气化炉筑炉施工质量控制及耐火面砖使用寿命研究

董良

摘 要：本文阐述了德士古水煤浆气化炉耐火内衬的主要结构，总结、分析了检维修过程中筑炉施工质量控制要点，结合工艺操作条件，提出增加耐火面砖使用寿命的研究方向。

关键词：气化炉筑炉;质量控制点;工艺操作条件;使用寿命;经济效益

在现代煤化工中，气化是整个生产系统持续稳定运行的关键环节，气化炉筑炉质量则直接影响气化连续运行时间。气化筑炉，指气化炉耐火衬里的原始砌筑及运行过程中的局部更换。本文主要分析德士古水煤浆气化炉检维修过程中的筑炉施工质量控制点，结合工艺操作条件，提出增加耐火面砖使用寿命的研究方向。

1 德士古水煤浆气化炉主要结构分析

德士古水煤浆气化炉内结构一般分为燃烧室、激冷室，其中燃烧室又分为锥底部、筒体部、拱顶部三部分。耐火衬里主要分布在燃烧室，锥底部由耐火面砖及浇注料构成，筒体部由耐火面砖、绝热层、保温层构成，拱顶部由耐火面砖、背衬浇注料、纤维压缩料构成。拱顶部主要结构形式有锥形顶和球型顶，其中的锥顶成角约36°，以圆弧形状与筒体部连接;球型顶整体为圆弧形状与筒体部连接。炉腔直筒部为筒体部。炉腔下部落渣口和锥底构成锥底部，锥底部坡度角度多为45°。细部结构方面，在筒体部的顶端和拱顶部连接处，保留膨胀缝;拱顶部的所有耐火面砖上下砌筑面都带有铆楔，主要是为了在砌筑时可以相互咬合;不同材质耐火衬里间留2-3mm膨胀缝，用可燃材料填充。

2 检维修过程中的筑炉施工质量控制点

检维修过程中的筑炉施工，指旧耐火面砖的拆除及新耐火面砖的砌筑，下文所述筑炉均指检维修过程中的筑炉。耐火面砖拆除采用电镐人工拆除，砌筑采用人工抹灰挤压法。国内气化炉耐火面砖主要为高铬砖，采用高铬火泥进行砌筑。筑炉施工一般分别进行锥底、筒体、拱顶更换，或根据实际使用情况及生产运行计划同时更换。下面，就筑炉施工通用控制点及各部位局部更换质量控制点进行简要分析。

2.1 筑炉施工通用质量控制点

①旧耐火面砖拆除后，应确保界面平整，无凹凸不平及灰渣，平整度偏差应<1mm;②高铬火泥使用时须充分搅拌，先将干料混合，再加28-30%的洁净水，总搅拌时间不少于10min。搅拌好的高铬火泥应尽快用完，开始初凝的高铬火泥严禁使用;③耐火面砖之间的灰缝宽度应为1.2mm，偏差应按照设计说明执行，灰缝应均匀饱满且饱满度不小于90%;上下层、内外层之间灰缝相互错开，不允许出现从耐火面砖至气化炉炉壁相应贯通横向连成直线的情况;④不同耐火内衬结构之间应留有一定的间隙，通常为2-3mm，以缓冲材料产生的热膨胀，从而消除不同耐火内衬结构间所产生的热挤压应力;⑤耐火面砖砌筑完成后，整体尺寸应满足：表面平整度偏差不大于±5mm;垂直度每米偏差不大于±3mm，全高偏差不大于±15mm;⑥筑炉施工完成，应静置至少24h后方可烘炉;烘炉应按照供货厂家/设计单位提供的烘炉曲线。

2.2 锥底部筑炉质量控制点

为提高耐火面砖使用寿命，锥底部筑炉除满足通用质量控制点，还应满足以下质量控制要求：①落渣坡度必须满足设计要求，一般为45°;②落渣口处各层耐火面砖内直径与设计要求偏差不大于±5mm，最下层耐火面砖水平度偏差不大于±1.5mm;③为保持锥底部耐火面砖整体可靠性，原则上禁止切砖砌筑。

