CN2887834Y - 用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里 - Google Patents

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龚欣
王辅臣
王亦飞
梁钦锋
刘海峰
周志杰
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于遵宏
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Abstract

本实用新型设计了一种用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里。本实用新型的衬里，为膜式水冷壁的传热单元，分成三部分：上锥段、筒体段、下锥段。上锥段、下锥段采用多根水冷管平行的盘管膜式水冷壁型式，筒体段为直管膜式水冷壁型式。该耐火衬里结构简单，安全可靠，工作寿命长，投资省，维修费用低，提高了高压空间的有效利用率，增加了高压壳体的生产能力。

Description

用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里
技术领域
本实用新型涉及一种气流床气化炉的耐火衬里，具体地说，涉及一种以含碳氢化合物为原料、部分氧化法生产合成气的核心设备气化炉的耐火衬里。
背景技术
所说的含碳氢化合物是一种以碳、氢元素为主体的有机物，可以表现为气、液、固三态：气态有天然气、煤层气、油田气、炼厂气、焦炉气等；液态有原油、重油、渣油等；固态有煤、石油焦、生物质、粪便、阴沟泥等。
所说的气化炉是在其中完成含碳氢化合物部分氧化反应的设备，其工作压力为0.1～10MPa，温度为1300～1700℃，该技术制得的合成气具有重要价值，是液化直接或间接制燃料油、合成甲醇、氨的原料、也是IGCC发电、生产烯烃技术的主要组成部分。
以水煤浆为原料气流床气化技术，普遍采用耐火砖热壁型气化炉。尽管在延长耐火砖寿命方面开展了许多工作，如研究抗冲刷、抗侵蚀性能强的优质耐火砖，砖结构的设计改造，提高砖的制造质量，重视筑炉技术，使用低灰、低灰熔点的煤，尽量降低操作温度并减少开停车次数，但由于高压2.6～6.5MPa、高温、高热负荷及还原气氛并受酸性熔渣的冲蚀，同时还伴有开停车时温度和压力冲击，向火面耐火砖的运行寿命极为有限，仅约10000小时。这就意味着每1年左右需要更换一次耐火砖，而每次更换耐火砖需要约1.5个月，包括气化炉降温、换砖筑炉、烘炉等。连续化生产装置的频繁停车是难以忍受的，经济损失也是巨大的。一个以水煤浆气流床气化制备合成气的生产能力20万吨甲醇的生产装置，停车1.5个月损失约2500万元，而更换一炉耐火砖约需500万元。可看出维护费用很高，对连续的生产操作影响很大。若采用备用气化炉来满足连续生产，投资1亿多元的气化炉几乎闲置也不是所希望的，并且换砖维护费用也不可避免。随着气化炉大型化，热壁型气化炉耐火砖的用量急剧增大，筑炉工作量及筑炉周期大大延长，这也是热壁型气化炉大型化不利的方面。并且大型化气化炉的筑炉难度增加，满足耐火砖环向缝、纵向缝要求方面可能存在问题，耐火砖的支撑和固定必须采用新的途径，可能会存在安全隐患耐火砖串气，金属炉壁超温。
使用热壁型气流床气化炉，气化温度在高于灰熔点(流动温度)50℃以上操作。据工程经验，气化温度每提高40℃左右，耐火砖的寿命就缩短一半，气化炉操作温度对耐火砖寿命有很大影响。为保障气化炉耐火砖有较理想的使用周期，气化炉操作温度不应过高，因此热壁型气化炉不太适用于灰熔点高于1400℃的煤种。
综上所述，采用耐火砖的热壁型气化炉受到了耐火砖极为有限的使用寿命的约束和大型化面临的问题。要实现气化装置的长周期、高效运转，必须对热壁型气化炉进行变革。
中国发明专利ZL90103807.5和《大氮肥》第26卷第5期“壳牌煤气化关键设备设计探讨”等公开的Shell水冷壁的结构过于复杂。且造价太高，是耐火砖衬里的二倍以上。因此工业界，特别在装置大型化时希望有一种结构简单、安全可靠、使用寿命长、造价低的气化炉耐火衬里。
发明内容
本实用新型需要解决的技术问题是一种用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里，以克服现有热壁型耐火衬里耐火砖使用周期短、现有冷壁型耐火衬里结构过于复杂的缺陷。
本实用新型的用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里包括进水联箱、下锥段、筒体段下联箱、筒体段、筒体段上联箱、上锥段、上锥段上联箱、出水口、进水口和充填有耐火材料的渣钉网。
