6化肥工業(yè)第40卷第1期新型氣化爐耐火材料有關(guān)問題的探討趙岐,劉進(jìn)波(山東兗礦國拓科技工程有限公司 山東滕州277527)摘要簡要介紹了 多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐燃燒室內(nèi)襯耐火材料的結(jié)構(gòu)和選用原則，分析了耐火磚的蝕損機(jī)理、燒蝕模式及影響耐火磚使用壽命的因素，對提高耐火磚使用壽命的措施進(jìn)行了探討。目前， 氣化爐拱頂耐火磚使用壽命已突破|5 000 h,且仍有延長空間,耐火磚的蝕損速率明顯降低,為氣化系統(tǒng)的長周期、安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞水煤漿氣化爐 耐火材料 蝕損機(jī)理措施壽命Investigation on Problems Relevant toNew-Type Gasifier Refractory MaterialsZhao Qi, Liu Jinbo( Shandong Yancon Guotuo Science & Engineering Co, Ltd. Shandong Tengzhou 277527)Abstract A brief intoduction is given to the structure and selection principles of liningrefractory materials for combustion chamber in the multi-nozzle opposed coal-water slurry pressurizedgasifier, an analysis is done of the erosion damage mechanism of refractory bricks, ablation mode andfactors influencing the service life of refractory bricks, and an investigation is carried out on measuresfor prolonging the service life of the refractory bricks. Currently, the service life of refractory bricks atthe arch of the gasifier is over 15 000 h, and there is still room for prolonging the life; the erosion rateof the bricks markedly decreases ，thereby laying the foundation for the long-period, safe, stable andhigh-effciency operation of the gasification system.Keywords coal-water slurry gasifier refractory materials erosion mechanism measuresservice life目前,國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的水煤漿氣化爐主要的沖刷;開、停車時,有較大的溫度和壓力波動,且有我國自主開發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化氣化爐內(nèi)的溫度場及流場不均勻不穩(wěn)定,甚至不爐(以下簡稱OMB加壓氣化爐)和原美國德士古連續(xù)。上述因素都對OMB加壓氣化爐用耐火材發(fā)展公司開發(fā)的水煤漿加壓氣爐(以下簡稱GE料,特別是向火面耐火磚,提出了嚴(yán)格的要求:氣化爐)。無論是GE氣化爐還是OMB加壓氣化①必須具有良好的抗熔渣侵蝕性、抗?jié)B透性以及爐,在燃燒室向火面部位均采用鉻鋁鋯磚(俗稱.抗震性能;②較好的高溫體積穩(wěn)定性能,以抵抗溫高鉻磚),內(nèi)襯耐火材料的使用壽命是影響氣化度和壓力的波動;③較高的熱態(tài)強(qiáng)度,以抵抗熔融爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之-。煤渣的沖刷和磨損。