水煤漿氣化加變爐改造技術(shù)的研究

嚴(yán)有棋

摘要： 針對(duì)水煤漿氣化加變爐改造技術(shù)，通過(guò)將水煤漿氣化加變爐脫氯部分與轉(zhuǎn)化部分分開(kāi)，并且改變轉(zhuǎn)化部分加變爐內(nèi)襯的結(jié)構(gòu)，成功地解決了爐頂坍塌、爐壁超溫、生產(chǎn)不穩(wěn)定的狀況，有效地保障了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，并且提升了產(chǎn)能。

Abstract： Aiming at the reformation technology of coal water slurry gasification plus furnace， the dechlorination part of the coal water slurry gasification plus fusion furnace is separated from the transformation part， and the structure of the conversion part and the lining of the furnace is changed to successfully solve roof collapse， furnace wall overtemperature， production instability and effectively ensure the long-term operation of the equipment and increase the production capacity.

關(guān)鍵詞： 水煤漿；加變爐；轉(zhuǎn)化；內(nèi)襯；改造

Key words： coal water slurry；variable furnace；change；lining；transformation

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）21-0141-03

1 概況

目前我公司擁有一套摻燒高濃度污水的水煤漿氣化技術(shù)，其工藝流程包括制漿、氣化、變換、脫硫等主要工序，為后續(xù)合成氨系統(tǒng)提供原料氫氣，該技術(shù)自主創(chuàng)新，并獲得國(guó)家專利。其中，變換工序采用與氣化激冷流程配套的耐硫變換工藝技術(shù)（專利號(hào)：ZL 2013 1 0055359.4），生產(chǎn)原理是將氣化水煤氣中的一氧化碳與水蒸汽在催化劑的作用下，生成合成氨所需要的氫氣和易于除去的二氧化碳，并將大部分的有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，反應(yīng)式如下：

CO+H2O =CO2+H2 COS+H2O=CO2+H2S

通過(guò)反應(yīng)，使變換氣中一氧化碳含量降至≤1.5%以下，送往脫硫工段。該工序最關(guān)鍵設(shè)備便是絕熱式加變爐。

我公司的加變爐在使用多年后，相繼出現(xiàn)了爐頂塌陷、生產(chǎn)阻力高、爐體局部超溫等故障。最常見(jiàn)的故障是爐壁經(jīng)常超溫，需要對(duì)爐體外壁進(jìn)行拆除保溫，如果爐溫一旦控制不好，只能降溫、降壓操作，或者系統(tǒng)停車搶修。

公司決定對(duì)加變爐實(shí)施改造，消除設(shè)備故障，穩(wěn)定生產(chǎn)，提升產(chǎn)能。

2 改造的技術(shù)要求

2.1 原加變爐的技術(shù)特點(diǎn)

原加變爐直徑為φ 3200，有效容積 80m3，直立帶上下封頭，爐體中段有反拱體分隔， 筒體壁厚為32mm，材質(zhì)為16MnR。采用上下兩段式結(jié)構(gòu)，每段催化劑裝填高度為2500mm。其中上段又分為兩部分，上部裝填催化脫氯劑和催化劑，裝填高度各為 1250mm，下段則全部裝催化劑，裝填高度為 2500mm。

230～300℃變換來(lái)氣從加變爐頂部進(jìn)入，先后與上段催化脫氯劑和催化劑反應(yīng)后引出，此時(shí)溫度高達(dá) 420℃左右，去中間換熱器降溫至 230℃，重新回到加變爐下段參與催化劑變換反應(yīng)，反應(yīng)后氣體經(jīng)冷卻送往脫硫工段。

脫氯劑是以鎂鋁結(jié)晶石為主要載體進(jìn)行物理吸附，其作用主要是除去水煤氣中的氯離子，防止變換觸媒中毒。

全低變絕熱式變換中催化劑為鈷鉬系催化劑，其起活溫度在150℃，催化劑溫度在45℃以上，遇空氣發(fā)生劇烈放熱反應(yīng)。由于前系統(tǒng)工況波動(dòng)，造成水煤氣中鹽份、灰分過(guò)高，變換爐一段脫氯劑表面容易結(jié)皮，造成變換系統(tǒng)阻力升高。一般需要徹底處理情況下，必須進(jìn)行變換催化劑的降溫鈍化，而脫氯劑與催化劑合裝在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)，不能輕而易舉地實(shí)現(xiàn)，從而影響催化劑和變換爐的使用壽命。況且加壓變化爐段由于內(nèi)襯年久失修，爐膛的隔熱效果不好，溫度控制困難，生產(chǎn)操作極不穩(wěn)定。

