第54卷第3期化肥設(shè)計(jì)June 20162016年6月Chemical Fertilizer Design.●23.干煤粉氣化爐下渣口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)比分析李曉東,張鎵鑠(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油項(xiàng)目建設(shè)指揮部,寧夏銀川750411)摘要:對(duì)干煤粉氣化技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了綜述,并重點(diǎn)研究了氣化爐下渣口結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比不同下渣口結(jié)構(gòu)的制造、安裝運(yùn)行檢修的難易程度,以及對(duì)不同下渣口結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別(水冷壁的磨損、下降管的燒損等),具體對(duì)比了兩種已應(yīng)用的氣化爐渣口水冷壁與下降管組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),并給出推薦理由。關(guān)鍵詞:干煤粉;氣化爐;渣口水冷壁;下降管;結(jié)構(gòu);應(yīng)用doi:10. 3969/j. issn. 1004 - 8901.2016. 03.007中圖分類(lèi)號(hào): TQ545文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 1004 - 8901 (2016)03 -0023 -04Comparative Analysis on the Membrane Wall Structure Design andApplication of Pulverized Coal Gasifier Slag TapLI Xiao-dong, ZHANG Jia-shuo( Shenhua Ningxia Coal Industry Group CTL Project Construction Headquarters, Yinchuan Ningxia 750411 China)Abstract: This paper summarizes the development tendency of pulverized coal gasification technologies and studies the slag tap structures of gasifier.Through comparison of the complexity of manufacture, insallation, operation and maintenance of diferent slag taps and identification of operation risks ofsix kinds of combination of membrane wall of slag tap and dip-leg quench ( such as: membrane wall wom-out, dip-leg quench burmt out)，the advantagesand disadvanlages of two kinds of combined structures of membrane wall and dip-leg quench used in gasifer and recommended reasons have been given indetail.Keywords: pulverized coal; gasifier; membrane wall of slag tap; structure; applicationdoi:10. 3969/j. issn. 1004 - 8901.2016. 03. 007目前,干煤粉加壓氣流床氣化爐內(nèi)件大多采用進(jìn)行分析和探討。膜式水冷壁結(jié)構(gòu),其最大優(yōu)點(diǎn)為“以渣抗渣”。