水煤浆气化加变炉改造技术的研究

严有棋

摘要： 针对水煤浆气化加变炉改造技術，通过将水煤浆气化加变炉脱氯部分与转化部分分开，并且改变转化部分加变炉内衬的结构，成功地解决了炉顶坍塌、炉壁超温、生产不稳定的状况，有效地保障了设备的长周期运行，并且提升了产能。

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.

关键词： 水煤浆；加变炉；转化；内衬；改造

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

中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）21-0141-03

1 概况

目前我公司拥有一套掺烧高浓度污水的水煤浆气化技术，其工艺流程包括制浆、气化、变换、脱硫等主要工序，为后续合成氨系统提供原料氢气，该技术自主创新，并获得国家专利。其中，变换工序采用与气化激冷流程配套的耐硫变换工艺技术（专利号：ZL 2013 1 0055359.4），生产原理是将气化水煤气中的一氧化碳与水蒸汽在催化剂的作用下，生成合成氨所需要的氢气和易于除去的二氧化碳，并将大部分的有机硫转化为硫化氢，反应式如下：

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

通过反应，使变换气中一氧化碳含量降至≤1.5%以下，送往脱硫工段。该工序最关键设备便是绝热式加变炉。

我公司的加变炉在使用多年后，相继出现了炉顶塌陷、生产阻力高、炉体局部超温等故障。最常见的故障是炉壁经常超温，需要对炉体外壁进行拆除保温，如果炉温一旦控制不好，只能降温、降压操作，或者系统停车抢修。

公司决定对加变炉实施改造，消除设备故障，稳定生产，提升产能。

2 改造的技术要求

2.1 原加变炉的技术特点

原加变炉直径为φ 3200，有效容积 80m3，直立带上下封头，炉体中段有反拱体分隔， 筒体壁厚为32mm，材质为16MnR。采用上下两段式结构，每段催化剂装填高度为2500mm。其中上段又分为两部分，上部装填催化脱氯剂和催化剂，装填高度各为 1250mm，下段则全部装催化剂，装填高度为 2500mm。

230～300℃变换来气从加变炉顶部进入，先后与上段催化脱氯剂和催化剂反应后引出，此时温度高达 420℃左右，去中间换热器降温至 230℃，重新回到加变炉下段参与催化剂变换反应，反应后气体经冷却送往脱硫工段。

脱氯剂是以镁铝结晶石为主要载体进行物理吸附，其作用主要是除去水煤气中的氯离子，防止变换触媒中毒。

全低变绝热式变换中催化剂为钴钼系催化剂，其起活温度在150℃，催化剂温度在45℃以上，遇空气发生剧烈放热反应。由于前系统工况波动，造成水煤气中盐份、灰分过高，变换炉一段脱氯剂表面容易结皮，造成变换系统阻力升高。一般需要彻底处理情况下，必须进行变换催化剂的降温钝化，而脱氯剂与催化剂合装在一台设备内，不能轻而易举地实现，从而影响催化剂和变换炉的使用寿命。况且加压变化炉段由于内衬年久失修，炉膛的隔热效果不好，温度控制困难，生产操作极不稳定。

2.2 改造后的技术特点

改造后的加变炉，保持原有直径不变，仍为φ 3200，有效容积 80m3，为直立带上下封头、炉体中段有反拱体分隔结构，筒体壁厚 32mm，材质为 16MnR。炉体的结构仍分上下两段，只是上段全部用来装填催化剂，装填高度 2500mm，下段保持不变，装填 2500mm 高催化剂。另设一个塔用来装填原有的催化脱氯段。

230～300℃变换来气先经过脱氯塔与脱氯剂反应后侧出，进入加变炉顶部，与上段催化剂反应后引出，去中间换热器降温至 230℃，重新回到加变炉下段参与催化剂变换反应， 反应后气体经冷却送往脱硫工段。

改造后，当前系统灰份大、水份高的变换来气造成脱氯剂结块，系统阻力大时，我们就只需短停对该塔的脱氯剂进行局部清理或更换，从而方便地消除系统阻力，不会对加变炉内的催化剂产生任何不良影响，催化剂的寿命可大大延长。另一方面，上段催化剂的装填高度由1250mm 改为2500mm，装填量增加，催化剂的有效活性得以提升，产能加大。

