氣化爐耐火磚使用壽命延長方法探討

余松林+鄭仁杰

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

關鍵詞：多原料漿氣化；耐火磚；侵蝕；使用壽命

淮化集團合成氨廠氣化工段采用的是西北化工研究院開發(fā)設計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)境下進行部分氧化還原反應，生成的粗合成氣及熔融態(tài)灰渣進入氣化爐下部激冷室冷卻。氣化爐爐膛為豎向直筒，上部為拱頂結構，下部為錐形渣口結構。氣化爐筒體砌磚后內徑1682mm，襯里分為向火面磚、支撐磚、隔熱磚三層。拱頂半徑1408mm，有向火面磚和重質澆筑層兩層襯里。底部為錐形結構渣口，襯里形式與筒體相同。支撐磚為高鋁磚（含Al2O387%、Cr2O312%），隔熱磚為輕質鋁磚，這兩部分磚處在向火面磚下部，一般不會受到侵蝕，我們不再討論。向火面磚是爐襯中最內層磚，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為結晶體極硬、極穩(wěn)定，熔點約為2400℃，但爐內環(huán)境嚴苛，耐火磚的侵蝕不可避免。磚體更換成本高、時間長，耐火磚的使用壽命對氣化爐長周期運行的影響十分關鍵。

一、耐火磚侵蝕原因分析

結合耐火磚使用環(huán)境及使用情況，對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，煤漿燃燒產(chǎn)生的灰渣會以熔融態(tài)順著氣化爐壁向下部流動，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對其進行滲透、熔解并與耐火磚的組分形成低熔點化合物，改變了磚的組成，新形成的低熔點化合物不斷地被沖刷，導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，損耗又是不可避免的。

（二）應力的破壞

正常生產(chǎn)時爐內溫度達到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有溫差，會產(chǎn)生不同的膨脹體積，同時，氣化爐外壁又會阻礙這種膨脹。耐火磚由不同物質組成，其膨脹系數(shù)不同，磚內部產(chǎn)生不同的熱應力。幾種力的相互作用導致耐火磚的損耗。

（三）工況變化的影響

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

（四）耐火磚筑砌和養(yǎng)護

筑爐質量與耐火磚的使用壽命關系很大，磚面的垂直度和平整度都對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，將會加劇磚縫這一薄弱處的沖刷。新磚砌筑完成后若養(yǎng)護時間不夠，或不按新磚烘爐時間曲線進行烘爐，都會對磚造成破壞。

（五）燒嘴對爐磚的影響

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)對耐火磚的影響。燒嘴在運行中若出現(xiàn)偏噴就會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會增加對底部爐磚的沖蝕，火焰過短會使拱頂磚加劇燒蝕。

二、延長耐火磚使用壽命的方法

（一）減少熔渣對磚體的侵蝕

減少熔渣侵蝕主要有兩點：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熔渣的量。爐內操作溫度參考的是灰熔點，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，降低原料煤的灰熔點就可以直接降低操作爐溫。減少熔渣和磚體的接觸，使爐內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直接與耐火磚接觸，減少流動渣對耐火磚的沖刷。

（二）良好的操作

良好操作的基礎就是穩(wěn)定的操作條件，盡量使用固定的煤種，對穩(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，對延長耐火磚壽命十分重要。試驗得知，爐溫每升高100℃，耐火磚的損蝕率將增大一倍以上，一般我們會選擇高于煤灰熔點50℃作為操作溫度，這時熔渣流動黏度在25～35MPa·s。停車泄壓時，不能過快，太快會導致氣體流速過快，可能會對耐火磚特別是渣口磚產(chǎn)生較大的撕扯力，同時，壓力和溫度都會下降較快，會使磚體應力出現(xiàn)較大變化，從而對耐火磚造成損害。同理，烘爐時，提溫不宜太快，應盡量控制在50℃/h以內。確保氣化爐長周期、穩(wěn)定運行、減少開停車次數(shù)。

（三）耐火磚的砌筑和養(yǎng)護、烘爐

筑爐質量的好壞與耐火磚的使用壽命直接相關，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)護時間一定要足夠，新磚有自己固定的烘爐曲線，低溫區(qū)升至高溫區(qū)時，不可操之過急，磚內、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，會對磚體、磚縫造成損傷。

（四）提升燒嘴性能

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

三、結語

耐火磚的使用壽命對氣化的穩(wěn)定、長周期運行有很大影響，做好對耐火磚的維護，對氣化運行有很大好處。依照上述措施，耐火磚可以延長一定壽命，但一些未知的原因還需努力研究。