CN102329658A

CN102329658A - 用于气流床气化炉的冷壁式衬里及包括其的装置

Info

Publication number: CN102329658A
Application number: CN201110243294A
Authority: CN
Inventors: 梁钦锋; 刘海峰; 郭晓镭; 龚欣; 于广锁; 王辅臣; 王亦飞; 许建良; 李伟锋; 代正华; 周志杰; 郭庆华; 陈雪莉; 王兴军; 刘霞
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: CN102329658B

Abstract

本发明公开了一种用于气流床气化炉的冷壁式衬里，包括若干个通有冷却介质的水冷管和一耐冲刷层，每个所述水冷管的表面设置若干个锚固件，在所述锚固件间由所述水冷管的表面向外依次敷设至少一隔热层和所述耐冲刷层。本发明还公开了一种气流床气化炉，其包括如上所述的冷壁式衬里。本发明通过隔热层可以有效地隔离高温、保护水冷管，从而延长冷壁式衬里的使用寿命，同时，降低翅片温度以及减少冷壁式衬里带走的热量损失。

Description

用于气流床气化炉的冷壁式衬里及包括其的装置

技术领域

本发明涉及煤炭气化领域，特别是涉及一种用于气流床气化炉的冷壁式衬里，及包括该冷壁式衬里的气流床气化炉。

背景技术

煤炭气化，即在一定温度、压力条件下利用气化剂(O₂、H₂O或CO₂)与煤炭反应生成洁净合成气(以CO和H₂为主要成分)，是煤炭化学加工的一个重要方法，是实现煤炭洁净利用的关键。煤炭气化技术，尤其是高压、大容量气流床气化技术，显示了良好的经济和社会效益，代表着发展趋势，是洁净煤技术的龙头和关键，其中气化炉是气流床气化技术中最关键的设备之一。

目前，世界上主流的气流床气化炉衬里结构主要分为两种：耐火砖式衬里和水冷壁式衬里。

耐火砖式衬里，即在气化炉承压外壳内壁处衬上一定厚度的Cr-Al-Zr(铬-铝-锆)耐火砖。但由于气流床气化炉通常采用液态排渣，操作温度很高，耐火砖极易受到熔渣或高温的侵蚀。实践证明，向火面的耐火砖的运行寿命约10000小时，部分薄弱位置的耐火砖寿命仅为3000～4000小时。因此，现有的耐火砖衬里主要存在以下缺点：1、耐火砖易受到熔渣或高温的侵蚀，使用寿命短；2、耐火砖需要频繁修补、更换工作量大、效率低；3、耐火砖价格昂贵，一炉耐火砖需要500～700万元。

针对耐火砖衬里存在的缺陷，水冷壁衬里随之应运而生。其通过向水冷管内通入冷却介质(通常为过冷水或蒸汽)，在其水冷管的向火表面涂抹一定厚度的耐磨材料，采用“以渣抗渣”的方式来抵抗高温气体冲刷和熔渣侵蚀。采用水冷壁衬里的气流床气化炉操作温度通常大于1400℃，由于水冷管表面涂抹的耐冲刷材料导热系数较大，且气化炉高温区附着渣层较薄，使得水冷管和管间翅片直接暴露在高温环境下，极易造成水冷壁衬里的高温烧蚀。如水冷壁衬里表面渣层较薄，水冷壁衬里导热性能良好，当气化炉停车时，炉膛温度短时间内将迅速降低，再次开车前需要重新进行预热升温。此外气化炉正常运行时水冷壁衬里带走热量较多也势必增加相关运行消耗。

因此，延长冷壁式衬里的使用寿命，提高气化炉操作灵活性以及降低运行消耗是未来气流床气化发展的关键技术之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中冷壁式衬里局部使用寿命短、热损失较大的缺陷，提供一种用于气流床气化炉的冷壁式衬里及包括其的装置。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于气流床气化炉的冷壁式衬里，包括若干个通有冷却介质的水冷管和一耐冲刷层，其特点在于，每个所述水冷管的表面设置若干个锚固件，在所述锚固件间由所述水冷管的表面向外依次敷设至少一隔热层和所述耐冲刷层。

