CN105199784A - 一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法，涉及气化炉技术领域，为解决煤催化气化工艺中含碱气固介质渗透到中间层中，所导致的中间层出现开裂、损毁甚至脱落的问题。所述流化床气化炉包括：炉壳以及设在所述炉壳内部的炉衬；所述炉衬包括第一耐火层和作为中间层的第二耐火层，且所述第二耐火层设在所述第一耐火层和所述炉壳之间，所述第二耐火层中所使用的耐火材料为致密耐火材料，所述致密耐火材料的密度范围为2g/m³-3.5g/m³。所述流化床气化炉的炉衬的制作方法用于制作上述技术方案所提的流化床气化炉的炉衬。本发明提供的流化床气化炉用于为煤催化气化反应提供反应场所。

Description

一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法

技术领域

本发明涉及气化炉技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法。

背景技术

煤作为工业生产的重要燃料，被人类大量开采利用，但由于其在燃烧过程中会对环境造成污染；因此，如何洁净高效的将煤用在工业生产中，成为人们一直关注的问题。

煤催化气化技术可实现煤的洁净高效利用，这种技术是将煤与气化剂在催化剂的催化作用下进行气化反应，气化反应最终能够生成高浓度的甲烷。而这种气化反应一般在流化床形式的气化炉中进行；且这种形式的气化炉的炉衬一般包括直接与炉内气固介质接触的耐火层，以及设在耐火层和炉壳之间具有隔热保温作用的中间层。由于煤催化气化工艺本身决定需添加较高含量的碱金属催化剂，导致炉内含碱灰渣会对炉衬耐火材料产生侵蚀，而且煤催化气化工艺中的气固介质会经耐火层的缝隙渗透到中间层，并与中间层中的隔热保温材料反应发生碱膨胀，致使中间层出现开裂、损毁甚至脱落的现象，影响流化床气化炉的正常使用。另外，煤催化气化工艺本身要求炉内需较高分压的蒸汽量，需控制炉壳温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，否则炉内蒸汽会经由耐火层和中间层在炉壳外壁附近冷凝，造成耐火层和中间层损坏、脱落及炉壳的腐蚀，影响流化床气化炉长周期稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法，用于解决煤催化气化工艺中含碱气固介质渗透到中间层中，所导致的中间层出现开裂、损毁甚至脱落的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种流化床气化炉，包括炉壳以及设在所述炉壳内部的炉衬；所述炉衬包括第一耐火层和作为中间层的第二耐火层，且所述第二耐火层设在所述第一耐火层和所述炉壳之间，所述第二耐火层中所使用的耐火材料为致密耐火材料，所述致密耐火材料的密度范围为2g/m³-3.5g/m³。

本发明还提供一种上述流化床气化炉的炉衬的制作方法，包括分段制作第二耐火层的步骤和分段制作第一耐火层的步骤，其中，

分段制作第二耐火层的步骤包括：形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分；

分段制作第一耐火层的步骤包括：形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的流化床气化炉的炉衬包括第一耐火层以及由致密耐火材料制成的第二耐火层，第二耐火层作为流化床气化炉的中间保温层设置在第一耐火层和炉壳之间；煤催化气化工艺中流化床气化炉内的气固介质直接与第一耐火层相接触，并且部分气固介质会经第一耐火层渗透到第二耐火层，由于第二耐火层中所选用的耐火材料为致密耐火材料，且密度范围为2g/m³-3.5g/m³，而致密耐火材料的质地较为致密，具有良好的化学稳定性和热震稳定性；因此，本发明提供的流化床气化炉中，将由致密耐火材料制成的第二耐火层作为流化床气化炉的中间层，能够有效抵抗气固介质中碱性介质对中间层的侵蚀破坏，保证了流化床气化炉长期稳定的使用。

另外，致密耐火材料相比于传统保温隔热材料还具有较高的导热系数，在对流化床气化炉进行保温的同时，还可将炉壳的温度控制在不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，这样就避免了炉内的蒸汽经过第一耐火层和第二耐火层在炉壳冷凝，所导致的第一耐火层和第二耐火层损坏、脱落以及对炉壳的腐蚀，进一步保证了流化床气化炉长期稳定的运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中实施例一对应的流化床气化炉的结构示意图；

图2为本发明实施例中实施例二对应的流化床气化炉的结构示意图；

图3为本发明实施例中实施例三对应的流化床气化炉的结构示意图。

附图标记：

1-炉壳，2-第二耐火层，

3-第一下耐火层，4-固体物料入口，

5-气化剂入口，6-排渣口，

7-出气口，8-分布板，

9-第一上耐火层。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的流化床气化炉及其炉衬的制作方法，下面结合说明书附图进行详细描述。

