水煤浆气化炉内衬用耐火材料的要求及选择

目前国内运行的德士古水煤浆气化炉、四喷嘴水煤浆气化炉其气化室内壁均采用耐火砖材料内衬，气化炉壳体主体板材选用国外材料SA387Gr11CL2，气化炉外壳、燃烧室(气化室)采用的耐火砖隔热衬里材料均从国外引进，每炉耐火砖国产需要50万美元，进口的需要100万美元，寿命不到2年。

德士古煤气化技术的缺点：由于内衬采用耐火砖，壳体通常设计温度在425℃，壁温高，造成壳体材料选用国外材料SA387Gr11CL2，材料费用提高;引进专利费用高;气化用原料煤种受气化炉耐火砖衬里的限制，仅适宜于气化低灰熔点的煤，煤种适应性差，不利于消化“三高”(高灰、高灰熔点、高硫)煤;气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为1-2年;国产砖寿命为一年左右;气化炉烧嘴使用寿命较短，一般使用2个月后，需停车进行检查、维修或更换烧嘴头部;采用耐火砖占用空间大，气化空间小，与采用膜式水冷壁结构相比，在同样的投煤量不变的情况下，造成体积庞大;由于采用高铬砖，向火面砖的Cr2O3含量要求不低于86%，在运行过程中，耐火砖会被炉渣侵蚀、剥落，含铬炉渣会对环境造成影响，在气化炉换砖过程中，拆下来的含铬的炉砖也不易处理，耐火砖气化炉烘炉过程很长，原始烘炉需20天左右，正常烘炉需3天以上，放空的废气较多，容易造成环境污染。

4 晋华炉气化工艺

水煤浆水冷壁气化炉-晋华炉，气化系统的热利用有两种形式，一种是辐射废锅(蒸汽发生器)流程，可回收煤气中的显热副产高压蒸汽，适用于现代煤化工煤制甲醇、煤制油、煤制气、煤制乙二醇、煤制氢、联合循环发电等;另一种是激冷流程，适用于制氢、制合成氨、制甲醇等化工产品，与德士古气化炉、四喷嘴气化炉区别在于气化室采用垂直悬挂式膜式水冷壁结构，内衬由膜式水冷壁替代耐火砖，在同等使用条件下，炉壳设计温度350℃，壳体基材可选用国产的耐热、抗氢材料14Cr1MoR，供货状态为正火加回火，即可满足设计工况的要求，降低了材料成本，节省了工期。气化室采用膜式水冷壁结构，在同等规模的情况下，提高了气化空间，设备占用空间小;气化炉壳体外壁温度100 ℃左右，比耐火砖炉壁温度低110℃;采用水冷壁结构，气化室温度可提高到1600℃，解决了高灰熔点煤的气化难题，扩大了煤种的适用范围。

5 气化炉水冷壁内衬材料选择

采用膜式水冷壁结构的气化炉，其水冷壁内表面附着厚度14mm- 50mm耐火材料，耐火材料主要成分为碳化硅和铬刚玉，在选择耐火材料时，应从以下方面考虑： 1)耐火材料的性能指标。所选用的耐火材料在抗压强度、抗折强度、导热系数、耐磨性、化学成分、烧后线变化率、体积密度等方面高于或满足相关标准规定，使其耐火材料碳化硅具有抗侵蚀、抗渗透及磨损性;其粘合性、导热性极好; 2)耐火材料施工方法。施工过程中对施工环境条件，衬里保养、烘炉等方面严格要求，可有效地避免耐火材料产生裂纹和剥落现象，造成水冷壁的腐蚀及磨损，影响水冷壁及耐火材料的使用寿命，满足水冷壁气化炉长周期、安全、稳定运行; 3)膜式水冷壁耐火材料碳化硅使用寿命一般为5年。

