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氣化爐結構及其常用耐火材料

時間:2017-01-14 13:52 作者:艾米點擊:

  氣化爐是以液態烴(重油、渣油或原油)和部分氧化劑反應,生產合成氨、合成甲醇和羰基合成等原料氣的重要設備。液態烴在1300~1400℃的高溫下、常壓或加壓下,與氧、蒸汽等氧化劑進行不完全氧化(即燃燒)反應,生成氫和一氧化碳為主的反應氣體(即水煤氣)。

  一、氣化爐結構

  以30萬t/a合成氨廠用8.34MPa(85kgf/cm2)加壓氣化爐結構為例:

  氣化爐由上部燃燒室,下部急冷室兩部分組成。

 ?。?)燃燒室,由鋼殼和耐火襯里組成。上頂為球形封頭,下底為錐形底,不受工藝氣體壓力作用,只承受耐火襯里的重量。8.34MPa加氣化爐燃燒室停留時間為2.5~3s。

  燃燒室殼體溫度為400℃,材料用鍋爐和壓力容器用的含鉻鉬低合金鋼板。鋼殼上設有表面熱電偶,以監視爐壁溫度,便于及時發現問題。

 ?。?)急冷室,殼體溫度275℃,材質用不銹鋼的復合鋼板,底部球形封頭,底部設有直徑900mm平板型人孔,用于安裝急冷室內部構件。內部構件主要由進水分配器(環形室及內部環室)、插入管和集氣管等構成。

 ?。?)結構特點與改進,8.34MPa加壓氣化爐與2.94MPa加壓氣化爐在結構上有以下幾方面的改進:

  1)爐頂襯里由橢圓頂改為錐角頂,控制了火焰和高溫氣流的回流,對保護燒嘴和爐頂耐火磚十分有利。錐角的角度為75°,比燒嘴的噴射角(60°~70°)稍大。

  2)燃燒室襯里按高度分段,托磚結構改成底部直接承重結構,簡化了磚型。底部襯磚約呈90°角,防止工藝氣體產生死角和渦流而沖刷磨損耐火磚,同時也避免釩和鎳等重金屬積存時侵蝕耐火磚。

  3)采用壁溫高于工藝氣體露點溫度的方法,有利于防止殼體的腐蝕。

  4)急冷室結構采用了套管插入式,提高了炭黑分離的效果,操作比較安全,可防止水倒流入氣化爐。

  二、氣化爐常用耐火材料

  以2.94MPa加壓氣化爐為例:

  氣化爐在1300~1400℃的高溫下操作,外加開、停車較多,因而要求襯里有足夠高的耐火度和良好的熱穩性能?,F今常壓和微壓的氣化爐常用高鋁磚(一級或二級),操作壓力較髙的(0.8~1MPa以上)多用剛玉磚。

  耐火襯里結構,一般有橫砌和豎砌兩種形式,實際采用哪種砌法,根據耐火磚質量而定,現今多用橫砌結構。

 ?。?)影響襯里壽命的因素,爐內里層(即工作面層)與火焰直接接觸的耐火磚的壽命大致1~2年。除爐壓、操作溫度、工藝氣體的變化影響耐火磚壽命外,原料油中微量金屬如釩、鎳等的影響也很大,尤其是金屬釩易滲透到耐火磚中去。釩(V)和三氧化二鋁反應,在高溫下生成互相固溶的低熔點礦物質。這種低熔點礦物質聚集在基體上,因與氧化鋁晶粒的熱膨脹率不同,而產生剝離,造成耐火磚表面掉片。

  氣化過程中如產生的炭黑較多時,會沉積在耐火磚熱表面上,使磚的互相結合性變壞,磚強度消失而掉塊。

 ?。?)氣化爐爐頂和氣體出口的襯里結構,氣化爐爐頂正中是安裝氣化燒嘴處,結構可用吊掛式,可當檢修人孔,但吊磚易壞。多數廠家采用整體砌筑結構,見下圖所示。

  氣體出口結構:在底部正中處,采用耐急冷急熱性能好的碳化硅磚,見下圖所示。出口在爐下部側面,采用異形磚(4塊或8塊)砌成,或用低鈣礬土耐火混凝土澆注。

  三、氣化爐工作環境

  氣化爐生產是在1300~1400℃高溫和高壓(大型爐為8.34MPa)下進行,原料油(重油、渣油或原油)和氧、蒸汽等氧化劑用噴嘴噴入爐內進行不完全氧化(即燃燒)反應。氣化爐外表溫度為80~120℃,高不得過200℃,一般用表面溫度測量裝置(熱敏電阻)或涂變色漆。外殼內里襯耐火材料,除了爐壓、操作溫度、工藝氣體的變化對耐火磚壽命影響外,原料油中微量金屬如釩、鎳等的影響很大。

  噴嘴是氣化爐核心部件,將原料油及氧、蒸汽等氧化劑噴入爐內進行反應。其類型很多,常用的有:二套管外混合式、三套管式和二次氣流霧化雙套管式噴嘴。

  氣化爐本身結構簡單,但由于工藝氣體含有氫氣和一氧化碳成分,氫氣對爐體有氫化腐蝕;一氧化碳對人身有危害,注意安全生產。

  急冷室在燃燒室下部,工藝氣體在此降溫(約262℃),并洗去夾帶的炭黑,氣液分離后在急冷室上部離開氣化爐,但急冷室留下的液體含有甲酸、碳酸、硫化氫等,對急冷室殼體也有腐蝕作用。
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