氣化爐耐火磚使用壽命延長(zhǎng)方法探討

余松林+鄭仁杰

摘 要：多原料漿氣化技術(shù)中，氣化爐是關(guān)鍵設(shè)備。氣化爐鋼制外壁依靠耐火材料襯里進(jìn)行隔熱，本文所討論的耐火磚指的是爐襯最里側(cè)的向火面磚，它直接和高溫熔渣接觸，磚體受到直接侵蝕。

關(guān)鍵詞：多原料漿氣化；耐火磚；侵蝕；使用壽命

淮化集團(tuán)合成氨廠氣化工段采用的是西北化工研究院開發(fā)設(shè)計(jì)的多原料漿氣化工藝。煤漿由高壓煤漿泵輸送至氣化爐與純氧在壓力6.0MPa、溫度1350℃的環(huán)境下進(jìn)行部分氧化還原反應(yīng)，生成的粗合成氣及熔融態(tài)灰渣進(jìn)入氣化爐下部激冷室冷卻。氣化爐爐膛為豎向直筒，上部為拱頂結(jié)構(gòu)，下部為錐形渣口結(jié)構(gòu)。氣化爐筒體砌磚后內(nèi)徑1682mm，襯里分為向火面磚、支撐磚、隔熱磚三層。拱頂半徑1408mm，有向火面磚和重質(zhì)澆筑層兩層襯里。底部為錐形結(jié)構(gòu)渣口，襯里形式與筒體相同。支撐磚為高鋁磚（含Al2O387%、Cr2O312%），隔熱磚為輕質(zhì)鋁磚，這兩部分磚處在向火面磚下部，一般不會(huì)受到侵蝕，我們不再討論。向火面磚是爐襯中最內(nèi)層磚，在約1350℃的環(huán)境下直接與熔融態(tài)的灰渣接觸，因此它不但要耐高溫，還要抵抗熔渣的侵蝕。這部分磚采用高鉻磚，Cr2O3含量86%以上。Cr2O3為結(jié)晶體極硬、極穩(wěn)定，熔點(diǎn)約為2400℃，但爐內(nèi)環(huán)境嚴(yán)苛，耐火磚的侵蝕不可避免。磚體更換成本高、時(shí)間長(zhǎng)，耐火磚的使用壽命對(duì)氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響十分關(guān)鍵。

一、耐火磚侵蝕原因分析

結(jié)合耐火磚使用環(huán)境及使用情況，對(duì)其受到侵蝕原因分析如下：

（一）熔融態(tài)灰渣的侵蝕

氣化爐內(nèi)，煤漿燃燒產(chǎn)生的灰渣會(huì)以熔融態(tài)順著氣化爐壁向下部流動(dòng)，主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金屬氧化物或鹽類。熔渣與耐火磚接觸中會(huì)對(duì)其進(jìn)行滲透、熔解并與耐火磚的組分形成低熔點(diǎn)化合物，改變了磚的組成，新形成的低熔點(diǎn)化合物不斷地被沖刷，導(dǎo)致耐火磚不斷被熔解、滲透，從而被逐漸剝蝕。這是耐火磚損耗的最主要因素，一旦熔渣在耐火磚產(chǎn)生接觸和流動(dòng)，損耗又是不可避免的。

（二）應(yīng)力的破壞

正常生產(chǎn)時(shí)爐內(nèi)溫度達(dá)到1300℃以上，耐火磚本身作用就是隔熱，一定厚度磚本身的不同部位就會(huì)有溫差，會(huì)產(chǎn)生不同的膨脹體積，同時(shí)，氣化爐外壁又會(huì)阻礙這種膨脹。耐火磚由不同物質(zhì)組成，其膨脹系數(shù)不同，磚內(nèi)部產(chǎn)生不同的熱應(yīng)力。幾種力的相互作用導(dǎo)致耐火磚的損耗。

（三）工況變化的影響

熔渣會(huì)隨著煤種的變化而改變，對(duì)耐火磚的侵蝕狀況也就會(huì)跟著改變，這樣的變化會(huì)加劇耐火磚的侵蝕情況。不同工況下爐內(nèi)溫度會(huì)出現(xiàn)變化，溫度的變化又會(huì)造成應(yīng)力的變化，正常操作時(shí)溫度和壓力的波動(dòng)以及氣化爐的開停車會(huì)加劇耐火磚的損蝕。

（四）耐火磚筑砌和養(yǎng)護(hù)

