激冷环结构分析及改进措施

1、激冷环结构分析及改进措施陶志远 （山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州，253024）摘要 对大氮肥装置气化炉激冷环的使用状况进行分析，并进行结构改进，摸索气化炉激冷环最佳结构关键词 激冷环 环隙 水膜 清洗孔1 概述国内首套以煤为原料的大型氮肥国产化装置在2004年底在山东华鲁恒升化工股份有限公司建成并投产，标志着我国已经具备设计、制造有自主知识产权的先进成套设备，建设大型氮肥生产装置的能力。从此我国结束了大氮肥装置全部依靠进口的时代，对促进氮肥行业原料结构调整和中小化肥企业技术改造，降低能耗，保护环境，提高行业技术与装备水平，带动和促进相关产业的发展具有重要意义。水煤浆加压气化工艺是大氮

2、肥的核心技术，气化炉则是气化装置的核心设备，气化炉的稳定运行关系到大氮肥的稳定运行。激冷环是气化炉的核心部件，激冷环的运行状况直接影响到气化炉的稳定运行。从2004年底我公司大氮肥开车至今两年来，在探索提高气化炉的运行周期方面，根据实际运行及出现的问题，我们将激冷环的结构做了部分改动，摸索到了一些经验。2气化炉激冷室工艺特点：从燃烧室出来的工艺气体夹带燃烧后的灰渣，经过激冷环和下降管，被激冷水降温洗涤除渣。然后通过水封由上升管与下降管之间的通道到达托砖锥体后出气化炉。工艺流体的流动特点：热质同时传递过程，二者相互影响，相互制约。实现粗合成气的洗涤（除渣）、冷却（热量回收）和增湿过程。 一方面，

3、高温的合成气通过辐射和对流将热量传给下降管内壁的激冷水膜，使水膜内的水部分汽化，进入合成气主流，使合成气的温度急剧降低并增湿；出口气体中的水汽与激冷水达到相平衡； 另一方面，激冷水要保持足够水量，这样水膜内虽然不断有水蒸发，但水膜依然存在，且均匀分布在下降管的内壁面，因此水膜的温度保持不变，达到保护下降管免受高温热应力的破坏的目的激冷水在其中的作用有两点，其一为洗涤冷却介质；其二为保护激冷环和下降管，使其免受高温损坏。 进入激冷室室的粗合成气，温度为1320，条件极为苛刻。激冷环处于1320的高温工艺气与220 的循环黑水之中，循环黑水经激冷水分布环分布后，沿下降管内壁膜状下行，强化管内的传热

4、和传质。而激冷环内部的水由于传导受热气化，不断随机地产生气泡甚至气膜，使激冷环的壁表面时而与气相接触，时而与水相接触，传热冷却情况时好时坏，因而壁面承受着不断交变的热应力，如此长期且频繁的交变不可避免造成激冷环的烧损。以致下降管鼓包，鼓包后的下降管容易挂渣，严重时下降管全部堵塞，必须停车处理。3原始开车时的结构 激冷环主要由半圆环管和激冷水室组成，激冷水从总管进入激冷水室，然后经喷水孔流经半圆环管，从半圆环管与下降筒之间的间隙（以下称环隙）流下。该激冷环进水孔为36个15 的小孔，清洗孔为12个3/4"的管螺纹孔，喷水孔为50个8的小孔，半圆环管是由94*11的无缝管煨圆后刨开制成，

5、激冷水室则是由整体锻件加工而成。激冷环的主要控制尺寸为环隙，该尺寸的设计数据为8毫米。在加工时，半圆环管由无缝管煨制完成后，刨成两半，取内部一半。在与激冷水室组装时，因激冷水室内有一凸出的圆形台阶，必须将半圆环管刨成三半才能与激冷水室组对在一起，然后才与激冷水室组焊。半圆环管经过两次刨割和一次焊接，在这个过程中有很大的热应力作用于半圆环管上，导致半圆环管本身有很大的热变形，再加上下降筒本身有一定的椭圆度，因此这种加工方式的激冷环环隙很难保证，有时最大间隙达到11毫米，导致激冷环布水不均匀，下降筒内壁上的水膜厚度差别太大，严重的部位可能造成干区，无法保护下降筒。激冷水为循环过滤的灰水，灰水中含灰