國(guó)際1GSP氣化爐設(shè)計(jì)下降管的原因.領(lǐng)先煤粉加壓氣化技術(shù)為殼牌、GSP及航天爐。殼牌投資過(guò)大,吹灰過(guò)濾器損壞頻繁;GSP氣化爐合目前GSP氣化爐為高溫的粗煤氣和液態(tài)的灰成氣帶灰問(wèn)題嚴(yán)重,合成氣洗滌流程過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)壓渣一起離開(kāi)氣化爐的反應(yīng)室,并自上而下進(jìn)入激冷降較大;航天爐為解決此問(wèn)題采取氣化爐內(nèi)增加下室。粗煤氣和熔融的灰渣被激冷室側(cè)壁周?chē)O(shè)置降管和激冷環(huán)的方式,雖然解決了合成氣帶灰問(wèn)的多組水噴頭噴淋后,冷卻形成的顆粒物落人渣題,但由于氣化爐下渣口結(jié)構(gòu)不合理,導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化池。激冷后的粗煤氣夾雜的飛灰進(jìn)入合成氣洗滌率低、有效氣含量低的問(wèn)題。所以下渣口的結(jié)構(gòu)直單元。經(jīng)煤氣化裝置運(yùn)行驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn),合成氣只經(jīng)接影響合成氣在氣化爐內(nèi)的洗滌效果及碳轉(zhuǎn)化率,過(guò)中國(guó)煤化工洗滌會(huì)造成大量飛灰下渣口過(guò)大造成碳轉(zhuǎn)化率低,下渣口過(guò)小則會(huì)造成及1fYHCN MH G成氣洗滌單元，導(dǎo)致合渣口與下降管的管徑比過(guò)大,高溫合成氣與熔渣在成氣洗滌單元負(fù)荷增大,設(shè)備、閥門(mén)、管道磨損嚴(yán)重。下渣口處發(fā)生散射,下渣口結(jié)渣。所以下渣口處水作者簡(jiǎn)介:李曉東(1976年-),男,寧夏銀川人,1994年畢業(yè)于遼寧冷壁的結(jié)構(gòu)不合理可導(dǎo)致渣口和下降管的堵塞或石油化工大學(xué)化工機(jī)械專(zhuān)業(yè),工程師,現(xiàn)擔(dān)任神華寧煤400萬(wàn)噸煤失效。本文將對(duì)渣口水冷壁及下降管的結(jié)構(gòu)應(yīng)用炭間接液化項(xiàng)目副總指揮?；试O(shè)計(jì)2016年第54卷針對(duì)此問(wèn)題,對(duì)新設(shè)計(jì)的干煤粉氣化爐增加下降溫度分布見(jiàn)圖1,氣化爐下渣口至下降管底部速度管,使含灰合成氣經(jīng)過(guò)水浴直接接觸冷卻洗滌。場(chǎng)分布見(jiàn)圖2。激冷室結(jié)構(gòu)中,激冷環(huán)出口水速度由于熔融態(tài)渣和合成氣流出下渣口時(shí)，會(huì)因?yàn)榭?變化見(jiàn)圖3,激冷室下渣口至下降管底部冷卻水分間的突然放大，將發(fā)生散射及回流,如果結(jié)構(gòu)不合布見(jiàn)圖4。理會(huì)造成以下幾種情況:①合成氣及熔渣破壞水膜,燒損下降管;②高溫灰渣沖刷激冷環(huán)，激冷環(huán)被磨蝕;③熔渣散射,磨損下降管;④下渣口結(jié)渣;溫度/K1 650⑤高溫氣流偏流導(dǎo)致水膜厚度不均勻，下降管溫1 5451440 .度分布不均勻,最終引起下降管燒塌。所以下渣13352口的結(jié)構(gòu)成為直接影響氣化爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的1230昌1125瓶頸問(wèn)題。1020.3F|)158102設(shè)計(jì)下渣口需考慮的因素705600004F設(shè)計(jì)下渣口時(shí)應(yīng)充分考慮以下問(wèn)題。495(1)如何避免高溫熔融態(tài)渣及合成氣對(duì)下渣口的沖刷問(wèn)題。X/m(2)解決下降管與下渣口的結(jié)構(gòu)匹配問(wèn)題，避圖1氣化爐下渣口至下降管底部溫度分布免高溫熔渣及合成氣的流場(chǎng)紊亂。注:X為下降管內(nèi)徑,Z為下降管高度.(3)激冷環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)行,激冷水膜的有效形成。