摘要：目前我国在大力发展具有国际水平的水煤浆加压气化技术，水煤浆加压气化的关键设备气化炉，能否稳定操作，长周期正常运行，其关键问题是气化炉用耐火材料的质量。耐火砖在生产成本中占较大比重，延长气化炉耐火砖的使用寿命，对企业的经济效益有重大的影响，一直是一个需要探讨的问题。基于此，文章就水煤浆气化炉耐火砖使用寿命延长方法进行了研究。
关键词：气化炉耐火砖；使用寿命；延长方法
一、气化炉耐火砖的侵蚀因素
气化炉从上到下依次为拱顶、筒体、锥底、渣口，共4个部分，每个部分可以独立检修和更换。耐火材料从外向内分为空心球耐火材料、铬钢玉浇注料、耐火面砖，共3层，而耐火砖是保证气化炉长周期运行的关键部件。其受到侵蚀的因素有以下几种：
1.煤熔渣侵蚀
煤融渣主要成分是硅酸盐，呈酸性，对耐火砖有极强的腐蚀和渗透。煤融渣对耐火砖的渗透、溶解，这不只是物理性能的改变，还包含着Cr2O3与煤融渣中的金属离子发生化学反应，最终形成的低熔点化合物改变了耐火砖的成分，降低了耐火砖的机械性能和热物理性能。可以选择掺烧，不仅要保证灰熔点和灰渣粘温特性，还要严格控制煤的Ca、Fe、Mg、Al金属离子的含量，降低煤融渣的侵蚀。随着低熔点化合物不断被冲刷，导致耐火砖向煤渣中逐渐溶解脱落，这种侵蚀是缓慢且连续的。
2.工况变化的影响
熔渣会随着煤种的变化而改变，对耐火砖的侵蚀状况也就会跟着改变，这样的变化会加剧耐火砖的侵蚀情况。不同工况下炉内温度会出现变化，温度的变化又会造成应力的变化，正常操作时温度和压力的波动以及气化炉的开停车会加剧耐火砖的损蚀。
3.耐火砖筑砌和养护
筑炉质量与耐火砖的使用寿命关系很大，砖面的垂直度和平整度都对熔渣的侵蚀有直接的影响；灰缝中耐火泥浆若不饱满，或含有孔隙，将会加剧砖缝这一薄弱处的冲刷。新砖砌筑完成后若养护时间不够，或不按新砖烘炉时间曲线进行烘炉，都会对砖造成破坏。
4.高温
当气化炉处于异常情况时，炉内温度急剧变化，热应力急剧变化，会引起耐火砖产生裂纹；与此同时气化炉温度过高压力过大，导致耐火砖表面软化，也大幅度降低了机械强度，严重时会出现耐火材料的脱落，厚度可达5mm以上。
5.机械腐蚀
多喷嘴对置水煤浆气化炉采用4个工艺喷嘴供料，喷嘴安装在同一水平面上，相邻喷嘴呈90o夹角，4股射流撞击，气体冲刷耐火砖内的耐火泥，一点点脱落露出了边角，使耐火砖的边角成了首当其冲的腐蚀对象。
二、延长耐火砖使用寿命的方法
1.减少熔渣对砖体的侵蚀
减少熔渣侵蚀主要有两点：一是减少渣量，降低操作温度；一是减少熔渣和砖体的接触。渣量的多少是由煤种的灰份决定的，选择灰份低的原料煤自然就能降低炉内熔渣的量。炉内操作温度参考的是灰熔点，灰份是以熔融态排出，气化炉的操作温度就要高于灰熔点，降低原料煤的灰熔点就可以直接降低操作炉温。减少熔渣和砖体的接触，使炉内耐火砖壁上始终保留一定量的固态渣，新生成的熔渣就不会直接与耐火砖接触，减少流动渣对耐火砖的冲刷。
2.砌筑环节
保证内表面光滑、筒壁的垂直度、圆度、整体中心度符合砌筑要求，做到随砌随检。砌筑向火面砖的泥浆采用与向火面砖的化学成分近似的泥浆，检查耐火泥、耐火浇注料是否过期好用，向火面砖与其它耐火砖之间留有一定的间隙，以便于在热膨胀的情况下能够相对自由错动。保证相邻耐火砖之间的各纵向灰缝不大于2mm，上下层，内外层之间灰缝相互错开，不允许出现从向火面至气化炉炉壁相应贯通，横向连成直线的情况。严禁对砖的表面进行装饰性修补。
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3.良好的操作