请参阅图1-图3，本发明实施例提供的一种流化床气化炉中，包括炉壳1以及设在炉壳1内部的炉衬；炉衬包括第一耐火层和作为中间层的第二耐火层2，且第二耐火层2设在第一耐火层和炉壳1之间，第二耐火层2中所使用的耐火材料为致密耐火材料，致密耐火材料的密度范围为2g/m³-3.5g/m³。

气化反应时，将混有催化剂的煤粉从流化床气化炉的固体物料入口4加入到流化床气化炉中，将气化剂依次经过流化床气化炉的气化剂入口5和分布板8加入到流化床气化炉中，进入到流化床气化炉中的煤粉和气化剂在催化剂的催化作用下发生气化反应，气化反应所得到的气相产物经过流化床气化炉的出气口7排出，进入后续净化分离工序，而气化反应所得到的固相产物经过流化床气化炉的排渣口6排出流化床气化炉。

需要说明的是，分布板8一般为圆锥形结构，且在圆锥形结构的板面均匀分布有若干通孔；将分布板8设在流化床气化炉的炉底处，使气化剂依次经过气化剂入口5和分布板8上的若干通孔再进入到流化床气化炉中，这样就将从气化剂入口5进入的气化剂均匀的散布在流化床气化炉内，实现较好的流化，从而使气化反应能够更加顺利的进行。

通过上述实施例提供的气化反应过程可知，煤催化气化工艺中流化床气化炉内的气固介质直接与第一耐火层相接触，并且部分气固介质会经第一耐火层渗透到第二耐火层2，由于第二耐火层2中所选用的耐火材料为致密耐火材料，且密度范围为2g/m³-3.5g/m³，而致密耐火材料的质地较为致密，具有良好的化学稳定性和热震稳定性；因此，本发明实施例提供的流化床气化炉中，将由致密耐火材料制成的第二耐火层2作为流化床气化炉的中间层，能够有效抵抗气固介质中碱性介质对中间层的侵蚀破坏，保证了流化床气化炉长期稳定的使用。

另外，致密耐火材料相比于传统隔热保温材料还具有较高的导热系数，在对流化床气化炉进行保温的同时，可将炉壳1的温度控制在不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，这样就避免了炉内的蒸汽经过第一耐火层和第二耐火层2在炉壳1冷凝，所导致的第一耐火层和第二耐火层2损坏、脱落以及对炉壳1的腐蚀，进一步保证了流化床气化炉长期稳定的运行。

值得注意的是，上述第二耐火层2中可包含致密耐火材料，且所包含的致密耐火材料的质量，占整个第二耐火层2质量的比重越大，第二耐火层2所具有的抗腐蚀的能力就越强。

上述第二耐火层2的厚度对流化床气化炉是否能够长期稳定的工作具有一定的影响。当第二耐火层2的厚度较薄时，一方面不利于第二耐火层2的浇筑施工，另一方面第二耐火层2不能够很好的起到保温的作用，造成流化床气化炉内热量的损失；当第二耐火层2的厚度较厚时，虽然起到了很好的保温作用，但由于需要限定流化床气化炉的炉壳1的温度在不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，因此，较厚的第二耐火层2会使流化床气化炉的炉壳1的温度过低，导致流化床气化炉的炉壳1的温度在低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度的情况出现，致使炉内的蒸汽经过第二耐火层2在炉壳1上冷凝，损坏第二耐火层2；另外，过厚的第二耐火层2也会增加流化床气化炉整体的负担。

为了平衡第二耐火层2的保温效果和控制炉壳1的温度适宜，将第二耐火层2的厚度限定在100mm-120mm。经试验可知：第二耐火层2的厚度限定在100mm-120mm时，能够对流化床气化炉起到很好的保温作用，而且还能够控制炉壳1的温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，保证了流化床气化炉能够长期稳定的工作。

上述第一耐火层的厚度同样能够影响流化床气化炉的工作状态；当第一耐火层的厚度较薄时，一方面不利于第一耐火层耐火材料浇筑施工，另一方面不能在流化床气化炉长周期运行过程中有效抵抗炉内气固介质的磨损、渗透，降低了流化床气化炉的炉衬的使用寿命；而当第一耐火层的厚度较厚时，将使得制作流化床气化炉的成本大幅提高；另外，第一耐火层的厚度较厚时，炉壳1的尺寸会随之增大，增加流化床气化炉整体的负担。

为了使上述实施例提供的流化床气化炉能够更为稳定的工作，将第一耐火层的厚度限定在100mm-140mm，更为优选的将第一耐火层的厚度限定为120mm。经试验证明，当第一耐火层的厚度为120mm时，所选择的第一耐火层的厚度适中，既保证了浇筑的高质量施工，在流化床气化炉长周期运行过程中有效抵抗炉内气固介质的磨损、渗透，又保证了流化床气化炉能够长期稳定的工作，同时又降低了气化炉炉衬的制作成本。