3 炉体内衬改造技术

出于对加变炉结构调整的需要，重新制作了新设备，我们便利用此机对炉体的内衬也进行了同步改造，以解决炉壁超温等故障。

变换炉壳壁设计温度一般控制在300℃以下，这主要是由钢板许用应力及炉砖内衬、保温材料厚度所决定的。当壳壁温度达到400℃以上时，16MnR钢板许用应力会突变下降，易引起壳体高温蠕变，甚至产生爆炸事故。

3.1 内衬材料的選用

我公司原加变炉的隔热设计为，内壁浇筑 200mm 耐热混凝土，外壁包 50mm 厚的泡沫石棉板，再加 0.8 厚铝皮防护。使用过程中，曾出现炉顶耐热混凝土塌陷的事故，炉壁经常超温，影响生产的正常运行。究其原因，是由于耐热砼不密实，受高温水蒸汽渗透至炉壁， 含氯离子水腐蚀炉壁，产物体积膨胀导至砼破裂坍塌。

随着筑炉材料的发展，经过科学论证，我们决定采用 2 层 15mm 厚硅酸铝纤维板隔热， 加彻 114mm 厚轻质高铝隔热砖 NG-0.8 型为内衬结构，炉顶为防日后坍塌，采用 DK 浇注料浇注。考虑到炉体较高，每段设置耐热混凝土隔断环，最后涂抹水玻璃高铝粉泥浆保护剂。高铝隔热砖的理化指标如表2。

3.2 施工控制

做好施工质量控制，是使加变炉能达到良好效能的关键。从施工之初，我们就重视质量建设，从材料验收、砌筑材料现场配制记录、砌筑各部位实测误差记录、筑炉砌体砖缝实测记录、隐蔽工程验收记录（钩灯焊接情况、铺设密度，硅酸铝板铺设情况）、筑炉工程竣工验收记录等，层层进行把关验收。并定期召开变换炉筑炉协调会，对发现的筑炉不规范行为及时进行纠偏。

其中施工技术主要要求如下：

①加变炉内壁要焊有均布 V 型间隔 100mm 的锚筋，后将金属锚固件刷热沥青δ=3～5mm防腐。

②加变炉内表面清理除锈干净后，用水玻璃胶泥厚涂 0.3mm，与硅酸铝纤维板粘贴衬炉壁。

③砌筑测温管、人孔、卸料孔时，沿管壁绕石棉绳而后用耐火细骨料密封找平。

④对于炉内接管、上段炉底封头与筒壁等小缝隙处的隔热措施一定要到位，要用切割成小方条硅纤维板并用粘结剂粘贴严密。使用钢锯或切割，用高铝细骨料、高铝水泥掺和抹缝使接缝处密实。特别是上下段的篦子板墙体接头处要填充密实。且在筑炉完成后，还需对这些部分进行二次确认，并形成记录。

⑤要控制好变换炉内格栅放置处的尺寸。要求施工单位在地面预拼格栅，复核过尺寸后，再来控制好炉壁该处的尺寸。

⑥加变炉下段墙体筑砌留设二条混凝土浇注料隔断环，环高度为100mm，耐火混凝土隔断环要一次浇成。特别注意养护，浇注完成后过2-3小时，每半小时浇水一次，3-8小时之间必须保证半小时浇水一次，过8小时每小时浇水一次直至。浇水时不宜水量过大，用洒水器即可。下炉底混凝土养护与隔断环养护同样重要，以及中间炉底养护同上。上段炉墙砌筑方法同下段一样上段墙体中留设三条混凝土隔断环。

⑦砌体应错缝砌筑。砖缝内泥浆应饱满、密实，表面应勾缝。泥浆凝固后，不得敲打砌体。

⑧整体炉衬筑砌结束后，涂抹水玻璃高铝粉泥浆保护。

4 改造效果

加变炉改造于2016年5月完成，投产两年以来，生产一直运行稳定，测试效果比较理想，炉壁最高处温度为 247℃，炉内反应温度为434℃，满足设计要求，消除了设备隐患。

同样大小的加变炉，经改造后，能使生产产能由5万吨/年提升为8万吨/年。

有效地解决了脱氯剂与催化剂使用寿命不一致的问题，大大延长了催化剂的使用寿命。

5 结束语

本文研究了水煤浆气化加变炉改造技术。在同样工况的生产条件下，将影响生产的脱氯系统独立出来，结合生产上的检修需要，定期安排清理和更换，解决了长周期生产问题。通过对筑炉方案的合理设计和施工质量的严格控制，保障了加变炉设备本质安全和稳定生产。

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