2.3 筒体部筑炉质量控制点

为提高耐火面砖使用寿命，筒体部筑炉除满足通用质量控制点，还应满足以下质量控制要求：①筒体部上端应严格按照设计尺寸预留膨胀缝，膨胀缝内须清理干净;②如使用切砖，切砖尺寸不得小于原砖尺寸的1/2;③各层耐火面砖内直径与设计要求偏差不大于±8mm。

2.4 拱頂部筑炉质量控制点

为提高耐火面砖使用寿命，拱顶部筑炉除满足通用质量控制点，还应满足以下质量控制要求：①浇注料与炉壳间膨胀缝用纤维涂抹料填充，膨胀缝尺寸执行设计要求;②耐火面砖与浇注料接触部分必须采用防水措施，防止砖吸收水分;③刚玉散装料为高铬质，先将干料混合，再加23～26%的洁净水，用砂浆搅拌机搅拌总时间不少于10min。浇筑应分段浇筑并振捣密实，初凝后严禁使用。完成浇筑后自然养护24h;④模板支设时，应符合每层模具内直径尺寸，须符合设计要求;⑤工艺喷嘴处耐火面砖整体尺寸须严格按照设计要求控制，确保工艺喷嘴的中心线与炉体中心线重合，偏差不大于±2mm;⑥为保持拱顶部耐火面砖整体可靠性，原则上禁止切砖砌筑。

3 提高耐火面砖使用寿命的研究

耐火面砖的使用寿命主要受三方面因素影响，即筑炉施工质量、耐火材料、工艺操作条件。提高筑炉施工质量，可从上述几方面着手，确保不影响正常工艺运行。耐火材料则主要通过设计选型、制造过程监督、成品外观验收三方面进行控制，从而提升使用寿命。耐火材料厂家会提供详细的技术要求，本文不做过多阐述。

除此之外，工艺操作条件是影响耐火面砖使用寿命的主要因素。影响耐火面砖使用寿命的工艺操作条件包括：操作温度、中心氧比例、氧煤比、煤的灰分及熔点等。其中，操作温度、中心氧比例是主要影响因素，特别是操作温度在1400℃以上时，温度的升高将严重缩短耐火面砖使用寿命;中心氧比例则直接影响气化炉内反应区。操作温度高，耐火面砖挂渣被清除，炉渣直接冲刷耐火面砖表面，筒体部及锥底部磨损侵蚀严重;同时，炉内回流中的渣温度高且动能大，回流区接近于拱顶部，因而拱顶部冲刷侵蚀严重，不利于耐火面砖使用寿命增加。操作温度底，则会出现排渣不畅，影响工艺运行。中心氧比例变大，雾化角度变大，反应区域变宽变短，筒体部偏上及拱顶部冲刷侵蚀严重;中心氧比例变小，雾化角度变小，反应区域变窄变长，筒体部偏下及锥底部冲刷侵蚀严重。氧煤比是控制操作温度的主要方式，煤的灰分影响气化炉内挂渣量、煤的熔点则制约着操作温度，它们都间接影响着耐火面砖的使用寿命。

气化工艺的核心是产出高比例的有效气，即高比例的CO和H2;更高的有效气比例，会带来更好的综合经济效益。工艺操作条件的调整，势必会带来有效气比例的变化。因此，提升耐火面砖使用寿命，不仅需要通过筑炉施工质量、耐火材料、工艺操作条件进行调整，更要考虑工艺效果，从总体经济效益方面实施。

4 结语

综上所述，本文阐述了德士古水煤浆气化炉耐火面砖使用寿命的影响因素，总结了筑炉施工质量控制点，分析了工艺操作条件对耐火面砖使用寿命的影响，给出了提升耐火面砖使用寿命的研究方向。同时，提出了结合工艺效果，从总体经济效益方面考虑提升耐火面砖使用寿命的新思路，具有实践意义。

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