另外，第一耐火层和第二耐火层2的具体厚度，根据其所采用的材料的导热系数进行核算，需保证流化床气化炉的炉壳1的温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度。优选的，可将流化床气化炉的炉壳1的温度高于气化炉蒸汽分压对应的露点温度10℃-40℃。例如，当流化床气化炉的工作温度为800℃时，一般控制气化炉炉壳1的温度为200℃-240℃，更为优选的为210-230℃，即可满足流化床气化炉的炉壳1的温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度。

请继续参阅图1-图3，上述流化床气化炉的气化剂入口5一般设在流化床气化炉的下部，使得流化床气化炉下部的氧气密度较高，而随着炉内气化反应的进行，朝着流化床气化炉顶部的方向，氧气的密度逐渐变低至全部消耗完全，因此，考虑到节约生产成本以及延长第一耐火层的使用寿命，可以根据实际情况的不同，将第一耐火层中处在不同位置的部分选用不同的材料。优选的，上述实施例中的第一耐火层包括对接在一起的第一上耐火层9和第一下耐火层3，且第一上耐火层9位于第一耐火层的上部的无氧区，第一下耐火层3位于第一耐火层的下部的有氧区；第一上耐火层9中所使用的耐火材料为致密耐火材料，第一下耐火层3中所使用的耐火材料为抗碱腐蚀刚玉质耐火材料；或第一上耐火层9和第一下耐火层3中所使用的耐火材料均为抗碱腐蚀刚玉质耐火材料。

由于抗碱腐蚀刚玉质耐火材料具有良好的热震稳定性、抗腐蚀性，且在耐高温以及硬度方面也表现出较为优良的性质，因此，使用抗碱腐蚀刚玉质耐火材料制成的第一下耐火层3，或使用抗碱腐蚀刚玉质耐火材料制成的整个第一耐火层均能够承受煤的气化反应所需的高温环境，而且也均能够在有氧或无氧的反应条件下有效避免流化床气化炉中的气固介质对其自身的氧化和碱腐蚀。而致密耐火材料的质地较为致密，具有良好的化学稳定性和耐磨性；因此，本发明提供的流化床气化炉中使用致密耐火材料制成的第一上耐火层9能够有效抵抗气固介质中碱性介质的侵蚀破坏，保证了流化床气化炉长期稳定的使用。

而上述抗碱腐蚀刚玉质耐火材料的种类有很多，只要能够承受气化反应中的温度和压强等环境条件，且还具有较强的抗氧化还原性能及抗强碱腐蚀性能即可。本发明实施例所提供的第一下耐火层3中所使用的抗碱腐蚀刚玉质耐火材料为六铝酸钙(CA₆)、镁铝尖晶石或六铝酸钙同镁铝尖晶石复合材料。

当所选用的抗碱腐蚀刚玉质耐火材料为六铝酸钙时，由于六铝酸钙的熔点较高(约1830℃分解熔融)，在高温还原气氛下有很好的稳定性，在碱性环境中有较好的抗侵蚀能力，因此，使用六铝酸钙制作成的第一下耐火层3在有氧环境下不会与流化床气化炉内的气固介质发生反应，很好的延长了流化床气化炉的使用寿命；另外，六铝酸钙的热导率相对较低，不会将流化床气化炉中的高温传递到外界，能够很好的维持流化床气化炉中气化反应所需的高温环境，保证了气化反应的顺利进行。当所选用的抗碱腐蚀刚玉质耐火材料为镁铝尖晶石时，由于镁铝尖晶石的熔点高(2135℃)，热震稳定性好，导热系数低，耐磨损，强度高，硬度大，抗冲击、抗碱侵蚀能力强，在氧化还原气氛中化学稳定性好，抗蠕变能力强及抗碱性熔渣的能力强，对铁的氧化物的作用也很稳定，因此，气化反应所产生的灰渣对其并不能够产生腐蚀作用，而且，镁铝尖晶石的热膨胀系数较小，处在高温环境中时，不会发生较大幅度的膨胀；因此，使用镁铝尖晶石制作成的第一下耐火层3在有氧环境下不会受到气化反应所产生的灰渣的腐蚀，且不会出现因热膨胀而导致的第一下耐火层3损坏、脱落的问题，很好的延长了流化床气化炉的使用寿命。

