試論殼牌氣化爐的結構特點及操作維修

齊云飛

【摘 要】隨著時代進步和社會各方面的發展，我國在煤化工這一行業領域取得了進一步的飛躍，這主要得益于一項新型設備的引進與使用，這項關鍵的技術設備就是本篇論文所要討論的重點內容，殼牌氣化爐。目前我國對殼牌氣化爐的引進還處于初級探索的試運行階段，運行的過程還不穩定，究其原因是殼牌氣化爐的結構特點和操作維修特點，因此本篇論文接下來將就這兩方面的問題展開論述[1]。

【關鍵詞】殼牌氣化爐；結構特點；操作維修

最近幾年以來，新興的煤氣化技術隨著我國殼牌氣化爐的引進得到了越來越廣泛的應用與發展，這決定了對煤氣化技術的安全性問題，包括安全運行與管理，可持續性應用與操作維修等提出了更加嚴格的要求。本文不僅對殼牌氣化爐的結構特點以及操作維修方面進行了基本的介紹，還發現了在殼牌氣化爐在試行過程中出現的問題并提出一些需要注意的地方。接下來論文將按照這種邏輯依次展開論述。

1 化爐及其結構介紹

了解氣化爐之前，應該先清楚煤的氣化過程。煤的氣化過程是指對煤的一項熱化學加工處理過程，這一過程需要在特定的壓力和溫度環境下進行，利用氣化劑，將煤中含有的有機物質轉化為煤氣[2]。煤的氣化過程要保證反映的溫度高，速度快，停留時間長，這樣才能保證煤中含有的有機物質得到最充分的轉化，最大程度的減小損耗。接下來將簡單介紹關于氣化爐的內容。

氣化爐有其最大化的壁厚，高度和最大內經限制。以部件功能劃分，氣化爐可分解為分化反應段，急冷段，輸氣管段，氣體反向段，合成器冷卻段和一部分輔助設備，例如燒嘴、敲擊器、恒立吊等[3]。氣化爐內部器件的總體結構是水冷壁型式，在膜式水冷壁的內側有一層耐火性極強的里襯，保護膜式水冷壁不易受到熱侵蝕。

1.1 氣化爐的氣化反應段簡介

氣化爐的氣化反應段的組成主要有熱裙，內件渣池，承壓殼體，反應段膜式壁和擋渣屏。承壓殼體由耐熱性能極好的一種耐熱鋼制成，在膜式壁的內側噴涂了耐火性能極好的耐火材料，這些耐火材料會在氣化過程中被產生的渣水和冷凝液等腐蝕。反應段的膜式壁和擋渣屏是耐熱鋼管和翅片相間焊接而成的，保溫釘焊接在膜式壁的內部用來固定耐火材料。

1.2 氣化爐的急冷段和輸氣管段簡介

氣化爐的急冷段的外層是由耐熱性能強的鋼材制造，內側是耐火材料，這與氣化反應段的構成相同。急冷段的組成部分有急冷區，急冷區外殼體以及急冷管。

氣化爐的輸氣管段的組成部分有輸氣管及其外殼，輸氣管外殼的內外材料與氣化反應段的殼體是相同的。輸氣管段的內部有保溫釘，同樣用于固定耐火材料。

1.3 氣化爐的氣體返回段和冷卻段簡介

氣化爐的氣體返回段和氣體冷卻段也同樣有內外兩部分構成，其材料選取與氣化爐的氣化反應段相同，都是采用耐熱性能強的鋼材和耐熱材料。并且同樣采用了耐熱鋼管和翅片的焊接技術。

1.4 氣化爐的輔助設備簡介

煤燒嘴是由專業性的廠家制造的，它的作用是將蒸汽和氧氣的混合物，煤粉送入到氣化爐里；敲擊器同樣是由專門的廠家成套生產，它的組成是振動導桿，膜式壁，蒸發器，過熱器等，它的主要作用是防止耐火材料脫落以及防治內部器件集灰；恒立吊也是由專門廠商生產的成套設備，它的主要作用是支撐起氣化爐氣體冷卻器的載重，使得熱態氣化爐能夠在膨脹時自由膨脹。

2 氣化爐的特點

第一，氣化爐采用了噴流床氣化的技術手段，所以可以達到結渣氣化的工藝所需要的高溫要求，由于能夠達到很高的溫度，所以煤中的碳轉化率非常高，轉化率高意味著碳損耗少，這有利于資源的有效利用和資源節約。

