如何提高氣化爐耐火磚的使用壽命

摘 要：文章重點討論了氣化爐耐火磚的性能要求，失效方式，質量保證措施，安裝使用方法對耐火磚使用壽命的影響。

關鍵詞：汽化爐；耐火磚；使用壽命

引言

目前我國在大力發展具有國際水平的水煤漿加壓氣化技術 ，水煤漿加壓氣化的關鍵設備氣化爐，能否穩定操作，長周期正常運行，其關鍵問題是氣化爐用耐火材料的質量。耐火磚在生產成本中占較大比重，延長氣化爐耐火磚的使用壽命，對企業的經濟效益有重大的影響，一值是一個需要探討的問題。

1 德士古水煤漿汽化爐耐火材料的配置

1.1 拱頂：拱頂耐火材料分三層，由里到外分別為90%高鉻磚、鉻剛玉澆注料、耐火纖維氈。

1.2 筒體：筒體耐火材料分四層，由里到外分別為：90%高鉻磚，12%剛玉磚、氧化鋁空心球磚、耐火纖維氈。

1.3 錐體：錐體耐火材料分四層，由里到外分別為：90%高鉻磚，12%剛玉磚、鉻剛玉澆注料、耐火纖維氈。

2 水煤漿加壓氣化爐耐火材料簡介

煤氣化技術具備高反應溫度、高氣化壓力、高碳轉化率、高熱能綜合利用、低污染物排放等“四高一低”的特點。水煤漿加壓氣化爐具有結構簡單、對原料適用性強、氣化后有效組分高，單爐產氣能力大等特征。水煤漿在加壓氣化過程中，使用溫度從1250℃到1450℃，壓力從1.9Mpa到8.9Mpa，水煤漿形成流動性很強的酸性熔渣，對汽化爐內襯耐火磚的侵蝕和沖刷極其嚴重。汽化爐用耐火材料的的使用條件極為苛刻，因此耐火材料的選擇極為重要。汽化爐耐火材料主要包括向火面磚（鉻鋁鋯磚）；支撐磚（鉻剛玉磚）；保溫磚（氧化鋁空心球磚）；硅酸鋁纖維氈、陶瓷纖維可塑料；鉻剛玉澆注料、氧化鋁空心球澆注料。因向火面磚（鉻鋁鋯磚）工作環境最差，性能要求最高，成本最貴，本章重點討論向火面（鉻鋁鋯磚）。

汽化爐向火面內襯耐火磚，經歷了從剛玉、尖晶石到60%、80%、90%、95%鉻鋁鋯磚的發展歷史。鉻鋁鋯磚是目前耐火材料制品中體積密度最大的制品，體積密度可達4.25g/cm3以上，燒制后常溫耐壓最高可達180Mpa，具有很高的抗高速沖刷能力。鉻鋁鋯磚的氧化鐵、氧化硅等雜質含量極少，其高溫性能好，抗高溫蠕變性能強。由于鉻鋁鋯磚中添加有超細粉，氣孔率可小于16%，使其具有很好的抗爐渣侵蝕能力。所以鉻鋁鋯磚是目前汽化爐向火面磚最佳的耐火材料。

3 德士古水煤漿汽化爐向火面耐火磚的失效方式

由于汽化爐向火面耐火磚長期與高溫、高壓、低粘度和具有一定還原性的工藝介質相接觸，局部區域還直接承受火焰沖刷和舔燒，工藝調整時溫度、壓力變化急劇，工作條件苛刻，因此，耐火磚失效損傷形式多種多樣，產生的原因也錯綜復雜。針對不同的外部條件和耐火磚損傷消耗的不同規律，我們把汽化爐耐火磚的失效方式分為：塊狀剝落、燒蝕損壞、沖刷損壞和化學侵蝕。

3.1 塊狀剝落模式（最主要的失效方式）

當耐火磚表面出現深度超過1.5mm，且具有一定面積的塊狀形態時，即認為耐火磚的損傷以塊狀剝落為主，是耐火磚損耗和對壽命影響最大的一種模式。引起塊狀剝落的原因有以下幾個方面：

3.1.1 磚與磚之間的相對位移

各層磚在升溫、降溫過程中，升、降溫速率不同以及在發生位移時所受的約束和阻力不同，磚與磚之間發生相對位移。位移產生的摩擦剪切作用和局部撕開作用，導致耐火磚表面裂紋。