OMB加壓氣化爐的工作環(huán)境及對耐火2 OMB加壓氣化爐耐火材料的分布材料的要求.OMB加壓氣化爐燃燒室內(nèi)襯耐火材料分布.OMB加壓氣化爐的工況極為苛刻.燃燒反應(yīng)在拱頂筒中國煤化工如圖1所示。室為高溫(1 250~1 550 C)、高壓(2.0 ~8.7 MPa)、(1)拱MYHC NMH G為4層,由里強(qiáng)還原性環(huán)境;遭受酸性熔渣的侵蝕和高速流體至外分別為向火面磚、背襯磚、鉻剛玉澆注料、可.2013年2月趙岐等:新型氣化爐耐火 材料有關(guān)問題的探討7型后在高溫梭式窯中燒成。該產(chǎn)品具有體積密度鉻剛玉澆注料頁|大、顯氣孔率低、常溫下耐壓強(qiáng)度高、氧化鐵和氧可壓縮料化硅等雜質(zhì)含量少的優(yōu)點,并具有很好的熱態(tài)穩(wěn)，分。定性能抗高溫蠕變性能等。這些特點滿足了氣燒嘴磚化爐向火面用耐火材料的要求,所以90鉻鋁鋯磚目是目前氣化爐向火面耐火材料的最佳選擇。90鉻鋁鋯磚主要性能參數(shù)見表1。爐殼向火面磚部分表1 90 鉻鋁鋯磚主要性能參數(shù)膨脹縫磚參數(shù)隔熱磚Cr203/% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))≥86背村磚Z02/% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))≥5Fe2O3/% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))≤0.3SiO2/% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))≤0.2體積密度/(g.am一)≥4.2顯氣孔率/%≤16.0錐底[常溫耐壓強(qiáng)度/ MPa≥100渣口，荷重軟化溫度/C≥l 700圖1 OMB 加壓氣化爐燃燒室內(nèi)襯耐火材料分布示意3.2背襯磚壓縮料(主要作膨脹用)。拱頂部位受沖刷最為背襯磚位于向火面磚背后,對氣化爐耐火材嚴(yán)重,結(jié)構(gòu)為半球形(或球錐形),每塊磚都有縱料整體起力學(xué)支撐作用,并且能經(jīng)受高溫下腐蝕橫2道嵌槽,砌筑成環(huán)狀后與上、下、左、右各磚形性氣體的侵蝕。12鉻剛玉磚在常溫下耐壓強(qiáng)度成一個整體的合力,確保其穩(wěn)固。拱頂設(shè)有1道很高,且高純剛玉中添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)在12%以上.膨脹縫。的氧化鉻,增強(qiáng)了該制品抗腐蝕性氣體侵蝕的性(2)簡體一簡體耐火材料分為3 層,由里能。12鉻剛玉磚主要性能參數(shù)見表2。表2 12 鉻剛玉磚主要性能參數(shù)至外分別為向火面磚、背襯磚、隔熱磚。隔熱磚與爐壁之間填充有20 mm的巖棉,用于保溫和隔熱,同時為耐火磚徑向膨脹提供了空間。簡體為≥12Al203/% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))圓柱形,共設(shè)有2道膨脹縫。(3)錐底一錐底耐火材料分為2層,分別體積密度/(g.cm-3)為向火面磚、鉻剛玉澆注料。錐底為圓錐形。(4)渣口一渣口耐火材料分為3層,分別常溫耐壓強(qiáng)度/MPa為向火面磚、背襯磚及鉻剛玉澆注料。渣口為圓≥I 700柱形。.3.3 隔熱磚所有耐火磚從里向外弧長逐步增大,每層耐隔熱磚位于背襯磚之后,對氣化爐起保溫作火磚砌筑完成后在圓周方向即形成一個整體。用,降低熱損失,使外壁溫度保持在設(shè)定值,是一3 OMB 加壓氣化爐耐火材料的選擇種很好的節(jié)能材料。氧化鋁空心球磚除了導(dǎo)熱率低外,在常溫和高溫下的強(qiáng)度是輕質(zhì)保溫耐火材3.1向火面磚料中最好的,并且雜質(zhì)含量極低,具有很好的抗腐由于向火面磚直接與煤熔渣接觸,是氣化爐蝕性氣體的侵蝕能力和緩沖熱應(yīng)力能力,是目前用耐火材料最苛刻的部位,所以向火面磚應(yīng)選用最理想的輕質(zhì)保溫耐火材料。90鉻鋁鋯磚。90鉻鋁鋯磚所用原料為含Cr2O33.4可壓中國煤化工質(zhì)量分?jǐn)?shù)>99%的Cr203電熔合成料(體積密可壓縮MYHCNMHG的特點,具有度>5.1g/cm'),同時添加了超細(xì)粉,經(jīng)混碾成很好的保溫絕熱性能,同時又具有- -定的強(qiáng)度,能.