CN205062003U - 一种流化床气化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种流化床气化炉，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对流化床气化炉的炉衬所造成的腐蚀问题。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；所述炉衬包括中间层和耐火层，且所述中间层设在所述耐火层和所述炉壳之间，所述耐火层为抗碱腐蚀刚玉质耐火层。本实用新型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

技术领域

本实用新型涉及气化炉技术领域，尤其涉及一种流化床气化炉。

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壳内设置有炉衬。但是，由于气化反应所采用的催化剂中碱金属含量较高，炉内含碱灰渣会对炉衬产生侵蚀，加速炉衬的损毁。另外，煤催化气化工艺本身要求炉内需较高分压的蒸汽量，需控制炉壳温度高于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，否则炉内蒸汽会经由炉衬在炉壳附近冷凝，造成炉衬损坏、脱落及炉壳的腐蚀，影响流化床气化炉长周期稳定运行，严重甚至会引发安全事故；因此，需要对流化床气化炉的炉衬设计提出更高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流化床气化炉，用于解决煤催化气化工艺中含碱气固介质对流化床气化炉的炉衬所造成的腐蚀问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

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；所述炉衬包括中间层和耐火层，且所述中间层设在所述耐火层和所述炉壳之间，所述耐火层为抗碱腐蚀刚玉质耐火层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的流化床气化炉的炉衬包括中间层以及耐火层，其中，耐火层为抗碱腐蚀刚玉质耐火层。在煤催化气化工艺中流化床气化炉内的气固介质是直接与耐火层相接触，由于耐火层为抗碱腐蚀刚玉质耐火层，使得耐火层具有抗碱腐蚀刚玉质耐火材料的性质，即抗碱腐蚀刚玉质耐火层具有良好的硬度、耐高温性、抗氧化还原性和耐碱腐蚀性等性质，因此，本实用新型提供的流化床气化炉中使用抗碱腐蚀刚玉质耐火层作为炉衬的一部分不仅能够承受煤的气化反应所需的高温环境，而且还能够避免流化床气化炉内的气固介质对其自身的磨损和侵蚀，延长了流化床气化炉的使用寿命。

另外，以中间层和耐火层作为流化床气化炉的炉衬，不仅能够对流化床气化炉的内部起到保温的作用，而且还能够将流化床气化炉的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，这样就很好的避免了流化床气化炉内的蒸汽经过耐火层和中间层在炉壳上冷凝，所导致的炉衬出现损坏、脱落以及炉壳被腐蚀的问题，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实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中提供的流化床气化炉的结构示意图。

附图标记：

1-炉壳，2-中间层，

3-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。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型实施例提供的流化床气化炉，下面结合说明书附图进行详细描述。

请参阅图1，本实用新型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；炉衬包括中间层2和耐火层3，且中间层2设在耐火层3和炉壳1之间，耐火层3为抗碱腐蚀刚玉质耐火层。

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。

由上述气化反应的过程可知，在煤催化气化工艺中流化床气化炉内的气固介质直接与耐火层3相接触，由于耐火层3为抗碱腐蚀刚玉质耐火层，使得耐火层3具有抗碱腐蚀刚玉质耐火材料的性质，即抗碱腐蚀刚玉质耐火层具有良好的硬度、耐高温性、抗氧化还原性和耐碱腐蚀性等性质，因此，本实用新型提供的流化床气化炉中使用抗碱腐蚀刚玉质耐火层作为炉衬的一部分不仅能够承受煤的气化反应所需的高温环境，而且还能够避免流化床气化炉内的气固介质对其自身的磨损和侵蚀，延长了流化床气化炉的使用寿命。

另外，以中间层2和耐火层3作为流化床气化炉的炉衬，不仅能够对流化床气化炉的内部起到保温的作用，而且还能够将流化床气化炉的炉壳1的温度控制在不低于气化炉蒸汽分压对应的露点温度，这样就很好的避免了流化床气化炉内的蒸汽经过中间层2和耐火层3在炉壳上冷凝，所导致的炉衬出现损坏、脱落以及炉壳被腐蚀的问题，保证了流化床气化炉长期稳定的运行。

由于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形成有氧区，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，即在流化床气化炉的上部形成无氧区；因此，考虑到节约生产成本以及延长耐火层的使用寿命，可以根据实际情况的不同，将耐火层中处在不同位置的部分选用不同材质的耐火层。

