CN104059694A - 加压气化炉的炉体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加压气化炉的炉体结构，有一个立式的外筒体，所述外筒体内设置内筒体，所述内筒体与所述的外筒体之间充满锅炉水；所述内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层，所述耐火隔热砖层由多块矩形锁扣耐火砖拼砌构成，所述矩形锁扣耐火砖的四个边中至少一个边上设置柱面形凸缘，与该柱面形凸缘的对称的另一个边上设置柱面形凹槽，柱面形凸缘与柱面形凹槽相匹配。本发明的耐火隔热砖层耐磨、耐蚀、耐高温，隔气保温充填层耐高温、耐酸碱，隔绝腐蚀气体对内筒体的侵蚀。

Description

加压气化炉的炉体结构
技术领域
本发明涉及一种加压气化炉的炉体结构，属于水煤浆气化技术领域。该炉体中的内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层；耐火砖的一个边上设置柱面形凸缘，另一个边上设置柱面形凹槽。
背景技术
现有技术中，煤的洁净与高效利用是当今世界能源与环境保护领域中的重大课题，也是我国国民经济持续发展的关键技术之一。煤气化是将一次能源转化成洁净的二次能源的主要途径。为此，中国专利200510111484.8公开了一种多喷嘴水煤浆或粉煤气化炉，包括气化室与洗涤冷却室，气化室包括内衬耐火砖的圆柱状壳体、工艺喷嘴室和工艺喷嘴，工艺喷嘴室沿壳体周边均布，工艺喷嘴以机械方式安装在工艺喷嘴室中，气化渣口设置在气化室底部；洗涤冷却室设置在气化室下部，洗涤冷却室包括下渣口，煤气出口设置在洗涤冷却室的上部，工艺喷嘴向下倾斜；下渣口至少有两个；耐火隔热砖层内设托砖架。该专利的优点是炉内温度分布均匀，碳转化率98％以上，特别适合日处理3000吨一5000吨的大规模煤气化生产工艺，可用于甲醇、合成氨、IGCC发电等领域。耐火隔热砖层是水煤浆加压气化炉内衬的重要组成部分，要求有很好的常温强度、高温强度、热震稳定性及耐磨性。随着煤化工水煤浆加压气化技术的进步，气化炉体积越来越大、操作压力越来越高、日投煤量越来越大，对炉体提出了更高的要求。因此，需要提出一种新的加压气化炉的炉体结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加压气化炉的炉体结构，本发明的炉体是双层结构，其内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层，本发明的耐火隔热砖层耐磨、耐蚀、耐高温，隔气层耐高温、耐酸碱，隔绝腐蚀气体对内筒体的侵蚀。
本发明的目的是由下述技术方案实现的：一种加压气化炉的炉体结构，有一个立式的外筒体，所述外筒体内设置内筒体，所述内筒体与所述的外筒体之间充满锅炉水；所述内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层，所述耐火隔热砖层由多块矩形锁扣耐火砖拼砌构成，所述矩形锁扣耐火砖的四个边中至少一个边上设置柱面形凸缘，与该柱面形凸缘的对称的另一个边上设置柱面形凹槽，柱面形凸缘与柱面形凹槽相匹配。
本发明与已有技术相比具有如下优点：
1、本发明的耐火隔热砖层中的矩形锁扣耐火砖具有耐磨、耐蚀、耐高温、热振性好的特点，砖与砖之间的锁扣结构增强了炉体内衬整体的强度，并解决了炉体内衬易脱落问题，大大提高炉体使用寿命及安全性。