2.2 改造后的技術(shù)特點(diǎn)

改造后的加變爐，保持原有直徑不變，仍為φ 3200，有效容積 80m3，為直立帶上下封頭、爐體中段有反拱體分隔結(jié)構(gòu)，筒體壁厚 32mm，材質(zhì)為 16MnR。爐體的結(jié)構(gòu)仍分上下兩段，只是上段全部用來(lái)裝填催化劑，裝填高度 2500mm，下段保持不變，裝填 2500mm 高催化劑。另設(shè)一個(gè)塔用來(lái)裝填原有的催化脫氯段。

230～300℃變換來(lái)氣先經(jīng)過(guò)脫氯塔與脫氯劑反應(yīng)后側(cè)出，進(jìn)入加變爐頂部，與上段催化劑反應(yīng)后引出，去中間換熱器降溫至 230℃，重新回到加變爐下段參與催化劑變換反應(yīng)， 反應(yīng)后氣體經(jīng)冷卻送往脫硫工段。

改造后，當(dāng)前系統(tǒng)灰份大、水份高的變換來(lái)氣造成脫氯劑結(jié)塊，系統(tǒng)阻力大時(shí)，我們就只需短停對(duì)該塔的脫氯劑進(jìn)行局部清理或更換，從而方便地消除系統(tǒng)阻力，不會(huì)對(duì)加變爐內(nèi)的催化劑產(chǎn)生任何不良影響，催化劑的壽命可大大延長(zhǎng)。另一方面，上段催化劑的裝填高度由1250mm 改為2500mm，裝填量增加，催化劑的有效活性得以提升，產(chǎn)能加大。

3 爐體內(nèi)襯改造技術(shù)

出于對(duì)加變爐結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，重新制作了新設(shè)備，我們便利用此機(jī)對(duì)爐體的內(nèi)襯也進(jìn)行了同步改造，以解決爐壁超溫等故障。

變換爐殼壁設(shè)計(jì)溫度一般控制在300℃以下，這主要是由鋼板許用應(yīng)力及爐磚內(nèi)襯、保溫材料厚度所決定的。當(dāng)殼壁溫度達(dá)到400℃以上時(shí)，16MnR鋼板許用應(yīng)力會(huì)突變下降，易引起殼體高溫蠕變，甚至產(chǎn)生爆炸事故。

3.1 內(nèi)襯材料的選用

我公司原加變爐的隔熱設(shè)計(jì)為，內(nèi)壁澆筑 200mm 耐熱混凝土，外壁包 50mm 厚的泡沫石棉板，再加 0.8 厚鋁皮防護(hù)。使用過(guò)程中，曾出現(xiàn)爐頂耐熱混凝土塌陷的事故，爐壁經(jīng)常超溫，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。究其原因，是由于耐熱砼不密實(shí)，受高溫水蒸汽滲透至爐壁， 含氯離子水腐蝕爐壁，產(chǎn)物體積膨脹導(dǎo)至砼破裂坍塌。

隨著筑爐材料的發(fā)展，經(jīng)過(guò)科學(xué)論證，我們決定采用 2 層 15mm 厚硅酸鋁纖維板隔熱， 加徹 114mm 厚輕質(zhì)高鋁隔熱磚 NG-0.8 型為內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，爐頂為防日后坍塌，采用 DK 澆注料澆注?？紤]到爐體較高，每段設(shè)置耐熱混凝土隔斷環(huán)，最后涂抹水玻璃高鋁粉泥漿保護(hù)劑。高鋁隔熱磚的理化指標(biāo)如表2。

3.2 施工控制

做好施工質(zhì)量控制，是使加變爐能達(dá)到良好效能的關(guān)鍵。從施工之初，我們就重視質(zhì)量建設(shè)，從材料驗(yàn)收、砌筑材料現(xiàn)場(chǎng)配制記錄、砌筑各部位實(shí)測(cè)誤差記錄、筑爐砌體磚縫實(shí)測(cè)記錄、隱蔽工程驗(yàn)收記錄（鉤燈焊接情況、鋪設(shè)密度，硅酸鋁板鋪設(shè)情況）、筑爐工程竣工驗(yàn)收記錄等，層層進(jìn)行把關(guān)驗(yàn)收。并定期召開(kāi)變換爐筑爐協(xié)調(diào)會(huì)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的筑爐不規(guī)范行為及時(shí)進(jìn)行糾偏。