其中，所述隔热层可以有效隔离高温，从而保护水冷管。此外，还起到了降低冷壁式衬里导热的作用，以减少冷壁式衬里带走的热量损失。

较佳地，所述隔热层为单层敷设或至少两层交替敷设。

较佳地，所述隔热层和所述耐冲刷层均由最大颗粒直径小于5mm的粉末状材料制成。

较佳地，所述隔热层和所述耐冲刷层的厚度均为5mm-100mm。

多层隔热层的交替敷设可以进一步提高隔热效果。粉末状的材料通过与有机粘结剂混合后进行涂抹，由于其细颗粒形状，使得该材料易于涂敷，且粘结牢固。

敷设于所述隔热层表面的所述耐冲刷层可以起到耐高温气流冲刷和熔渣侵蚀的作用。

较佳地，所述水冷管为盘管或列管，两个相邻的所述水冷管之间采用一设置于所述隔热层下方的翅片连接，或者直接焊接。

这样可以有效保证该冷壁式衬里结构的密闭性。

较佳地，所述锚固件为渣钉或金属网。

较佳地，所述渣钉焊接在所述水冷管表面上，或所述金属网埋设在所述隔热层和/或所述耐冲刷层内。

较佳地，所述渣钉为圆柱形或Y形，呈一列或多列纵向排列。

所述渣钉用于将所述耐冲刷层和所述隔热层牢牢固定在所述水冷管的表面，其采用的纵向排列方式更为平整牢固。而所述金属网可以进一步强化冷壁式衬里的结构强度。

较佳地，两个相邻的所述水冷管上的所述渣钉呈交错排列。

交错排列的方式可以进一步保证所述隔热层和所述耐冲刷层的平整度和牢固性。

较佳地，所述冷却介质包括水、蒸汽、导热油或熔盐。

本发明还提供了一种气流床气化炉，其特点在于，其包括如上所述的冷壁式衬里。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过隔热层可以有效地隔离高温、保护水冷管，从而延长冷壁式衬里的使用寿命。同时，降低翅片温度以及减少冷壁式衬里带走的热量损失。

附图说明

图1为本发明用于气流床气化炉的冷壁式衬里的结构示意图。

图2为本发明用于气流床气化炉的冷壁式衬里中渣钉的布置方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，本发明用于气流床气化炉的冷壁式衬里1采用若干个通有冷却介质的水冷管11作为衬里底层。每个水冷管11的表面设置若干个锚固件14，并在锚固件14间由水冷管11的表面向外依次敷设至少一隔热层13和一耐冲刷层12。这样，隔热层13可以有效隔离高温，从而保护水冷管。此外，还起到了降低冷壁式衬里导热的作用，以减少冷壁式衬里带走的热量损失。

进一步地，隔热层13敷设于水冷管11的表面，可以为单层敷设或至少两层交替敷设。优选地，隔热层13的厚度为5mm-100mm，采用的材料为最大颗粒直径小于5mm的粉末状材料。其中，该粉末材料主要包括Al₂O₃(三氧化二铝)、SiO₂(二氧化硅)和Fe₂O₃(氧化铁)等，可以起到降低冷壁式衬里导热的作用。优选地，耐冲刷层12的厚度为5mm-100mm，采用的材料为最大颗粒直径小于5mm的粉末状材料，其主要包括SiC(碳化硅)和Al₂O₃(三氧化二铝)等，将其敷设于隔热层13的表面，起到耐高温气流冲刷和熔渣侵蚀作用。上述粉末状材料采用有机粘结剂混合后敷设于水冷管11的表面，并进行相关烘干处理。由于其细颗粒形状，使得该材料易于涂敷，且粘结牢固。

其中，水冷管11选用盘管或列管，两个相邻的水冷管11之间采用一设置于隔热层13下方的翅片15连接，可以有效保证该冷壁式衬里结构的密闭性。当然，两个相邻的水冷管11之间也可以直接焊接。优选地，翅片15的厚度为5mm-20mm，宽度为5mm-50mm，而水冷管11和翅片15采用金属材质，如铬钼钢。

其中，锚固件14为渣钉或金属网。如图1所示，渣钉焊接在水冷管11的表面上。渣钉可以为圆柱形或Y形，呈一列或多列纵向排列(如图2所示)。优选地，渣钉的直径为5mm-20mm，高度为5mm-200mm，沿水冷管11排列的中心布置间距为10mm-200mm，其材质可以使用耐高温合金钢。此处，可以通过渣钉将耐冲刷层12和隔热层13牢牢固定在水冷管11的表面，其采用的纵向排列方式更为平整牢固。进一步地，两个相邻的水冷管11上的锚固件14呈交错排列。交错排列的方式可以进一步保证隔热层13和耐冲刷层12的平整度和牢固性。

更进一步地，在衬里结构中可以增设金属网(图中未示)，将其埋设在隔热层13和/或耐冲刷层12内，从而进一步强化冷壁式衬里的结构强度，防止耐冲刷层12和隔离层13的脱落。金属网为网状结构，材料采用不锈钢。

