水煤漿氣化加變爐改造技術的研究

嚴有棋

摘要： 針對水煤漿氣化加變爐改造技術，通過將水煤漿氣化加變爐脫氯部分與轉化部分分開，并且改變轉化部分加變爐內襯的結構，成功地解決了爐頂坍塌、爐壁超溫、生產不穩定的狀況，有效地保障了設備的長周期運行，并且提升了產能。

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.

關鍵詞： 水煤漿；加變爐；轉化；內襯；改造

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

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：A 文章編號：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，其工藝流程包括制漿、氣化、變換、脫硫等主要工序，為后續合成氨系統提供原料氫氣，該技術自主創新，并獲得國家專利。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（專利號：ZL 2013 1 0055359.4），生產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，并將大部分的有機硫轉化為硫化氫，反應式如下：

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

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

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

公司決定對加變爐實施改造，消除設備故障，穩定生產，提升產能。

2 改造的技術要求

2.1 原加變爐的技術特點

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，材質為16MnR。采用上下兩段式結構，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℃變換來氣從加變爐頂部進入，先后與上段催化脫氯劑和催化劑反應后引出，此時溫度高達 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，反應后氣體經冷卻送往脫硫工段。

脫氯劑是以鎂鋁結晶石為主要載體進行物理吸附，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，遇空氣發生劇烈放熱反應。由于前系統工況波動，造成水煤氣中鹽份、灰分過高，變換爐一段脫氯劑表面容易結皮，造成變換系統阻力升高。一般需要徹底處理情況下，必須進行變換催化劑的降溫鈍化，而脫氯劑與催化劑合裝在一臺設備內，不能輕而易舉地實現，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襯年久失修，爐膛的隔熱效果不好，溫度控制困難，生產操作極不穩定。

2.2 改造后的技術特點

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構，筒體壁厚 32mm，材質為 16MnR。爐體的結構仍分上下兩段，只是上段全部用來裝填催化劑，裝填高度 2500mm，下段保持不變，裝填 2500mm 高催化劑。另設一個塔用來裝填原有的催化脫氯段。

230～300℃變換來氣先經過脫氯塔與脫氯劑反應后側出，進入加變爐頂部，與上段催化劑反應后引出，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， 反應后氣體經冷卻送往脫硫工段。

改造后，當前系統灰份大、水份高的變換來氣造成脫氯劑結塊，系統阻力大時，我們就只需短停對該塔的脫氯劑進行局部清理或更換，從而方便地消除系統阻力，不會對加變爐內的催化劑產生任何不良影響，催化劑的壽命可大大延長。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，產能加大。

3 爐體內襯改造技術

出于對加變爐結構調整的需要，重新制作了新設備，我們便利用此機對爐體的內襯也進行了同步改造，以解決爐壁超溫等故障。

變換爐殼壁設計溫度一般控制在300℃以下，這主要是由鋼板許用應力及爐磚內襯、保溫材料厚度所決定的。當殼壁溫度達到400℃以上時，16MnR鋼板許用應力會突變下降，易引起殼體高溫蠕變，甚至產生爆炸事故。

3.1 內襯材料的選用

我公司原加變爐的隔熱設計為，內壁澆筑 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。使用過程中，曾出現爐頂耐熱混凝土塌陷的事故，爐壁經常超溫，影響生產的正常運行。究其原因，是由于耐熱砼不密實，受高溫水蒸汽滲透至爐壁， 含氯離子水腐蝕爐壁，產物體積膨脹導至砼破裂坍塌。

隨著筑爐材料的發展，經過科學論證，我們決定采用 2 層 15mm 厚硅酸鋁纖維板隔熱， 加徹 114mm 厚輕質高鋁隔熱磚 NG-0.8 型為內襯結構，爐頂為防日后坍塌，采用 DK 澆注料澆注。考慮到爐體較高，每段設置耐熱混凝土隔斷環，最后涂抹水玻璃高鋁粉泥漿保護劑。高鋁隔熱磚的理化指標如表2。

3.2 施工控制

做好施工質量控制，是使加變爐能達到良好效能的關鍵。從施工之初，我們就重視質量建設，從材料驗收、砌筑材料現場配制記錄、砌筑各部位實測誤差記錄、筑爐砌體磚縫實測記錄、隱蔽工程驗收記錄（鉤燈焊接情況、鋪設密度，硅酸鋁板鋪設情況）、筑爐工程竣工驗收記錄等，層層進行把關驗收。并定期召開變換爐筑爐協調會，對發現的筑爐不規范行為及時進行糾偏。

其中施工技術主要要求如下：

①加變爐內壁要焊有均布 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砌筑測溫管、人孔、卸料孔時，沿管壁繞石棉繩而后用耐火細骨料密封找平。

④對于爐內接管、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劑粘貼嚴密。使用鋼鋸或切割，用高鋁細骨料、高鋁水泥摻和抹縫使接縫處密實。特別是上下段的篦子板墻體接頭處要填充密實。且在筑爐完成后，還需對這些部分進行二次確認，并形成記錄。

⑤要控制好變換爐內格柵放置處的尺寸。要求施工單位在地面預拼格柵，復核過尺寸后，再來控制好爐壁該處的尺寸。

⑥加變爐下段墻體筑砌留設二條混凝土澆注料隔斷環，環高度為100mm，耐火混凝土隔斷環要一次澆成。特別注意養護，澆注完成后過2-3小時，每半小時澆水一次，3-8小時之間必須保證半小時澆水一次，過8小時每小時澆水一次直至。澆水時不宜水量過大，用灑水器即可。下爐底混凝土養護與隔斷環養護同樣重要，以及中間爐底養護同上。上段爐墻砌筑方法同下段一樣上段墻體中留設三條混凝土隔斷環。

⑦砌體應錯縫砌筑。磚縫內泥漿應飽滿、密實，表面應勾縫。泥漿凝固后，不得敲打砌體。

⑧整體爐襯筑砌結束后，涂抹水玻璃高鋁粉泥漿保護。

4 改造效果

加變爐改造于2016年5月完成，投產兩年以來，生產一直運行穩定，測試效果比較理想，爐壁最高處溫度為 247℃，爐內反應溫度為434℃，滿足設計要求，消除了設備隱患。

同樣大小的加變爐，經改造后，能使生產產能由5萬噸/年提升為8萬噸/年。

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

5 結束語

本文研究了水煤漿氣化加變爐改造技術。在同樣工況的生產條件下，將影響生產的脫氯系統獨立出來，結合生產上的檢修需要，定期安排清理和更換，解決了長周期生產問題。通過對筑爐方案的合理設計和施工質量的嚴格控制，保障了加變爐設備本質安全和穩定生產。

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