干煤粉氣化爐水冷罩結構的研究

第45卷第4期鍋爐技術(shù)Vol, 45, No. 42014年7月BOILER TECHNOLOGYJuly.，2014[制造.質(zhì)最t.標準●材料]干煤粉氣化爐水冷罩結構的研究鄭海英，梁新忠，趙軍(上海鍋爐廠(chǎng)有限公司，上海200245)摘要:為解決干煤粉氣化爐運行中水冷罩頻繁出現的滲漏問(wèn)題,以華能綠色煤電天津IGCC示范項目氣化爐為研究對象,通過(guò)對氣化爐水冷罩滲漏現象的討論和研究,提出了該現象的產(chǎn)生除腐蝕、過(guò)熱、水質(zhì)、水循環(huán)等綜合原因外,磨損和溫度控制是主要因素的觀(guān)點(diǎn)。得出了可以通過(guò)調整水冷罩的結構和位置以及溫度控制方法來(lái)解決水冷罩滲漏問(wèn)題的結論,從而延長(cháng)水冷罩使用壽命,提升氣化爐的運行時(shí)間。關(guān)鍵詞: 1GCC; 氣化爐;水冷單;灰熔點(diǎn);磨損中圍分類(lèi)號:TM611.3文獻標識碼:B文章編號:1672 -4763(2014)04-0053-04循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)(高發(fā)電效率),又解決了燃煤所帶來(lái)的0前言環(huán)保問(wèn)題。因此,IGCC 發(fā)電技術(shù)是世界上極有發(fā)隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源與環(huán)境正日展前途的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)，能夠滿(mǎn)足中國能益成為限制我國經(jīng)濟發(fā)展的主要瓶頸。我國“富源需求持續增長(cháng)的同時(shí),可減少燃煤產(chǎn)生的SO,煤貧油少氣”的能源資源特點(diǎn)決定了我國電力工NO, .CO2、煙塵等對大氣的污染[2-3]。業(yè)以燃煤發(fā)電為主的基本格局在相當長(cháng)時(shí)間內不會(huì )發(fā)生根本性改變。我國發(fā)電設備的裝機容1背景及介紹量每年都以較快的速度遞增'?；鹆Πl(fā)電一方華能綠色煤電天津IGCC氣化爐是首臺由國內面為中國社會(huì )可持續發(fā)展和物質(zhì)進(jìn)步提供動(dòng)力自主設計的擁有自主知識產(chǎn)權的IGCC示范性項保障;另一方面,由于煤炭的固有特點(diǎn)，燃煤電站目。該項目氣化爐日處理煤量為2000 t,發(fā)電機組產(chǎn)生巨大電能的同時(shí),對自然資源、自然環(huán)境和的容量為250 MW ,另配備50 000 Nm'/h的空分裝人類(lèi)生存環(huán)境產(chǎn)生了巨大壓力。據統計,我國大置。氣化爐所產(chǎn)合成氣的80%用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，氣中70%~ 80%的SO2.NO, .CO2、Hg以及粉另20%通過(guò)相接管廊提供天津渤化集團公司聯(lián)產(chǎn)塵排放是由直接燃煤產(chǎn)生的,將近三分之一國土化工產(chǎn)品，可使渤化集團公司的產(chǎn)能提高10%。受酸雨和大氣污染影響嚴重,特別是我國的西南華能綠色煤電天津IGCC(簡(jiǎn)稱(chēng)天津綠煤)氣地區。燃煤產(chǎn)生的CO2是我國CO2排放的主要.化爐由原西安熱工研究院(簡(jiǎn)稱(chēng)熱工院)提供專(zhuān)來(lái)源,2007年我國CO2排放總量達67.2億公噸利技術(shù),氣化爐殼體和內件均由熱工院進(jìn)行工藝已超越美國居世界第一位。因此,研究和開(kāi)發(fā)先設計和方案設計，氣化爐殼體由中國石化集團寧進(jìn)的潔凈煤發(fā)電技術(shù)是解決我國能源與環(huán)境問(wèn).波工程有限公司進(jìn)行施工設計,上海鍋爐廠(chǎng)有限，題的唯--途徑,是保證我國能源穩定可靠供應以公司負責制造;氣化爐內件由上海鍋爐廠(chǎng)有限公及可持續發(fā)展的重要科技基礎。司負責施工設計和制造。