试论壳牌气化炉的结构特点及操作维修

齐云飞

【摘 要】随着时代进步和社会各方面的发展，我国在煤化工这一行业领域取得了进一步的飞跃，这主要得益于一项新型设备的引进与使用，这项关键的技术设备就是本篇论文所要讨论的重点内容，壳牌气化炉。目前我国对壳牌气化炉的引进还处于初级探索的试运行阶段，运行的过程还不稳定，究其原因是壳牌气化炉的结构特点和操作维修特点，因此本篇论文接下来将就这两方面的问题展开论述[1]。

【关键词】壳牌气化炉；结构特点；操作维修

最近几年以来，新兴的煤气化技术随着我国壳牌气化炉的引进得到了越来越广泛的应用与发展，这决定了对煤气化技术的安全性问题，包括安全运行与管理，可持续性应用与操作维修等提出了更加严格的要求。本文不仅对壳牌气化炉的结构特点以及操作维修方面进行了基本的介绍，还发现了在壳牌气化炉在试行过程中出现的问题并提出一些需要注意的地方。接下来论文将按照这种逻辑依次展开论述。

1 化炉及其结构介绍

了解气化炉之前，应该先清楚煤的气化过程。煤的气化过程是指对煤的一项热化学加工处理过程，这一过程需要在特定的压力和温度环境下进行，利用气化剂，将煤中含有的有机物质转化为煤气[2]。煤的气化过程要保证反映的温度高，速度快，停留时间长，这样才能保证煤中含有的有机物质得到最充分的转化，最大程度的减小损耗。接下来将简单介绍关于气化炉的内容。

气化炉有其最大化的壁厚，高度和最大内经限制。以部件功能划分，气化炉可分解为分化反应段，急冷段，输气管段，气体反向段，合成器冷却段和一部分辅助设备，例如烧嘴、敲击器、恒立吊等[3]。气化炉内部器件的总体结构是水冷壁型式，在膜式水冷壁的内侧有一层耐火性极强的里衬，保护膜式水冷壁不易受到热侵蚀。

1.1 气化炉的气化反应段简介

气化炉的气化反应段的组成主要有热裙，内件渣池，承压壳体，反应段膜式壁和挡渣屏。承压壳体由耐热性能极好的一种耐热钢制成，在膜式壁的内侧喷涂了耐火性能极好的耐火材料，这些耐火材料会在气化过程中被产生的渣水和冷凝液等腐蚀。反应段的膜式壁和挡渣屏是耐热钢管和翅片相间焊接而成的，保温钉焊接在膜式壁的内部用来固定耐火材料。

1.2 气化炉的急冷段和输气管段简介

气化炉的急冷段的外层是由耐热性能强的钢材制造，内侧是耐火材料，这与气化反应段的构成相同。急冷段的组成部分有急冷区，急冷区外壳体以及急冷管。

气化炉的输气管段的组成部分有输气管及其外壳，输气管外壳的内外材料与气化反应段的壳体是相同的。输气管段的内部有保温钉，同样用于固定耐火材料。

1.3 气化炉的气体返回段和冷却段简介

气化炉的气体返回段和气体冷却段也同样有内外两部分构成，其材料选取与气化炉的气化反应段相同，都是采用耐热性能强的钢材和耐热材料。并且同样采用了耐热钢管和翅片的焊接技术。

1.4 气化炉的辅助设备简介

煤烧嘴是由专业性的厂家制造的，它的作用是将蒸汽和氧气的混合物，煤粉送入到气化炉里；敲击器同样是由专门的厂家成套生产，它的组成是振动导杆，膜式壁，蒸发器，过热器等，它的主要作用是防止耐火材料脱落以及防治内部器件集灰；恒立吊也是由专门厂商生产的成套设备，它的主要作用是支撑起气化炉气体冷却器的载重，使得热态气化炉能够在膨胀时自由膨胀。

2 气化炉的特点

第一，气化炉采用了喷流床气化的技术手段，所以可以达到结渣气化的工艺所需要的高温要求，由于能够达到很高的温度，所以煤中的碳转化率非常高，转化率高意味着碳损耗少，这有利于资源的有效利用和资源节约。

