CN103881762B - 一种气化炉耐火衬里 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种气化炉耐火衬里，所述的气化炉耐火衬里从气化炉壁面到炉膛空间，依次包括隔热涂层、铬刚玉（Cr-Al）砖层和铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层；所述的隔热涂层的厚度和所述的铬刚玉层砖的厚度的比例为0.5：100～8：40。本发明气化炉耐火衬里大大降低了其厚度、增大了气化炉使用容积、提高了气化炉效率，并且延长了气化炉耐火衬里的使用寿命。

Description

一种气化炉耐火衬里
技术领域
本发明涉及一种用于气化炉耐火衬里。
背景技术
煤炭气化过程是以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程，其中气流床气化技术因其良好的技术指标、高处理负荷和环境友好等特点，成为当今煤炭气化的主流技术。在气流床气化炉内，炉壁衬里及其结构是气化炉设计与运行的关键所在。
目前气流床气化炉耐火衬里，主要有膜式水冷壁和耐火砖等两种方式，其中膜式水冷壁衬里主要用于高灰熔点气化技术，其特点是许用温度高、热损失较大；耐火砖衬里主要用于灰熔点相对较低气化技术，其特点是壁面热损失小，气化整体热效率高等。国内应用最为广泛的德士古（现为GE通用）水煤浆气化技术和多喷嘴对置式水煤浆气化技术的气化炉均采用耐火砖衬里。然后现有的耐火衬里均由隔热砖（氧化铝砖，导热系数约为0.9W/m·K）、铬刚玉砖（Cr-Al，导热系数约为4W/m·K)和铬铝锆砖（Cr-Al-Zr，导热系数约为4.2W/m·K）组成，厚度很大，费用也很高。以日处理2000吨煤的多喷嘴对置式水煤浆气化炉为例，隔热砖厚度约为105mm，铬刚玉（Cr-Al）砖约为200mm，铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖约为230mm，总体厚度约为535mm，气化炉气化室约55%的容积均被耐火砖所占据，大大降低了气化炉的容积使用率。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的气化炉耐火衬里厚度大，气化炉容积效率低、耐火衬里寿命短的缺陷，提供了一种优化的气化炉耐火衬里。本发明气化炉耐火衬里在保证气化炉金属壁面容许温度的情况下，大大降低了其厚度、增大了气化炉使用容积、提高了气化炉效率，并且延长了气化炉耐火衬里的使用寿命。
本发明通过下述方案解决上述技术问题。
本发明提供一种气化炉耐火衬里，所述的气化炉耐火衬里从气化炉壁面到炉膛空间，依次包括隔热涂层、铬刚玉（Cr-Al）砖层和铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层；所述的隔热涂层的厚度和所述的铬刚玉层砖的厚度的比例为0.5：100～8：40。
本发明中，较佳地，所述的气化炉耐火衬里从气化炉壁面到炉膛空间，依次为隔热涂层、铬刚玉（Cr-Al）砖层和铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层。
本发明中，所述的隔热涂层的厚度和所述的铬刚玉砖层的厚度的比例较佳地为4:100～8：40。
本发明中，所述的隔热涂层、铬刚玉砖层和铬铝锆砖层之间的厚度的比例较佳地为（4～8）:（100～40）:（260～230）。
本发明中，所述的隔热涂层为本领域常规的隔热涂层。所述的隔热涂层较佳地为纳米空心陶瓷微珠涂料层，一般由本领域常规的纳米空心无机陶瓷微珠涂料涂抹在气化炉壁面后形成。所述的纳米无机空心微珠涂料的主要化学组成为AL2O3、SiO2、TiO2、B2O3，纳米无机空心微珠与硅酸盐溶液和硅酸铝纤维配合成上述涂料。纳米无机空心微珠涂料市售可得，较佳地如北京志盛威华化工有限公司ZS-1耐高温隔热保温涂料。
其中，所述的隔热涂层的导热系数较佳地≤0.03W/m·K。所述的隔热涂层的厚度较佳地为0.5-8mm，更佳地为4-8mm。
本发明中，所述的铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层为本领域常规的铬铝锆砖层，其设在气化炉最内侧，其直接与气化炉内熔渣接触，起到抗渣侵蚀和抗磨损的作用。所述的铬铝锆砖层的厚度较佳地为230～260mm。
本发明中，所述的铬刚玉（Cr-Al）砖层为本领域常规的铬刚玉转层，其设在隔热涂层和铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层中间，起到的作用在于配合隔热涂层和铬铝锆砖层保证气化炉外壳金属壁面的温度保持在容许温度之下，并且还防止气化炉炉膛内熔渣和合成气通过铬铝锆砖层的缝隙泄漏出来后与隔热涂层接触腐蚀隔热涂层。所述的铬刚玉转层的厚度较佳地为40-100mm。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明气化炉耐火衬里大大降低了其厚度、增大了气化炉使用容积、提高了气化炉效率，并且延长了气化炉耐火衬里的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术气化炉耐火衬里的结构示意图。
图2为图1A部分局部结构放大示意图。
图3为本发明一较佳实施例中的气化炉耐火衬里的结构示意图。
图4为图3B部分局部结构放大示意图。