所说的筒体段包括水冷管和鳍片，鳍片固定在相邻的两根水冷管之间，水冷管垂直排列，构成膜式水冷壁筒体段。
所说的筒体段下联箱、筒体段上联箱、进水联箱和上锥段上联箱分别为圆环管；
所说的下锥段为由圆管盘绕构成的上大下小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间。
所说的上锥段为由圆管盘绕构成的下大上小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间。
水冷管的上端与筒体段上联箱相连通，筒体段上联箱与上锥段相连通，上锥段的另一端与上锥段上联箱相连通，上锥段上联箱设有出水口。
水冷管的下端与筒体段下联箱相连通，筒体段下联箱与下锥段相连通，下锥段的另一端与进水联箱相连通，进水联箱设有进水口，通过循环水泵与外界水源相连通。
渣钉网设置在下锥段、筒体段和上锥段的内侧。
冷却水依次经下锥段盘管、筒体段下联箱、筒体段、筒体段上联箱、上锥段盘管、上锥段上联箱，然后由出水口出气化炉，从而实现对整个耐火衬里的冷却，形成满足气流床气化炉需要的膜式水冷壁耐火衬里。
冷却水的流量既满足合理的沿程阻力降，又保证冷却水尽量不汽化或较低程度的汽化，即利用显热冷却耐火衬里。冷却水在气化炉外减压产生蒸汽，进一步冷却降温并补充新鲜水后，经循环水泵返回进水口循环使用。水冷管内的冷却介质为加压下的低温水，利用水的显热来冷却耐火衬里。也可利用部分饱和水的汽化潜热来冷却耐火衬里。
也可下锥段、筒体段、上锥段的上下两端均设上、下联箱，下联箱经循环泵与外部水源相连接，饱和水出上联箱，进外部处理系统。
向火面衬里的下锥段直接固定于气化炉气化室的锥底，筒体段、上锥段的支撑方式可采用活动支点、插销支点或悬吊方式固定于气化室的外部壳体。
本实用新型具有的优点：将气流床气化炉的气化室耐火衬里采用整体式的膜式水冷壁结构，结构简单，完全替代耐火砖热壁型耐火衬里，可大大延长高温、高压、含渣气氛下气化炉耐火衬里的使用寿命；采用冷却水的显热或部分饱和水的气化潜热来冷却耐火衬里，可保证安全可靠，操作弹性大。
本实用新型提供的耐火衬里可用于各种型式气流床气化炉，如单喷嘴顶置式气化炉、水煤浆气化炉、干煤粉气化炉等。本发明优选发明人在专利ZL 98110616.1中提出的多喷嘴对置式水煤浆或干煤粉气化炉。
附图说明
图1为本实用新型的耐火衬里示意图。
图2为图1中的A-A向示意图。
图3为放大的渣钉、水冷管和鳍片示意图。
图4为渣钉的示意图。
图5为渣钉网的示意图。
图6为下锥段示意图。
具体实施方式
由图1和图2可见，本实用新型的用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里包括进水联箱1、下锥段2、筒体段下联箱3、筒体段4、筒体段上联箱5、上锥段6、上锥段上联箱7、出水口8、进水口9和充填有耐火材料的渣钉网；
所说的筒体段4包括水冷管401和鳍片402，鳍片402固定在相邻的两根水冷管401之间，水冷管401垂直排列，构成膜式水冷壁筒体段4；
所说的筒体段下联箱3、筒体段上联箱5、进水联箱1和上锥段上联箱7分别为圆环管；
由图6可见，所说的下锥段2为由圆管盘绕构成的上大下小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间；所说的上锥段6为由圆管盘绕构成的下大上小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间；
水冷管401的上端与筒体段上联箱5相连通，筒体段上联箱5与上锥段6相连通，上锥段6的另一端与上锥段上联箱7相连通，上锥段上联箱7设有出水口8；
水冷管401的下端与筒体段下联箱3相连通，筒体段下联箱3与下锥段2相连通，下锥段2的另一端与进水联箱1相连通，进水联箱1设有进水口9，通过循环水泵与外界水源相连通；
渣钉网设置在下锥段2、筒体段4和上锥段6的内侧；
由图4和图5可见，所说的渣钉网包括渣钉403，渣钉403焊接在水冷管向火面侧，渣钉404之间固定连接有高镍不锈钢片405，渣钉401直径5～25mm，长8～40mm，材质为高镍不锈钢，渣钉间距10～50mm，高镍不锈钢片405厚为1～5mm，渣钉网可以为正六边形或正方形，渣钉网空间充填耐火材料：其成份为SiC＝～75％，Al2O3＝～18％，其它氧化物如P2O5+SiO2+Fe2O3＝～8％。
向火面衬里的下锥段2直接固定于气化炉气化室10的锥底，筒体段、上锥段的支撑方式可采用活动支点、插销支点或悬吊方式固定于气化室10的外部壳体。