此外，上述致密耐火材料的种类同样有很多，例如：刚玉和/或方镁石，但不仅限于此。当选用刚玉作为第一上耐火层9和第二耐火层2中的致密耐火材料时，由于刚玉的结构致密，在无氧环境下能够有效抵抗含碱气固介质渗透、侵蚀，而且刚玉的导热系数相比普通隔热材料导热系数较大，在制作第二耐火层2时，可以将第二耐火层2的厚度适当加厚，这样既能够对流化床气化炉起到保温的作用，又使得第二耐火层2的施工过程更加容易。当选用方镁石作为第一上耐火层9和第二耐火层2中的致密耐火材料时，由于方镁石具有熔点高且在无氧环境下不易受含碱气固介质侵蚀的性质，因此，由方镁石制作成的第一上耐火层9和第二耐火层2能够承受流化床气化炉中的高温反应条件，并且不会出现和碱性介质反应发生碱膨胀等现象，延长了第二耐火层2的使用周期，从而使流化床气化炉具有更长的使用寿命。

需要说明的是，上述第一上耐火层9和第一下耐火层3的厚度可以相同也可以不同，在使用的过程中，可根据第一上耐火层9和第一下耐火层3实际所处的环境及所选材料的导热系数等，来确定第一上耐火层9和第一下耐火层3的厚度，这样能够更好的适应环境的需要，延长流化床气化炉的使用寿命。

上述实施例提供的第一耐火层上设置有第一耐火膨胀缝，第二耐火层2上设置有第二耐火膨胀缝，第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝的缝隙宽度均小于2mm，且第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝错开。由于第一耐火层与第二耐火层2均会受到流化床气化炉中的温度影响，发生热膨胀现象，而且流化床气化炉的炉壳1所采用的金属材质也会发生热膨胀，且这种金属材质的线膨胀系数要高于耐火材料，线膨胀系数的不同造成炉壳1、第二耐火层2以及第一耐火层三层间线膨胀量不同步，容易导致第一耐火层与第二耐火层2中的耐火材料出现裂纹，或使第一耐火层与第二耐火层2直接脱落；因此，在第一耐火层上设置第一耐火膨胀缝，在第二耐火层2上设置第二耐火膨胀缝，能够为第一耐火层与第二耐火层2因热膨胀而产生的多余的体积提供空间，很好的避免了第一耐火层与第二耐火层2的表面出现裂纹，或使第一耐火层与第二耐火层2直接脱落等现象的发生。而将第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝的缝隙宽度均设为小于2mm，能够避免由于第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝过宽而导致的流化床气化炉中的热量容易流失的、炉壳1出现过热点的问题；此外，第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝不连通，能够很好的避免流化床气化炉内的气固介质直接渗透到炉壳1上，对炉壳1造成一定的腐蚀，而且同样有利于维持流化床气化炉内的温度，减少热量损失。

上述第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝的形状多种多样，优选的，选择z形缝作为第一耐火膨胀缝与第二耐火膨胀缝，其在水平径向方向和竖直轴向方向上均能很好的缓解第一耐火层与第二耐火层2所发生的热膨胀。

本发明实施例还提供了上述流化床气化炉的炉衬的制作方法，其制作过程如下：

请继续参阅图1-图3，在金属炉壳1内壁密布焊接锚固钉，之后逐层浇筑第二耐火层2、第一耐火层，且各层分别由炉底向上分段浇筑。

根据流化床气化炉中固体物料入口4、气化剂入口5、排渣口6、出气口7和分布板8所处的位置，以及流化床气化炉的炉壳1的体积大小，分别制作第二耐火层2的模具和第一耐火层的模具，可采用钢模或加强型木模具，还需保证第二耐火层2的模具接缝及拼缝间的间隙控制在1.5mm内，第一耐火层的模具接缝及拼缝间的间隙控制在1.5mm内，以避免振捣时第二耐火层浇筑料或第一耐火层浇筑料发生渗漏，形成对应的模具接缝，同时还应保证第二耐火层2和第一耐火层的模具安装稳固，避免浇筑时因发生弯曲和破裂而导致的浇筑表面不平整等问题。另外，还可以在使用模具前，在模具的工作面涂刷脱模剂，以易于拆分模件。

根据所要形成的第二耐火层2和第一耐火层中对应使用材料配方，计算各种原料所需的重量，然后配制成第二耐火层浇筑料和第一耐火层浇筑料，在配制第二耐火层浇筑料和第一耐火层浇筑料的过程中，均是将原料先进行人工预混合，然后再倒入搅拌机先干搅拌至水泥、骨料、粉料混合均匀，然后加80％的水进行充分的搅拌，余下的水根据拌料情况决定补充多少，以达到最佳效果，采用的水优选洁净的生活饮用水(pH值6.5-7)，搅拌时间根据原料的种类而定，优选的控制在7min以内。