附图标记说明
隔热涂层：1
铬刚玉砖层：2
铬铝锆砖层：3
耐火砖：10
耐火纤维料：11
铬刚玉砖层：12
铬铝锆砖层：13
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
一个日处理3000吨煤的水煤浆气化系统，气化压力为8.7MPa，气化炉金属壳内径为3.4m，气化炉操作温度为1300℃。本发明耐火衬里结构和现有技术耐火衬里结构如图1-图4所示。表1给出了现有的耐火衬里数据，表2给出本实施例气化炉耐火衬里的数据。
表1、现有耐火衬里数据
参数 现有耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
耐火纤维料10厚度 19mm
隔热砖11厚度 105mm
铬刚玉（Cr-Al）砖12厚度 100mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖13厚度 230mm
表2、本发明耐火衬里数据工业分析表
参数 本发明耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
隔热涂层1厚度δa 4mm
铬刚玉（Cr-Al）砖2层厚度δb 100mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖3层厚度δc 260mm
表3、现有技术与本发明技术对比
参数 现有耐火衬里 本发明衬里
耐火衬里所占容积比例 ～46% ～38%
炉膛有效容积比例 ～54% ～62%
计算得到气化炉内壁温度 250℃ 252℃
耐火砖最长寿命注 23000h 28000h
注：以铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖厚度在传统气化炉内的蚀损速率0.01mm/h计算
表3给出了两种衬里下气化炉容积效率和耐火衬里寿命对比。另外根据化学反应工程原理，若保证物料的平均停留时间一定，本发明下的气化炉操作负荷可以比原有技术提高15%。
实施例2
一个日处理1500吨煤的水煤浆气化系统，气化压力为6.5MPa，气化炉金属壳内径为3.4m，气化炉操作温度为1300℃。本发明耐火衬里结构和现有技术耐火衬里结构如图1-图4所示。表4给出了现有的耐火衬里数据，表5给出本实施例气化炉耐火衬里的数据。
表4、现有耐火衬里数据
参数 现有耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
耐火纤维料11厚度 19mm
隔热砖10厚度 105mm
铬刚玉（Cr-Al）砖12厚度 200mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖13厚度 230mm
表5、本发明耐火衬里数据工业分析表
参数 本发明耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
隔热涂层1厚度δa 6mm
铬刚玉（Cr-Al）砖层2厚度δb 40mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层3厚度δc 260mm
表6、现有技术与本发明技术对比
参数 现有耐火衬里 本发明衬里
耐火衬里所占容积比例 ～55% ～31%
炉膛有效容积比例 ～45% ～69%
计算得到气化炉内壁温度 233℃ 235℃
耐火砖寿命注 23000h 28000h
注：以铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖厚度在传统气化炉内的蚀损速率0.01mm/h计算
表6给出了两种衬里下气化炉容积效率和耐火衬里寿命对比。另外根据化学反应工程原理，若保证物料的平均停留时间一定，本发明下的气化炉操作负荷可以比原有技术提高53%。
实施例3
一个日处理3000吨煤的水煤浆气化系统，气化压力为4.2MPa，气化炉金属壳内径为4.2m，气化炉操作温度为1300℃。本发明耐火衬里结构和现有技术耐火衬里结构如图1-图4所示。表7给出了现有的耐火衬里数据，表8给出本实施例气化炉耐火衬里的数据。
表7、现有耐火衬里数据
参数 现有耐火衬里
气化炉金属壳内径 4200mm
耐火纤维料10厚度 19mm
隔热砖11厚度 125mm
铬刚玉（Cr-Al）砖12厚度 200mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖13厚度 230mm
表8、本发明耐火衬里数据工业分析表
参数 本发明耐火衬里
气化炉金属壳内径 4200mm
隔热涂层1厚度δa 6.5mm
铬刚玉（Cr-Al）砖层2厚度δb 40mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层3厚度δc 230mm
表9、现有技术与本发明技术对比
参数 现有耐火衬里 本发明衬里
耐火衬里所占容积比例 ～46% ～25%
炉膛有效容积比例 ～54% ～75%
计算得到气化炉内壁温度 234℃ 235℃
耐火砖寿命注 23000h 25000h
注：以铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖厚度在传统气化炉内的蚀损速率0.01mm/h计算
表9给出了两种衬里下气化炉容积效率和耐火衬里寿命对比。另外根据化学反应工程原理，若保证物料的平均停留时间一定，本发明下的气化炉操作负荷可以比原有技术提高40%。
