德士古煤气化炉用耐火砖的蚀损原因分析及改进措施

德士古煤气化炉是国内化肥厂使用较多的气化炉，本文就德士古煤气化炉耐火砖的使用情况和损蚀展开分析，并提出相应的改进措施。

1、耐火砖的使用情况

1.1使用工况

下面是某公司3台德士古煤气化炉耐火砖的使用环境和结果。

煤气化炉温度(℃)1350-1380

其中煤气化炉1号温度为1500℃,运行时间500h;

2号温度1500℃,运行时间1000h;

3号温度1500℃,运行时间300h。

煤气化炉的压力为317MPa;

入炉煤浆量2630m3/h;

入炉氧气量12900-13600m3/h;

煤气的组成由CO(43.9%)、H2(37.3%)、N2(0.5%)、CO2(18.2%)、CH4(0.06%)、H2S(0.11%)、COS(0.0015%)

1.2耐火砖的使用情况和结果

1号至3号煤气化炉自2004年相继投产使用,并在2006年更换新的耐热材料,具体的情况见下表1。

表1 3套炉砖使用情况

停炉后经过检验,1号炉中耐火砖有一部分出现凹坑和裂纹;2号炉中耐火砖直筒部表面凹陷较为严重,有严重损蚀的现象;3号炉中的耐火砖表面较为光滑,出现的挂渣也很少。

2、耐火砖损蚀分析

2.1侵蚀作用

耐火砖主要成分为刚玉,渣油在高温的煤气化炉中会产生一系列的化学反应,产生了高温熔体,熔体的渗透会造成耐火砖材质发生变化,形成耐火砖的损蚀。油液的侵蚀主要是油渣中的成分,例如SiO2、CaO、NiO、V2O5、Fe2O3、P2O5等物质与耐火砖中的刚玉发生了化学反应,形成了高温熔渣,这些熔渣通过渗透的作用进入砖的气孔,使耐火砖的结构发生较大的变化,造成其物理性质的变化。变质后的耐火砖的抗高温和抵御气流冲蚀的能力明显下降,并且渣油中的杂质渗入,使得耐火砖的共熔点的温度偏低。砖表面的熔融物在高速气流的作用下,进入渣油的高温熔体中。另外高温熔渣的渗透会造成砖体的结构变化,由于应力的作用,出现裂纹并且慢慢扩大,甚至可能出现掉块的情况。

2.2熔渣渗透

渣油汽化还会以另一种方式造成耐火砖的损蚀。在高温情况下,熔渣会顺着砖体的开口气孔通道渗入到砖体内部,发生高温化学反应,产生新的矿物质铝酸钙,使得耐火砖的结构发生较大的变化,出现变质。变质后的砖体在高温条件下,反应产生的铝酸钙与刚玉的热膨胀系数存在较大的差异,膨胀的距离相差较大,致使砖体产生裂纹。裂纹会随着时间的推移而逐渐扩大,最后导致大片的脱落,耐火砖也就出现严重的损蚀。另外,熔渣的渗透深度与所处的热环境有着较大的关系,例如压力越大,渗入深度就越深。

2.3应力的作用

使耐火砖发生损蚀的应力主要有两种,一种为热应力,另外一种是结构应力。煤气化炉每年都会进行多次的停机检查,也就是说停机造成的温度波动会使得耐火砖材料的薄弱环节产生热应力,如果停机的次数过多,也就造成耐火砖的寿命减短。热应力会随着熔渣的渗入而沿着温度降低的方向进行传递,在各段的交接处形成不同的组织结构,致使砖体出现裂纹,随着时间的推移形成砖体的损蚀。

结构应力与温度也有着关系,它是结构本身在高温作用下产生的一种作用力。在气炉使用的后期,往往会出现耐火砖下沉的现象,这种下沉现象的发生与刚玉的材质有着一定的关联,但是最重要的是耐火砖外层材质的抗高温性有关。假设刚玉砖的荷软温度为1700℃以上,在1600℃下3个小时,除去变化率0.2%,也不可能造成耐火砖下城,因此主要的原因还是在于外部的材料在结构应力的作用下,出现下沉。

3、延长耐火砖的使用寿命

3.1煤质的控制

在耐火砖的损蚀分析中,可以发现,油渣是造成耐火砖损蚀的主要原因,因此在煤质的运用上需要进行考虑。可以将多种低灰熔点、低灰分和高活性煤,利用新的新的配煤技术,这样能够有效的降低煤灰熔融温度,配煤后的灰分含量越低越好,最多控制在15%。当然,配煤的选择还需要综合经济效益来完成。在气炉中,配煤是一种减少灰分含量的方法，另外也可以通过添加精煤来降低灰分含量，不同比例的添加，可以依据炉灰成分的检测来适当的调节，这样有效的降低炉灰渣的熔点，减轻对耐火砖的损蚀情况。

3.2研究新技术

在确保煤气化炉的安全前提下，研究新的技术实施能够有效的减轻耐火砖的损蚀情况，例如对高温热偶采用新的转配技术，使高温热偶的寿命得到延长。较少石灰石的添加，能够降低油渣中CaO的含量。采用自动控制技术，事项氧气与煤的最佳比例。开发新的烧嘴，改善煤气化炉的运行工况。新技术都可以从这些出发点进行展开，减轻耐火砖的蚀损情况。

为了减轻煤气化炉的耐火砖损蚀，可以从以渣抗渣的角度来进行新的技术开发，可以选择适当的气化炉温度，使得耐火砖的表面始终保存着固态渣，这些固态渣能够很好的将流动渣于砖体相隔开，也就减少的侵蚀和冲刷的可能，增强了耐火砖的抗损蚀能力。

4、总结

煤气化炉耐火砖的损蚀与温度和煤的使用有着关系，并且煤与温度之间也有着一定的联系。可以在煤的选用上进行考虑，尽量选择那些低灰分、低灰熔点、高活性的煤种。这样能够尽量的减轻灰渣对耐火砖的损蚀情况。同时也可以从新的技术手段出发，增强耐火砖的抗损蚀能力，延长它的使用寿命。