淺談新型氣化爐拱頂耐火磚損蝕的原因分析 二維碼
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來源：高溫節能保溫技術網址：https://mp.weixin.qq.com/s/q_j2OcbBJnkTNgXIS63CiQ 國內某化工廠多噴嘴對置式新型氣化爐是第一套大型工業示范裝置，氣化裝置二開一備建設了三臺操作壓力為4.0MPa、溫度在1200～1300℃、日處理1000t煤的多噴嘴對置式氣化爐。氣化爐是水煤漿加壓氣化裝置的主要設備，而氣化爐耐火磚材質的質量是影響氣化爐運行周期的主要因素。氣化爐操作，要求高溫、高壓。氧氣與煤漿通過工藝燒嘴對噴進入氣化爐，對噴撞擊形成6個特征各異的流動區，加劇了對耐火磚的沖刷，并且在開停車時會引起爐溫的急劇變化，因而要求襯里有較高的抗熔渣侵蝕性和滲透性、較高的熱態強度、較好的高溫體積穩定性。氣化爐爐膛分為三部分，上部為拱頂部分，中間為筒體部分，下部為錐底及渣口部分。三部分之間相互獨立，有利于各部分的拆除或更換。不同部位耐火磚的損蝕速率并不一致，根據運行經驗發現燒蝕速率較快的為拱頂部分的耐火磚。   多噴嘴對置式新型氣化爐采用國產耐火材料，多噴嘴氣化爐燃燒室耐火磚的結構由向火面磚、背襯磚、隔熱磚三層磚組成。 1.向火面磚 由于向火面磚與煤熔渣直接接觸，是氣化爐用耐火材料最苛刻的部位，所以選用90鉻鋁鋯磚(俗稱高鉻磚)。鉻鋁鋯磚所用主要原料為Cr2O3具有很好的熱態穩定性能和抗高溫熔渣、氣流沖刷、侵蝕性能。 2.背襯磚 背襯磚在向火面磚后，對氣化爐耐火磚整體起至關重要的力學支撐作用，所以選用鉻剛玉磚。鉻剛玉磚常溫強度大、化學穩定性好、承重效果好，具有優良的抗煤熔渣侵蝕性能和抗高溫蠕變性能。 3.隔熱磚 隔熱磚在背襯磚之后，對氣化爐起保溫作用，使熱損失降低，所以選用氧化鋁空心球磚。氧化鋁空心球磚有明顯的保溫特性，導熱系數低，是一種耐高溫、節能優異的輕質耐火材料，在各種氣氛下使用都非常穩定，具有很好的抗腐蝕性氣體的侵蝕能力和緩沖熱應力能力。 4.重質澆注料(鉻剛玉澆注料) 鉻剛玉澆注料用于球頂及錐底，澆注料和磚相比優點是無灰縫(即整體性好)，施工方便，特別是復雜結構的施工。鉻剛玉澆注料抗煤熔渣侵蝕性能好，高溫強度高，高溫線變化小，在高溫高壓還原氣氛下長期使用性能穩定。 拱頂耐火磚的壽命對新型氣化爐工藝至關重要，是制約氣化爐長周期穩定運行的重大因素，造成系統不能連續運行，檢修成本升高，據統計，每臺氣化爐每次更換拱頂磚周期約40d，直接費用約120萬元。通過氣化爐內流場分布以及耐火磚結構的研究，結合爐內工作條件，多方面分析耐火磚損蝕原因并采取了相應措施。 結構設計原因 1.拱頂向火面磚厚度不足 向火面磚厚度為200mm，當向火面磚厚度減薄到原厚度的1/3時，耐火磚達到使用壽命，不能繼續使用。根據拱頂磚現場實測減薄速度可以看出耐火磚厚度薄，減薄速度快，是造成整體耐火磚壽命短的關鍵原因。 改造前新型氣化爐拱頂磚設計由三層構成，最里層為向火面磚，中間層為背襯磚，最外層為隔熱磚。改進后新型氣化爐拱頂部分耐火磚由原設計的三層變為兩層，里層為向火面磚，最外層為重質澆注料，取消了中間層的背襯磚。改造后由向火面磚取代原背襯磚部分，從而增加了向火面磚的厚度，延長了燒蝕速率，從而延長了拱頂部分耐火磚的使用壽命。 2.封堵磚結構不合理 封堵磚設計為圓柱體，其主要密封面封堵磚側面與B磚為間隙密封，設計間隙為2mm，實際上耐火磚的制造與砌筑都存在一定誤差，尤其氣化爐使用后，封堵磚的二次安裝，其耐火磚密封面上的融渣無法徹底清理干凈，封堵磚為澆筑件，制造尺寸誤差在2mm左右，根據以上幾種情況封堵磚實際預留間隙都大于4mm，否則就無法順利安裝，由于間隙過大密封效果差，拱頂爐頸處多次竄氣超溫。氣化爐拱頂預制件使用壽命短。 