国产耐火砖在德士古水煤浆气化炉的使用

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1、国产耐火砖在德士古水煤浆气化炉的使用作者/来源：朱冬梅聂成元(山东兖矿鲁南化肥厂，山东滕州，277527)日期：2002-4-16  山东兖矿鲁南化肥厂(简称鲁南厂)德士古气化装置1993年4月8日投料成功，1994年1月达到设计能力。鲁南厂这套气化装置国产化率虽已达到80％以上，但引进设备费用占总费用的18.07％，其中气化炉的耐火材料费用就占引进设备费用的40％。因而开发使用国产耐火砖来替代价格昂贵的进口耐火砖，势在必行。1 气化炉耐火砖的结构与组成    1)耐火材料的结构   气化炉内耐火砖共分为3层，由里到外分别为：保温层、隔热支撑

2、层与向火热面层，本文所讨论的耐火材料指的是里层的向火热面砖。炉膛的容积为12.7m3，热面层共分三部分，上部为拱顶部分，中间为直简体部分，下部为锥底部分。三部分之间相互独立，有利于各部分的拆除或更换。另外，为保持炉衬的整体性，砖与砖、层与层之间均设有沟槽结构，可以在砌筑后严密结合，并可以防止串气的发生。      2)耐火砖的组成   由于砖的Cr2O3含量对耐火砖抗熔渣的损蚀性非常关键，因而一般耐火砖型号均以Cr2O3的含量多少命名，鲁南厂使用的国产新乡80砖(型号XKZ-80)及洛阳90砖的理化性能指标见表1。2 热面耐火砖的使用环境及要

3、求   煤浆和纯氧通过工艺烧嘴喷入气化炉内，发生半氧化还原反应，制取合成气。气化炉操作条件为炉膛温度≤1350℃，操作压力2.80MPa，煤浆质量含量66％±1％，煤浆灰熔点(T3)1230℃，入炉煤量18t／h，排灰渣量3～5t／h。   操作温度控制在煤灰的灰熔点之上，产生的渣呈液态沿耐火砖向火面流下，因而与耐火砖接触的介质为高温煤气和熔渣(组分见表2)。由于粗煤气对耐火砖的损蚀性极其微弱，基本可以不考虑，因此主要考察熔渣对耐火砖的侵蚀及气化炉操作工况对耐火砖运行寿命的影响。   耐火砖时刻处于高温复杂状态下的气液固三相介质的高速冲刷状况

4、，及受其它因素的影响，对耐火砖性能要求极为苛刻：①应具有较高的热态强度，使耐火砖具有较好的耐冲刷性；②对酸性熔渣应有较好抗渗透性和抗侵蚀性；③较好的体积稳定性，即较小的热膨胀系数，以减少热应力的破坏；④较好的热震稳定性，减少炉温剧变对耐火砖的侵蚀、剥落；⑤较小的气孔率及较高的密度。3 耐火砖使用情况      1)使用进口耐火砖情况    德士古气化炉投料时所用耐火砖为法国沙瓦公司提供的ZIRCHROM80型耐火砖，其中筒体砖设计寿命为8000h。据投料后的检查情况来看，使用效果并不理想。A炉在运行807h后，热面砖已经产生大块剥落，拱顶和直

5、筒体局部已见背衬砖，采用含铬浇筑料修补后，仅可维持短期运行。B炉在投料运行4140h后检查，筒体砖已经大面积损蚀，残砖表面凹凸不平，剥落严重，说明进口耐火砖难以适应国内气化炉对耐火材料的要求。   2)试验国产耐火砖情况    河南新乡生产的XKZ-80砖1994年11月砌筑于A气化炉上，按规范砌筑、烘炉后，12月12日投料， 1996年3月14日结束，累计运行6002.9h。其间5次利用停车机会入炉检查(检查结果见表3)，发现XKZ-80砖表面基本平整，向火砖面无裂纹，砖缝的冲刷基本上和耐火砖的损蚀同步。最后一次，由于烧嘴在使用后期偏喷导致

6、耐火砖局部损蚀特别严重，被迫停车检修。其间开停车次数累计达到37次，平均损蚀率仅为0.0269mm／h，而法国进口砖的损蚀率达到0.045mm／h。国内外耐火砖使用对比见表4。      由表4可看出，国产耐火材料已经达到或超过法国进口砖的使用水平，而价格仅为进口砖价格的一半，可见国产的耐火砖完全符合气化炉的要求，可以替代进口耐火砖。   3)国产耐火砖使用成熟阶段     随着对德士古气化技术的领悟和创新，以及对耐火砖的使用技术不断摸索与积累，现在国产耐火砖的使用技术已经相当成熟，单炉砖的使用寿命大大延长，筒体砖使用寿命由1995年的300

7、0～5000h，延长到现在的11000～13000h，拱顶砖的使用寿命由1995年的1018～3200h，延长至现在的11000～13300h，锥底砖由于长时间受熔渣冲刷，使用寿命相对拱顶砖、筒体砖较短，不过其寿命也由1995年的1018～3730h，提高到现在的5070～11800h。其中B炉中的锥底砖在1999年9月27日至2001年11月15日使用期间，寿命达到了14397h。耐火砖寿命的提高，带来了气化系统的稳定运行，同时也创造了巨大的经济效益。4 耐火砖的损蚀原因      针对耐火砖的使用环境及使用情况，对其损蚀原因分析如下：  

8、 1)熔渣的侵蚀   煤中含有的Si、Al、Ca、Fe及其它微量金属盐类构成了煤的灰分，不同的煤种可形成不同种类的熔渣，熔渣通过对砖的渗透、熔解并与耐火砖的组分形成