氣化爐筑爐施工質量控制及耐火面磚使用壽命研究

董良

摘 要：本文闡述了德士古水煤漿氣化爐耐火內襯的主要結構，總結、分析了檢維修過程中筑爐施工質量控制要點，結合工藝操作條件，提出增加耐火面磚使用壽命的研究方向。

關鍵詞：氣化爐筑爐;質量控制點;工藝操作條件;使用壽命;經濟效益

在現代煤化工中，氣化是整個生產系統持續穩定運行的關鍵環節，氣化爐筑爐質量則直接影響氣化連續運行時間。氣化筑爐，指氣化爐耐火襯里的原始砌筑及運行過程中的局部更換。本文主要分析德士古水煤漿氣化爐檢維修過程中的筑爐施工質量控制點，結合工藝操作條件，提出增加耐火面磚使用壽命的研究方向。

1 德士古水煤漿氣化爐主要結構分析

德士古水煤漿氣化爐內結構一般分為燃燒室、激冷室，其中燃燒室又分為錐底部、筒體部、拱頂部三部分。耐火襯里主要分布在燃燒室，錐底部由耐火面磚及澆注料構成，筒體部由耐火面磚、絕熱層、保溫層構成，拱頂部由耐火面磚、背襯澆注料、纖維壓縮料構成。拱頂部主要結構形式有錐形頂和球型頂，其中的錐頂成角約36°，以圓弧形狀與筒體部連接;球型頂整體為圓弧形狀與筒體部連接。爐腔直筒部為筒體部。爐腔下部落渣口和錐底構成錐底部，錐底部坡度角度多為45°。細部結構方面，在筒體部的頂端和拱頂部連接處，保留膨脹縫;拱頂部的所有耐火面磚上下砌筑面都帶有鉚楔，主要是為了在砌筑時可以相互咬合;不同材質耐火襯里間留2-3mm膨脹縫，用可燃材料填充。

2 檢維修過程中的筑爐施工質量控制點

檢維修過程中的筑爐施工，指舊耐火面磚的拆除及新耐火面磚的砌筑，下文所述筑爐均指檢維修過程中的筑爐。耐火面磚拆除采用電鎬人工拆除，砌筑采用人工抹灰擠壓法。國內氣化爐耐火面磚主要為高鉻磚，采用高鉻火泥進行砌筑。筑爐施工一般分別進行錐底、筒體、拱頂更換，或根據實際使用情況及生產運行計劃同時更換。下面，就筑爐施工通用控制點及各部位局部更換質量控制點進行簡要分析。

2.1 筑爐施工通用質量控制點

①舊耐火面磚拆除后，應確保界面平整，無凹凸不平及灰渣，平整度偏差應<1mm;②高鉻火泥使用時須充分攪拌，先將干料混合，再加28-30%的潔凈水，總攪拌時間不少于10min。攪拌好的高鉻火泥應盡快用完，開始初凝的高鉻火泥嚴禁使用;③耐火面磚之間的灰縫寬度應為1.2mm，偏差應按照設計說明執行，灰縫應均勻飽滿且飽滿度不小于90%;上下層、內外層之間灰縫相互錯開，不允許出現從耐火面磚至氣化爐爐壁相應貫通橫向連成直線的情況;④不同耐火內襯結構之間應留有一定的間隙，通常為2-3mm，以緩沖材料產生的熱膨脹，從而消除不同耐火內襯結構間所產生的熱擠壓應力;⑤耐火面磚砌筑完成后，整體尺寸應滿足：表面平整度偏差不大于±5mm;垂直度每米偏差不大于±3mm，全高偏差不大于±15mm;⑥筑爐施工完成，應靜置至少24h后方可烘爐;烘爐應按照供貨廠家/設計單位提供的烘爐曲線。

2.2 錐底部筑爐質量控制點

為提高耐火面磚使用壽命，錐底部筑爐除滿足通用質量控制點，還應滿足以下質量控制要求：①落渣坡度必須滿足設計要求，一般為45°;②落渣口處各層耐火面磚內直徑與設計要求偏差不大于±5mm，最下層耐火面磚水平度偏差不大于±1.5mm;③為保持錐底部耐火面磚整體可靠性，原則上禁止切磚砌筑。