筑爐質(zhì)量與耐火磚的使用壽命關(guān)系很大，磚面的垂直度和平整度都對(duì)熔渣的侵蝕有直接的影響；灰縫中耐火泥漿若不飽滿，或含有孔隙，將會(huì)加劇磚縫這一薄弱處的沖刷。新磚砌筑完成后若養(yǎng)護(hù)時(shí)間不夠，或不按新磚烘爐時(shí)間曲線進(jìn)行烘爐，都會(huì)對(duì)磚造成破壞。

（五）燒嘴對(duì)爐磚的影響

這主要是指燒嘴的霧化效果、燒嘴的偏噴和燒嘴噴出的火焰形態(tài)對(duì)耐火磚的影響。燒嘴在運(yùn)行中若出現(xiàn)偏噴就會(huì)使火焰偏向局部爐壁造成局部溫度過高，局部劇烈沖刷；燒嘴噴出的火焰過長(zhǎng)會(huì)增加對(duì)底部爐磚的沖蝕，火焰過短會(huì)使拱頂磚加劇燒蝕。

二、延長(zhǎng)耐火磚使用壽命的方法

（一）減少熔渣對(duì)磚體的侵蝕

減少熔渣侵蝕主要有兩點(diǎn)：一是減少渣量，降低操作溫度；一是減少熔渣和磚體的接觸。渣量的多少是由煤種的灰份決定的，選擇灰份低的原料煤自然就能降低爐內(nèi)熔渣的量。爐內(nèi)操作溫度參考的是灰熔點(diǎn)，灰份是以熔融態(tài)排出，氣化爐的操作溫度就要高于灰熔點(diǎn)，降低原料煤的灰熔點(diǎn)就可以直接降低操作爐溫。減少熔渣和磚體的接觸，使?fàn)t內(nèi)耐火磚壁上始終保留一定量的固態(tài)渣，新生成的熔渣就不會(huì)直接與耐火磚接觸，減少流動(dòng)渣對(duì)耐火磚的沖刷。

（二）良好的操作

良好操作的基礎(chǔ)就是穩(wěn)定的操作條件，盡量使用固定的煤種，對(duì)穩(wěn)定操作有極大的好處。再者是選擇合適的爐溫，操作中溫度、壓力都要盡量穩(wěn)定，對(duì)延長(zhǎng)耐火磚壽命十分重要。試驗(yàn)得知，爐溫每升高100℃，耐火磚的損蝕率將增大一倍以上，一般我們會(huì)選擇高于煤灰熔點(diǎn)50℃作為操作溫度，這時(shí)熔渣流動(dòng)黏度在25～35MPa·s。停車泄壓時(shí)，不能過快，太快會(huì)導(dǎo)致氣體流速過快，可能會(huì)對(duì)耐火磚特別是渣口磚產(chǎn)生較大的撕扯力，同時(shí)，壓力和溫度都會(huì)下降較快，會(huì)使磚體應(yīng)力出現(xiàn)較大變化，從而對(duì)耐火磚造成損害。同理，烘爐時(shí)，提溫不宜太快，應(yīng)盡量控制在50℃/h以內(nèi)。確保氣化爐長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行、減少開停車次數(shù)。

（三）耐火磚的砌筑和養(yǎng)護(hù)、烘爐

筑爐質(zhì)量的好壞與耐火磚的使用壽命直接相關(guān)，控制橫向灰縫≤1mm，縱向灰縫≤1.8mm，，垂直度偏差± 5mm/m，水平度偏差為±4mm/m，最大同心度偏差為±5mm，灰縫中耐火泥漿要飽滿，不得含有孔隙。養(yǎng)護(hù)時(shí)間一定要足夠，新磚有自己固定的烘爐曲線，低溫區(qū)升至高溫區(qū)時(shí)，不可操之過急，磚內(nèi)、灰縫的水分不能再低溫期得到緩慢蒸發(fā)，直接在高溫區(qū)氣化，會(huì)對(duì)磚體、磚縫造成損傷。

（四）提升燒嘴性能

燒嘴的性能好會(huì)使噴漿霧化更均勻，減少爐磚的燒蝕。同時(shí)燒嘴的壽命是制約氣化爐一次性運(yùn)行時(shí)間的主要決定因素，燒嘴的使用壽命長(zhǎng)就可以減少開停車次數(shù)，燒嘴在使用后期，頭部可能會(huì)發(fā)生變形，造成燒嘴偏噴， 偏噴指向部位溫度過高，局部爐磚燒蝕嚴(yán)重。

三、結(jié)語(yǔ)

耐火磚的使用壽命對(duì)氣化的穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行有很大影響，做好對(duì)耐火磚的維護(hù)，對(duì)氣化運(yùn)行有很大好處。依照上述措施，耐火磚可以延長(zhǎng)一定壽命，但一些未知的原因還需努力研究。