2、本发明的钛合金钢板隔气层具有耐高温、耐酸碱腐蚀性能，砖与砖之间的锁扣密封结构结合隔气层大大提高了炉体耐高温、耐酸碱，耐腐蚀气体侵蚀的性能。
3、本发明的耐火隔热砖层中的相邻的矩形锁扣耐火砖之间构成线接触，加强了耐火隔热砖层的密封性，矩形锁扣耐火砖上的柱面形凸缘与柱面形凹槽结构能有效的吸收砖体的体积膨胀、砖体的弯曲等变形量。
附图说明
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的炉体纵剖面示意图；
图2是本发明的炉体局部放大图；
图3是本发明的矩形锁扣耐火砖外形结构示意图；
图4是矩形锁扣耐火砖俯视图；
图5是矩形锁扣耐火砖左视图。
具体实施方式
实施例一：
参见图1至图5(图2是图1的A部结构放大图)，本发明的加压气化炉的炉体结构，有一个立式的外筒体1，所述外筒体内设置内筒体2，所述内筒体与所述的外筒体之间充满锅炉水3；所述内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层5和耐火隔热砖层4，所述耐火隔热砖层由多块矩形锁扣耐火砖400拼砌构成，所述矩形锁扣耐火砖的四个边中至少一个边上设置柱面形凸缘401，与该柱面形凸缘的对称的另一个边上设置柱面形凹槽402，柱面形凸缘与柱面形凹槽相匹配。
本发明的一个实施例中，加压气化炉的炉体高度为13米，其直径4米，操作压力3Mpa。所述的矩形锁扣耐火砖是增韧氧化锆砖；所述增韧氧化锆砖所用原料的重量比是：
氧化铝 50-95；
氧化锆 50-5；
稳定剂 2－5；
所述的矩形锁扣耐火砖上设置的柱面形凸缘的半径数值小于所述的柱面形凹槽的半径数值。
所用原料中的氧化铝采用市场销售的含氧化铝≥99％(大于99％)，平均粒度小于2μm，烧成温度1700℃的氧化铝粉。
所用原料中的氧化锆采用市场销售的含氧化锆≥99％(大于99％)，平均粒度小于2μm，烧成温度1700℃的氧化锆粉。
所述的稳定剂是市场销售的氧化钙或钙、镁、钇氧化物中的一种。
所述增韧氧化锆砖所用原料优选的重量比是：
氧化铝 50；
氧化锆 50；
稳定剂 2；
或者，所用原料另一个优选的重量比是：
氧化铝 70；
氧化锆 25；
稳定剂 3；
或者，所用原料另一个优选的重量比是：
氧化铝 95；
氧化锆 5；
稳定剂 5。
本实施例中，矩形锁扣耐火砖长200毫米、宽200毫米、厚50毫米(实际应用中不仅限于前述外形尺寸，可以选用常规的或者符合国家标准的外形尺寸)；参见图3、图4、图5，相邻的两个砖边上(顶边和左边)设置通长的柱面形凸缘，柱面形凸缘的半径为25毫米；另外相邻的两个砖边上设置通长的柱面形凹槽，柱面形凹槽的半径为30毫米。采用该耐火砖修砌耐火隔热砖层时，每块砖四周都有上、下、左、右四块相邻的砖，位于下面的相邻砖的顶部柱面形凸缘嵌入位于上面的相邻砖的底部的柱面形凹槽内，形成砖与砖之间的锁扣结合；左邻的砖和右邻的砖结合的方式与前述相同，不重复描述。由于(位于下面的矩形锁扣耐火砖)柱面形凸缘的半径数值小于所述的(位于上面的矩形锁扣耐火砖)柱面形凹槽的半径数值，上、下两块砖之间构成线形密封结构(两块砖之间是线接触，因而结合紧密)；本实施例中，砖与砖之间的锁扣结构增强了炉体内衬向火面的强度，并解决了炉体内衬易脱落问题，大大提高炉体使用寿命及安全性。矩形锁扣耐火砖上的柱面形凸缘与柱面形凹槽结构能有效的吸收砖体的体积膨胀、砖体的弯曲等变形量。