气化炉耐火砖使用寿命延长方法探讨

余松林+郑仁杰

摘 要：多原料浆气化技术中，气化炉是关键设备。气化炉钢制外壁依靠耐火材料衬里进行隔热，本文所讨论的耐火砖指的是炉衬最里侧的向火面砖，它直接和高温熔渣接触，砖体受到直接侵蚀。

关键词：多原料浆气化；耐火砖；侵蚀；使用寿命

淮化集团合成氨厂气化工段采用的是西北化工研究院开发设计的多原料浆气化工艺。煤浆由高压煤浆泵输送至气化炉与纯氧在压力6.0MPa、温度1350℃的环境下进行部分氧化还原反应，生成的粗合成气及熔融态灰渣进入气化炉下部激冷室冷却。气化炉炉膛为竖向直筒，上部为拱顶结构，下部为锥形渣口结构。气化炉筒体砌砖后内径1682mm，衬里分为向火面砖、支撑砖、隔热砖三层。拱顶半径1408mm，有向火面砖和重质浇筑层两层衬里。底部为锥形结构渣口，衬里形式与筒体相同。支撑砖为高铝砖（含Al2O387%、Cr2O312%），隔热砖为轻质铝砖，这两部分砖处在向火面砖下部，一般不会受到侵蚀，我们不再讨论。向火面砖是炉衬中最内层砖，在约1350℃的环境下直接与熔融态的灰渣接触，因此它不但要耐高温，还要抵抗熔渣的侵蚀。这部分砖采用高铬砖，Cr2O3含量86%以上。Cr2O3为结晶体极硬、极稳定，熔点约为2400℃，但炉内环境严苛，耐火砖的侵蚀不可避免。砖体更换成本高、时间长，耐火砖的使用寿命对气化炉长周期运行的影响十分关键。

一、耐火砖侵蚀原因分析

结合耐火砖使用环境及使用情况，对其受到侵蚀原因分析如下：

（一）熔融态灰渣的侵蚀

气化炉内，煤浆燃烧产生的灰渣会以熔融态顺着气化炉壁向下部流动，主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等金属氧化物或盐类。熔渣与耐火砖接触中会对其进行渗透、熔解并与耐火砖的组分形成低熔点化合物，改变了砖的组成，新形成的低熔点化合物不断地被冲刷，导致耐火砖不断被熔解、渗透，从而被逐渐剥蚀。这是耐火砖损耗的最主要因素，一旦熔渣在耐火砖产生接触和流动，损耗又是不可避免的。

（二）应力的破坏

正常生产时炉内温度达到1300℃以上，耐火砖本身作用就是隔热，一定厚度砖本身的不同部位就会有温差，会产生不同的膨胀体积，同时，气化炉外壁又会阻碍这种膨胀。耐火砖由不同物质组成，其膨胀系数不同，砖内部产生不同的热应力。几种力的相互作用导致耐火砖的损耗。

（三）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，温度的變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。

（四）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。

（五）烧嘴对炉砖的影响

这主要是指烧嘴的雾化效果、烧嘴的偏喷和烧嘴喷出的火焰形态对耐火砖的影响。烧嘴在运行中若出现偏喷就会使火焰偏向局部炉壁造成局部温度过高，局部剧烈冲刷；烧嘴喷出的火焰过长会增加对底部炉砖的冲蚀，火焰过短会使拱顶砖加剧烧蚀。

二、延长耐火砖使用寿命的方法

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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、结语

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。