6 气化炉激冷室内件和蒸汽发生器材料的选择

晋华炉废锅流程或激冷流程，炉壳材料选用国产14Cr1MoR或15CrMoR，供货状态为正火加回火，复层堆焊S31603材料，防止氢腐蚀，对激冷流程气化，激冷室中除激冷环和下降管为镍铬铁合金(UNS NO8825)外 ，其它内件均可采用S31603奥氏体超低碳不锈钢材料。

水煤浆水冷壁气化炉气化室膜式水冷壁材料一般用碳素钢。汽包压力在14兆帕以上时用合金钢。管子外径：自然循环一般采用51mm—83mm;强制循环一般采用22mm—60mm。

辐射室蒸汽发生器(辐射废锅)运行条件相当恶劣，其中受热面部分始终接触高温、高压且具有腐蚀性的合成气，对蒸汽发生器主体材料、受热面材料、耐火材料和内衬材料等都提出了严格要求。煤种含有氯和硫等成分，在气化过程中生成的HCI和S在高温条件下会使受热面发生严重腐蚀。同时，还原性气氛易导致非合金材料的氧化稳定保护层遭到侵蚀，对于含氯较高的气化进料尤为明显。这就要求其受热面材质在还原气氛中具有足够抗煤灰腐蚀、抗高温腐蚀能力。所以辐射室蒸汽发生器(辐射废锅)在材料选择上，应考虑以下选材原则： 1)合理选择各部分(受热面耐火层等)耐蚀材料，例如，用铁素体合金钢、铁素奥氏体钢、奥氏体铬镍钢、特殊奥氏体铬高合金镍钢等作为受热面材料等; 2)采用堆焊技术，适当减少焊缝; 3)根据不同腐蚀和磨损程度对蒸汽发生器(辐射废锅)受热面的不同材料作相应表面处理。在受热面表面加覆盖层的表面处理方法主要有等离子热喷涂、涂铬、电流渗铬和预氧化等; 4)运行中控制金属表面温度。通过以上防腐措施从节能降耗的原则方面综合考虑材料的选取，耐高温、防腐蚀以满足各种工况的需求。

7 非受压内件和外部预焊件

在保证强度、刚度，满足工艺要求的情况下，在气化室、废锅室、激冷室内件和外部预焊件的材料选择上，设计者应采取尽可能地避免产生膨胀应力的主导思想。需与壳体焊接的内件和外部预焊件均须在壳体进行焊后热处理之前与壳体焊接。以激冷水管的走向为例，为减小激冷水管与壳体等膨胀不一致而引起的壳体和激冷环的局部应力，激冷水管中设置了多个弯头，以降低其各个方向的刚度，并通过其自身的柔性变形来抵消其在各个方向上的热膨胀量，从而将由于激冷水管与壳体等膨胀不一致而产生的壳体和激冷环的局部应力降低到可以控制的水平。

8 结语

水煤浆气化炉投资及运行的好坏，炉壳及内件材料选择是其中的一个重要因素。业主在做煤气化方案的选择时，选择不同的炉型，将影响项目的总体投资。对于设计者来说，选择材料时应采用对比的方法，不断优化结构，合理选材，严格把握设计、选材、制造、检验、安装中的每一个环节，确保气化炉的整体质量，确保水煤浆气化炉在设计寿命的期限内安全、稳定地运行。

水煤浆水冷壁气化炉-晋华炉作为先进的煤气化技术，经过多年来各项主要技术指标的达标情况，以及燃烧室(气化室)炉外壳实际测量的壁温，结合工程实际使用经验，采用国内铬钼耐热钢材料完全能够满足设备的安全运行，材料的化学成分、力学性能、工艺性能及焊接性能良好，能够有效地降低投资成本，给企业带来显著的经济和社会效益。

综上所述，水煤浆水冷壁气化炉的应用扩大了煤种的适用性，材料选择范围拓宽，节能环保，清洁高效成为具有良好发展前景的煤气化新技术，为洁净化开发利用丰富的“三高”煤资源走出了一条创新之路，也为国内数量众多的传统煤化工及化肥企业的产业升级与技术改造，提供了一个高水平、低成本的煤气化技术选择。返回搜狐，查看更多