6、量和钙镁离子量都很大，在流经进水孔（36个15 的小孔）时容易因结垢而堵塞，造成布水不均；激冷水从进水孔流向半圆环管时直冲半圆环管，对环管内壁造成严重的冲刷腐蚀。半圆环管上50个8的斜向下喷水小孔，分散了通过环隙去下降筒内壁形成水膜的水量，同时这些激冷水很容易使炉渣在下降筒上部就被淬冷，降低炉渣的流动性而在下降筒内壁上挂渣，影响水膜对下降筒的保护。这种激冷环的结构也不便于清洗，清洗孔为12个3/4"的管螺纹孔，与进水孔不匹配，进水孔为36个15 的小孔。高压水枪从清洗孔冲洗时，只能清洗对应的进水孔，相邻的进水孔清洗不到或不彻底。 该种形式的激冷环在我公司2004年底投用至2005年底

7、一年的时间，三台气化炉共消耗激冷环七套，不但浪费了大量的备件资金，还严重影响了生产的稳定运行。 图一 1 半圆环管 2 进水孔 3激冷水室 4 清洗孔 5 喷水孔4 首次改进后的结构 改造后的激冷环主要由三部分组成：激冷水室、半圆环管和底板，激冷水室还是由整体锻件加工而成，半圆环管也是由锻件加工而成，底板也是整体锻件。进水孔为24个18的小孔，其流通面积与36个15相同。清洗孔为24个3/4"的管螺纹孔，这样清洗孔和进水孔匹配，一一对应。每运行一个周期后，就可以将进水孔内的灰垢冲洗干净。进水孔的进水方向由正对激冷环中心改为20º切向进水，这样减少了激冷水对半圆环管的冲刷，也

8、使得激冷水在半圆环管内旋转流动，通过环隙后在下降筒内壁上形成旋转向下的水膜，更有利于保护下降筒。 去掉50个8的斜向下喷水小孔，可以增加流往下降筒内壁的激冷水量，同时避免炉渣被激冷水淬冷后，降低流动性而在下降筒内壁上挂渣。 半圆环管由原来的无缝管煨制改为整体锻件，由原来的一体结构，改加底板，这样在组对时不用刨成三半，可以整体套入，减少了热变形，更有利于保证环隙的均匀。 该种形式的激冷环在我公司06年元月份投用至今一直运行良好，证明改造后的激冷环比较适合于我公司炉况。 图二 1 半圆环管 2 进水孔 3激冷水室 4 清洗孔 5 底板 5 二次改进结构 改进后的激冷环运行效果虽然良好，但其也有不合

9、理的方面。半圆环管由整体的方形锻件加工成半圆形状，材料的利用率是很低的。该处材料为耐高温特种合金Incoloy825，价格相当高，这种结构的半圆环管造成很大的浪费。针对这种情况，我们又对激冷环的结构做了部分调整，结构如图三 该种新型的激冷环与首次改进的激冷环相比只是将原来的半圆环管改为方形环管，改造后的方形环管由三部分组成：上环板、中环板和下环板。三个环板在加工时分别由锻件加工而成，然后在激冷水室上组焊，焊接完毕后车平焊缝表面，以达到设计要求的加工精度。下环板在加工前可以根据下降筒的椭圆度偏差加工外圆，以便使环隙的偏差控制在最小的范围内。 该种形式的环管，材料的利用率比加工半圆环管材料利用率高的很多，大大降低了激冷环的生产成本，减少了备件费用。 图三 1 方形环管 2 进水孔 3 激冷水室 4 清洗孔6结 语 从两年多的运行情况分析，原