高而降低,且低合金.外部堆焊Inconel625,堆焊層及爐體內壁外砌耐火高強度鋼的焊接件容易引起晶粒粗大,產(chǎn)生馬氏體.材料和耐火磚,以避免爐內壁與火焰直接接觸,水夾組織,從而導致焊接區域硬度升高,尤其對于厚壁容套內通人高壓循環(huán)水,對爐內壁進(jìn)行溫度冷卻。氣器,易產(chǎn)生較大的焊接殘余應力1。為了降低容器化爐在運行時(shí),煤由煤鎖進(jìn)人過(guò)渡艙,經(jīng)上部法蘭口的壁厚和節約用材,采用更高強度級別的低合金高進(jìn)人爐腔體內部,煤炭在爐體腔內燃燒室區域形成.強度鋼板替代低合金中、低強度鋼板。同時(shí)低合金.高溫燃燒區,產(chǎn)生的粗煤氣由氣化爐自下而上經(jīng)粗高強度鋼,具有高性能,低成本的優(yōu)勢,在以上四種煤氣出口進(jìn)人洗滌冷卻器,對粗煤氣進(jìn)行洗滌。兩材料中,爐體的外壁選取材料13MnNiMoR.爐腔段式液態(tài)排渣氣化爐爐體結構簡(jiǎn)圖如圖2所示。體內和水夾套內外壓差較小，為0.3MPa,爐內壁可1.4 堆焊層材料.選用普通的碳鋼材料Q245R。在氣化爐內部,溫度對整個(gè)反應體系的轉化率以及選擇性都有比較明顯的影響,產(chǎn)物中CO以及.60 tH2所占比例隨反應器的壁溫升高而提高,表明高溫20 f對提高合成氣產(chǎn)率有促進(jìn)作用,CO2濃度隨著(zhù)反應80 t器的壁溫升高而有明顯降低的趨勢，說(shuō)明提高反映體系的溫度有利于提高反應原料中碳元素的利用效20100150200250300350400率間]。為了提高爐體內璧對高溫的適應性,需要在十20R一16MnR一1SCrMoR 士13MnNiMoR氣化面堆焊一層耐高圖1材料的許用應力溫.抗中國煤化工1.3兩段式液態(tài)排渣 氣化爐的結構IYHCNMHG介質(zhì)都具有優(yōu)良兩段式液態(tài)排渣氣化爐的主體由下部連接法耐蝕性的低碳鎳鉻鉬鈮合金。由于碳含量低并經(jīng)過(guò)742太原理工大學(xué)學(xué)報第41卷抗腐蝕性能,在航海、航空、化工、核領(lǐng)域等得到廣泛1應用,其適用溫度范圍從低溫溫度到982C,成分如下表2所示:Inconel625合金的強度是由鋁和鈮在1210鎳鉻矩陣中的硬化效應而產(chǎn)生的。該合金不需要沉淀硬化處理,這種元素之間的聯(lián)合造成該材料具有優(yōu)良的抗腐蝕性能和在高溫環(huán)境中的抗氧化性和抗滲碳性。該合金在很寬的溫度和壓力范圍內具有優(yōu)13異的耐腐蝕性,其高強度使之能作為較薄的結構部件,是它在化工領(lǐng)域內得到廣泛認可的原因。6~ 14904L是一種含碳量很低的高合金化的奧氏體不銹鋼。具有較高的鉻含量和足夠的鎳含量,銅的加人使它具有很強的抗酸能力,尤其對氯化物間隙<~ 15腐蝕和應力腐蝕崩裂有高度抗性,不易出現蝕損斑和裂縫,抗點(diǎn)蝕能力略?xún)?yōu)與其他鋼種,具有良好的可加工性和可焊性,與一般含鑰量高的奧氏體不銹鋼相比,904L對鐵素體和a相的析出不敏感，在氯化1-下部連接法蘭,2-外殼封頭;3- -內殼封頭;4-進(jìn)氣口;物溶液,依縮的氫氧化物溶液和富硫化氫的環(huán)境中，5-燃燒室;6-水夾套;7-內簡(jiǎn)體;8-外簡(jiǎn)體;9-人孔;具有很高的抗應力腐蝕破裂能力。其化學(xué)成分如下10-吊柱;11-上部連接法蘭;12-粗煤氣出口;表3所示。13--耐火材料;14-耐火磚;15-燃燒室堆焊層316L是超低碳奧氏體不銹鋼。國內對照牌號圈2兩段式液態(tài)排潼 氣化爐爐體結構簡(jiǎn)團穩定化熱處理,即使在650~900C高溫保溫50h以為00Cr17Ni14Mo2,焊接性能良好,焊后無(wú)刀口腐后仍然不會(huì )有敏化傾向。Inconel625 鎳鉻由于其高蝕傾向,對各種酸具有良好的的耐蝕性,其化學(xué)成分強度,優(yōu)異的可加工性(包括焊接性能),以及出色的.如表4所示。表2 Inconel625 合金的化學(xué)成分(質(zhì)量t分數)%NFe_Mn SiMo ALTiNb≤58 20~23≤5 I≤0.01 工≤0.5T ≤0.5T 8~10≤0.4≤0.4_ 53.15~4.15 ≤0.015≤0. 