化肥工業(yè)第40卷第1期夠有效緩沖高溫下里層耐火材料的徑向膨脹,而通過比較發(fā)現(xiàn):SiO2容易向高鉻耐火材料內(nèi)且施工十分方便。部深度滲透,但不發(fā)生反應(yīng);FeO不能向高鉻耐火3.5 耐火澆注料(鉻剛玉澆注料、氧化鋁空心球材料內(nèi)部深度滲透,只是在臨近的界面處發(fā)生反澆注料)應(yīng),生成Fe( Cr, Al)204尖晶石;CaO的滲透與反鉻剛玉澆注料用于拱頂及錐底。與耐火磚相應(yīng)介于以上2種氧化物之間。比,澆注料具有以下優(yōu)點:①無灰縫,即整體性好;4.2 燒蝕模式②施工方便,特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工，方便、快捷、由于氣化爐內(nèi)的溫度場及流場是不均勻、不省工省時、省力;③抗氣體侵蝕性強(qiáng),并且由于體穩(wěn)定甚至不連續(xù)的，產(chǎn)生局部高溫的原因也較積密度>2.95 g/cm' ,使?jié)沧⒘暇哂泻芎玫臍饷芏?因此,很容易使Cr203-Al203-ZrO2(鉻鋁鋯)耐性。氧化鋁空心球澆注料具有保溫節(jié)能、施工方火磚表面受高溫作用而燒蝕損傷,甚至產(chǎn)生局部便等優(yōu)點,適合在氣化爐局部使用。過燒熔化。在正常情況下,此燒蝕損傷過程是緩4 OMB加壓氣化爐爐襯蝕損機(jī)理和燒蝕慢進(jìn)行的,只有在極端異常的爐內(nèi)高溫和反應(yīng)工況下,燒蝕過程才會明顯加速。根據(jù)觀察、分析,模式耐火磚的燒蝕可分為高溫熔化型燒蝕和高溫氧化4.1 蝕損機(jī)理還原型燒蝕。氣化爐耐火材料的蝕損主要表現(xiàn)為向火面鉻氣化爐耐火磚的高溫熔化型燒蝕主要發(fā)生在鋁鋯磚的減薄。由實驗室試驗及使用后的鉻鋁鋯富氧區(qū)、火焰舔燒區(qū)和氣化爐過氧工況下,這些區(qū)磚的殘磚分析可知:其蝕損方式通常有侵蝕與剝域及工況都屬于氣化爐內(nèi)的局部高溫區(qū)。耐火磚落2種。侵蝕是連續(xù)且緩慢的，表現(xiàn)為向火面處的主要成分是Cr203,ZrO2和Al2O3,經(jīng)高溫?zé)颇突鸩牧现饾u溶解在渣中,或由于向火面處耐火而成。在爐內(nèi)正常溫度條件下,它們具有良好的材料的結(jié)合相被溶解后,向火面磚表層顆粒隨渣機(jī)械穩(wěn)定性。在運(yùn)行過程中,由于耐火磚表面通脫落。剝落主要發(fā)生在某些特殊階段,向火面處常都覆蓋著熔化的爐渣,因此爐內(nèi)高溫氣流不會大塊耐火材料脫落至流動的液渣中,主要是由于與耐火磚表面直接接觸;但在局部富氧區(qū)和高溫爐溫急劇波動和壓力驟然升降,對耐火材料熱震氣流直接舔燒耐火磚表面的區(qū)域,耐火磚表面組穩(wěn)定性造成了損害。在氣化爐的實際運(yùn)行中,還織軟化強(qiáng)度下降,耐磨損沖刷性能和組織結(jié)合性存在其他的蝕損機(jī)理。能下降,部分結(jié)合相被直接燒損。耐火磚燒蝕的各種氧化物在煤渣中的最大溶解率見圖2,速率受到多方面因素的影響,諸如氣化爐工況,包煤渣中各元素向鉻鋁鋯耐火材料中滲透的距離如括氧煤比、燒嘴性能、渣口壓差、原料煤的灰分含圖3所示。量、灰渣組成特性、拱頂磚的形狀和氣化爐的負(fù)荷SiO2等。另外,耐火磚中存在的低熔點雜質(zhì)也會加速0t耐火磚的熔化燒蝕速率。Ca95延長0MB加壓氣化爐耐火材料壽命的措施和注意事項oCr203OMB加壓氣化爐耐火材料是保證氣化爐長1500 1600 1700 1800 1900 2 0002100溫度/C周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。延長和保證耐火材料(特圖2各種氧化物在煤渣中最大溶解率別是向火面鉻鋁鋯磚)的使用壽命是操作管理氣KCoSi化爐的一項重要任務(wù)。5.1 提高向火面磚的Cr203含量,增強(qiáng)抗侵蝕含有渣的耐火材料能力中國煤化工、耐火材料向熱面渣滲透的最大深度耐今量的關(guān)系如圖3煤渣中各元素向鉻 鋁鋯耐火材料中滲透的距離圖4所示。FYHCNMH G'.2013年2月趙岐等:新型氣化爐耐火材料有 關(guān)問題的探討90.06磚層數(shù)不超過5層,拱頂每天砌磚層數(shù)不超過2層。所有灰縫必須飽滿。