需要说明的是，上述第二耐火层2中所选用的耐火材料为致密耐火材料，而致密耐火材料的种类有很多，优选为刚玉和/方镁石；而使用这种材料的优点在上述结构部分已经说明，此处不做赘述。而上述第一耐火层中所包括的第一上耐火层9和第一下耐火层3所处的环境不同，为了适应节约成本以及耐碱腐蚀的需要，可以将第一上耐火层9中的耐火材料选为致密耐火材料，例如：刚玉和/方镁石，将第一下耐火层3中的耐火材料选为抗碱腐蚀刚玉质耐火材料，同样，抗碱腐蚀刚玉质耐火材料的种类有很多，优选为六铝酸钙、镁铝尖晶石或将六铝酸钙与镁铝尖晶组成的复合材料；而相应的有益效果已在上述结构部分描述过，此处不做赘述。

在形成第二耐火层2时，将搅拌好的第二耐火层浇筑料倒入第二耐火层2的模具中，并及时振捣模具中的第二耐火层浇筑料，振捣时将振捣棒缓慢插入第二耐火层浇筑料层中并连续振动，振捣以大量排出第二耐火层浇筑料中气泡，且第二耐火层浇筑料表面轻微泛浆为宜，还需要保证振捣后的第二耐火层浇筑料混合均匀，不出现蜂窝麻面，不出现空穴和死角。另外，振捣过程中，每点振动时间不宜过长，以防止粗大骨料上浮，一般搅拌好的第二耐火层浇筑料应在30min内施工完毕。

值得注意的是，上述第二耐火层2的浇筑过程是通过分段浇筑的方式完成的，每段浇筑完毕24h后拆模上移，以此类推，直到完成整个第二耐火层2的浇筑工作。此外，每段的浇筑工作必须一次浇筑完毕，且每段形成的高度还需根据炉壳1的材质及其线性膨胀系数、第二耐火层2和第一耐火层所选用的原材料的种类及其膨胀系数、以及第二耐火膨胀缝和第一耐火膨胀缝的设计而定，一般将每段的高度设为0.6m-1.2m。

在形成第一耐火层时，浇筑的过程与形成第二耐火层2时的浇筑过程相同，此处不做赘述。另外，在上述制作第二耐火层2和第一耐火层的过程中，可以将施工环境的温度控制在5℃-30℃，以使浇筑工作能够更顺利的完成。

需要说明的是，第一耐火层和第二耐火层2的具体厚度，应根据其所采用的材料的导热系数进行核算，保证流化床气化炉的炉壳1的温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度即可，而第一耐火层中，根据第一上耐火层9和第一下耐火层3所处的碱性环境、反应气氛不同，可以根据需要将第一上耐火层9和第一下耐火层3做成不同的厚度，以更好的适应环境的要求。

优选的，可将流化床气化炉的炉壳1的温度高于气化炉蒸汽分压对应的露点温度10-40℃。例如，当流化床气化炉的工作温度为800℃时，一般控制气化炉炉壳1的温度为200℃-240℃，更为优选的为210-230℃，即可满足流化床气化炉的炉壳1的温度不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度。

在浇筑施工完毕后将浇筑形成的第二耐火层2和第一耐火层放置在室温下自然养护2-5天；之后，根据所用耐火材料烘炉曲线进行烘炉，起始低温下要严格控制升温速率及各温度下的停留时间，避免升温过快耐火材料中的水蒸气压力超过了材料的拉伸强度时引起炉衬分层和崩溃。

需要说明的是，第二耐火层2浇筑施工、养护完毕后，再进行第一耐火层的模具安装、配料、浇筑、养护，整体炉衬均施工安装完毕后，可进行流化床气化炉整体的烘炉；也可以在第二耐火层2浇筑施工、养护完毕后，优先进行第二耐火层2的初步烘炉，根据第二耐火层2所用材料烘炉曲线进行低温烘炉，之后再进行第一耐火层的浇筑施工，避免整体内衬施工完毕再烘炉可能造成的烘炉时间长，所导致的第二耐火层2温度低、水分不能完全排出等问题。

烘炉的过程通常分为以下几个阶段，控制室温缓慢上升到150℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中颗粒表面的吸附水，维持150℃恒温一段时间，完全脱去颗粒表面的吸附水；将温度由150℃持续缓慢上升到350℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中的胶凝体结合水，维持350℃恒温一段时间，完全去除胶凝体结合水；将温度由350℃持续缓慢上升到550℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中的结晶水，维持550℃恒温一段时间，完全去除结晶水；将温度由550℃持续缓慢上升到800℃，使第二耐火层2和第一耐火层中的晶型发生变化，最终使第二耐火层2和第一耐火层具有高温结构、高强度等特性。另外，在完成烘炉操作后，需保证第二耐火层2和第一耐火层上产生的裂缝在2mm以内。

