德士古煤气化炉耐火砖问题探讨

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1、德士古煤气化炉耐火砖问题探讨根据耐火砖的蚀损机理，煤熔渣对耐火砖的侵蚀主要包括三个过程，即溶解、渗透和冲刷磨损。对一定的炉衬材料而言，溶解过程受耐火材料上的渣边界层扩散过程所控制，溶解速率取决于温度的高低，因此，操作温度是影响耐火砖寿命的主要因素。从上焦使用过的三炉砖看，由于受煤质影响均不同程度在大于1400℃高温运行一段周期，特别是2号炉，在大于1400℃运行近1000h，最高操作温度达1480℃，因此对砖的使用寿命造成了不同程度的影响。对于鲁南化肥厂以及渭河化肥厂的第一炉砖，由于均使用高灰熔点煤，其操作温度均在1400℃以上，特别是渭河化肥厂，当测温热电偶损坏后，较长时间以CH4含量达

2、70×10-6为参考运行，此值估算在1500℃左右，因此造成了对耐火砖的严重损伤。根据经验，在适宜的操作温度以上，每增长100℃，耐火砖的蚀损率将增长近四倍，因此，选择高活性与低灰熔点的煤种，使气化炉在较低的操作温度下运行，是延长耐火砖寿命的重要途径。　　由于熔渣的渗透将导致砖的变质带与原砖带间不同的热膨胀系数，当温度与压力急剧变化时，如开停车及发生操作故障时，变质带与原砖带间就将产生热应力裂纹，这种裂纹在多次的温度压力波动中，不断扩展加深直至砖层剥落。因此，在一定的操作温度条件下，开停炉次数的增加将会加剧耐火砖的蚀损。从1号炉与3号炉的使用情况看，其运行条件相近，但3号炉的开停炉次数相对

3、少（每次开炉平均运行周期：1号炉为225h，3号炉为305h，而国外装置在700h）。所以这也是3号炉的耐火砖平均蚀损率比1号炉低的原因之一。　　煤灰性质的差异同样会对耐火砖的使用寿命产生影响。煤灰渣中最易渗透的成分是SiO2和CaO,其次是FeO、Al2O3,因此，渣中含有较高SiO2和CaO时，对Cr砖的腐蚀也就越大。煤灰的组成确定了渣的粘度与温度的关系，在适宜的粘度和操作温度下，耐火砖表面将保持一层固态的煤渣层，这层挂渣将有助于防止进一步的渣冲蚀，起到以渣抗渣的效果。当进一步降低渣粘度，这层挂渣效果变差，另外的渣将直接冲蚀砖表面。当增加渣粘度，将会堵塞渣口而影响气化炉运行。因此，煤灰

4、渣的粘温特性也是气化炉操作的重要参考数据。对于煤中灰量的多少，一般不会造成对砖寿命的较大的影响，但当灰含量太高（20%），或气化炉大幅度超负荷运行，将会加大对耐火砖的冲刷磨损。美国依斯曼（Eastman）公司的一炉砖在气化炉超负荷（130%负荷）条件下运行，比设计负荷下运行减少寿命33%，特别是加剧了渣口砖的蚀损。2.2　热面耐火砖的选材与结构设计问题　　(1)设计选材　　设计选材对耐火砖的寿命至关重要。在材质的选择上，选择了抗渣性较好的含Cr2O3主材的耐火砖，由于纯的Cr2O3材料不易烧结致密，气孔率较高，渣易渗透，所以在渣中引入了Al2O3材料，为提高铬质材料的热稳定性，引入了ZrO

5、2材料，因此，铬铝锆型砖是熔渣气化炉较理想的耐火砖。在设计选材时，存在二种主要的设计观点：一是全套热面砖采用优质砖（如上焦炉砖设计，全套采用了Zirchrom90砖），二是根据炉内不同部位蚀损不同，采用不同材质的砖，达到整体蚀损均匀，同步换砖，降低整体费用的目的（如依斯曼装置，其拱顶及直筒上部采用Zrichrom60砖，直筒中下部及渣口砖采用Anirex90砖）。根据上焦三炉砖经验及其它装置经验，笔者认为，前者适合新投产装置，因为试车期间负荷低，高温区上移，且试车阶段工况较恶劣。采用优质砖可避免因试车一结束，就要投入大量的人力、财力和时间去更换耐火砖而影响正常生产。另外，还有一种做法，即在

6、不同部位采用不同的砖厚度，由于给砖的制作及管理带来较多麻烦，一般不予推荐。　　(2)结构设计问题　　在耐火砖的使用中，暴露出了设计上的问题。一是耐火砖上四周的舌槽结构问题，从三台气化炉拆下的残砖上观察，相当一部分砖的舌槽根部出现裂纹，这是由于在使用中该处应力集中而造成的，砖的剥落与掉砖常常源与该裂缝，因此，取消舌槽，尤其是在直筒部位及渣口砖上完全去掉该舌槽，以减少砖的内部应力，降低产生大块剥落的可能性，而且制造和筑炉质量都会得到较大的提高。二是拱顶背衬砖后预留的15～30mm膨胀缝问题，在上焦及渭河化肥厂都出现拱顶超温（最高达580℃）而被迫停车，当用空心球填满该缝后，热点消失，因此，应尽

7、量减小该膨胀缝以减少拱顶串气的可能性。三是拱顶气体涡流较强，不应设置测压或测温孔。四是进一步改进设计，将锥底（渣口）砖设计成可局部更换的锥底砖体结构。2.3　筑炉质量问题　　筑炉质量好坏同样会影响耐火砖的使用寿命。主要是砖缝问题。在砖衬设计的技术要求中，对砖的横缝（1mm）、竖缝（1.8mm）以及砖缝灰浆的调配与使用都作了严格要求，但施工中往往出现偏差。当砖缝较宽时，由于灰浆抗渣性较差，所以砖缝蚀损较快，熔渣又通过砖缝加