2.3 筒體部筑爐質量控制點

為提高耐火面磚使用壽命，筒體部筑爐除滿足通用質量控制點，還應滿足以下質量控制要求：①筒體部上端應嚴格按照設計尺寸預留膨脹縫，膨脹縫內須清理干凈;②如使用切磚，切磚尺寸不得小于原磚尺寸的1/2;③各層耐火面磚內直徑與設計要求偏差不大于±8mm。

2.4 拱頂部筑爐質量控制點

為提高耐火面磚使用壽命，拱頂部筑爐除滿足通用質量控制點，還應滿足以下質量控制要求：①澆注料與爐殼間膨脹縫用纖維涂抹料填充，膨脹縫尺寸執行設計要求;②耐火面磚與澆注料接觸部分必須采用防水措施，防止磚吸收水分;③剛玉散裝料為高鉻質，先將干料混合，再加23～26%的潔凈水，用砂漿攪拌機攪拌總時間不少于10min。澆筑應分段澆筑并振搗密實，初凝后嚴禁使用。完成澆筑后自然養護24h;④模板支設時，應符合每層模具內直徑尺寸，須符合設計要求;⑤工藝噴嘴處耐火面磚整體尺寸須嚴格按照設計要求控制，確保工藝噴嘴的中心線與爐體中心線重合，偏差不大于±2mm;⑥為保持拱頂部耐火面磚整體可靠性，原則上禁止切磚砌筑。

3 提高耐火面磚使用壽命的研究

耐火面磚的使用壽命主要受三方面因素影響，即筑爐施工質量、耐火材料、工藝操作條件。提高筑爐施工質量，可從上述幾方面著手，確保不影響正常工藝運行。耐火材料則主要通過設計選型、制造過程監督、成品外觀驗收三方面進行控制，從而提升使用壽命。耐火材料廠家會提供詳細的技術要求，本文不做過多闡述。

除此之外，工藝操作條件是影響耐火面磚使用壽命的主要因素。影響耐火面磚使用壽命的工藝操作條件包括：操作溫度、中心氧比例、氧煤比、煤的灰分及熔點等。其中，操作溫度、中心氧比例是主要影響因素，特別是操作溫度在1400℃以上時，溫度的升高將嚴重縮短耐火面磚使用壽命;中心氧比例則直接影響氣化爐內反應區。操作溫度高，耐火面磚掛渣被清除，爐渣直接沖刷耐火面磚表面，筒體部及錐底部磨損侵蝕嚴重;同時，爐內回流中的渣溫度高且動能大，回流區接近于拱頂部，因而拱頂部沖刷侵蝕嚴重，不利于耐火面磚使用壽命增加。操作溫度底，則會出現排渣不暢，影響工藝運行。中心氧比例變大，霧化角度變大，反應區域變寬變短，筒體部偏上及拱頂部沖刷侵蝕嚴重;中心氧比例變小，霧化角度變小，反應區域變窄變長，筒體部偏下及錐底部沖刷侵蝕嚴重。氧煤比是控制操作溫度的主要方式，煤的灰分影響氣化爐內掛渣量、煤的熔點則制約著操作溫度，它們都間接影響著耐火面磚的使用壽命。

氣化工藝的核心是產出高比例的有效氣，即高比例的CO和H2;更高的有效氣比例，會帶來更好的綜合經濟效益。工藝操作條件的調整，勢必會帶來有效氣比例的變化。因此，提升耐火面磚使用壽命，不僅需要通過筑爐施工質量、耐火材料、工藝操作條件進行調整，更要考慮工藝效果，從總體經濟效益方面實施。

4 結語

綜上所述，本文闡述了德士古水煤漿氣化爐耐火面磚使用壽命的影響因素，總結了筑爐施工質量控制點，分析了工藝操作條件對耐火面磚使用壽命的影響，給出了提升耐火面磚使用壽命的研究方向。同時，提出了結合工藝效果，從總體經濟效益方面考慮提升耐火面磚使用壽命的新思路，具有實踐意義。

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