需要说明的是，在上述第二耐火层2和第一耐火层的浇筑过程中，在第二耐火层2上要留设第二耐火膨胀缝，在第一耐火层上要留设第一耐火膨胀缝，以防止第二耐火层2和第一耐火层对应使用的浇筑料在受热后因膨胀不均而出现不规则的裂缝。此外，第二耐火膨胀缝和第一耐火膨胀缝是在不同的层和段之间通过自然断缝形成的，而且为了保证膨胀缝的严密性，第二耐火膨胀缝和第一耐火膨胀缝均采用z形缝，在不同层之间避免形成贯通的膨胀缝。形成的第二耐火膨胀缝和第一耐火膨胀缝均可以采用陶瓷纤维纸填充，以补偿高温时第二耐火层浇筑料和第一耐火层浇筑料的微膨胀，防止在第二第一耐火层浇筑料和第一耐火层浇筑料的表面出现裂纹。

另外，同一层上的各段之间设有缝宽不大于2mm的膨胀缝，设在各段之间的膨胀缝可以缓解第二耐火层2和第一耐火层在竖直轴向方向上的线膨胀；在第二耐火层2和第一耐火层的径向均预留不大于2mm的膨胀缝，可以减缓第二耐火层2和第一耐火层在高温环境中使用时，所产生的水平方向的线膨胀。

本发明提供的流化床气化炉的炉衬的制作方法，结合了煤催化气化工艺自身特点，分区、分段、分层进行，浇筑施工中在第二耐火层2设置的第二耐火膨胀缝，以及在第一耐火层设置的第一耐火膨胀缝均能够很好地减缓耐火材料在高温使用中竖直及水平向的线膨胀，保证了第二耐火层浇筑料和第一耐火层浇筑料表面的裂纹均在2mm以下，避免流化床气化炉炉内蹿火，炉壁超温问题的出现。该种流化床气化炉的炉衬结构及施工方法，不仅能较强的抵抗含碱灰渣的碱侵蚀性，而且易施工、易修补、成本低，有效地提高了流化床气化炉的使用寿命。

为了更为清楚的描述上述流化床气化炉的炉衬的制作方法，以下给出三个具体实施例：

实施例一：

请参阅图1，首先在炉壳1内壁密布焊接锚固钉；然后使用刚玉原料调制第二耐火层浇筑料，以由下至上分段浇筑的方式，将第二耐火层浇筑料倒入第二耐火层2的模具中，分段形成厚度为100mm的第二耐火层2且需保证炉壳1的外壁温度相比于气化炉蒸汽分压对应的露点温度高出20℃；完成第二耐火层2施工后，接着通过混合不同粒度的六铝酸钙、镁铝尖晶石、刚玉微粉、氧化铝微粉、水泥以及分散剂等材料，调制出第一下耐火层浇筑料，将第一下耐火层浇筑料倒入第一下耐火层3的模具中，分段形成厚度为120mm的第一下耐火层3；使用刚玉耐火材料调制第一上耐火层浇筑料，将第一上耐火层浇筑料倒入第一上耐火层9的模具中，分段形成厚度为120mm的第一上耐火层9，完成第一耐火层的制作。

将负载催化剂的煤粉从流化床气化炉的固体物料入口4加入到流化床气化炉中，将过热蒸汽和氧气等气化剂由流化床气化炉的气化剂入口5再经设在气化剂入口5处的分布板8加入到流化床气化炉中，进入到流化床气化炉中的煤粉和气化剂在催化剂的催化作用下发生气化反应，气化反应所得到的气相产物经过流化床气化炉的出气口7排出，进入后续净化分离工序，而气化反应所得到的固相产物经过流化床气化炉的排渣口6排出流化床气化炉。

实施例二：

请参阅图2，整个流化床气化炉的结构从下至上分为四个区域：分布板含氧区I、炉身下部含氧区II、炉身上部无氧区III以及炉顶无氧区Ⅳ；四个区域可分别进行炉衬的浇筑，之后整体组焊，再进行组合部分炉衬的施工，且各个区域炉衬的施工分层分段进行，即先进行第二耐火层2的施工，之后再进行第一耐火层的施工，各层从下至上分段进行浇筑。

