文档介绍：德士古煤气化炉耐火砖问题探讨
根据耐火砖的蚀损机理, 煤熔渣对耐火砖的侵蚀主要包括三个过程,即溶解、渗透和冲刷磨损。对一定的炉衬材料而言,溶解过程受耐火材料上的渣边界层扩散过程所控制,溶解速率取决于温度的高低,因此,操作温度是影响耐火砖寿命的主要因素。从上焦使用过的三炉砖看,由于受煤质影响均不同程度在大于1 400 ℃高温运行一段周期,特别是2号炉,在大于1 400 ℃运行近1 000 h,最高操作温度达1 480 ℃,因此对砖的使用寿命造成了不同程度的影响。对于鲁南化肥厂以及渭河化肥厂的第一炉砖,由于均使用高灰熔点煤,其操作温度均在1 400 ℃以上,特别是渭河化肥厂,当测温热电偶损坏后,较长时间以CH4含量达70×10-6为参考运行,此值估算在1 500 ℃左右,因此造成了对耐火砖的严重损伤。根据经验,在适宜的操作温度以上,每增长100 ℃,耐火砖的蚀损率将增长近四倍,因此,选择高活性与低灰熔点的煤种,使气化炉在较低的操作温度下运行,是延长耐火砖寿命的重要途径。
由于熔渣的渗透将导致砖的变质带与原砖带间不同的热膨胀系数,当温度与压力急剧变化时,如开停车及发生操作故障时,变质带与原砖带间就将产生热应力裂纹,这种裂纹在多次的温度压力波动中,不断扩展加深直至砖层剥落。因此,在一定的操作温度条件下,开停炉次数的增加将会加剧耐火砖的蚀损。从1号炉与3号炉的使用情况看,其运行条件相近,但3号炉的开停炉次数相对少(每次开炉平均运行周期:1号炉为225 h,3号炉为305 h, 而国外装置在700 h)。所以这也是3号炉的耐火砖平均蚀损率比1号炉低的原因之一。
煤灰性质的差异同样会对耐火砖的使用寿命产生影响。煤灰渣中最易渗透的成分是SiO2和CaO, 其次是FeO、Al2O3, 因此,渣中含有较高SiO2和CaO时,对Cr砖的腐蚀也就越大。煤灰的组成确定了渣的粘度与温度的关系,在适宜的粘度和操作温度下,耐火砖表面将保持一层固态的煤渣层,这层挂渣将有助于防止进一步的渣冲蚀,起到以渣抗渣的效果。当进一步降低渣粘度,这层挂渣效果变差,另外的渣将直接冲蚀砖表面。当增加渣粘度,将会堵塞渣口而影响气化炉运行。因此,煤灰渣的粘温特性也是气化炉操作的重要参考数据。对于煤中灰量的多少,一般不会造成对砖寿命的较大的影响,但当灰含量太高(20 %),或气化炉大幅度超负荷运行,将会加大对耐火砖的冲刷磨损。美国依斯曼(Eastman)公司的一炉砖在气化炉超负荷(130 %负荷)条件下运行,比设计负荷下运行减少寿命33%,特别是加剧了渣口砖的蚀损。
热面耐火砖的选材与结构设计问题
(1) 设计选材
设计选材对耐火砖的寿命至关重要。在材质的选择上,选择了抗渣性较好的含Cr2O3主材的耐火砖,由于纯的Cr2O3 材料不易烧结致密,气孔率较高,渣易渗透,所以在渣中引入了Al2O3材料,为提高铬质材料的热稳定性,引入了ZrO2材料,因此,铬铝锆型砖是熔渣气化炉较理想的耐火砖。在设计选材时,存在二种主要的设计观点:一是全套热面砖
采用优质砖(如上焦炉砖设计,全套采用了Zirchrom 90砖),二是根据炉内不同部位蚀损不同,采用不同材质的砖,达到整体蚀损均匀,同步换砖,降低整体费用的目的(如依斯曼装置,其拱顶及直筒上部采用Zrichrom 60砖,直筒中下部及渣口砖采用Anirex 90砖)。根据上焦三炉砖经验及其它装置经验,笔者认为,前者适合新投产装置,因为试车期间负荷低,高温区上移,且试车阶段工况较恶劣。采用优质砖可避免因试车一结束,就要投入大量的人力、财力和时间去更换耐火砖而影响正常生产。另外,还有一种做法,即在不同部位采用不同的砖厚度,由于给砖的制作及管理带来较多麻烦,一般不予推荐。
(2) 结构设计问题
在耐火砖的使用中,暴露出了设计上的问题。一是耐火砖上四周的舌槽结构问题,从三台气化炉拆下的残砖上观察,相当一部分砖的舌槽根部出现裂纹,这是由于在使用中该处应力集中而造成的,砖的剥落与掉砖常常源与该裂缝,因此,取消舌槽,尤其是在直筒部位及渣口砖上完全去掉该舌槽,以减少砖的内部应力,降低产生大块剥落的可能性,而且制造和筑炉质量都会得到较大的提高。二是拱顶背衬砖后预留的15~30 mm膨胀缝问题,在上焦及渭河化肥厂都出现拱顶超温(最高达580 ℃)而被迫停车,当用空心球填满该缝后,热点消失,因此,应尽量减小该膨胀缝以减少拱顶串气的可能性。三是拱顶气体涡流较强,不应设置测压或测温孔。四是进一步改进设计,将锥底(渣口)砖设计成可局部更换的锥底砖体结构。
筑炉质量问题
筑炉质量好坏同样会影响耐火砖的使用寿命。主要是砖缝问题。在砖衬设计的技术要求中,对砖的横缝(1 mm)、竖缝( mm)以及砖缝灰浆的调配与使用都作了严格要