第二，上一條特點中提到的高溫，能夠確保粗合成器中一氧化碳的含量高，這也促成了氣化爐的第二大特點，一氧化碳的組分含量極高。

第三，氣化爐在開始工作之后，氣化反應段的膜式壁會固化成灰渣層，而灰渣層能夠防止熔渣侵蝕爐壁，對氣化爐的內壁起到保護的作用[4]。

第四，煤燒嘴的安裝方式采用了徑向小角度的方法，這可以使反應器中的氣流分布呈現渦流運動的特點，這種渦流運動的方式能夠使灰渣和合成器的分離效果達到最好，有效地避免了大量的飛灰夾帶問題。

第五，爐壁內形成的灰渣層可以在氣化爐操作產生波動時防止在這一過程下產生的熱負荷波動。一旦操作波動發生，已經固化的灰渣層就會增厚或者熔融。

第六，氣化爐使用了煤粉氣化工藝，徹底的氣化決定了氣化對煤炭種類的要求并不是很高。這增加了煤炭的選擇度。

第七，氣化爐分為上述六個功能段，所以這種復雜的結構使得氣化爐的重量大，這直接導致了氣化爐的設備制造與安裝難度增大。

第八，氣化爐對溫度與壓力的要求是很高的，這在上述特點中有所提及，這又在另一個方面說明了氣化爐對設備選材的要求是極高的，這使得氣化爐的制造過程難度增加并且資金的投入量增大。

第九，氣化爐采用的特殊的管道設備與相關特定的裝置在國內不容易找到對口的供應商家，因此對國外進口的依賴大，這一特點也體現了我國國內運行氣化爐的一項需要解決的難處。

3 氣化爐的操作維修以及出現的相關問題探究

我國目前引進并且試運行的氣化爐都是在操作上不穩定的，這也與上文提到的氣化爐的特點相關，并且與我國國內的產業發展環境相關，我國引進的國外殼牌氣化爐結構復雜，需要控制的點很多，操作難度大，而我國在現階段的操作人員并不熟練，對這項技術的掌握不夠純熟，再加上設備出現故障等問題一并存在，所以氣化爐要實現長時期的運行還要解決很多的問題[5]。

氣化爐在操作運行中容易出現問題，最常見的就是腐蝕疲勞和氮化問題。腐蝕疲勞要歸咎于結構設計，燒嘴的孔邊緣附近往往溫度過高，表面易形成氧化物和硫化物等，這些物質的擴散延展會造成材料性能的下降。氮化是由于氣化爐的急冷段，很容易發生滲氮問題，并隨著熱循環和外加作用力產生滲氮層的開裂破碎。除此之外還有很多在氣化爐使用過程中可能出現的問題，對氣化爐的使用造成阻礙。

因此在氣化爐的安裝操作與維修環節應該注重細節，在結構設計到實踐操作中找出存在的問題，并且有針對性的解決這些問題，突破技術難題，這樣才能使氣化爐在我國國內得到更好的發展。

4 總結

氣化爐的使用為煤化工業帶來了新的飛躍與發展，但是我國現階段引用國外殼牌氣化爐在使用操作的過程中遇到了很多的難題和考驗，只有了解氣化爐的結構特點，在氣化爐的操作維修方面多加研究，掌握氣化技術的核心，培養更多氣化技術領域的專門性人才，解決一些技術性難題，才能將煤氣化技術真正廣泛應用到我國的煤化工領域，促進煤化工產業的發展[6]。

【參考文獻】

[1]陳哲.Shell粉煤氣化爐的操作優化探究[J].化工時刊，2015，29（10）：20-22.

[2]曾小毛，陳利.開工燒嘴檢修要點及改進方法[J].大氮肥，2011，34（3）：179-181.

[3]周留霞.Shell氣化爐的結構特點及操作維修[J].煤化工，2008，36（4）：38-41.

[4]宋文明，薛小強，楊貴榮等.殼牌氣化爐失效特性分析[J].化學工程，2013，41（6）：53-57.

[5]唐凱鋒，張會生，翁史烈，等.基于渣層法的改進型shell氣化爐動態建模與仿真研究[J].動力工程學報，2012，32（12）：979-983.

[6]應玉華，江青茵，曹志凱，等.Shell氣化爐掛渣模型及其操作性分析[J].廈門大學學報（自然科學版），2016，55（1）：22-29.

[責任編輯：李書培]