首先在炉壳1内壁密布焊接锚固钉；然后制作安装第二耐火层2的模具，需保证第二耐火层2的模具接缝处留有的间隙在1.5mm内，且在模具的工作面涂刷脱模剂；然后使用刚玉耐火材料调制第二耐火层浇筑料，调制的过程是将刚玉耐火材料和中性的饮用水按一定比例混合均匀并搅拌7min，以得到第二耐火层浇筑料；将调制好的第二耐火层浇筑料倒入第二耐火层2的模具中，依次分段形成分布板含氧区I所对应的第二耐火层2、炉身下部含氧区II所对应的第二耐火层2、炉身上部无氧区III所对应的第二耐火层2以及炉顶区Ⅳ所对应的第二耐火层2；且分布板含氧区I所对应的第二耐火层2，以及炉身下部含氧区II所对应的第二耐火层2的厚度为100mm，炉身上部无氧区III所对应的第二耐火层2，以及炉顶区Ⅳ所对应的第二耐火层2的厚度为120mm，且将每段高度控制在0.6m-1.2m，在每段的浇筑过程中，需要及时振捣以使第二耐火层浇筑料中的气泡排出，并保证模具中已不存在空穴和死角，搅拌好的浇筑料在30分钟内完成施工过程，且在浇筑完毕24h后拆下模具并上移，以此类推直到完成各区对应的第二耐火层2的制作。

另外，浇筑施工过程中要留设径向及轴向的第二耐火膨胀缝，为了保证每段之间接缝的严密性，将接缝均采用缝宽小于2mm的z形缝，且在每形成一段后使用陶瓷纤维纸对接缝进行填充。第二耐火层2的浇筑工作完成后，将第二耐火层2在室温下自然养护2-5天后再进行干燥，并逐步脱除吸附水、结合水及结晶水。

将不同粒度的六铝酸钙、刚玉骨料、刚玉微粉、氧化铝微粉、水泥以及分散剂等混合制成第一耐火层浇筑料，并按照上述形成第二耐火层2的步骤依次形成分布板含氧区I所对应的第一耐火层、炉身下部含氧区II所对应的第一耐火层；再将刚玉耐火材料制成的第一耐火层浇筑料按照上述形成第二耐火层2的步骤依次形成炉身上部无氧区III所对应的第一耐火层以及炉顶区Ⅳ所对应的第一耐火层，且各区对应的第一耐火层的厚度均为120mm。另外，需将第二耐火层2以及第一耐火层上的z形缝错开，避免形成通缝。

待第二耐火层2及第一耐火层中的各区均施工完毕后，最终将分布板含氧区I、炉身下部含氧区II、炉身上部无氧区III以及炉顶无氧区Ⅳ进行整体组焊，并对第二耐火层2及第一耐火层中所对应的各区之间的连接部分进行施工，以完成整体气化炉内衬的制作。之后按照烘炉曲线进行气化炉整体烘炉。

烘炉的过程通常分为以下几个阶段，控制室温缓慢上升到150℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中颗粒表面的吸附水，维持150℃恒温一段时间，完全脱去颗粒表面的吸附水；将温度由150℃持续缓慢上升到350℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中的胶凝体结合水，维持350℃恒温一段时间，完全去除胶凝体结合水；将温度由350℃持续缓慢上升到550℃，去除第二耐火层2和第一耐火层中的结晶水，维持550℃恒温一段时间，完全去除结晶水；将温度由550℃持续缓慢上升到800℃，使第二耐火层2和第一耐火层中的晶型发生变化，最终使第二耐火层2和第一耐火层具有高温结构、高强度等特性。另外，在完成烘炉操作后，需保证第二耐火层2和第一耐火层上产生的裂缝在2mm以内。

实施例三：

请参阅图3，将整个流化床气化炉的施工过程分为三个部分：分布板区I、炉身区II以及炉顶区III；首先在炉壳1内壁密布焊接锚固钉；然后制作安装第二耐火层2的模具，需保证第二耐火层2的模具接缝处留有的间隙在1.5mm内，且在模具的工作面涂刷脱模剂；然后使用刚玉耐火材料调制第二耐火层浇筑料，调制的过程是将刚玉耐火材料等材料和中性的饮用水按一定比例混合均匀并搅拌7min，以得到第二耐火层浇筑料，将调制好的第二耐火层浇筑料倒入第二耐火层2的模具中，分段(分成的段数需根据炉壳1的材质及其线膨胀系数、形成第二耐火层2所选用的原材料的种类及其膨胀系数、厚度以及保温膨胀缝的设计而定)形成厚度为100mm的第二耐火层2，且将每段高度控制在0.6m-1.2m，在每段的浇筑过程中，需要及时振捣以使第二耐火层浇筑料中的气泡排出，并保证模具中已不存在空穴和死角，搅拌好的浇筑料在30分钟内完成施工过程，且在浇筑完毕24h后拆下模具并上移，以此类推直到完成各区对应的第二耐火层2的制作。

