水煤漿氣化爐爐磚損耗原因分析和模式探討

許榮玉，王圖欽

（陜西長青能源化工有限公司，陜西寶雞721000）

目前國內(nèi)有兩百多臺水煤漿氣化爐在運行，氣化爐運行時間的主要制約因素就是耐火磚和燒嘴的使用壽命。耐火磚相對于燒嘴其更換工藝復雜，周期更長，因此耐火磚使用壽命直接影響氣化爐的正常運行和備用。分析耐火磚的侵蝕機理，對于如何延長耐火磚的使用壽命具有現(xiàn)實意義。

1 概述

我公司氣化裝置采用GE水煤漿氣化技術(shù)，三臺氣化爐兩開一備，操作壓力6.5MPa。爐體有三層耐火磚，最內(nèi)層磚稱向火面磚，因直接與高溫氣體接觸，直接暴露于最大磨損工況，故采用高鉻磚；中間層是支撐磚，位于向火面磚之后，用于支撐拱頂；外層是絕熱磚。氣化爐底部用支撐板來支撐各層耐火磚，耐火磚層間各層熱膨脹能自由移動，層間用纖維氈隔開。

截至目前A爐運行約6200小時，B爐和C爐各運行約6400小時。A爐于前日筒體下部熱偶附近出現(xiàn)溫度最高超過300℃的一條狀高溫區(qū)域，該區(qū)域附近爐壁表面與其它區(qū)域有明顯色差，因此立即停爐，停車后更換爐磚。C爐也出現(xiàn)溫度最高約300℃的片狀區(qū)域性高溫區(qū)，B爐目前運行正常。

2 原因分析

針對A、C爐耐火磚使用壽命僅僅在6000小時左右，結(jié)合運行情況分析可能存在以下幾方面的原因：

（1）燒嘴規(guī)格：目前使用的燒嘴較原始設(shè)計數(shù)據(jù)稍長約10cm，這使得從燒嘴進入爐膛的噴入點下移，霧化點的位置也相應(yīng)下移。原本應(yīng)由上層磚承受的沖刷，由于霧化點下移而下移，而由下層磚承受了，導致下層爐磚受持續(xù)沖刷而耐受力減弱。

（2）燒嘴壓差：燒嘴壓差從開始使用就偏低，正常在0.4MPa以下，壓差低霧化點也偏下，對下層熱偶附近的爐磚沖刷較嚴重。一般在燒嘴運行的一個周期中，初期壓差大的時候霧化點靠上部，后期隨著燒嘴間隙變大，壓差變小，霧化效果靠中心氧量的調(diào)節(jié)來增強霧化效果，霧化點也隨之下移。而燒嘴壓差在一開始就偏低的情況下，中心氧調(diào)節(jié)范圍減小，運行周期內(nèi)沖刷情況不均勻，主要由下層熱偶附近的磚承擔。

（3）系統(tǒng)負荷：自投料生產(chǎn)以來，截至A爐本次停車，三臺氣化爐累計運行約19000小時，生產(chǎn)粗甲醇85萬噸，折合年產(chǎn)71萬噸，遠超過年產(chǎn)60萬噸甲醇的生產(chǎn)設(shè)計量。處理煤量的增加也是爐磚沖刷嚴重的重要原因。

3 模式探討

耐火磚的損耗主要是由于多次升降溫過程中溫差應(yīng)力、磚之間的相互擠壓剪切、高溫火焰的舔燒、還原性氣體的侵蝕以及高速氣流和流動態(tài)熔渣沖刷等因素引起的。針對不同的損傷情況，一般概括為片狀剝落、燒蝕損壞、化學侵蝕、沖蝕損壞等模式。

（1）片狀剝落：耐火磚相互之間的相對位移產(chǎn)生一定的剪切力，作用于耐火磚難免存在的細微縫隙和氣泡的位置，就會產(chǎn)生有一定深度、面積較大的塊狀形態(tài)凹坑，經(jīng)驗上超過1.5mm深度就認為是片狀剝落。另外磚縫、磚體細微縫隙和氣泡存在時為高溫熔融流動態(tài)爐渣的滲入及侵蝕提供了通道，而且這種爐渣進入磚縫的侵蝕本身也促使磚縫不斷加大，從而增加片狀剝落的發(fā)生。