(4)解決下渣口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的碳轉(zhuǎn)化率低問(wèn)題。速度變化(m.s")(5)解決因下渣口下部盤(pán)管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,| 171:造成渣口散射,導(dǎo)致下降管燒損的問(wèn)題。4 14t 12?F(6)避免因下渣口內(nèi)徑過(guò)小，造成燃燒室下渣1口堵渣的現(xiàn)象發(fā)生。;F(7)保證干煤粉激冷氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。下渣口結(jié)構(gòu)理論計(jì)算十新型氣化爐，激冷水溫度為210 C,壓力為4.5 MPa ,激冷水流量為450 V/h。激冷水通過(guò)兩種0形式流人下降管:一是100個(gè)直徑為10 mm環(huán)隙沿下降管壁面向下流動(dòng)在下降管壁面上形成一層液圖2氣化爐下渣口至下降管底部速度場(chǎng)分布膜;另--種為10mm的環(huán)隙,該層液膜既能與高溫注:X為下降管內(nèi)徑,z為下降管高度合成氣進(jìn)行換熱(屬于傳熱與傳質(zhì)的過(guò)程),同時(shí)又圖1中,高溫合成氣人口溫度為1350 K,出口能保護(hù)下降管不被高溫合成氣燒損。溫度降為300K。氣化爐下渣口及激冷室的設(shè)計(jì)是煤氣化產(chǎn)生圖2人口處,高溫合成氣的人口速度高達(dá)17 m/s,高溫合成氣冷卻的重要環(huán)節(jié),直接影響到氣化爐的由于合成氣溫度逐漸降低,合成氣密度增大,氣體處理能力、冷卻高溫合成氣的能力,下降管尺寸相流速氣V哨"T中國(guó)煤化工1后的合成氣出口速度對(duì)來(lái)說(shuō)較為狹小，流動(dòng)和換熱極為復(fù)雜,內(nèi)部換熱降)HCNMHG,是有相變的氣液兩項(xiàng)流，易受到外部干擾,工況不圖4中,在冷卻水的秧熱過(guò)程中,由于高溫合容易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。成氣和熔渣傳遞過(guò)來(lái)的熱量使部分水蒸發(fā)產(chǎn)生--下渣口處高溫合成氣的溫度為1350K,合成氣.定量的水蒸氣,所以沿著下降管液態(tài)冷卻水的量明進(jìn)口流速為17m/s。氣化爐下渣口至下降管底部顯減少。第3期李曉東等干煤 粉氣化爐下渣口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)比分析0.30.35速度變化/(m.s")3.00激冷環(huán).上部下渣口0.42.45激冷環(huán)組件水冷壁&. 水冷壁2.18上部組件10.451.641.36| 1.09| 0.820.50.550.27死區(qū)10.00死區(qū)2氣渣保護(hù)屏水冷壁0.0.6.7X/m圖3激冷環(huán)出 口水速度變化注:X為下降管內(nèi)徑,Z為下降管高度.圖5新型的下渣裝置方案10冷卻水分布1.0000090920.8184激冷環(huán)上部0.7275上部組件組件水冷壁-水0.63670.54593t0.27350.18260.09180.0010-0.5多0.50.5 0m不圖4激冷 室下渣口至下降管底部冷卻水分布圖6新型的下渣裝置方案 2注:Y為下降管內(nèi)徑,2為下降管高度(4)激冷環(huán)上部組件主要起到保護(hù)固定氣渣保4下渣口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用對(duì)比分析護(hù)屏及激冷環(huán)的作用，同時(shí)該組件在下渣口水冷壁及氣渣保護(hù)屏間隙處設(shè)計(jì)為水冷夾套型式,防止高4.1結(jié)構(gòu)圖溫氣反竄損壞該組件。新型的下渣裝置方案1見(jiàn)圖5,方案2見(jiàn)圖6。(5)在死區(qū)1、2設(shè)置溫度檢測(cè)點(diǎn),并設(shè)計(jì)為溫4.2下渣 口設(shè)計(jì)相關(guān)要求度聯(lián)鎖,防止耐火纖維脫落造成高溫合成氣反串燒(1)下渣口水冷壁及氣渣保護(hù)屏采用冷卻盤(pán)管的損激冷環(huán)上部連接件，損壞下降管。