015表3904L 合金的化學(xué)成分(質(zhì)分數)CMnMoCu≤1.00≤2.00 ≤0.035 ≤0.0323~2518~20~44~5表4 316L 合金的化學(xué)成分(質(zhì)分數)P≤0.03≤1. 00≤2.00≤0.035≤0.03 T 12~15 16~18~3通過(guò)以上3種材料的對比,Inconel625不但具L=9 937 mm。內簡(jiǎn)體規格,內簡(jiǎn)體內徑D,為4222有其它兩種材料所不具備的耐高溫性,和在高溫環(huán)mm,壁厚為38mm,材質(zhì)依據表選取為Q245R,簡(jiǎn)體境中的抗氧化性,同時(shí)還具有優(yōu)良的抗腐蝕性能,所長(cháng)度為L(cháng)=9 842 mm,按GB150- 1998 進(jìn)行制造。以,在BGL氣化爐爐體下部堆焊層的材料中選擇13MnNiMoR鋼板使用狀態(tài):正火+回火。鋼.Inconel625。材標準抗拉強度下限值570MPa,鋼材標準常溫屈服強度(0.2%屈服強度)390MPa.2制造工藝中國煤化工寸分別為,70 mm2.1成型X170 mmX2 204 mm外簡(jiǎn)體規格,外簡(jiǎn)體內徑D,為4 400 mm,壁厚X14:ACHCNMHG口，創(chuàng )邊后尺十分為70 mm,材質(zhì)依據表選取為13MnNiMoR,簡(jiǎn)體長(cháng)度別為70 mmX1 650 mmX14 443 mm;70 mmX2 199第6期董躍等;兩段式液 態(tài)排渣氣化爐的研制743mmX14 443 mm。610+10C內簡(jiǎn)體分5段進(jìn)行制造，下料尺寸分別為,38 mm升溢≤80 c保濕時(shí)間降溢≤100 C150-155 minX320 mmX13 683 mm; 38 mmX2 463 mmX 13683mm;共2件。38 mmX1 580 mmX13 683 mm; 38 mm始溢≤350 C終湖≤350CX3 065 mmX13 683 mm。38 mmX 320 mmX 13683mm板先刨出寬度方向一邊的破口,待爐體內外殼整體時(shí)間組裝確定寬度后,再割另一邊的破口,其余4件刨邊后圈3焊后氣化爐殼體熱處理工藝曲線(xiàn)尺寸為38 mmX2 458 mmX13 683 mm;38 mmX1 575 .表4無(wú)損檢測方法及要求mmX 13683 mm;38 mmX3 060 mmX13 683 mm;為了簡(jiǎn)體上位置機械加工后焊后水壓試驗后避免短直邊,下料時(shí)預留壓制直邊余量,鋼板兩端預彎AB類(lèi)焊縫100%MT- I級| 100%RT-■級100%UT- I合格合后,割除直邊間。D、≥200 mm| 100%MT- I級| 100%UT- I級| 100%UT- 1胡在卷板機上進(jìn)行卷制后,用弦長(cháng)大于300 mm接管與殼體的內樣板進(jìn)行檢測，要求:筒體縱縫對口錯邊量D<200 mm 100%MT- I級≤3mm,間隙差<1mm,對接縱縫處所形成的棱角附屬件與100%MT- I級E≤5 mm,同一斷面的最大最小直徑差e≤10 mm,殼體間并用弦長(cháng)大于300 mm的內樣板進(jìn)行檢查。按， 注:MT(Magnetic particle test)為磁粉檢測;RT(Radiograph test)為射線(xiàn)檢測;UT(Ultrasonic les1)為超盧波檢測。GB150-1998進(jìn)行制造,檢驗和驗收。2.2 焊接2.5試壓(水壓實(shí) 驗)焊接前對坡口表面進(jìn)行磁粉檢測,清理坡口兩設備制造完成后，進(jìn)行液壓試驗5. 75 MPa(臥側表面20mm范圍內的氧化物、油污、熔渣、灰塵、式)和氣密性試驗(1%氨滲漏試驗),主要檢查焊縫.鐵粉及其它影響焊縫質(zhì)量的有害雜質(zhì)門(mén)]。簡(jiǎn)體的環(huán)和管口密封面的致密性。水壓試驗后,A,B類(lèi)焊縫縱縫焊接采用CO2氣體保護焊,埋弧焊及平焊。