齊云飛

【摘 要】隨著時代進(jìn)步和社會各方面的發(fā)展，我國在煤化工這一行業(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。目前我國對殼牌氣化爐的引進(jìn)還處于初級探索的試運(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，新興的煤氣化技術(shù)隨著我國殼牌氣化爐的引進(jìn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，這決定了對煤氣化技術(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，停留時間長，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。接下來將簡單介紹關(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)部用來固定耐火材料。

1.2 氣化爐的急冷段和輸氣管段簡介

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)段的膜式壁會固化成灰渣層，而灰渣層能夠防止熔渣侵蝕爐壁，對氣化爐的內(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)動的特點(diǎn)，這種渦流運(yùn)動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)生波動時防止在這一過程下產(chǎn)生的熱負(fù)荷波動。一旦操作波動發(fā)生，已經(jīng)固化的灰渣層就會增厚或者熔融。

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，這又在另一個方面說明了氣化爐對設(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)特定的裝置在國內(nèi)不容易找到對口的供應(yīng)商家，因此對國外進(jìn)口的依賴大，這一特點(diǎn)也體現(xiàn)了我國國內(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)，并且與我國國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境相關(guān)，我國引進(jìn)的國外殼牌氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要控制的點(diǎn)很多，操作難度大，而我國在現(xiàn)階段的操作人員并不熟練，對這項(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)長時期的運(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國內(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)帶來了新的飛躍與發(fā)展，但是我國現(xiàn)階段引用國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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[3]周留霞.Shell氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及操作維修[J].煤化工，2008，36（4）：38-41.

[4]宋文明，薛小強(qiáng)，楊貴榮等.殼牌氣化爐失效特性分析[J].化學(xué)工程，2013，41（6）：53-57.

[5]唐凱鋒，張會生，翁史烈，等.基于渣層法的改進(jìn)型shell氣化爐動態(tài)建模與仿真研究[J].動力工程學(xué)報，2012，32（12）：979-983.

[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（自然科學(xué)版），2016，55（1）：22-29.

[責(zé)任編輯：李書培]