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(Integrated Gasification2氣化爐水冷罩結構Combined Cycle)發(fā)電技術(shù)(簡(jiǎn)稱(chēng)IGCC)是將固體煤氣化、凈化與燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電相結合天津綠煤氣化爐水冷罩結構是由熱工院進(jìn)的一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)。IGCC 發(fā)電技術(shù)具有燃行基礎設計,上海鍋帕廠(chǎng)有限公司設計并生產(chǎn)制中國煤化工，料適應性廣、熱效率高、對環(huán)境污染小,廢物回收利造完成,該)通進(jìn)出水2用條件好、節水、可實(shí)現多聯(lián)供等特點(diǎn),既具有聯(lián)合個(gè)集箱。YHCNMHG收稿日期:2014-03 -07作者簡(jiǎn)介:鄭海英(1978 -),女,工程師,主要從事鍋爐設計工作。第4期鄭海英,等:干煤粉氣化爐水冷罩結構的研究55從圖1和圖2的對比可以看到,當燃燒區煤的氣化反應過(guò)程也有一定的積極作用,但隨之域溫度降低時(shí),固態(tài)渣膜的厚度會(huì )增加。溫度而來(lái)的問(wèn)題是運行溫度提升至1 700 C以上時(shí)，越高,灰渣的粘度就越小，也就是渣的流動(dòng)性越就會(huì )對氣化爐水冷壁的耐火材料產(chǎn)生影響,耐火好,反之亦然。那么，隨著(zhù)溫度的下降,渣膜就材料附面層被破壞而影響灰渣的附著(zhù)能力。甚會(huì )不斷積聚,并會(huì )使渣膜外側的流動(dòng)渣層往爐至使耐火材料完全裸露在高溫合成氣中而出現內方向移動(dòng)。由于水冷罩與水冷壁的相對位置表面軟化,并隨流動(dòng)的灰渣- -起剝落,從而影響是固定的,所以當固態(tài)渣膜積聚到一定厚度時(shí)，到氣化爐水冷壁的安全性,也就是整個(gè)氣化爐的外側的流動(dòng)液態(tài)渣就會(huì )慢慢溢出水冷罩上端流安全性將受到威脅。進(jìn)水冷罩從而影響了火焰的正常噴射,并使局另一方面,為保障后續廢熱鍋爐對流換熱通部火焰產(chǎn)生折射,而折射方向正好是在水冷罩道的通暢,廢熱鍋爐人口的合成氣溫度應控制在上部的第2根至第5根管圈之間的一個(gè)扇形區750C左右。由于布置在廢鍋前的氣體返向室的域,這與水冷罩發(fā)生滲漏的位置是完全一致的，換熱能力有限,因此,高溫合成氣在進(jìn)入氣體返見(jiàn)圖3。向室前就必須進(jìn)行大幅度降溫,為此需要噴淋大量激冷氣。由于激冷位置在氣化室上方,故大量噴淋的激冷氣體又會(huì )對氣化段的反應溫度造成較大影響,故而會(huì )形成一個(gè)惡性循環(huán)。所以,氣化爐的氣化反應溫度必須控制在一個(gè)合理的溫度區間，而這個(gè)溫度區間的確定取決于煤的灰熔點(diǎn),也就是采用不同的煤種必須采用不同的氣化反應溫度。氣化室的氣化反應溫度保持合理穩20121500定,那么固態(tài)渣膜的厚度也就能得到保證,在此(2)4號第四圈基礎上調整水冷罩結構和布置位置就成為解決水冷罩自身問(wèn)題的關(guān)鍵所在。5結構改進(jìn)就天津綠色煤電兩段式氣化爐而言,依據現有設計煤種和氣化爐水冷壁形成的總渣層厚度及區域最高熱負荷參數來(lái)設計水冷罩插人水冷壁的深度和水冷罩的擴散角,是防止頂部的渣溢(6)4號第五圈流破壞火焰方向,保證火焰的形狀，解決水冷罩圖3水冷單滲漏圖被損壞的最有效方法,如圖4所示。當火焰折射至水冷罩上部的扇形區域時(shí),該水冷眾插人深度的優(yōu)化處的流動(dòng)場(chǎng)發(fā)生了變化,并在管圈表面形成渦流。同時(shí),由于折射后火焰的直接接觸,該區域. 固態(tài)渣膜耐火材料-. 流動(dòng)渣層.的熱負荷也隨之升高。水冷罩管圈的金屬壁溫銷(xiāo)升高導致材料的熱強度下降,加之渦流攜帶著(zhù)的灰粒對管圈表面的不斷沖刷，以及前面提到的腐蝕等對金屬材料的侵蝕,所以管子很快就會(huì )被磨水冷罩管圈穿而引起泄漏。綜上所述,水冷罩被損壞的原因是多樣的且較為復雜,但究其主要原因還是以磨損為主。要中國煤化工防止這一現象的產(chǎn)生,顯 然，提升氣化爐的運行MYHCNMHG溫度以提高渣的流動(dòng)性并降低固態(tài)渣膜的厚度，是一種解決問(wèn)題的思路。同時(shí),提升運行溫度對圖4水冷罩插人深度 優(yōu)化示意圖.56鍋爐技術(shù)第45卷如果在水冷罩正上方的最外圈設置一導流冷罩管圈的布置及水冷罩進(jìn)出水集箱母管的位圈，如圖5所示。