良好操作的基础就是稳定的操作条件，尽量使用固定的煤种，对稳定操作有极大的好处。再者是选择合适的炉温，操作中温度、压力都要尽量稳定，对延长耐火砖寿命十分重要。试验得知，炉温每升高100℃，耐火砖的损蚀率将增大一倍以上，一般我们会选择高于煤灰熔点50℃作为操作温度，这时熔渣流动黏度在25～35MPa•s。停车泄压时，不能过快，太快会导致气体流速过快，可能会对耐火砖特别是渣口砖产生较大的撕扯力，同时，压力和温度都会下降较快，会使砖体应力出现较大变化，从而对耐火砖造成损害。同理，烘炉时，提温不宜太快，应尽量控制在50℃/h以内。确保气化炉长周期、稳定运行、减少开停车次数。
4.煤种选用
炉渣中的CaO对耐火砖的侵蚀相对其它氧化物较为突出，选用CaO含量较低的优质煤，可以提高铬铝锆砖抗侵蚀性。但煤中CaO含量低又会导致煤的灰熔点偏高，堵塞渣口。所以CaO含量也不易过低。
5.耐火砖的砌筑和养护、烘炉
筑炉质量的好坏与耐火砖的使用寿命直接相关，控制横向灰缝≤1mm，纵向灰缝≤1.8mm，垂直度偏差±5mm/m，水平度偏差为±4mm/m，最大同心度偏差为±5mm，灰缝中耐火泥浆要饱满，不得含有孔隙。养护时间一定要足够，新砖有自己固定的烘炉曲线，低温区升至高温区时，不可操之过急，砖内、灰缝的水分不能再低温期得到缓慢蒸发，直接在高温区气化，会对砖体、砖缝造成损伤。
6.提升烧嘴性能
烧嘴的性能好会使喷浆雾化更均匀，减少炉砖的烧蚀。同时烧嘴的寿命是制约气化炉一次性运行时间的主要决定因素，烧嘴的使用寿命长就可以减少开停车次数，烧嘴在使用后期，头部可能会发生变形，造成烧嘴偏喷，偏喷指向部位温度过高，局部炉砖烧蚀严重。
三、气化炉耐火砖的更换
1.拱顶耐火砖
更换拱顶砖时，可以使用风镐破碎后全部更换，拆除过程中要注意保护炉壁。拆除完毕后对金属内壁清理干净，打磨到金属内壁光洁。砌筑拱顶耐火砖时，通过适当调整灰缝大小来保证拱脚砖的内径上两点的水平面偏差小于3mm，且耐火砖每层间的灰缝高1.2mm，同一个截面内径偏差不超过5mm，每天砌筑耐火砖的层数不多于2层。
2.烧嘴耐火砖
需要局部拆除更换烧嘴耐火砖时，为了方便烧嘴砖的更换和中心线的调整，除了要拆除烧嘴耐火砖外，还要额外拆除更换烧嘴砖上下左右的2层M砖。为了防止拆除后上面的M砖因没有支撑导致变形甚至出现裂缝，应该M砖一旦拆掉就立即用木撑撑起。砌筑新耐火砖时先预摆烧嘴砖和下面的两层M砖，通过切割M砖的高度，保证烧嘴处于中心位置，且4个烧嘴的中心线相交，偏差必须小于2mm。
3.筒体和锥底耐火砖
烧嘴以下筒体耐火砖腐蚀速率0.004～0.007mm/h，一般从上而下腐蚀速率递减，更换大多都是部分更换。筒体耐火砖230mm，每次检修期间测量并计算，确保下次运行周期厚度大于80mm。在耐火砖拆除中注意避免过大震动，导致背衬砖松动。砌筑耐火砖时层与层之间的灰缝小于2mm，灰缝必须填塞满；同一个截面内径偏差不超过6mm，每天砌筑耐火砖的层数不多于5层。对新旧砖连接处的处理，把表面清理干净。当厚度差超过60mm时，还要对新耐火砖进行切割，使厚度差减少一半。这样保证了耐火砖水平度，减少气流冲刷。
结语
综上所述，耐火砖的使用寿命对气化的稳定、长周期运行有很大影响，做好对耐火砖的维护，对气化运行有很大好处。依照上述措施，耐火砖可以延长一定寿命，但一些未知的原因还需努力研究。
参考文献：
[1]洛世禄.水煤浆气化炉耐火材料使用寿命的影响因素及优化[J].中氮肥，2019（03）
[2]马大熊.多喷嘴对置式水煤浆气化炉烘炉及自动控制过程研究[D].华东理工大学，2014.
[3]邵正军，陆海民，陶新兆，杨付乾，张宇翠.提高气化炉拱顶耐火材料使用寿命的实践[J].工业炉，2017，39（04）
论文作者:李艳艳,王法奎
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/13
标签：耐火砖论文; 气化炉论文; 熔点论文; 使用寿命论文; 温度论文; 烘炉论文; 操作论文; 《基层建设》2019年第30期论文;