水煤浆气化炉炉砖损耗原因分析和模式探讨

许荣玉，王图钦

（陕西长青能源化工有限公司，陕西宝鸡721000）

目前国内有两百多台水煤浆气化炉在运行，气化炉运行时间的主要制约因素就是耐火砖和烧嘴的使用寿命。耐火砖相对于烧嘴其更换工艺复杂，周期更长，因此耐火砖使用寿命直接影响气化炉的正常运行和备用。分析耐火砖的侵蚀机理，对于如何延长耐火砖的使用寿命具有现实意义。

1 概述

我公司气化装置采用GE水煤浆气化技术，三台气化炉两开一备，操作压力6.5MPa。炉体有三层耐火砖，最内层砖称向火面砖，因直接与高温气体接触，直接暴露于最大磨损工况，故采用高铬砖；中间层是支撑砖，位于向火面砖之后，用于支撑拱顶；外层是绝热砖。气化炉底部用支撑板来支撑各层耐火砖，耐火砖层间各层热膨胀能自由移动，层间用纤维毡隔开。

截至目前A炉运行约6200小时，B炉和C炉各运行约6400小时。A炉于前日筒体下部热偶附近出现温度最高超过300℃的一条状高温区域，该区域附近炉壁表面与其它区域有明显色差，因此立即停炉，停车后更换炉砖。C炉也出现温度最高约300℃的片状区域性高温区，B炉目前运行正常。

2 原因分析

针对A、C炉耐火砖使用寿命仅仅在6000小时左右，结合运行情况分析可能存在以下几方面的原因：

（1）烧嘴规格：目前使用的烧嘴较原始设计数据稍长约10cm，这使得从烧嘴进入炉膛的喷入点下移，雾化点的位置也相应下移。原本应由上层砖承受的冲刷，由于雾化点下移而下移，而由下层砖承受了，导致下层炉砖受持续冲刷而耐受力减弱。

（2）烧嘴压差：烧嘴压差从开始使用就偏低，正常在0.4MPa以下，压差低雾化点也偏下，对下层热偶附近的炉砖冲刷较严重。一般在烧嘴运行的一个周期中，初期压差大的时候雾化点靠上部，后期随着烧嘴间隙变大，压差变小，雾化效果靠中心氧量的调节来增强雾化效果，雾化点也随之下移。而烧嘴压差在一开始就偏低的情况下，中心氧调节范围减小，运行周期内冲刷情况不均匀，主要由下层热偶附近的砖承担。

（3）系统负荷：自投料生产以来，截至A炉本次停车，三台气化炉累计运行约19000小时，生产粗甲醇85万吨，折合年产71万吨，远超过年产60万吨甲醇的生产设计量。处理煤量的增加也是炉砖冲刷严重的重要原因。

3 模式探讨

耐火砖的损耗主要是由于多次升降温过程中温差应力、砖之间的相互挤压剪切、高温火焰的舔烧、还原性气体的侵蚀以及高速气流和流动态熔渣冲刷等因素引起的。针对不同的损伤情况，一般概括为片状剥落、烧蚀损坏、化学侵蚀、冲蚀损坏等模式。

（1）片状剥落：耐火砖相互之间的相对位移产生一定的剪切力，作用于耐火砖难免存在的细微缝隙和气泡的位置，就会产生有一定深度、面积较大的块状形态凹坑，经验上超过1.5mm深度就认为是片状剥落。另外砖缝、砖体细微缝隙和气泡存在时为高温熔融流动态炉渣的渗入及侵蚀提供了通道，而且这种炉渣进入砖缝的侵蚀本身也促使砖缝不断加大，从而增加片状剥落的发生。

（2）烧蚀损坏：水煤浆气化炉的反应过程主要分为一次反应区、二次反应区和混合反应区。一次反应区主要反映为裂解反应和氧化反应。在一次反应区通常存在氧气未完全反应的过氧工况，产生局部高温的情况较多，因此很容易使耐火砖表面受高温作用而烧蚀损伤，甚至产生局部过烧熔化。在气化炉工况波动时，如氧煤比、烧嘴性能、渣口压差、原料煤的灰分含量、灰渣组成特性、拱顶砖的形状和气化炉的负荷等，更容易发生耐火砖的烧蚀。

（3）化学侵蚀：任何耐火砖本体必定存在一些细小缝隙和气孔，在气化反应过程中，这将成为气化炉内气体进入炉砖的通道。气化炉产生的气体主要成分为H2和CO，整个耐火砖的向火面会被这两种强还原性气体笼罩，通过炉砖本体的通道向内渗透，并与耐火砖中的SiO2、Fe2O3等氧化物进行反应，破坏了砖的结构和强度，影响其使用寿命。

（4）冲蚀损伤：气化炉在正常工况下持续不断产生高温煤气和熔融态炉渣，这两种介质都对耐火砖壁面造成严重的冲刷和磨损，由此引起的耐火砖损坏就称冲蚀性损伤。

4 相应对策

为了提高气化炉耐火砖的使用寿命，通过对工艺和设备原因分析，以及耐火砖侵蚀模式的探讨，可以通过以下措施来延长耐火砖的使用寿命。

（1）严格按照烘炉曲线进行烘炉，防止由于炉温变化过快使耐火砖产生位移。

（2）控制适当的氧煤比，选择雾化效果好的烧嘴，控制好炉温，防止渣口结渣，尽量选择灰分含量低的原料炉，气化炉负荷尽量不要太高。

（3）在不影响正常运行的条件下，尽量降低操作温度，并减少开停车次数。

（4）控制好炉温。合适的炉温对于气化炉来说相当关键，它能使耐火砖表面形成一层薄的熔渣，对耐火砖起保护作用。另外，控制恰当的氧煤比也有利于控制炉内的氧化还原性气氛。经过一段时间摸索，我公司现在的炉温控制方式如下：合成气中甲烷含量调整的最大区间可根据各批煤种灰熔点的不同适当改变（以合成气组分及气化炉排渣状态为准），一般情况下甲烷含量调整的最大区间为（800～1300）。目前经验是气化炉刚投料时在线分析未投用，氧煤比（氧气煤浆体积比）先控制在500左右，在线分析投用后根据渣样、甲烷含量、气体成分、渣口压差等再调整工况。注意原料煤灰熔点的状况，及时应对调节。

（5）筑炉时耐火砖膨胀缝要均匀，耐火泥一定要饱满，使砖缝不再成为薄弱易侵蚀的地方。

（6）增大耐火砖的体积密度，使气孔微细化，减少化学侵蚀的路径，从而提高抗炉渣侵蚀性能。

（7）建立炉砖运行台账，每个检修周期及时测量内径，查看侵蚀情况，掌握侵蚀速率及其变化，以便及时调整操作工况，制定更加科学的生产和检修计划。

[1]罗庆洪.德士古气化炉耐火砖寿命损耗模式分析[J].西部煤化工，2004（1）：19-21.

[2]李正强.德士古水煤浆气化炉耐火砖的蚀损[J].化工设备与防腐蚀，2003（4）：11-12.□