0.04 t(3)通過計算，預(yù)留出合適的膨脹縫。膨脹; 0.02 t縫間隙過小會導(dǎo)致耐火磚在徑向膨脹后的相互擠壓,膨脹縫間隙過大會引起局部竄氣超溫。0.005.4合理升溫烘爐00Cz2O3含量P%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)耐火磚的砌筑與烘爐是保證爐體成為一個整圖4耐火材料侵蝕速率與Cr;0,含的關(guān)系體延長使用壽命的重要環(huán)節(jié),應(yīng)嚴(yán)格按烘爐曲線5.2 利用相變增韌技術(shù)改善耐火材料的熱震穩(wěn)進(jìn)行升溫操作。定性5.5優(yōu)化操作在操作過程中,會由于各種原因引起氣化爐(1)操作溫度對耐火材料蝕損的影響非常關(guān)溫度的波動,要求耐火材料具有高的抗熱沖擊能鍵。運(yùn)行過程中,必須嚴(yán)格控制操作溫度,溫度過力,即具有高的熱震穩(wěn)定性。利用Zr02相變增韌高則會對耐火磚產(chǎn)生損壞,一般選擇操作溫度比原理,即通過四方Zr02與單斜Zr02之間的晶相煤灰熔點(FT)溫度高50 ~80 C。轉(zhuǎn)變并伴隨有3% ~5%的體積效應(yīng),在ZrO2顆(2)通過煤種的選擇摻燒,控制熔渣成分。粒周圍形成許多微裂紋,這些微裂紋可以緩沖由在保證灰熔點的基礎(chǔ)上,嚴(yán)格控制人爐煤中Ca,于溫度變化在耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力,提高Fe和Mg的含量,以降低熔渣的侵蝕性。抗熱沖擊能力,改善熱震穩(wěn)定性。(3)穩(wěn)定各項工藝指標(biāo),延長氣化爐的運(yùn)行5.3 嚴(yán)格控制耐火磚的砌筑質(zhì)量周期。防止?fàn)t溫出現(xiàn)急劇波動和壓力驟然升降，高質(zhì)量的耐火磚砌筑對耐火磚的長周期運(yùn)行減少由于熱震對耐火材料造成的損害。起著極為關(guān)鍵的作用,應(yīng)做好以下幾點。.5.6緊急情況的處理(1)確保向火面鉻鋁鋯磚的各項性能指標(biāo)滿出現(xiàn)異常情況,如開停車過程中的升降壓、跳足技術(shù)要求，同時尺寸偏差符合要求,盡可能多地車等,要恰當(dāng)處理,若處理不當(dāng),如壓力、溫度波動出現(xiàn)正偏差,這樣雖然砌筑難度大一些,但能夠保較大,會對爐襯材料造成- -定損害。證較小的灰縫。(2)在耐火磚的砌筑過程中,必須保證壁面6結(jié)語垂直偏差、拱頂耐火磚內(nèi)徑偏差(以殼體中心線OMB加壓氣化技術(shù)已日趨成熟,隨著對耐火為參考)以及拱頂、簡體、渣口同一截面內(nèi)徑偏差材料認(rèn)識的提高及操作人員操作水平的大幅提升等符合要求。燒嘴磚為整臺氣化爐內(nèi)襯的重點部和經(jīng)驗的不斷積累,使耐火材料的使用壽命明顯位,要求4只噴嘴的中心線必須保證在爐體中心延長。目前,氣化爐拱頂耐火磚的使用壽命已突線處相交,且偏差≤+2 mm。爐襯的垂直度公差破15 000 h,耐火磚的蝕損速率明顯降低,為氣化為+3 mm/3 m,總高度上誤差不超過+6 mm。為系統(tǒng)的長周期、安全穩(wěn)定、高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。了保證耐火磚的砌筑質(zhì)量,要求筒體部分每天砌(收稿日期2012- 10-12)(上接第5頁)下,一-般8h內(nèi)就可恢復(fù)正常運(yùn)行。氣化爐渣口4結(jié)語堵塞現(xiàn)象排除、恢復(fù)正常運(yùn)行后,應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測數(shù)小氣化爐渣口堵塞是多噴嘴對置式水煤漿加壓時,待確認(rèn)無反復(fù)跡象后,再將氧煤比恢復(fù)至正常氣化技術(shù)生產(chǎn)系統(tǒng)中經(jīng)常遇到的問題，也是分析值,同時緩慢恢復(fù)氣化爐負(fù)荷。在熔渣過程中,現(xiàn)和判斷較為復(fù)雜的生產(chǎn)異常狀況。但只要運(yùn)行時場操作人員應(yīng)增加對氣化爐爐壁溫度、拱頂溫度嚴(yán)格把好原中國煤化工操作、嚴(yán)格控的測量頻次,防止氣化爐爐壁、拱頂出現(xiàn)燒紅、燒制爐溫,就MYHCNMHG生。穿等惡性事故。(收到修改稿日期2012-09-12).