四喷嘴气化炉关键制造技术研究

四喷嘴气化炉关键制造技术研究

徐晓星 刘秋峰 王新红

哈尔滨锅炉厂有限责任公司 ，黑龙江 哈尔滨 150046

摘要：四喷嘴气化炉是我国拥有自主知识产权的煤气化产业中的主要炉型之一。本文介绍了某项目四喷嘴气化炉的主要结构，制造关键点及其解决措施。

关键词：四喷嘴气化炉气化炉；关键点；控制措施

Manufacturing technology of Four nozzle opposed gasifier

Xu Xiaoxing Liu Qiufeng Wang Xinhong

（Harbin Boiler Co. Ltd. , Harbin 150046 ,China）

Abstract: Four nozzle opposed gasifier is one of the main types of gasifiers in China's coal gasification industry with independent intellectual property rights. This paper introduces the main structure, manufacturing key points and solutions of a four nozzle gasifier in a project..

Key words: Four nozzle opposed gasifier; Key points; Control measures

0 引言

气化炉可用于生产城市用煤气、工业燃料气和化工合成气等，其中，合成气主要用于制取氨、甲醇、乙二醇、二甲醚等关键化工原料。气化技术按化学工程特征可分为固定床、流化床、气流床等，实践证明气流床具有较大的煤种和颗粒度的适用性和较为优良的技术性能。根据煤处理和进料形态的不同，气流床又分为水煤浆气化炉和干煤粉气化炉。水煤浆气化炉因其技术成熟、投资省等特点为当前世界主要的商用炉型，四喷嘴气化炉是国内几种成熟气化装置之一，也是我国完全拥有自主知识产权的水煤浆气化炉。本文将以我司承制的某项目四喷嘴气化炉为例介绍气化炉制造关键技术。

1 主要结构及材料组成

气化炉由上部燃烧室和下部激冷室组成，两室之间通过Y型锻件、内锥等分割。气化室外壳主要由凸缘、球形封头、筒身、喷嘴接管组成，内部主要有浇注料和耐火砖内衬；激冷室激冷室外壳主要由筒身、下锥体、渣口法兰、合成气出口等组成，内部主要有激冷环、上升筒、下降筒、破渣器、破泡器。

外壳板材为SA-387MGr.11Cl.2，小锻件为SA-182F11CL2，大锻件为SA-336F11CL3，激冷室与气化室相接的激冷部分内件为镍基材料，其余内件为S31603，同时，整个激冷室外壳内壁堆焊S316L堆焊层。

2 主要制造工艺及难点

2.1 上封头组件

封头顶部凸缘接预热烧嘴，为使预热均匀，一般要求凸缘法兰与设备同心度不超过±3mm，凸缘端面与设备中心线垂直度偏差不超过±0.25°。

凸缘与封头进行组件装焊时一般采取以下措施：

a）与封头组装前凸缘端面及内圆预留一定余量，且封头环缝不加工；

b）封头与凸缘焊后进行组件消应力热处理稳定尺寸；

c）组件消应力后再加凸缘端面及内圆，并以凸缘为基准加工封头环缝，最终加工凸缘上螺纹盲孔。

2.2 筒体

气化炉圆度要求比较严格，一般不超过10mm。主要从以下几个方面控制：

a）下料时严格控制πD尺寸和对角线公差；

b） 激冷室筒节还要充分考虑堆焊时直径的收缩，下料时πD尺寸相应加大；

c）为保证成型质量同时减少材料浪费，当筒身壁厚大于一定数值时应在卷板之前将板两端在压力机上进行预弯并去除少量直边；

d）筒体成型工艺采用冷卷，一般温校圆，结合Cr-Mo钢的特性，校圆过程需控制在高温区和低温区进行，以避开材料的蓝脆温度区间，其中高温区主要用于校圆直边，低温区主要用于筒体整体尺寸的校圆。

