德士古煤氣化爐是國內(nèi)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(yīng)的改進措施。

1、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(huán)境和結(jié)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%)、H2(37.3%)、N2(0.5%)、CO2(18.2%)、CH4(0.06%)、H2S(0.11%)、COS(0.0015%)

1.2耐火磚的使用情況和結(jié)果

1號至3號煤氣化爐自2004年相繼投產(chǎn)使用,并在2006年更換新的耐熱材料,具體的情況見下表1。

表1 3套爐磚使用情況

停爐后經(jīng)過檢驗,1號爐中耐火磚有一部分出現(xiàn)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(xiàn)象;3號爐中的耐火磚表面較為光滑,出現(xiàn)的掛渣也很少。

2、耐火磚損蝕分析

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(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生了高溫熔體,熔體的滲透會造成耐火磚材質(zhì)發(fā)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SiO2、CaO、NiO、V2O5、Fe2O3、P2O5等物質(zhì)與耐火磚中的剛玉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),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(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化,造成其物理性質(zhì)的變化。變質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)變化,由于應(yīng)力的作用,出現(xiàn)裂紋并且慢慢擴大,甚至可能出現(xiàn)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(nèi)部,發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生新的礦物質(zhì)鋁酸鈣,使得耐火磚的結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化,出現(xiàn)變質(zhì)。變質(zhì)后的磚體在高溫條件下,反應(yīng)產(chǎn)生的鋁酸鈣與剛玉的熱膨脹系數(shù)存在較大的差異,膨脹的距離相差較大,致使磚體產(chǎn)生裂紋。裂紋會隨著時間的推移而逐漸擴大,最后導(dǎo)致大片的脫落,耐火磚也就出現(xiàn)嚴重的損蝕。另外,熔渣的滲透深度與所處的熱環(huán)境有著較大的關(guān)系,例如壓力越大,滲入深度就越深。

2.3應(yīng)力的作用

使耐火磚發(fā)生損蝕的應(yīng)力主要有兩種,一種為熱應(yīng)力,另外一種是結(jié)構(gòu)應(yīng)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(huán)節(jié)產(chǎn)生熱應(yīng)力,如果停機的次數(shù)過多,也就造成耐火磚的壽命減短。熱應(yīng)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(jié)構(gòu),致使磚體出現(xiàn)裂紋,隨著時間的推移形成磚體的損蝕。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力與溫度也有著關(guān)系,它是結(jié)構(gòu)本身在高溫作用下產(chǎn)生的一種作用力。在氣爐使用的后期,往往會出現(xiàn)耐火磚下沉的現(xiàn)象,這種下沉現(xiàn)象的發(fā)生與剛玉的材質(zhì)有著一定的關(guān)聯(lián),但是最重要的是耐火磚外層材質(zhì)的抗高溫性有關(guān)。假設(shè)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城,因此主要的原因還是在于外部的材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)力的作用下,出現(xiàn)下沉。

3、延長耐火磚的使用壽命

3.1煤質(zhì)的控制

在耐火磚的損蝕分析中,可以發(fā)現(xiàn),油渣是造成耐火磚損蝕的主要原因,因此在煤質(zhì)的運用上需要進行考慮?？梢詫⒍喾N低灰熔點、低灰分和高活性煤,利用新的新的配煤技術(shù),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(dāng)然,配煤的選擇還需要綜合經(jīng)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(jù)爐灰成分的檢測來適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，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(shù)

在確保煤氣化爐的安全前提下，研究新的技術(shù)實施能夠有效的減輕耐火磚的損蝕情況，例如對高溫?zé)崤疾捎眯碌霓D(zhuǎn)配技術(shù)，使高溫?zé)崤嫉膲勖玫窖娱L。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(shù)，事項氧氣與煤的最佳比例。開發(fā)新的燒嘴，改善煤氣化爐的運行工況。新技術(shù)都可以從這些出發(fā)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(shù)開發(fā)，可以選擇適當(dāng)?shù)臍饣癄t溫度，使得耐火磚的表面始終保存著固態(tài)渣，這些固態(tài)渣能夠很好的將流動渣于磚體相隔開，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。

4、總結(jié)

煤氣化爐耐火磚的損蝕與溫度和煤的使用有著關(guān)系，并且煤與溫度之間也有著一定的聯(lián)系?？梢栽诿旱倪x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(shù)手段出發(fā)，增強耐火磚的抗損蝕能力，延長它的使用壽命。