（2）燒蝕損壞：水煤漿氣化爐的反應(yīng)過程主要分為一次反應(yīng)區(qū)、二次反應(yīng)區(qū)和混合反應(yīng)區(qū)。一次反應(yīng)區(qū)主要反映為裂解反應(yīng)和氧化反應(yīng)。在一次反應(yīng)區(qū)通常存在氧氣未完全反應(yīng)的過氧工況，產(chǎn)生局部高溫的情況較多，因此很容易使耐火磚表面受高溫作用而燒蝕損傷，甚至產(chǎn)生局部過燒熔化。在氣化爐工況波動時，如氧煤比、燒嘴性能、渣口壓差、原料煤的灰分含量、灰渣組成特性、拱頂磚的形狀和氣化爐的負荷等，更容易發(fā)生耐火磚的燒蝕。

（3）化學侵蝕：任何耐火磚本體必定存在一些細小縫隙和氣孔，在氣化反應(yīng)過程中，這將成為氣化爐內(nèi)氣體進入爐磚的通道。氣化爐產(chǎn)生的氣體主要成分為H2和CO，整個耐火磚的向火面會被這兩種強還原性氣體籠罩，通過爐磚本體的通道向內(nèi)滲透，并與耐火磚中的SiO2、Fe2O3等氧化物進行反應(yīng)，破壞了磚的結(jié)構(gòu)和強度，影響其使用壽命。

（4）沖蝕損傷：氣化爐在正常工況下持續(xù)不斷產(chǎn)生高溫煤氣和熔融態(tài)爐渣，這兩種介質(zhì)都對耐火磚壁面造成嚴重的沖刷和磨損，由此引起的耐火磚損壞就稱沖蝕性損傷。

4 相應(yīng)對策

為了提高氣化爐耐火磚的使用壽命，通過對工藝和設(shè)備原因分析，以及耐火磚侵蝕模式的探討，可以通過以下措施來延長耐火磚的使用壽命。

（1）嚴格按照烘爐曲線進行烘爐，防止由于爐溫變化過快使耐火磚產(chǎn)生位移。

（2）控制適當?shù)难趺罕?，選擇霧化效果好的燒嘴，控制好爐溫，防止渣口結(jié)渣，盡量選擇灰分含量低的原料爐，氣化爐負荷盡量不要太高。

（3）在不影響正常運行的條件下，盡量降低操作溫度，并減少開停車次數(shù)。

（4）控制好爐溫。合適的爐溫對于氣化爐來說相當關(guān)鍵，它能使耐火磚表面形成一層薄的熔渣，對耐火磚起保護作用。另外，控制恰當?shù)难趺罕纫灿欣诳刂茽t內(nèi)的氧化還原性氣氛。經(jīng)過一段時間摸索，我公司現(xiàn)在的爐溫控制方式如下：合成氣中甲烷含量調(diào)整的最大區(qū)間可根據(jù)各批煤種灰熔點的不同適當改變（以合成氣組分及氣化爐排渣狀態(tài)為準），一般情況下甲烷含量調(diào)整的最大區(qū)間為（800～1300）。目前經(jīng)驗是氣化爐剛投料時在線分析未投用，氧煤比（氧氣煤漿體積比）先控制在500左右，在線分析投用后根據(jù)渣樣、甲烷含量、氣體成分、渣口壓差等再調(diào)整工況。注意原料煤灰熔點的狀況，及時應(yīng)對調(diào)節(jié)。

（5）筑爐時耐火磚膨脹縫要均勻，耐火泥一定要飽滿，使磚縫不再成為薄弱易侵蝕的地方。

（6）增大耐火磚的體積密度，使氣孔微細化，減少化學侵蝕的路徑，從而提高抗爐渣侵蝕性能。

（7）建立爐磚運行臺賬，每個檢修周期及時測量內(nèi)徑，查看侵蝕情況，掌握侵蝕速率及其變化，以便及時調(diào)整操作工況，制定更加科學的生產(chǎn)和檢修計劃。

[1]羅慶洪.德士古氣化爐耐火磚壽命損耗模式分析[J].西部煤化工，2004（1）：19-21.

[2]李正強.德士古水煤漿氣化爐耐火磚的蝕損[J].化工設(shè)備與防腐蝕，2003（4）：11-12.□