气化炉水冷壁结渣特性的研究及其改进措施.pdf

增刊 化 学 世 界 ·149· 气化炉水冷壁结渣特性研究及改进措施 贡文政。段合龙，梁钦锋，刘海峰，于遵宏 (华东理工大学洁净煤技术研究所，上海200237) 关键词：气化炉；冷壁技术；熔渣 在气流床气化炉中进行的煤气化过程温度、压 定了炉壁上熔渣保护层的形成。 力均很高，同时因气化所用的煤种不同时(特别是 (2)炉膛内的温度分布。炉膛内的高温区域限 煤灰固有的组成、熔融性能以及碱度、粘度等不 制着渣层的形态，分布，以及渣层的厚度。较高的温 同)，对炉衬的侵蚀情况度也会有所不同，增加了选 度有利于水冷壁保护渣层的形成，但炉膛内温度过 择合适衬里的复杂性，要找到既耐高温又耐微量元 高或者炉膛直径较小，则炉壁温度大于渣的流动温 素腐蚀的耐火材料非常不容易。即使有了性能良好 度，液态渣不能附着于炉壁上，沿炉壁流下，固态保 的耐火材料作为炉衬，但由于炉内衬里的热力、机械 护层无从谈起。过高的温度会烧坏炉壁或水冷管。 磨损、灰渣的物理化学侵蚀、灰渣和衬里形成共熔混 炉膛内各处温度都很低，煤渣不具有粘结性。控制 合物等原因，使得目前热壁炉使用的造价极高的耐 炉内温度，可以控制熔渣的熔融状态，国外有关文献 火衬里寿命普遍较短，不能很经济的运行¨．2】。 报道，当灰份粘度在104—108Pa·S之间时，易产生 为克服热壁炉的诸多缺点，Shell和GSP采取了结渣，对水冷壁保护层的形成有利。 类似锅炉水冷壁的冷壁技术。Shell【3’气化炉采用 (3)煤中碱性化合物【6．71的含量。煤渣中含有 列管膜式水冷壁，GSP【41气化炉采用盘管膜式水冷较多的Na、K、Ca、ge、AI等碱性金属或碱性矿物质， 壁。气化炉内壁衬里布有水冷管，副产蒸汽，仅在向 容易提高结渣程度，因为它们容易和其它一些矿物 火面有一层薄的耐火材料涂层。气化过程会产生大 质形成易熔的共熔晶体，或者在炉膛高温条件下发 量的熔渣，由于水冷管内沸水冷却的作用，熔渣附着 生升华，然后冷凝在壁面上。有研究表明，粘污或结 于避免形成保护层，保护层分为三层：凝固层、过渡 渣与“活性碱”的数量有关，煤中碱金属化合物含量 层和流动层，而且过渡层和流动层随着气化反应的 越高，煤渣的“烧结强度”也越大。尤其是在还原气 … 进行逐渐更新，使得水冷壁气化炉的寿命优于以耐 氛下，更易形成大量结渣或积灰。 火砖为炉衬的气化炉。从长远来看，水冷壁技术优 (4)熔渣与炉壁的表面作用。粉煤燃烧后，熔 于耐火砖技术，是以后发展的主要方向。 渣与炉壁之间的作用隅】主要有：吸附作用、扩散作 “以渣抗渣州副是气流床气化炉水冷壁技术的 用、机械结合作用、化学键合作用等。气流床气化炉 主要思想，通过水冷管内冷却水的冷却作用，促使熔 内流场可以分为三个区，即射流区，管流区，回流区。 渣在水冷壁管上形成熔渣隔热层，利用熔渣的导热 实验研究发现熔融状态的渣在射流区和回流区内可 系数很低，形成非常大的热阻，承受气化炉内高温， 以非常完好的附着在炉壁上，在这两个区域内，气体 所以熔渣在气化炉中的沉积是水冷壁技术的关键。 流动带动着熔渣冲击在壁面上，但不排除炉壁表面 如何使炉壁表面形成一层牢固的，稳定的熔渣保护 活性点的存在使炉壁具有一定的吸附特性，把熔融 层是水冷壁研究的重点。 的小渣球粘附在壁面上。虽然在管流区内气流的冲 炉膛内熔渣的粘污过程和结渣过程是多因素综 击力也是影响