氣化爐筑爐施工質(zhì)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(nèi)襯的主要結(jié)構(gòu)，總結(jié)、分析了檢維修過(guò)程中筑爐施工質(zhì)量控制要點(diǎn)，結(jié)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(guān)鍵詞：氣化爐筑爐;質(zhì)量控制點(diǎn);工藝操作條件;使用壽命;經(jīng)濟(jì)效益

在現(xiàn)代煤化工中，氣化是整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，氣化爐筑爐質(zhì)量則直接影響氣化連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。氣化筑爐，指氣化爐耐火襯里的原始砌筑及運(yùn)行過(guò)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(guò)程中的筑爐施工質(zhì)量控制點(diǎn)，結(jié)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(jié)構(gòu)分析

德士古水煤漿氣化爐內(nèi)結(jié)構(gòu)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(gòu)成，筒體部由耐火面磚、絕熱層、保溫層構(gòu)成，拱頂部由耐火面磚、背襯澆注料、纖維壓縮料構(gòu)成。拱頂部主要結(jié)構(gòu)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(gòu)成錐底部，錐底部坡度角度多為45°。細(xì)部結(jié)構(gòu)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(shí)可以相互咬合;不同材質(zhì)耐火襯里間留2-3mm膨脹縫，用可燃材料填充。

2 檢維修過(guò)程中的筑爐施工質(zhì)量控制點(diǎn)

檢維修過(guò)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(guò)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(guó)內(nèi)氣化爐耐火面磚主要為高鉻磚，采用高鉻火泥進(jìn)行砌筑。筑爐施工一般分別進(jìn)行錐底、筒體、拱頂更換，或根據(jù)實(shí)際使用情況及生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)劃同時(shí)更換。下面，就筑爐施工通用控制點(diǎn)及各部位局部更換質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

2.1 筑爐施工通用質(zhì)量控制點(diǎn)

①舊耐火面磚拆除后，應(yīng)確保界面平整，無(wú)凹凸不平及灰渣，平整度偏差應(yīng)<1mm;②高鉻火泥使用時(shí)須充分?jǐn)嚢?，先將干料混合，再?8-30%的潔凈水，總攪拌時(shí)間不少于10min。攪拌好的高鉻火泥應(yīng)盡快用完，開(kāi)始初凝的高鉻火泥嚴(yán)禁使用;③耐火面磚之間的灰縫寬度應(yīng)為1.2mm，偏差應(yīng)按照設(shè)計(jì)說(shuō)明執(zhí)行，灰縫應(yīng)均勻飽滿(mǎn)且飽滿(mǎn)度不小于90%;上下層、內(nèi)外層之間灰縫相互錯(cuò)開(kāi)，不允許出現(xiàn)從耐火面磚至氣化爐爐壁相應(yīng)貫通橫向連成直線的情況;④不同耐火內(nèi)襯結(jié)構(gòu)之間應(yīng)留有一定的間隙，通常為2-3mm，以緩沖材料產(chǎn)生的熱膨脹，從而消除不同耐火內(nèi)襯結(jié)構(gòu)間所產(chǎn)生的熱擠壓應(yīng)力;⑤耐火面磚砌筑完成后，整體尺寸應(yīng)滿(mǎn)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(yīng)靜置至少24h后方可烘爐;烘爐應(yīng)按照供貨廠家/設(shè)計(jì)單位提供的烘爐曲線。

2.2 錐底部筑爐質(zhì)量控制點(diǎn)

為提高耐火面磚使用壽命，錐底部筑爐除滿(mǎn)足通用質(zhì)量控制點(diǎn)，還應(yīng)滿(mǎn)足以下質(zhì)量控制要求：①落渣坡度必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，一般為45°;②落渣口處各層耐火面磚內(nèi)直徑與設(shè)計(jì)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(zhì)量控制點(diǎn)

為提高耐火面磚使用壽命，筒體部筑爐除滿(mǎn)足通用質(zhì)量控制點(diǎn)，還應(yīng)滿(mǎn)足以下質(zhì)量控制要求：①筒體部上端應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸預(yù)留膨脹縫，膨脹縫內(nèi)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(nèi)直徑與設(shè)計(jì)要求偏差不大于±8mm。

2.4 拱頂部筑爐質(zhì)量控制點(diǎn)

為提高耐火面磚使用壽命，拱頂部筑爐除滿(mǎn)足通用質(zhì)量控制點(diǎn)，還應(yīng)滿(mǎn)足以下質(zhì)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(zhí)行設(shè)計(jì)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(zhì)，先將干料混合，再加23～26%的潔凈水，用砂漿攪拌機(jī)攪拌總時(shí)間不少于10min。澆筑應(yīng)分段澆筑并振搗密實(shí)，初凝后嚴(yán)禁使用。完成澆筑后自然養(yǎng)護(hù)24h;④模板支設(shè)時(shí)，應(yīng)符合每層模具內(nèi)直徑尺寸，須符合設(shè)計(jì)要求;⑤工藝噴嘴處耐火面磚整體尺寸須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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(zhì)量、耐火材料、工藝操作條件。提高筑爐施工質(zhì)量，可從上述幾方面著手，確保不影響正常工藝運(yùn)行。耐火材料則主要通過(guò)設(shè)計(jì)選型、制造過(guò)程監(jiān)督、成品外觀驗(yàn)收三方面進(jìn)行控制，從而提升使用壽命。耐火材料廠家會(huì)提供詳細(xì)的技術(shù)要求，本文不做過(guò)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(diǎn)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(shí)，溫度的升高將嚴(yán)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(nèi)反應(yīng)區(qū)。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(yán)重;同時(shí)，爐內(nèi)回流中的渣溫度高且動(dòng)能大，回流區(qū)接近于拱頂部，因而拱頂部沖刷侵蝕嚴(yán)重，不利于耐火面磚使用壽命增加。操作溫度底，則會(huì)出現(xiàn)排渣不暢，影響工藝運(yùn)行。中心氧比例變大，霧化角度變大，反應(yīng)區(qū)域變寬變短，筒體部偏上及拱頂部沖刷侵蝕嚴(yán)重;中心氧比例變小，霧化角度變小，反應(yīng)區(qū)域變窄變長(zhǎng)，筒體部偏下及錐底部沖刷侵蝕嚴(yán)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(nèi)掛渣量、煤的熔點(diǎn)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(chǎn)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(huì)帶來(lái)更好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。工藝操作條件的調(diào)整，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)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(guò)筑爐施工質(zhì)量、耐火材料、工藝操作條件進(jìn)行調(diào)整，更要考慮工藝效果，從總體經(jīng)濟(jì)效益方面實(shí)施。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jié)了筑爐施工質(zhì)量控制點(diǎn)，分析了工藝操作條件對(duì)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(shí)，提出了結(jié)合工藝效果，從總體經(jīng)濟(jì)效益方面考慮提升耐火面磚使用壽命的新思路，具有實(shí)踐意義。

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