3.1.2 磚縫及爐渣侵蝕

爐磚與磚縫的侵蝕不僅沿著徑向，而且還沿著耐火磚的圓周方向對爐磚產生侵蝕作用。

3.1.3 耐火磚應力集中

爐磚凹凸槽的存在使單塊磚的形狀變的復雜，成型制造過程中易產生應力集中，嚴重時出現表面裂紋，加劇了耐火磚的塊狀剝落。

3.1.4 耐火磚徑向溫差

耐火磚延圓周方向存在裂紋時，使徑向溫度變化得不到連續，產生應力集中，是裂紋擴展，導致耐火磚剝落。

3.1.5 爐內襯幾何形狀不光滑

內襯磚在穹頂處容易因筑爐尺寸控制不當，變得不光滑。內襯磚受熱向上膨脹過程中在此處產生應力集中，導致耐火磚在此處斷裂，或受過度擠壓而剝落。

3.2 燒蝕損耗模式

在局部富氧區和高溫氣流直接舔燒區域，耐火磚表面組織軟化和強度下降，部分結合面被直接燒損。

3.3 沖蝕損耗模式

高速氣流和沿爐壁流動的爐渣沖刷和磨損。

3.4 化學侵蝕

生成氣中的H2和CO，與磚中的SiO、Fe203發生反應，導致氣孔和裂紋的加大，破壞了磚的結構。

4 提高耐火磚使用壽命的措施

4.1 生產環節

嚴格按制造標準生產、檢驗、檢測。耐火磚中Gr2O3的含量越高，抗侵蝕性能就越強。所以提高耐火磚中Gr2O3的含量，可以提高鉻鋁鋯磚抗侵蝕性。增大耐火磚的體積密度，使氣孔微細化，減少化學侵蝕的途徑，從而抗爐渣侵蝕性能。對所供貨物采取防水、防潮、防震、防銹、防擠壓和防野蠻裝卸等保護措施，以保證貨物安全運達目的地。耐火水泥所配套的添加劑應分袋包裝在火泥中，不得摻混。

4.2 砌筑環節

保證內表面光滑、筒壁的垂直度、圓度、整體中心度符合砌筑要求，做到隨砌隨檢。砌筑向火面磚的泥漿采用與向火面磚的化學成分近似的泥漿，檢查耐火泥、耐火澆注料是否過期好用，向火面磚與其它耐火磚之間留有一定的間隙，以便于在熱膨脹的情況下能夠相對自由錯動。保證相鄰耐火磚之間的各縱向灰縫不大于2mm，上下層，內外層之間灰縫相互錯開，不允許出現從向火面至汽化爐爐壁相應貫通，橫向連成直線的情況。嚴禁對磚的表面進行裝飾性修補。

4.3 煤種選用

爐渣中的CaO對耐火磚的侵蝕相對其它氧化物較為突出，選用CaO含量較低的優質煤，可以提高鉻鋁鋯磚抗侵蝕性。但煤中CaO含量低又會導致煤的灰熔點偏高，堵塞渣口。所以CaO含量也不易過低。

4.4 操作環節

烘爐：嚴格按照烘爐曲線烘爐，防止由于爐溫變化過快引起耐火磚產生位移。

掛渣：爐磚中的Gr2O3與渣中的Fe2O3、AI2O3、FeO、MeO反應生成復合尖晶石（Mg、Fe）O（AI、Gr、Fe）2O3，在耐火材料表面形成一個致密層，融化的熔渣使爐內高溫氣流不會與耐火磚表面直接接觸，可以防止爐渣的侵蝕。

熔渣：熔渣不及時堵塞渣口，爐內超壓，影響負荷。熔渣過度，損傷爐磚。熔渣過程中要及時分析爐渣中Gr2O3含量的變化情況，科學操作。

日常操作：盡量避免溫度、壓力的急劇變化，避免超溫、超壓運行。

5 結束語

隨著煤氣化技術的快速發展，汽化爐耐火磚的生產技術日趨成熟，耐火材料的性能被充分認識，耐火磚的使用壽命越來越長。目前，水煤漿汽化爐耐火磚廣泛應用在使用灰熔點較高的優質煤的生產企業，一些只有劣質煤的單位，因為低灰熔點，無法進行“掛渣”。有的企業從整體經濟效益考量，提高了操作溫度和壓力，追求更大產氣量，不對耐火磚爐壁進行“掛渣”處理，以犧牲爐磚為代價爭取更大的綜合效益。德士古水煤漿耐火磚汽化爐限于使用優質煤種，為了適用劣質煤種，減低原料成本，我國已經試驗成功了“第二代清華爐”——水煤漿水冷壁氣化技術。此技術，為大型煤化工企業的煤氣化技術提供了新的選型，也迫使汽化爐磚生產企業，不斷研發、推廣更低成本的耐火材料，適應市場競爭的需要。