其中施工技術(shù)主要要求如下：

①加變爐內(nèi)壁要焊有均布 V 型間隔 100mm 的錨筋，后將金屬錨固件刷熱瀝青δ=3～5mm防腐。

②加變爐內(nèi)表面清理除銹干凈后，用水玻璃膠泥厚涂 0.3mm，與硅酸鋁纖維板粘貼襯爐壁。

③砌筑測(cè)溫管、人孔、卸料孔時(shí)，沿管壁繞石棉繩而后用耐火細(xì)骨料密封找平。

④對(duì)于爐內(nèi)接管、上段爐底封頭與筒壁等小縫隙處的隔熱措施一定要到位，要用切割成小方條硅纖維板并用粘結(jié)劑粘貼嚴(yán)密。使用鋼鋸或切割，用高鋁細(xì)骨料、高鋁水泥摻和抹縫使接縫處密實(shí)。特別是上下段的篦子板墻體接頭處要填充密實(shí)。且在筑爐完成后，還需對(duì)這些部分進(jìn)行二次確認(rèn)，并形成記錄。

⑤要控制好變換爐內(nèi)格柵放置處的尺寸。要求施工單位在地面預(yù)拼格柵，復(fù)核過(guò)尺寸后，再來(lái)控制好爐壁該處的尺寸。

⑥加變爐下段墻體筑砌留設(shè)二條混凝土澆注料隔斷環(huán)，環(huán)高度為100mm，耐火混凝土隔斷環(huán)要一次澆成。特別注意養(yǎng)護(hù)，澆注完成后過(guò)2-3小時(shí)，每半小時(shí)澆水一次，3-8小時(shí)之間必須保證半小時(shí)澆水一次，過(guò)8小時(shí)每小時(shí)澆水一次直至。澆水時(shí)不宜水量過(guò)大，用灑水器即可。下?tīng)t底混凝土養(yǎng)護(hù)與隔斷環(huán)養(yǎng)護(hù)同樣重要，以及中間爐底養(yǎng)護(hù)同上。上段爐墻砌筑方法同下段一樣上段墻體中留設(shè)三條混凝土隔斷環(huán)。

⑦砌體應(yīng)錯(cuò)縫砌筑。磚縫內(nèi)泥漿應(yīng)飽滿、密實(shí)，表面應(yīng)勾縫。泥漿凝固后，不得敲打砌體。

⑧整體爐襯筑砌結(jié)束后，涂抹水玻璃高鋁粉泥漿保護(hù)。

4 改造效果

加變爐改造于2016年5月完成，投產(chǎn)兩年以來(lái)，生產(chǎn)一直運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試效果比較理想，爐壁最高處溫度為 247℃，爐內(nèi)反應(yīng)溫度為434℃，滿足設(shè)計(jì)要求，消除了設(shè)備隱患。

同樣大小的加變爐，經(jīng)改造后，能使生產(chǎn)產(chǎn)能由5萬(wàn)噸/年提升為8萬(wàn)噸/年。

有效地解決了脫氯劑與催化劑使用壽命不一致的問(wèn)題，大大延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了水煤漿氣化加變爐改造技術(shù)。在同樣工況的生產(chǎn)條件下，將影響生產(chǎn)的脫氯系統(tǒng)獨(dú)立出來(lái)，結(jié)合生產(chǎn)上的檢修需要，定期安排清理和更換，解決了長(zhǎng)周期生產(chǎn)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)筑爐方案的合理設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的嚴(yán)格控制，保障了加變爐設(shè)備本質(zhì)安全和穩(wěn)定生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50264-2013，工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50211-2014，工業(yè)爐砌筑施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]楊貴成.變換爐幾種內(nèi)襯的溫度計(jì)算與探討[J].化工裝備技術(shù)， 1998，19（11）.

[4]鹿自忠，王書(shū)田，齊春山，唐文珍.三層防腐硅酸鋁纖維爐襯[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2005，26（5）.

[5]張桂云，王捷.中溫變換爐內(nèi)襯材料選擇初探[J].山西化工，1995（1）.