結(jié)構(gòu),水冷璧內(nèi)通人冷卻水,降低水冷壁表面的磨損。(6)下渣口水冷壁表面設(shè)置為錨固釘表面涂搗(2)在安裝時(shí),方案1的氣渣保護(hù)屏及方案2打料的形式,可有效保證下渣口實(shí)現(xiàn)以渣抗渣。氣的下渣口底部略低于激冷環(huán)中心面,在正常運(yùn)行過(guò)渣保護(hù)網(wǎng)沿計(jì)斗中衛(wèi)館末而進(jìn)行堆焊,有效保證該中國(guó)煤化工程中，激冷環(huán)上部受熱將向下伸長(zhǎng),激冷環(huán)與氣渣處的保護(hù)屏緊密貼合,減緩了對(duì)激冷環(huán)的沖刷。IYHCNMHG(3)方案1下渣口水冷壁、氣渣保護(hù)屏與激冷5方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比環(huán)之間,及方案2下渣口水冷壁與下渣口之間留有5.1 死區(qū)熱膨脹空間,盡量將膨脹空間設(shè)計(jì)得盡可能小，防5.1.1 通入惰性氣體止高溫膨脹及高溫氣燒損激冷環(huán)上部組件。對(duì)于方案1,其優(yōu)點(diǎn)包括:死區(qū)空間小,生產(chǎn)過(guò)●26●化肥設(shè)計(jì)2016年第54卷程中惰性氣體受系統(tǒng)壓力波動(dòng)影響較小;其缺點(diǎn)包梯度逐級(jí)遞減的方式進(jìn)入下降管內(nèi),極大地減緩高括有:兩個(gè)死區(qū),惰性氣體監(jiān)控點(diǎn)較多,生產(chǎn)過(guò)程中溫氣體因空間放大而發(fā)生的散射和渦流,有效規(guī)避增加了監(jiān)盤(pán)點(diǎn)。負(fù)荷、壓力波動(dòng)帶來(lái)的流場(chǎng)變化;②采用水冷璧冷對(duì)于方案2 ,其優(yōu)點(diǎn)包括:一路惰性氣體只有一卻盤(pán)管 ,進(jìn)行耐磨處理,可延長(zhǎng)使用壽命。因下渣個(gè)控制點(diǎn),生產(chǎn)過(guò)程中容易監(jiān)盤(pán);其缺點(diǎn)包括:死區(qū)口屬于易損壞部件，故下渣口與氣渣保護(hù)屏為兩個(gè)空間大,在運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)壓力波動(dòng),惰性氣體不獨(dú)立部件,便于檢修更換。能及時(shí)補(bǔ)給,容易造成高溫合成氣竄入死區(qū),燒損其缺點(diǎn)有:①氣渣保護(hù)屏為過(guò)渡段,此處高溫下降管上部支撐。合成氣流場(chǎng)相對(duì)紊亂難掛渣,故氣渣保護(hù)屏不能設(shè)二者的共同缺點(diǎn)有:①死區(qū)該部分氣體沿激冷計(jì)為錨固釘表面涂搗打料的形式;②需優(yōu)化氣渣保環(huán)流至下降管,干擾下降管水膜分布;②惰性氣體會(huì)護(hù)屏底部角度,防止角度過(guò)大造成高溫合成氣及熔造成下游合成工段排放大量弛放氣,致使合成氣浪渣散射,從而磨損和燒傷下降管表面,影響下降管費(fèi);③系統(tǒng)壓力波動(dòng),惰性氣不能及時(shí)補(bǔ)充,易造成高表面激冷水膜分布,最終致使下降管被燒傷。溫合成氣反竄至死區(qū)內(nèi),燒損激冷環(huán)上部組件。5.2.2下渣 口水冷壁5.1.2 死區(qū)通入冷卻水方案1的優(yōu)點(diǎn)有:①長(zhǎng)度較小,不易出現(xiàn)堵渣及燒其共同的優(yōu)點(diǎn)有:利用后工段回收的冷凝水或損的現(xiàn)象;②無(wú)擴(kuò)徑,下渣口無(wú)磨損現(xiàn)象，易掛渣。處理后的灰水作為激冷水在死區(qū)內(nèi)噴淋,減少惰性方案2的優(yōu)點(diǎn)有:①將2個(gè)死區(qū)合并為一個(gè)大.氣體的通人量,進(jìn)而減少后工段尾氣的排放,同時(shí)的死區(qū),減少風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn);②無(wú)氣渣保護(hù)屏冷卻水的控受到系統(tǒng)壓力波動(dòng)影響較小,有效保證死區(qū)溫度。