Claims (3)

1.一种用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里，包括进水联箱(1)、下锥段(2)、筒体段下联箱(3)、筒体段(4)、筒体段上联箱(5)、上锥段(6)、上锥段上联箱(7)、出水口(8)、进水口(9)和充填有耐火材料的渣钉网，其特征在于：
所说的筒体段(4)包括水冷管(401)和鳍片(402)，鳍片(402)固定在相邻的两根水冷管(401)之间，水冷管(401)垂直排列，构成膜式水冷壁筒体段(4)；
所说的筒体段下联箱(3)、筒体段上联箱(5)、进水联箱(1)和上锥段上联箱(7)分别为圆环管；
所说的下锥段(2)为由圆管盘绕构成的上大下小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间；所说的上锥段(6)为由圆管盘绕构成的下大上小的截头锥体，盘绕的圆管之间为鳍片，鳍片固定在相邻的两根圆管之间；
水冷管(401)的上端与筒体段上联箱(5)相连通，筒体段上联箱(5)与上锥段(6)相连通，上锥段(6)的另一端与上锥段上联箱(7)相连通，上锥段上联箱(7)设有出水口(8)；
水冷管(401)的下端与筒体段下联箱(3)相连通，筒体段下联箱(3)与下锥段(2)相连通，下锥段(2)的另一端与进水联箱(1)相连通，进水联箱(1)设有进水口(9)；
充填有耐火材料的渣钉网设置在下锥段(2)、筒体段(4)和上锥段(6)的内侧。
2.根据权利要求1所述的用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里，其特征在于，所说的渣钉网包括渣钉(403)，渣钉(403)焊接在水冷管向火面侧，渣钉(404)之间固定连接有钢片(405)。
3.根据权利要求1所述的用于以含碳氢化合物为原料气流床气化炉的耐火衬里，其特征在于，渣钉(401)直径5～25mm，长8～40mm，渣钉(401)间距10～50mm，钢片(405)厚为1～5mm，渣钉网为正六边形或正方形，渣钉网空间充填耐火材料。
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Assignee: Yancon Cathay Coal Chemicals Co., Ltd.

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Contract fulfillment period: 2008.9.25 to 2013.9.24

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Denomination of utility model: Fireproof lining of entrained flow gasification furnace with hydrocarbons as master batch

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License type: Exclusive license

Record date: 20081024

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