此外，上述的锚固件14高度距离耐冲刷层12的表面0mm-50mm(如图1所示)。水冷管11中采用的冷却介质包括水、蒸汽、导热油或熔盐。当然，上述提到的各种尺寸数据仅为优选尺寸，其大小均可以根据实际情况进行调整。

本发明还提供了一种气流床气化炉，其采用了上述的冷壁式衬里，从而改善了气化炉的操作灵活性，并通过降低冷壁式衬里带走的热量损失，大大提高了气化效率。

为进一步详细说明本发明气流床气化炉，以下例举具体实施方案，对现有水冷壁衬里的气流床气化炉与本发明气流床气化炉进行比较：

实施方案一：

水冷壁衬里气流床气化炉：日处理1100吨煤；采用带翅片的水冷壁结构；其水冷管规格Φ38×8mm，材料15CrMoG；翅片宽度10mm，厚度8mm，材料为15CrMoR；采用圆柱状的渣钉，渣钉的直径Φ10mm，长度16mm，中心布置间距20mm，材质为型号为2520的耐高温材料，水冷管内冷却介质为200℃过冷水。

其中，水冷管表面仅敷设一16mm厚的耐冲刷层，该耐冲刷层的材料主要成分为SiC＝60％～75％，Al₂O₃＝10％～18％，其它氧化物如Fe₂O₃+SiO₂+P₂O₅＝7％～30％；气化炉操作温度为1600℃。

当气化炉正常运行时，采用上述仅涂抹一层耐冲刷层的水冷壁结构。则水冷管间翅片的最高温度为292℃，水冷壁衬里带走热量的比例约占进入炉内的煤总热值的2.7％。

如采用本发明的冷壁式衬里结构，在总涂抹厚度不变的情况下，耐冲刷层涂抹厚度10mm，材料不变，剩余涂抹隔热层。隔热层材料主要成分为Al₂O₃＝30％～40％，SiO₂＝40％～50％，如Fe₂O₃等其它氧化物为10％～30％。

则在相同操作条件下，水冷管间翅片最高温度270℃，冷壁式衬里带走热量的比例约占进入炉内的煤总热值的1.8％。

由此可见，采用本发明冷壁式衬里可有效隔离高温，降低管间翅片温度和冷壁式衬里热损失。

实施方案二：

参照实施方案一中水冷壁气化炉的操作和结构参数。

采用本发明的冷壁式衬里结构，其中，采用两层隔热层。所述两层隔热层包括一如上所述的隔热层和一珍珠岩层。例如，由水冷管向外依次敷设珍珠岩层10mm，隔热层10mm和耐冲刷涂层10mm。其中，耐冲刷层和隔热层成分与上述实施方案一中相同，而珍珠岩层主要成分为SiO₂和Al₂O₃，其含量约85％。

在气化炉相同的操作条件下，管间翅片最高温度252℃，冷壁式衬里带走的热量占气化炉中处理煤总热值的比例降低至约1.0％。

由上可见，采用两层或多层隔热层结构可进一步降低水冷管间翅片温度和冷壁式衬里热损失。

综上，本发明通过设置锚固件、隔离层等措施，获得坚固而又整体性良好的长寿命低导热的冷壁式衬里。其可以有效地隔离高温，保护水冷管、降低管间翅片温度以及减少冷壁式衬里带走的热量损失。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于气流床气化炉的冷壁式衬里，包括若干个通有冷却介质的水冷管和一耐冲刷层，其特征在于，每个所述水冷管的表面设置若干个锚固件，在所述锚固件间由所述水冷管的表面向外依次敷设至少一隔热层和所述耐冲刷层。

2.如权利要求1所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述隔热层为单层敷设或至少两层交替敷设。

3.如权利要求1所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述隔热层和所述耐冲刷层均由最大颗粒直径小于5mm的粉末状材料制成。

4.如权利要求3所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述隔热层和所述耐冲刷层的厚度均为5mm-100mm。

5.如权利要求1所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述水冷管为盘管或列管，两个相邻的所述水冷管之间采用一设置于所述隔热层下方的翅片连接，或者直接焊接。

6.如权利要求1所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述锚固件为渣钉或金属网。

7.如权利要求6所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述渣钉焊接在所述水冷管表面上，或所述金属网埋设在所述隔热层和/或所述耐冲刷层内。

8.如权利要求6所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述渣钉为圆柱形或Y形，呈一列或多列纵向排列。

9.如权利要求8所述的冷壁式衬里，其特征在于，两个相邻的所述水冷管上的所述渣钉呈交错排列。

10.如权利要求1所述的冷壁式衬里，其特征在于，所述冷却介质包括水、蒸汽、导热油或熔盐。

11.一种气流床气化炉，其特征在于，其包括如权利要求1-10任意一项所述的冷壁式衬里。