优选的，上述耐火层3还包括与抗碱腐蚀刚玉质耐火层对接在一起的致密耐火层，抗碱腐蚀刚玉质耐火层位于流化床气化炉下部的有氧区，致密耐火层位于流化床气化炉上部的无氧区。

而抗碱腐蚀刚玉质耐火层中的刚玉质耐火材料的种类有很多，例如：六铝酸钙(CA₆)或镁铝尖晶石，但不仅限于此。当选用六铝酸钙作为抗碱腐蚀刚玉质耐火层中的刚玉质耐火材料时，相应的制成六铝酸钙耐火层；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六铝酸钙耐火层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，使用六铝酸钙制作成的六铝酸钙耐火层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。当选用镁铝尖晶石作为抗碱腐蚀刚玉质耐火层中的刚玉质耐火材料时，相应的制成镁铝尖晶石耐火层；由于镁铝尖晶石的熔点高(约2135℃分解熔融)，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镁铝尖晶石耐火层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镁铝尖晶石耐火层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镁铝尖晶石耐火层损坏、脱落的问题，很好的延长了流化床气化炉的使用寿命。

另外，还可以将六铝酸钙同镁铝尖晶石复合材料作为抗碱腐蚀刚玉质耐火层中的耐火材料，而带来的效果即为上述两种材料分别形成对应的耐火层所带来的效果，此处不做赘述。

而致密耐火层中的致密耐火材料的种类有很多，例如：刚玉或方镁石但不仅限于此。当选用刚玉作为致密耐火层中的致密耐火材料时，相应的制成刚玉耐火层，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，在制作刚玉耐火层时，可以将刚玉耐火层的厚度适当加厚，这样既能够对流化床气化炉起到保温的作用，又使得耐火层3的施工过程更加容易。当选用方镁石作为致密耐火层中的致密耐火材料时，相应的制成方镁石耐火层；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，由方镁石制作成的方镁石耐火层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，延长了耐火层3的使用周期，从而使流化床气化炉具有更长的使用寿命。

上述耐火层3的厚度对流化床气化炉的工作的稳定性影响比较大；当耐火层3的厚度较薄时，一方面不利于耐火层3耐火材料浇筑的施工，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；而当耐火层3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，耐火层3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，将耐火层3的厚度限定在100mm-140mm，更为优选的将耐火层3的厚度限定为120mm。经试验证明，当耐火层3的厚度为120mm时，所选择的耐火层3的厚度适中，既保证了对耐火层3浇筑的高质量施工，在流化床气化炉长周期运行过程中耐火层3还能够有效抵抗炉内气固介质的磨损、渗透，保证了流化床气化炉能够长期稳定的工作。

需要说明的是，上述抗碱腐蚀刚玉质耐火层和致密耐火层的后可以相同，也可以不同，在使用的过程中，可根据抗碱腐蚀刚玉质耐火层和致密耐火层实际所处的环境及所选材料的导热系数等，来确定抗碱腐蚀刚玉质耐火层和致密耐火层的厚度，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。

上述中间层2根据其自身所选择的制作材料不同，相应的所形成的中间层2的类型和功能就有所不同。当选择致密耐火材料制作中间层2时，相应的制成致密耐火中间层；当选择保温材料制作中间层2时，相应的制成保温中间层；下面对这两种类型的中间层2所产生的不同效果进行说明。

当中间层2为致密耐火中间层时，所选择的致密耐火材料的种类有很多，例如刚玉或方镁石，但不仅限于此。当选用刚玉作为致密耐火中间层中的致密耐火材料时，相应的制成刚玉中间层；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，在制作刚玉中间层时，可以将刚玉中间层的厚度适当加厚，这样既能够对流化床气化炉起到保温的作用，又使得中间层2的施工过程更加容易。当选用方镁石作为致密耐火中间层中的致密耐火材料时，相应的制成方镁石中间层；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，由方镁石制作成的方镁石中间层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，延长了中间层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，所选用的致密耐火材料的密度范围一般在2g/m³-3.5g/m³。

