气化炉煤浆气化装置的结构设计与改进研究

孙向峰，陈小洁，马 咪

(陕西未来能源化工有限公司煤制油分公司，陕西 榆林 719000)

摘  要：为了提升气化炉煤浆气化装置的运行效率与设备可靠性，以某化工企业德士古气化炉为研究对象，通过结构分析与优化设计，提出了包含混合流场本体、四通道喷嘴系统及辅助系统适配性改进在内的综合改进方案，重点解决了烧嘴寿命短、耐火砖磨损严重及碳转化率低等关键问题。研究结果表明，改进后的装置碳转化率提升至98.4%，烧嘴使用寿命延长至8200h以上，耐火砖磨损率降低56.3%，整体气化强度达3080Nm³/（m³·h），启停调节响应更快。

关键词：气化炉；煤浆气化；结构优化；碳转化率

0 引言

煤化工行业作为我国能源结构调整和产业升级的重要组成部分，对保障国家能源安全、优化能源消费结构具有重要意义。煤气化技术是现代煤化工的核心，其中气化炉作为关键设备直接影响煤气化装置的整体性能。目前我国煤气化技术与装备虽已实现自主化，但在设备可靠性、气化效率等方面仍存在差距。为进一步提升气化炉性能，亟须开展气化炉煤浆气化装置结构设计优化研究。本文将在分析典型气化炉设计案例的基础上，针对现有装置存在的问题提出结构改进方案，并通过实验评估改进效果，以期为推动我国现代煤化工技术进步提供参考。

1 设计案例分析与改进需求

选取某化工企业的一套中小型煤气化装置作为研究对象，该装置采用德士古气化炉技术，日处理煤量为1500t，主要包括煤浆制备、气化、净化三大系统。其中，气化炉为单室竖式结构，内径3.8m，装备4个对置式煤浆喷嘴，采用氧气为气化剂，工作压力为4.0MPa，出口温度1300～1400℃。在实际运行中发现，气化炉烧嘴频繁损坏，平均使用寿命<3个月。同时，炉体耐火砖磨损严重，局部热点温度高达1600℃，远超设计值。气化效率也未达预期，碳转化率仅为96.5%，煤气热值偏低，能耗较高。此外，装置启停困难，负荷调节滞后，存在一定安全隐患。综合评估表明，上述问题主要源自气化炉结构设计不合理。为此，开展优化改进工作，以提高系统性能与可靠性。

2 气化炉煤浆气化装置的结构改进设计

2.1 总体思路

在基于典型德士古气化炉运行问题分析的基础上，提出一种新型煤浆气化装置的总体设计思路。针对现有装置烧嘴寿命短、耐火砖磨损严重及碳转化率偏低等问题，新设计以提升气化效率与设备可靠性为核心目标，围绕“煤浆制备→加压进料→气化反应→激冷排渣”全流程展开系统性优化。改进结构的总体架构图见图1。在气化炉本体结构上引入射流与平推流相结合的混合流场，通过合理布置四通道喷嘴形成旋流，增强煤浆雾化与氧气混合效果，延长反应时间，使碳转化率提升至98%以上。结合炉体扩径至5m、高度增至24m的设计参数，确保在提高处理能力的同时，维持3000Nm³/（m³·h)的高气化强度。此外，为应对热应力集中导致的局部过热问题，采用柔性热膨胀补偿结构，并选配高铝砖与碳化硅砖复合炉衬，提升抗磨蚀性能。

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