制,減少操作監(jiān)盤(pán)點(diǎn);③設(shè)計(jì)一個(gè)斜角保證渣氣不其共同的缺點(diǎn)有:①開(kāi)停車(chē)期間,由于系統(tǒng)壓會(huì)立即因?yàn)榭臻g的放大而形成擾流,同時(shí)降低了高力、負(fù)荷波動(dòng)較大,激冷水水質(zhì)不能得到保證,易受溫熔渣對(duì)水冷壁斜角的磨損。到含固量的影響,當(dāng)含固量過(guò)高時(shí),造成激冷水噴其缺點(diǎn)包括:①當(dāng)氣化爐負(fù)荷或壓力變化過(guò)大頭磨損,導(dǎo)致霧化效果差,下降管上部不能受?chē)娏軙r(shí),火焰直接燒到下渣口,因管線過(guò)長(zhǎng)而造成水被保護(hù),可能被燒損;同時(shí)由于系統(tǒng)負(fù)荷不斷波動(dòng),造氣化無(wú)法帶走更多的熱量,下渣口極有可能被燒成死區(qū)與激冷環(huán)環(huán)隙出現(xiàn)熔渣結(jié)塊;②當(dāng)水量過(guò)小損;②因下渣口水冷壁冷卻水與燃燒室水冷壁為同時(shí),激冷水被高溫熔渣及合成氣的熱輻射蒸發(fā)為水一水源,下渣口水冷壁進(jìn)水量增大,阻力降增加,需蒸氣,激冷環(huán)和下降管上部可能被高溫?zé)龘p。當(dāng)通要設(shè)置節(jié)流孔板,調(diào)節(jié)各水冷壁段的冷卻水量分人激冷水過(guò)大,激冷環(huán).上部會(huì)形成低溫區(qū),高溫合布,否則出現(xiàn)搶水現(xiàn)象,下渣口的穩(wěn)定不能得到保成氣在此區(qū)域形成回流,打亂激冷環(huán)水膜區(qū)域流障;③需優(yōu)化下渣口水冷壁斜角的角度,確保含灰場(chǎng),影響水膜的形成，導(dǎo)致下降管被燒損。渣的合成氣不會(huì)沖刷下部水冷壁及下降管表面激5.1.3 死區(qū)填充耐火纖維冷水水膜;④此結(jié)構(gòu)只適用于下渣口內(nèi)徑與下降管對(duì)于方案1,其缺點(diǎn)有:①死區(qū)2空間較小，安.管徑相差較小的氣化爐，當(dāng)兩者內(nèi)徑相差較大時(shí),要裝難度較大,由于下降管無(wú)法設(shè)置手孔，所以先安充分考慮下渣口下部斜體的角度及導(dǎo)向管擴(kuò)徑角度。裝水冷壁后填充是不可能的,為了保證填充質(zhì)量,從氣化爐燃燒室進(jìn)人下降管的高溫熔渣和合成氣容檢修時(shí)只能拆卸下渣口及氣渣保護(hù)屏填充耐火纖易受氣化爐壓力、負(fù)荷變化的影響而發(fā)生散射,造成維,然后再進(jìn)行安裝;②下渣口水冷壁、氣渣保護(hù)屏激冷環(huán)水膜的破壞,或下渣口水冷壁無(wú)法掛渣。及下降管之間需留有熱膨脹空間，當(dāng)空隙過(guò)大時(shí)高6結(jié)語(yǔ)溫氣會(huì)熱輻射至激冷環(huán)上部組件,同時(shí)耐火纖維有脫落風(fēng)險(xiǎn),空隙過(guò)小不能保證熱膨脹。綜上所述,兩個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn),從方案對(duì)比對(duì)于方案2,其優(yōu)點(diǎn)為耐火材料填充較方便。及實(shí)際應(yīng)用得出,兩個(gè)方案的死區(qū)無(wú)法通人惰性氣兩個(gè)方案共同的缺點(diǎn)是均需考慮氣渣保護(hù)屏、體或冷加水昌件方安的涉擇是填充耐火纖維并安下渣口底部角度,防止角度過(guò)大造成高溫合成氣及裝溫中國(guó)煤化工。案2的主要區(qū)別在于下熔渣散射,影響下降管表面激冷水膜分布,最終致渣[MYHCN.MHG結(jié)構(gòu)，從工業(yè)化驗(yàn)證及下降管被燒傷。兩個(gè)方案的對(duì)比可以總結(jié)出,方案1適用于下渣口5.2冷卻水系統(tǒng)內(nèi)徑與下降管管徑之比相差較大的氣化爐,而方案5.2.1 氣渣保護(hù)屏2適用于兩者相差較小的氣化爐。方案1的優(yōu)點(diǎn)有:①保證高溫合成氣及熔渣以收稿日期: 2016-02-19 .