對氣化爐頂部封口磚結構形式進行改造: 1)氣化爐頂部預制件由原設計的圓柱凸臺型改為圓錐凸臺型。 2)對B磚進行了加厚，將預熱口尺寸縮小，將預熱口由圓柱孔改為圓錐孔。改變緊靠B磚的A磚的設計為A1磚，目的是保護B磚。 3)通過多次對氣化爐向火面磚檢查總結，發現拱頂磚B磚至K磚蝕損過快為氣化爐的薄弱點。我們對拱頂耐火磚進行了重新設計改進，把拱頂原耐火磚一道子母槽改為兩道，增加一道磚縫侵蝕的防線。 通過上述改造拱頂爐頸處竄氣超溫現象得到有效改善，延長了氣化爐拱頂預制件使用壽命。 原料原因 1.煤的灰熔點的影響 簡單地說，灰熔點就是灰分熔融時的溫度。煤種含有的硅、鋁、鐵、鎂、鉀、鈣、硫、磷等元素和以碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和硫化物構成了煤的灰分。煤的灰熔點決定了氣化爐的操作溫度，灰熔點低，操作溫度相對較低，有利于耐火磚的保護;灰熔點高，操作溫度必然要相對提高，爐內熱輻射大，加快了對耐火磚的熱侵蝕速度。 灰熔點的大小與灰分的組成有關，若灰分中SiO2和Al2O3的比例越大，其熔化溫度越高;而Fe2O3和MgO等堿性成分的比例越高，則熔化溫度越低?？梢酝ㄟ^添加助熔劑加以調整。煤灰渣多屬于酸性渣，助熔劑常選用堿性的CaO或熱解能產生的CaO的CaCO3來加以調整。也可以采用摻配煤技術，控制入爐煤灰熔點。氣化用煤的灰熔點一般控制在1300℃以下。 2.灰渣粘度的影響 多噴嘴對置式新型氣化爐采用液態排渣，操作溫度升高，灰渣粘度降低，有利于灰渣的流動，但灰渣粘度太低，耐火磚直接與高溫氣體接觸，侵蝕和剝落將加劇;操作溫度偏低，灰渣粘度升高，不利于灰渣的流動，容易積渣堵塞渣口。只有在最佳粘度范圍內操作才能在耐火磚表面形成一定厚度的灰渣保護層，即延長了耐火磚使用壽命又不至于堵塞渣口。因此為防止高溫氣體對耐火磚的侵蝕，在耐火磚表面保持一層灰渣渣膜是十分必要的。所以多噴嘴對置式新型氣化爐的最佳操作溫度根據灰渣的黏溫度特性而定，一般黏度在250P以下。 1.出燒嘴的氧氣流速不合理 氧氣流速不合理不但會影響霧化效果，還會加速燒嘴附近耐火磚的蝕損。在不改變氣化爐整體結構的情況下，控制氣化爐的負荷和氣化爐的壓力。根據華東理工大學熱模實驗結果及計算，制定出不同裝配尺寸的工藝燒嘴在不同操作壓力下所對應的操作負荷。使氧氣流速≤140m/s。 2.頻繁開停車 氣化爐頻繁開停車會引起爐溫的急劇變化，使耐火磚的熱應力發生急劇變化從而導致爐襯產生裂紋，加劇耐火磚的侵蝕速率、降低耐火磚使用壽命。應保持操作工況穩定，避免波動盡量減少氣化爐開停車次數。 3.操作溫度 氣化爐操作溫度一般控制在超過灰熔點50～100℃，才能保證煤充分氣化、熔渣能順利排出。溫度過低，灰渣不能順利排出，造成渣口堵塞;溫度過高，灰渣對耐火磚的侵蝕和滲透增加。操作溫度每升高100℃，耐火磚的侵蝕速率將增加3～4倍。溫度過高會使耐火磚中的Cr2O3被還原，導致結構被破壞。因此要嚴格控制操作溫度，溫度低限應高于熔渣黏度250P對應的溫度;溫度高限應為熔渣黏度30～50P對應的溫度，同時還要避免溫度大幅波動。 4.操作壓力 操作壓力波動會對耐火磚磚縫造成影響，導致氣化爐耐火磚竄氣，降低耐火磚使用壽命。因此在系統開停車時，應按升降壓曲線操作，避免過快的升降壓;在正常操作時，應保持壓力穩定，避免壓力波動。 經過改進，多噴嘴對置式新型氣化爐拱頂耐火磚使用壽命大幅度提高，對拱頂耐火磚蝕損因素有了全面了解，根據蝕損因素采取相應對策使拱頂耐火磚使用時間逐漸延長，因拱頂耐火磚超溫而導致新型氣化爐停車的現象逐漸減少。最早拱頂磚使用壽命A、B、C氣化爐耐火磚最長運行周期長達4771h，最短僅1885.6h，一般約3500h左右，通過技術改造和改進操作后，取得了新氣化爐耐火磚使用9700h、老氣化爐耐火磚使用8500h的成績。實現了系統長周期穩定運行。 |