实施例4
一个日处理800吨煤的水煤浆气化系统，气化压力为2.1MPa，气化炉金属壳内径为3.4m，气化炉操作温度为1300℃。本发明耐火衬里结构和现有技术耐火衬里结构如图1-图4所示。表10给出了现有的耐火衬里数据，表11给出本实施例气化炉耐火衬里的数据。
表10、现有耐火衬里数据
参数 现有耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
耐火纤维料10厚度 19mm
隔热砖11厚度 150mm
铬刚玉（Cr-Al）砖12厚度 200mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖13厚度 230mm
表11、本发明耐火衬里数据工业分析表
参数 本发明耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
隔热涂层1厚度δa 8mm
铬刚玉（Cr-Al）砖层2厚度δb 40mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层3厚度δc 235mm
表12、现有技术与本发明技术对比
参数 现有耐火衬里 本发明衬里
耐火衬里所占容积比例 ～49% ～25%
炉膛有效容积比例 ～51% ～75%
计算得到气化炉内壁温度 209℃ 209℃
耐火砖寿命注 23000h 25000h
注：以铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖厚度在传统气化炉内的蚀损速率0.01mm/h计算
表12给出了两种衬里下气化炉容积效率和耐火衬里寿命对比。另外根据化学反应工程原理，若保证物料的平均停留时间一定，本发明下的气化炉操作负荷可以比原有技术提高46%。
实施例5
一个日处理800吨煤的水煤浆气化系统，气化压力为2.1MPa，气化炉金属壳内径为3.4m，气化炉操作温度为1300℃。本发明耐火衬里结构和现有技术耐火衬里结构如图1-图4所示。表13给出了现有的耐火衬里数据，表14给出本实施例气化炉耐火衬里的数据。
表13、现有耐火衬里数据
参数 现有耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
耐火纤维料10厚度 19mm
隔热砖11厚度 150mm
铬刚玉（Cr-Al）砖12厚度 200mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖13厚度 230mm
表14、本发明耐火衬里数据工业分析表
参数 本发明耐火衬里
气化炉金属壳内径 3400mm
隔热涂层1厚度δa 7.5mm
铬刚玉（Cr-Al）砖层2厚度δb 95mm
铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖层3厚度δc 255mm
表15、现有技术与本发明技术对比
参数 现有耐火衬里 本发明衬里
耐火衬里所占容积比例 ～49% ～31%
炉膛有效容积比例 ～51% ～69%
计算得到气化炉内壁温度 209℃ 209℃
耐火砖寿命注 23000h 27000h
注：以铬铝锆（Cr-Al-Zr）砖厚度在传统气化炉内的蚀损速率0.01mm/h计算
表15给出了两种衬里下气化炉容积效率和耐火衬里寿命对比。另外根据化学反应工程原理，若保证物料的平均停留时间一定，本发明下的气化炉操作负荷可以比原有技术提高35%。

Claims (4)

1.一种气化炉耐火衬里，其特征在于，所述的气化炉耐火衬里从气化炉壁面到炉膛空间，依次包括隔热涂层、铬刚玉砖层和铬铝锆砖层；所述的隔热涂层的厚度为0.5-8mm；所述的铬刚玉砖层的厚度为40-100mm；所述的铬铝锆砖层的厚度为230～260mm；所述的隔热涂层为纳米空心陶瓷微珠涂料层。
2.如权利要求1所述的气化炉耐火衬里，其特征在于，所述的气化炉耐火衬里从气化炉壁面到炉膛空间，依次为隔热涂层、铬刚玉砖层和铬铝锆砖层。
3.如权利要求1所述的气化炉耐火衬里，其特征在于，所述的隔热涂层的导热系数≤0.03W/m·K。
4.如权利要求1所述的气化炉耐火衬里，其特征在于，所述的隔热涂层的厚度为4-8mm。
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Assignee: JIANGSU AEROSPACE HEWLETT ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: EAST CHINA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY|SHANGHAI YINENG GAS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021980002027

Denomination of invention: A refractory lining for gasifier

Granted publication date: 20160120

License type: Common License

Record date: 20210324

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