当中间层2为保温中间层时，所选择的致密耐火材料的种类有很多，例如：莫来石或耐高温陶瓷纤维，但不仅限于此。当选用莫来石作为保温中间层中的保温材料时，相应的制成莫来石中间层；由于莫来石耐火度高、抗热震性能较好、抗蠕变、抗化学侵蚀性好、荷重软化温度高、体积稳定性能好以及电绝缘性强；因此，莫来石中间层能够对流化床气化炉起到很好的保温作用，避免了热能的损失，而且由于其具有较高的强度，在使用过程中不易出现断裂、脱落等现象。当选用耐高温陶瓷纤维作为保温中间层中的保温材料时，相应的制成耐高温陶瓷纤维中间层；由于耐高温陶瓷纤维具有质轻密度小、强度高、导热系数小等多种性能，因此，耐高温陶瓷纤维中间层同样能够对流化床气化炉起到很好的保温作用，避免了热能的损失。

上述中间层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。当中间层2的厚度较薄时，一方面不利于中间层2的浇筑施工，另一方面中间层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；当中间层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，较厚的中间层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中间层2在炉壳1上冷凝，损坏中间层2；另外，过厚的中间层2也会增加流化床气化炉整体的负担。

为了平衡中间层2的保温效果和控制炉壳1的温度适宜，当中间层2为致密耐火中间层时，将中间层2的厚度限定在100mm-120mm；当中间层2为保温中间层时，将中间层2的厚度限定在80mm-120mm；经试验可知：中间层2的厚度分别对应上述两种情况时，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。

另外，耐火层3和中间层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。

上述实施例提供的耐火层3上设置耐火膨胀缝，中间层2上设置中间膨胀缝，耐火膨胀缝与中间膨胀缝的缝隙宽度均小于2mm，且耐火膨胀缝与中间膨胀缝错开。由于耐火层3与中间层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、中间层2以及耐火层3三层间线膨胀量不同步，容易导致耐火层3与中间层2中的耐火材料出现裂纹，或使耐火层3与中间层2直接脱落，因此，在耐火层3上设置耐火膨胀缝，在中间层2上设置中间膨胀缝，能够为耐火层3与中间层2因热膨胀而产生的多余的体积提供空间，同时平衡耐火材料同炉壳1线膨胀量的差异，很好的避免了耐火层3与中间层2出现裂纹，或使耐火层3与中间层2直接脱落等现象的发生。而将耐火膨胀缝与中间膨胀缝的缝隙宽度均设为小于2mm，能够避免由于耐火膨胀缝与中间膨胀缝过宽而导致的流化床气化炉中的热量容易流失、炉壳1出现过热点的问题；此外，耐火膨胀缝与中间膨胀缝不连通，能够很好的避免流化床气化炉内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。

上述耐火膨胀缝与中间膨胀缝的形状多种多样，优选的，选择z形缝作为耐火膨胀缝与中间膨胀缝，其在水平径向方向和竖直轴向方向上均能很好的缓解耐火层3与中间层2所发生的热膨胀。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

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；所述炉衬包括中间层和耐火层，且所述中间层设在所述耐火层和所述炉壳之间，所述耐火层为抗碱腐蚀刚玉质耐火层。

2.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述耐火层还包括与所述抗碱腐蚀刚玉质耐火层对接在一起的致密耐火层，所述抗碱腐蚀刚玉质耐火层位于所述流化床气化炉下部的有氧区，所述致密耐火层位于所述流化床气化炉上部的无氧区。

3.根据权利要求1或2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层为六铝酸钙耐火层或镁铝尖晶石耐火层。

4.根据权利要求3所述的流化床气化炉，其特征在于，所述耐火层的厚度为100mm-140mm。

5.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述中间层为致密耐火中间层。

6.根据权利要求5所述的流化床气化炉，其特征在于，所述致密耐火中间层为刚玉中间层或方镁石中间层。

7.根据权利要求5或6所述的流化床气化炉，其特征在于，所述致密耐火中间层的厚度为100mm-120mm。

8.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述中间层为保温中间层。

9.根据权利要求8所述的流化床气化炉，其特征在于，所述保温中间层为莫来石中间层或耐高温陶瓷纤维中间层。

10.根据权利要求8或9所述的流化床气化炉，其特征在于，所述保温中间层的厚度为80mm-120mm。

11.根据权利要求1所述的流化床气化炉，其特征在于，所述耐火层上设有耐火膨胀缝，所述中间层上设有中间膨胀缝，所述耐火膨胀缝与所述中间膨胀缝的缝隙宽度均小于2mm，且所述耐火膨胀缝与所述中间膨胀缝错开。