2.3 喷嘴接管与筒体组件

喷嘴接管安装精度是水煤浆雾化路径、分布、角度等合理的关键因素，直接关联耐火砖和喷嘴的使用寿命，因此，要求非常严格，具体如下：

a）四喷嘴接管在与设备中心线垂直的同一平面上，平面度不大于1mm；

b）喷嘴接管中心线与设备中心线同轴度不大于1mm；

c）相对烧嘴同轴度不大于2mm，2对烧嘴中心线垂直度偏差不大于1mm。

同时对四个接管的相对空间位置进行控制，仅靠组件整体加工很难满足设计性能要求，因此，需要在开孔、装配、焊接过程中就进行控制。整体控制过程如下：

a）喷嘴接管装焊前端面及内圆留一定余量；

b）最终组件加工喷嘴接管时属于校正不同接管之间的“相对偏斜”，对接管内壁余量的去除必然不均匀，可能有较大的差异，为保证接管最小壁厚，外圆也应该留部分余量；

c）喷嘴所在的气化室筒节开孔前应在车床平两端，然后在大型数控镗铣床的回转平台上一次装卡用机床划四个接管孔线；

d）喷嘴接管开孔及坡口优先选用机床加工成型，保证精度，进而保证喷嘴接管的装配。如受设备或制造周期限制只能气割开孔及割坡口时，在回转平台上划孔线的同时必须在开孔坡口之外用机床划好赵正基准线，保证接管装配的精度；

e）喷嘴接管装、焊、热处理时应使用具有足够刚性的防变形胎具来限制组件的变形，组件热处理结束、机加工前拆除；

f）喷嘴接管必须按照精加工坡口或找正基准线装配，测量合格后再进行施焊；

g）中间热处理后拆除防变形胎具，然后再二次镗加工四烧嘴法兰密封面包括八角槽及喷嘴法兰接管内壁，以保证相对应烧嘴的同心度要求。

2.4 托砖盘组件

该组件由Y型锻件、内锥、内外法兰环等组成。为了保证耐火砖砌筑时的准确性，对托砖板的水平度提出了较严格的要求。对托砖盘组件的控制如下：

a）耐火砖的重量通过托砖板传递到连接内锥上，内锥虽然不是受压件，但制造时，无论从材料的选择、制造的公差、焊接以及探伤等要求均需要按主壳体的要求执行；

b）托砖板选材时厚度方向需要有少量余量；

c）先装焊托砖板下部立筋，全部完成后拉线修磨平整后再装托砖板；

d）托砖盘组件进炉热处理稳定尺寸后再加工托砖板上端面，保证平面度。

2.5 激冷环的制造

激冷环定位块与外环管1mm间隙以及激冷环和设备同轴度必须保证，否则运行时下降管内壁冷却水膜分布不均，导致局部偏烧，下降管寿命将急剧下降。激冷环结构复杂，全是镍级不锈钢板及锻件焊接而成，焊接变形大，装配中精度要求高，需多次反复机加保装配尺寸。 关键点如下：

a）与托砖盘背面贴合的环锻件上表面留一定余量，组件焊制完成后机加；

b）与冷却管短筒相焊的锻件、环板、环管等在短筒装焊前必须机加成型；

c）考虑到卷圆后有圆度偏差，冷却管短筒下料厚度留余量，成型后打支撑，车加工内外壁归圆。

d）外环管与短筒的装焊时不留间隙，焊接时做好防变形支撑、安排合理焊接顺序，焊接结束后用切刀加工1mm间隙后再填充定位块。

3 结束语

通过上述关键制造节点中多项措施的施行，产品凸缘、喷嘴、托转盘、激冷环均一次合格，设备总装是整体同心度及直线度完全满足性能要求，既保证了产品质量，也确保了产品及时供货，为后续同类产品的制造积累了丰富的经验。

参考文献：

[1] TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》.

[2]GB150-2011《压力容器》

[3]王欢.《现代煤气化技术进展及产业现状分析》，煤化工，2021年第49卷第四期.

[4]李文静.《四喷嘴气化炉烧嘴接管关键加工工艺技术研究》，压力容器，2017年第5期.

作者简介：徐晓星（1988- ），男，哈尔滨锅炉厂工艺处工艺员，工程师，从事锅炉及压力容器制造工艺工作。