另外，为了保证每段之间接缝的严密性，将接缝均采用缝宽小于2mm的z形缝，且在每形成一段后使用陶瓷纤维纸对接缝进行填充。第二耐火层2的浇筑工作完成后，将第二耐火层2在室温下自然养护2-5天后再进行干燥，并逐步脱除吸附水、结合水及结晶水。

然后进行第一耐火层的施工，选择的材料为耐碱腐蚀刚玉质材料，组成包括不同粒度的六铝酸钙、刚玉骨料、刚玉微粉、氧化铝微粉、水泥及分散剂等。同样逐次进行模具安装、第一耐火层浇筑料制备、搅拌、浇筑、振捣、养护等处理。第一耐火层浇筑时留设的径向及轴向膨胀缝要同第二耐火层2留设的膨胀缝错开，避免形成通缝。

三个区域的炉衬均浇筑施工完毕后进行整体组焊，之后进行组合部分耐材炉衬的修补、施工。

整体流化床气化炉均施工完毕后，根据所用耐火材料烘炉曲线进行烘炉处理，起始低温下要严格控制升温速率及各温度下的停留时间，避免升温过快耐火材料中的水蒸气压力超过了材料的拉伸强度时引起衬里分层和崩溃。通常分成几段，分别脱除吸附水、结合水、结晶水。保证热态烘炉后炉衬中的耐火材料裂缝控制在2mm以下。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种流化床气化炉，其特征在于，包括炉壳以及设在所述炉壳内部的炉衬；所述炉衬包括第一耐火层和作为中间层的第二耐火层，且所述第二耐火层设在所述第一耐火层和所述炉壳之间，所述第二耐火层中所使用的耐火材料为致密耐火材料，所述致密耐火材料的密度范围为2g/m³-3.5g/m³。

2.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述第二耐火层的厚度为100mm-120mm，所述第一耐火层的厚度为100mm-140mm。

3.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述致密耐火材料为刚玉和/或方镁石。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的流化床气化炉，其特征在于，所述第一耐火层包括对接在一起的第一上耐火层和第一下耐火层；所述第一上耐火层位于所述流化床气化炉上部的无氧区，所述第一下耐火层位于所述流化床气化炉下部的有氧区；所述第一上耐火层中所使用的耐火材料为所述致密耐火材料，所述第一下耐火层中所使用的耐火材料为抗碱腐蚀刚玉质耐火材料；或所述第一上耐火层和所述第一下耐火层中所使用的耐火材料均为抗碱腐蚀刚玉质耐火材料。

5.根据权利要求4所述的流化床气化炉，其特征在于，所述抗碱腐蚀刚玉质耐火材料为六铝酸钙、镁铝尖晶石或六铝酸钙同镁铝尖晶石复合材料。

6.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述第一耐火层上设有第一耐火膨胀缝，所述第二耐火层上设有第二耐火膨胀缝，所述第一耐火膨胀缝与所述第二耐火膨胀缝的缝隙宽度均小于2mm，且所述第一耐火膨胀缝与所述第二耐火膨胀缝错开。

7.一种如权利要求1-3中任一项所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，包括分段制作第二耐火层的步骤和分段制作第一耐火层的步骤，其中，

分段制作第二耐火层的步骤包括：形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分；

分段制作第一耐火层的步骤包括：形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分。

8.根据权利要求7所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，分段形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；分段形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；分段形成所述第二耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分；

分段形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉底的部分；分段形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉身的部分；分段形成所述第一耐火层中对应设在所述流化床气化炉的炉顶的部分。

9.根据权利要求7或8所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，所述第一耐火层包括对接在一起的第一上耐火层和第一下耐火层，使用致密耐火材料制作所述第一上耐火层，使用抗碱腐蚀刚玉质耐火材料制作所述第一下耐火层。

10.根据权利要求7所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，所述第一耐火层上设有第一耐火膨胀缝，所述第二耐火层上设有第二耐火膨胀缝；且在所述第二耐火层的模具接缝处留有用于形成所述第二耐火膨胀缝的间隙，在所述第一耐火层的模具接缝处留有用于形成所述第一耐火膨胀缝的间隙。

11.根据权利要求7所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，控制所述流化床气化炉的炉壳温度高于所述流化床气化炉中蒸汽分压对应的露点温度10℃-40℃。

12.根据权利要求11所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，当所述流化床气化炉工作温度为800℃时，控制所述流化床气化炉的炉壳温度为200℃-240℃。

13.根据权利要求7所述的流化床气化炉的炉衬的制作方法，其特征在于，对所述第一耐火层进行烘炉干燥，使所述第一耐火层依次脱除吸附水、结合水以及结晶水；对所述第二耐火层进行烘炉干燥，使所述第二耐火层依次脱除吸附水、结合水以及结晶水。