气化炉结构及常用耐火砖等材料

气化炉是以液态烃（重油、渣油或原油）和部分氧化剂反应，生产合成氨、合成甲醇和羰基合成等原料气的重要设备。液态烃在1300〜1400℃的高温下、常压或加压下，与氧、蒸汽等氧化剂进行不完全氧化（即燃烧）反应，生成氢和一氧化碳为主的反应气体（即水煤气）。由于高温高压的环境，对耐火砖的选型和使用提出了更高的要求。

一、气化炉结构

以30万t/a合成氨厂用8.34MPa（85kgf/cm2）加压气化炉结构为例：

气化炉由上部燃烧室，下部急冷室两部分组成。

（1）燃烧室，由钢壳和耐火衬里组成。上顶为球形封头，下底为锥形底，不受工艺气体压力作用，只承受耐火衬里的重量。8.34MPa加气化炉燃烧室停留时间为2.5〜3s。

燃烧室壳体温度为400℃，材料用锅炉和压力容器用的含铬钼低合金钢板。钢壳上设有表面热电偶，以监视炉壁温度，便于及时发现问题。

（2）急冷室，壳体温度275℃，材质用不锈钢的复合钢板，底部球形封头，底部设有直径900mm平板型人孔，用于安装急冷室内部构件。内部构件主要由进水分配器（环形室及内部环室）、插入管和集气管等构成。

（3）结构特点与改进，8.34MPa加压气化炉与2.94MPa加压气化炉在结构上有以下几方面的改进：

1）炉顶衬里由椭圆顶改为锥角顶，控制了火焰和高温气流的回流，对保护烧嘴和炉顶耐火砖十分有利。锥角的角度为75°，比烧嘴的喷射角（60°〜70°）稍大。

2）燃烧室衬里按高度分段，托砖结构改成底部直接承重结构，简化了砖型。底部衬砖约呈90°角，防止工艺气体产生死角和涡流而冲刷磨损耐火砖，同时也避免钒和镍等重金属积存时侵蚀耐火砖。

3）采用壁温高于工艺气体露点温度的方法，有利于防止壳体的腐蚀。

4）急冷室结构采用了套管插入式，提高了炭黑分离的效果，操作比较安全，可防止水倒流入气化炉。

二、气化炉衬里结构和常用耐火砖

以2.94MPa加压气化炉为例：

气化炉在1300〜1400℃的高温下操作，外加开、停车较多，因而要求衬里有足够高的耐火度和良好的热稳性能。现今国内常压和微压的气化炉常用高铝砖（一级或二级），操作压力较髙的（0.8〜1MPa以上）多用刚玉耐火砖。

耐火衬里结构，一般有横砌和竖砌两种形式，实际采用哪种砌法，根据耐火砖质量而定，现今多用横砌结构。

（1）影响衬里寿命的因素，炉内最里层（即工作面层）与火焰直接接触的耐火砖的寿命大致1〜2年。除炉压、操作温度、工艺气体的变化影响耐火砖寿命外，原料油中微量金属如钒、镍等的影响也很大，尤其是金属钒最易渗透到耐火砖中去。钒（V）和三氧化二铝反应，在高温下生成互相固溶的低熔点矿物质。这种低熔点矿物质聚集在基体上，因与氧化铝晶粒的热膨胀率不同，而产生剥离，造成耐火砖表面掉片。

气化过程中如产生的炭黑较多时，会沉积在耐火砖热表面上，使砖的互相结合性变坏，砖强度消失而掉块。

（2）气化炉炉顶和气体出口的衬里结构，气化炉炉顶正中是安装气化烧嘴处，结构可用吊挂式，可当检修人孔，但吊砖易坏。多数厂家采用整体砌筑结构，见下图所示。

气体出口结构：在底部正中处，采用耐急冷急热性能好的碳化硅质耐火砖，见下图所示。出口在炉下部侧面，采用异形砖（4块或8块）砌成，或用低钙矾土耐火混凝土浇注。

三、气化炉工作环境

气化炉生产是在1300〜1400℃高温和高压（大型炉为8.34MPa）下进行，原料油（重油、渣油或原油）和氧、蒸汽等氧化剂用喷嘴喷入炉内进行不完全氧化（即燃烧）反应。气化炉外表温度为80〜120℃，最高不得超过200℃，一般用表面温度测量装置（热敏电阻）或涂变色漆。外壳内里衬耐火材料，除了炉压、操作温度、工艺气体的变化对耐火砖寿命影响外，原料油中微量金属如钒、镍等的影响很大。

喷嘴是气化炉核心部件，将原料油及氧、蒸汽等氧化剂喷入炉内进行反应。其类型很多，常用的有：二套管外混合式、三套管式和二次气流雾化双套管式喷嘴。

气化炉本身结构简单，但由于工艺气体含有氢气和一氧化碳成分。氢气对炉体有氢化腐蚀；一氧化碳对人身有危害，注意安全生产。

急冷室在燃烧室下部，工艺气体在此降温（约262℃），并洗去夹带的炭黑，气液分离后在急冷室上部离开气化炉，但急冷室留下的液体含有甲酸、碳酸、硫化氢等，对急冷室壳体也有腐蚀作用。