本实施例中，所述的钛合金钢板隔气层的厚度是0.2－0.5毫米，所述的钛合金钢板隔气层的表面上设置有耐高温隔热涂层。钛合金钢板隔气层具有耐高温、耐酸碱腐蚀性能，砖与砖之间的锁扣密封结构结合上述隔气层大大提高了炉体耐高温、耐酸碱，耐腐蚀气体侵蚀的性能。本实施例中，矩形锁扣耐火砖与钛合金钢板隔气层之间采用ZS-1071型耐高温无机粘合剂固定，上、下、左、右四块相邻的矩形锁扣耐火砖之间也采用ZS-1071型耐高温无机粘合剂固定，ZS-1071耐高温无机粘合剂是北京志盛威华公司独立研究开发，拥有自己知识产权的产品，使用温度达到1800℃。
本实施例中，所述的钛合金钢板隔气层中的钛合金钢板化学成分包括Al、Sn、zr、Mo、Si五种元素和余量的钛以及不可避免的杂质元素；所述的钛合金钢板表面上设置有耐高温隔热涂层。耐高温隔热涂层采用的涂料的化学组分及重量百分比是：Al5.3％－6.0％；Sn3.7％－4.0％；zr3.3％一3.4％；Mo0.3—0.7％；Si0.3％—0.4％；Nb0.3％—0.4％；Ta0.3％—0.9％；C0.036％—0.05％；Fe≤0.07％；O≤0.1％；余量为钛和其它不可避免的杂质。
本实施例中，耐高温隔热涂料的制备如下：称取SiO2包覆SiC核壳结构高反射颜料粉末10Kg(SiC颗粒粒径为2μm，SiO2核壳厚度为300nm)，ZrO2包覆硅藻土核壳结构隔热粉料40Kg(硅藻土颗粒粒径为3μm，ZrO2核壳厚度为300nm)，ZrO2增韧纤维2Kg(长度为100μm，直径为1μm)，分别加入到容器内并搅拌均匀得到功能颜料混合物。
称取水玻璃粘结剂10Kg，倒入搅拌容器内，加入35Kg水，搅拌均匀，再加入2Kg的六偏磷酸钠、100g的矿物油、500g的苯甲醇、200g的羟甲基纤维素和200g的钠基膨润土，搅拌均匀得到液相混合物。将上述的功能颜料混合物与液相混合物全部充分混合，在4500r/min转速的搅拌分散机下分散2小时，然后进入立式砂磨机中，球料比为1：1，砂磨均质化处理2小时，经325—400目筛网过滤处理，即得到耐高温隔热涂料。该耐高温隔热涂料在1600℃高温下，对红外辐射具有较高的热反射能力(反射率达到朋％)，对热传导具有较强的阻隔能力(热导率低至0.2W/m·K)。其耐火度可达1800℃以上，热震稳定性好，与衬体结合牢固，使用寿命长。
本实施例中，矩形锁扣耐火砖采用另一种优选形状，矩形锁扣耐火砖长180毫米、宽180毫米、厚50毫米，相邻的两个砖边上(顶边和左边)设置通长的柱面形凸缘，柱面形凸缘选用五段圆弧构成，(参考图5)即顶部圆弧、两肋部圆弧、两底角部圆弧；另外相邻的两个砖边上设置通长的柱面形凹槽也选用与柱面形凸缘对应的五段圆弧构成。
实施例二：
本实施例是在实施例一的基础上进行的改进，本实施例中与实施例一相同的内容，请参照实施例一中公开的内容进行理解，此处不作重复描述；实施例一中公开的内容也应当作为本实施例公开的内容。
本实施例中，所述的矩形锁扣耐火砖是锆纤维耐火砖；所述锆纤维耐火砖所用原料的重量比是：
氧化锆短纤维的直径为1-7um，长度小于3mm，氧化锆短纤维中ZrO2+Y2O3≥99％(大于99％)。
所述的矩形锁扣耐火砖上设置的柱面形凸缘的半径数值小于所述的柱面形凹槽的半径数值。
本实施例中，矩形锁扣耐火砖长200毫米、宽200毫米、厚50毫米(实际应用中不仅限于前述外形尺寸，可以选用常规的或者符合国家标准的外形尺寸)。