第二，上一条特点中提到的高温，能够确保粗合成器中一氧化碳的含量高，这也促成了气化炉的第二大特点，一氧化碳的组分含量极高。

第三，气化炉在开始工作之后，气化反应段的膜式壁会固化成灰渣层，而灰渣层能够防止熔渣侵蚀炉壁，对气化炉的内壁起到保护的作用[4]。

第四，煤烧嘴的安装方式采用了径向小角度的方法，这可以使反应器中的气流分布呈现涡流运动的特点，这种涡流运动的方式能够使灰渣和合成器的分离效果达到最好，有效地避免了大量的飞灰夹带问题。

第五，炉壁内形成的灰渣层可以在气化炉操作产生波动时防止在这一过程下产生的热负荷波动。一旦操作波动发生，已经固化的灰渣层就会增厚或者熔融。

第六，气化炉使用了煤粉气化工艺，彻底的气化决定了气化对煤炭种类的要求并不是很高。这增加了煤炭的选择度。

第七，气化炉分为上述六个功能段，所以这种复杂的结构使得气化炉的重量大，这直接导致了气化炉的设备制造与安装难度增大。

第八，气化炉对温度与压力的要求是很高的，这在上述特点中有所提及，这又在另一个方面说明了气化炉对设备选材的要求是极高的，这使得气化炉的制造过程难度增加并且资金的投入量增大。

第九，气化炉采用的特殊的管道设备与相关特定的装置在国内不容易找到对口的供应商家，因此对国外进口的依赖大，这一特点也体现了我国国内运行气化炉的一项需要解决的难处。

3 气化炉的操作维修以及出现的相关问题探究

我国目前引进并且试运行的气化炉都是在操作上不稳定的，这也与上文提到的气化炉的特点相关，并且与我国国内的产业发展环境相关，我国引进的国外壳牌气化炉结构复杂，需要控制的点很多，操作难度大，而我国在现阶段的操作人员并不熟练，对这项技术的掌握不够纯熟，再加上设备出现故障等问题一并存在，所以气化炉要实现长时期的运行还要解决很多的问题[5]。

气化炉在操作运行中容易出现问题，最常见的就是腐蚀疲劳和氮化问题。腐蚀疲劳要归咎于结构设计，烧嘴的孔边缘附近往往温度过高，表面易形成氧化物和硫化物等，这些物质的扩散延展会造成材料性能的下降。氮化是由于气化炉的急冷段，很容易发生渗氮问题，并随着热循环和外加作用力产生渗氮层的开裂破碎。除此之外还有很多在气化炉使用过程中可能出现的问题，对气化炉的使用造成阻碍。

因此在气化炉的安装操作与维修环节应该注重细节，在结构设计到实践操作中找出存在的问题，并且有针对性的解决这些问题，突破技术难题，这样才能使气化炉在我国国内得到更好的发展。

4 总结

气化炉的使用为煤化工业带来了新的飞跃与发展，但是我国现阶段引用国外壳牌气化炉在使用操作的过程中遇到了很多的难题和考验，只有了解气化炉的结构特点，在气化炉的操作维修方面多加研究，掌握气化技术的核心，培养更多气化技术领域的专门性人才，解决一些技术性难题，才能将煤气化技术真正广泛应用到我国的煤化工领域，促进煤化工产业的发展[6]。

【参考文献】

[1]陈哲.Shell粉煤气化炉的操作优化探究[J].化工时刊，2015，29（10）：20-22.

[2]曾小毛，陈利.开工烧嘴检修要点及改进方法[J].大氮肥，2011，34（3）：179-181.

[3]周留霞.Shell气化炉的结构特点及操作维修[J].煤化工，2008，36（4）：38-41.

[4]宋文明，薛小强，杨贵荣等.壳牌气化炉失效特性分析[J].化学工程，2013，41（6）：53-57.

[5]唐凯锋，张会生，翁史烈，等.基于渣层法的改进型shell气化炉动态建模与仿真研究[J].动力工程学报，2012，32（12）：979-983.

[6]应玉华，江青茵，曹志凯，等.Shell气化炉挂渣模型及其操作性分析[J].厦门大学学报（自然科学版），2016，55（1）：22-29.

[责任编辑：李书培]