德士古煤氣化爐耐火磚的蝕損原因分析及延長爐襯壽命研究

德士古煤氣化爐是國內化肥廠使用較多的氣化爐，本文就德士古煤氣化爐耐火磚的使用情況和損蝕展開分析，并提出相應的改進措施。

耐火磚的使用情況

1.1使用工況

下面是某公司3臺德士古煤氣化爐耐火磚的使用環境和結果。

煤氣化爐溫度(℃)1350-1380

其中煤氣化爐1號溫度為1500℃,運行時間500h;

2號溫度1500℃,運行時間1000h;

3號溫度1500℃,運行時間300h。

煤氣化爐的壓力為317MPa;

入爐煤漿量2630m³/h;

入爐氧氣量12900-13600m³/h;

煤氣的組成由CO(43.9%)、H?(37.3%)、N?(0.5%)、CO?(18.2%)、CH?(0.06%)、H?S(0.11%)、COS(0.0015%)

1.2耐火磚的使用情況和結果

停爐后經過檢驗,1號爐中耐火磚有一部分出現凹坑和裂紋;2號爐中耐火磚直筒部表面凹陷較為嚴重,有嚴重損蝕的現象;3號爐中的耐火磚表面較為光滑,出現的掛渣也很少。

耐火磚的蝕損分析

2.1侵蝕作用

耐火磚主要成分為剛玉,渣油在高溫的煤氣化爐中會產生一系列的化學反應,產生了高溫熔體,熔體的滲透會造成耐火磚材質發生變化,形成耐火磚的損蝕。油液的侵蝕主要是油渣中的成分,例如SiO?、CaO、NiO、V?O?、Fe?O?、P?O?等物質與耐火磚中的剛玉發生了化學反應,形成了高溫熔渣,這些熔渣通過滲透的作用進入磚的氣孔,使耐火磚的結構發生較大的變化,造成其物理性質的變化。變質后的耐火磚的抗高溫和抵御氣流沖蝕的能力明顯下降,并且渣油中的雜質滲入,使得耐火磚的共熔點的溫度偏低。磚表面的熔融物在高速氣流的作用下,進入渣油的高溫熔體中。另外高溫熔渣的滲透會造成磚體的結構變化,由于應力的作用,出現裂紋并且慢慢擴大,甚至可能出現掉塊的情況。

2.2熔渣滲透

渣油汽化還會以另一種方式造成耐火磚的損蝕。在高溫情況下,熔渣會順著磚體的開口氣孔通道滲入到磚體內部,發生高溫化學反應,產生新的礦物質鋁酸鈣,使得耐火磚的結構發生較大的變化,出現變質。變質后的磚體在高溫條件下,反應產生的鋁酸鈣與剛玉的熱膨脹系數存在較大的差異,膨脹的距離相差較大,致使磚體產生裂紋。裂紋會隨著時間的推移而逐漸擴大,最后導致大片的脫落,耐火磚也就出現嚴重的損蝕。另外,熔渣的滲透深度與所處的熱環境有著較大的關系,例如壓力越大,滲入深度就越深。

2.3應力的作用

使耐火磚發生損蝕的應力主要有兩種,一種為熱應力,另外一種是結構應力。煤氣化爐每年都會進行多次的停機檢查,也就是說停機造成的溫度波動會使得耐火磚材料的薄弱環節產生熱應力,如果停機的次數過多,也就造成耐火磚的壽命減短。熱應力會隨著熔渣的滲入而沿著溫度降低的方向進行傳遞,在各段的交接處形成不同的組織結構,致使磚體出現裂紋,隨著時間的推移形成磚體的損蝕。

結構應力與溫度也有著關系,它是結構本身在高溫作用下產生的一種作用力。在氣爐使用的后期,往往會出現耐火磚下沉的現象,這種下沉現象的發生與剛玉的材質有著一定的關聯,但是最重要的是耐火磚外層材質的抗高溫性有關。假設剛玉磚的荷軟溫度為1700℃以上,在1600℃下3個小時,除去變化率0.2%,也不可能造成耐火磚下沉，因此主要的原因還是在于外部的材料在結構應力的作用下,出現下沉。

延長耐火磚的使用壽命

3.1煤質的控制

在耐火磚的損蝕分析中,可以發現,油渣是造成耐火磚損蝕的主要原因,因此在煤質的運用上需要進行考慮。可以將多種低灰熔點、低灰分和高活性煤,利用新的新的配煤技術,這樣能夠有效的降低煤灰熔融溫度,配煤后的灰分含量越低越好,最多控制在15%。當然,配煤的選擇還需要綜合經濟效益來完成。在氣爐中,配煤是一種減少灰分含量的方法，另外也可以通過添加精煤來降低灰分含量，不同比例的添加，可以依據爐灰成分的檢測來適當的調節，這樣有效的降低爐灰渣的熔點，減輕對耐火磚的損蝕情況。

3.2研究新技術

在確保煤氣化爐的安全前提下，研究新的技術實施能夠有效的減輕耐火磚的損蝕情況，例如對高溫熱偶采用新的轉配技術，使高溫熱偶的壽命得到延長。較少石灰石的添加，能夠降低油渣中CaO的含量。采用自動控制技術，實現氧氣與煤的最佳比例。開發新的燒嘴，改善煤氣化爐的運行工況。新技術都可以從這些出發點進行展開，減輕耐火磚的蝕損情況。

為了減輕煤氣化爐的耐火磚損蝕，可以從以渣抗渣的角度來進行新的技術開發，可以選擇適當的氣化爐溫度，使得耐火磚的表面始終保存著固態渣，這些固態渣能夠很好的將流動渣與磚體相隔開，也就減少的侵蝕和沖刷的可能，增強了耐火磚的抗損蝕能力。

總 結

煤氣化爐耐火磚的損蝕與溫度和煤的使用有著關系，并且煤與溫度之間也有著一定的聯系。可以在煤的選用上進行考慮，盡量選擇那些低灰分、低灰熔點、高活性的煤種。這樣能夠盡量的減輕灰渣對耐火磚的損蝕情況。同時也可以從新的技術手段出發，增強耐火磚的抗損蝕能力，延長它的使用壽命。