和Dx≥200 mm接管與殼體之間進(jìn)行100%超聲波2.3焊后熱處理檢測，I級合格。焊后熱處理類(lèi)型為局部消除應力退火,加熱設.3結語(yǔ)備為6500mmX7000mmX25000mm大型退火爐,在實(shí)施PWHT前,爐體臥置在支座上,要求，首先通過(guò)兩段式液態(tài)排渣氣化爐和其它類(lèi)型氣固定平穩。熱處理時(shí)要嚴格把握溫度變化,均勻升化爐的對比分析,給出了兩段式液態(tài)排渣氣化爐的.降溫,平穩保溫,在保溫期間,加熱區內最高與最低.優(yōu)點(diǎn)，并設計該氣化爐的爐體結構;其次根據設計結溫度差不大于30C。加熱火焰不得噴在爐體上,防構圖和相關(guān)標準對氣化爐的內外筒體不同材質(zhì)的筒止局部過(guò)熱,并保護好法蘭密封面不被損傷。焊件壁厚度進(jìn)行了計算、分析和對比,選定了簡(jiǎn)體的制造樣板與焊件要同爐同時(shí)進(jìn)行熱處理。焊后熱處理工材料;同時(shí)根據該氣化爐下部燃燒室區域的內壁外藝曲線(xiàn)如圖3所示。表面堆焊層材料的特性，分析對比了3種不同堆焊2.4檢驗材料的性質(zhì),確定了堆焊層材料。最后對該氣化爐爐體無(wú)損檢測方法及要求如表4所示。的制造工藝進(jìn)行分析和討論,主爐體成品的相關(guān)檢驗結果表明該氣化爐工藝的開(kāi)發(fā)是成功的。參考文獻:[1]周永順. 恩德?tīng)t與兩段爐煤氣化技術(shù)的選擇與應用[J].燃料與化I，2008 ,39(6);8-10.[2] WanignonF F, Laurent Van de Sreene. 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College of Chemistry and Chemical Engineering，TUT, Taiyuan 030024, China)Abstract: Based on the analysis comparisons on advantage and disadvantage of two-stage gasi-fier and slag tapping gasifier, the design idea on two-stage slag tapping gasifier was presented,while the design drawing of its furnace binding was given. Then, according to the design draw-ings and relative design standard, wall thickness of inside and outside the cylinder was calculatedand analysed and the creating materials of these cylinders were selected. In addition, three surfa-cing materials were compared and analysed to confirm the best surfacing material for surface weldmetal buildup of the gasifier combustor inner surface. Finally, the manufacturing process of two-stage slag tapping gasifier was analyzed and discussed, important factors were pointed out, andtests of furnace body finished product showed that the design of two-stage slag tapping gasifier a-chieves its aim.Key words:two-stage gasifier; slag tap; thick- walled vessel; overlay welding(編輯:劉笑達)中國煤化工MYHCNMHG