置,按水動(dòng)力的計算數據進(jìn)行優(yōu)化設計,防止出現三通效應等，也都是保護水冷罩免遭破壞可耐火材料. 固態(tài)渣膜采取的綜合措施。銷(xiāo)釘二. 流動(dòng)渣層導流圈6結語(yǔ)沿水冷罩上半部分約150°布置整個(gè)氣化爐結構都已是定型的，氣化爐的運行溫度的調整范圍也是有限的(根據煤種確定)，水冷罩管圈控制渣的流動(dòng)性來(lái)保護水冷罩的方法也較難實(shí)施。所以,只有從渣的流動(dòng)性著(zhù)手對水冷罩的結構和布置位置加以改進(jìn),并結合氣化爐操作運行進(jìn)行有效控制才是根本保障水冷罩安全運行的唯一途徑。圖5水冷罩上方放置導流圈示意圖參考文獻:頂部形成的固態(tài)渣膜和流動(dòng)的液態(tài)渣,雖[1]朱軍.我國IGCC發(fā)電技術(shù)的發(fā)展[J].陜西電力,2006.34然由于氣化室氣化反應溫度的波動(dòng)而發(fā)生變.(1),46-49.化,但渣層的總厚(高)度可始終保持不超越導[2]張斌,倪維斗,李政.火電廠(chǎng)和IGCC及煤氣化SOFC混合循流圈并隨導流圈的兩側邊緣流下，這樣就能有環(huán)減排CO2的分析[J].煤炭轉化,2005,28(1):1-7.效地防止渣溢流后阻礙火焰正常噴射,避免影.[3]施強,烏曉江,徐雪元,等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電技術(shù)與節能減排[J].節能技術(shù),2009,27(1):18- 20.響火焰形狀等誘發(fā)水冷罩被磨損的問(wèn)題。同[4]徐才福,殷為玉,李家偉,等.殼牌氣化爐燒嘴罩失效原因分時(shí),考慮到腐蝕、過(guò)熱等因素,采用耐高溫耐合析及應對策略[J].化肥設計,2011,10(5):23- 28.成氣腐蝕等特性更佳的金屬管材料,并從水冷[5]耿恒聚.殼牌粉煤氣化爐燒嘴單泄漏原因分析及對策[J].罩的循環(huán)水量、壓力、熱負荷等方面著(zhù)手,對水化肥工業(yè),2010,10(5):62.Study on Burner Muffle Structure of Dry Pulverized Coal GasifierZHENG Hai ying，LIANG Xin- zhong，ZHAO Jun(Shanghai Boiler Works Co.，Ltd.，Shanghai 200245 ,China)Abstract: In order to solve the frequent leakage of burner muffle during the operation of drypulverized coal gasifier, taking an integrated gasification combined cycle (IGCC) demonstra-tion project about gasifier in Greengen Corporation Limited as the research subject, it is dis-covered that abrasion and temperature control are the major factors in addition to corrosion,0-verheating ,quality of water，water circulation etc，through the research on leakage phenome-non of burner muffle. It is shown that the leakage phenomenon of burner muffle could be re-lieved via adjustment of the structure and position of burner muffle, and improvement of thetemperature control method, which benefits for extending the lifespan of burner muffle andincreasing the operation time of gasifier.Key words: IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle); gasifier:. burner muffle;中國煤化工ash melting point; abrasionTYHCNMHG