本实施例中，所述锆纤维耐火砖所用原料优选的重量比是：
或者，所用原料另一优选的重量比是：
或者，所用原料另一优选的重量比是：
此外，所用原料的重量比还可以是上述范围的中间值。
矩形锁扣耐火砖除了采用上述锆纤维耐火原料以外，还可以采用常规原料。不详细描述。
实施例三：
本实施例是在实施例一和实施例二的基础上进行的改进，本实施例中与前述实施例相同的内容，请参照前述实施例中公开的内容进行理解，此处不作重复描述；前述实施例中公开的内容也应当作为本实施例公开的内容。
实际操作中，钛合金钢板隔气层与内筒体的内壁安装时采用多件小尺寸矩形钢板逐件顺序焊接在内筒体的内壁上，由于不是一块完整的钢板，并且存在焊接缺陷，该焊接缺陷会导致腐蚀气体泄漏，因此，本实施例中，所述的加压气化炉的炉体结构中的钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层之间设置隔气保温充填层(附图中没有显示)，所述的隔气保温充填层所用原料包括粒径小于3毫米的铬刚玉砂、粒径小于200目的α－Al2O3微粉、粒径小于100目的石英砂或者莫来石、粒径小于100目的MgO粉；所述原料的重量比为：
所用的铬刚玉砂为生产金属铬产生的铬刚玉渣，将铬刚玉渣粉碎过筛，获得粒径小于5毫米的铬刚玉砂。
所述隔气保温充填层的厚度是1－10毫米，可以根据设计的需要在前述范围内任意选取。
本实施例中，隔气保温充填层所用原料优选的重量比为：
或者，所用原料另一个优选的重量比为：
或者，所用原料另一个优选的重量比为：
本实施例中，隔气保温充填层所用原料的重量比还可以在前述范围内任意选取。

Claims (5)

1.一种加压气化炉的炉体结构，有一个立式的外筒体，其特征在于：所述外筒体内设置内筒体，所述内筒体与所述的外筒体之间充满锅炉水；所述内筒体的内壁上设置钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层，所述耐火隔热砖层由多块矩形锁扣耐火砖拼砌构成，所述矩形锁扣耐火砖的四个边中至少一个边上设置柱面形凸缘，与该柱面形凸缘的对称的另一个边上设置柱面形凹槽，柱面形凸缘与柱面形凹槽相匹配。
2.根据权利要求1所述的加压气化炉的炉体结构，其特征在于：所述的矩形锁扣耐火砖是增韧氧化锆砖；所述增韧氧化锆砖所用原料的重量比是：
氧化铝 50-95；
氧化锆 50-5；
稳定剂 2－5；
所述的矩形锁扣耐火砖上设置的柱面形凸缘的半径数值小于所述的柱面形凹槽的半径数值。
3.根据权利要求2所述的加压气化炉的炉体结构，其特征在于：所述的钛合金钢板隔气层的厚度是0.2－0.5毫米，所述的钛合金钢板隔气层的表面上设置有耐高温隔热涂层。
4.根据权利要求1所述的加压气化炉的炉体结构，其特征在于：所述的矩形锁扣耐火砖是锆纤维耐火砖；所述锆纤维耐火砖所用原料的重量比是：
所述的矩形锁扣耐火砖上设置的柱面形凸缘的半径数值小于所述的柱面形凹槽的半径数值。
5.根据权利要求4所述的加压气化炉的炉体结构，其特征在于：所述的钛合金钢板隔气层和耐火隔热砖层之间设置隔气保温充填层，所述的隔气保温充填层所用原料包括粒径小于3毫米的铬刚玉砂、粒径小于200目的α－Al2O3微粉、粒径小于100目的石英砂或者莫来石、粒径小于100目的MgO粉；所述原料的重量比为：
所述隔气保温充填层的厚度是1－10毫米。
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