浅析影响气化炉耐火砖使用寿命的因素
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方 向的膨胀应力 的作 用 。气化 炉耐 火材料分布示意见图 １ 。
行 。影 响气化炉耐 火砖 使用寿命 的主要 因素有气化 炉温度 、 耐火砖 的砌筑 质量 、 气 化炉设 计结 构 、 工 艺操作 和煤 质 的影 响等 。
１
耐火 砖损 蚀 与渣 抗机 理
水煤浆与氧气在约 １ ２ ０ ０℃的气化炉 内燃 烧并熔融成球
料， 用于填充膨胀缝 ， 不但具有 良好 的伸缩性能 ， 又能在 高温
砖气化炉 运行 情况来看 ， 耐火 砖 性能 的优 劣 、 使 用 寿命 的长
短， 在 很大程度 上影 响 到整 个气 化 装置 能 否长 周 期 稳定 运
下保持足够 的抗应力 强度 ， 起到 绝热保 温 ， 并且缓 冲来 自各
第 ７期
葛吴成 ： 浅析影响气化炉耐火砖使用 寿命 的因素
・１ ３ ９・
浅 析 影 响气 化 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 耐火 砖 使 用 寿 命 的 因 素
葛昊成
（ 上海化工研究 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ６ ２ ）
摘要 ： 分析 了耐火砖 以渣抗渣和损蚀机 理 ， 浅析气化炉温度 、 耐火砖 的砌 筑质量 、 气化 炉设计结 构 、 工 艺操作 和煤质 等影响气化 炉
作者简介： 葛吴成（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 上海人， 本科， 助理工程师， 从事新型煤气化技术的研究。
山
・
东
化
工
’
１ ４０ ・
Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
２ ０ １ ４年第 ４ ３卷
膨胀应力 ， 其物理结构 遭到破 坏 ， 表 面不 断产 生裂 痕。据相 关数据显示 ， 气化炉操作 温度 升高 １ ５ ０℃ ， 耐火砖 受应 力及
２ 气化炉耐火砖结构
从整体上看 ， 将气化炉按照简体 （ 炉壁） 、 烧嘴室、 锥体 和拱顶 ４ 部分划分 ， 根据各部分所受温度及接触介质的差
异， 分别 用不同材质的 耐火砖 进行 砌筑 ， 各 部分 耐火 砖可 独 图１ 气化炉耐火材料分布 示意图
立更换 ， 共 同保障气 化炉的安全 运行。
化学 损蚀 的破坏将增大两倍 以上 。
比， 将气化 炉拱 顶 由圆柱 形改 造成 圆锥形 ， 并 降低 气化 炉物 料喷入速度 ， 改 善了气流循环 方式 ， 以减少应力集中现象 ， 才
解 决 了 该 问题 。
烘炉时 ， 要根据设计要求 和现场条件制 定合理的升 温曲 线。选择缓慢平稳的升温 曲线 可有 效控制 气化 炉上 下温 差 在１ ０ ０ ｏ ｃ以下 ， 避免部分耐火砖温 度过高而产生裂 痕。气化 炉温度提高至 ８ ０ ０℃ 左右后 ， 烘 炉操 作进 入到保 温期 ， 保 温 的 目的是消除耐火砖 内及砌筑 时残 留的水分 ， 以延长耐 火砖 的使用寿命 ， 保温时间视 耐火砖 的情 况而 定 ， 若水 分较 多可 适 当延长保温时 间。保温结束 后 ， 不可直接引入外部 空气降 温， 需 继续 通人烟气 ， 缓 慢 降低 气 化炉 温度 ， 直 至烘 炉完 毕 ， 防止温度骤 降引起耐 火砖 开裂 。 正 常运行时 ， 气化炉操作 温度控制在高于煤灰 熔点温度
制气化炉壳 体温度 ， 具 有 隔热保 温的作 用 ， 位 置在 背衬砖 后
式水煤浆 加压气化 技术 （ 华东理 工 大学 、 兖 矿鲁南 化肥 厂和
中国天辰 化学 工程公司共 同设 计 ）， 从 使用 这些技 术 的耐火
方， 采用氧化 铝 空 心球 砖 （ 埘（ Ａ ｈ Ｏ ， ） ≥９ ８ ％） ； ④ 可压 缩 材
或裂纹的损蚀 ； 加 之气 化 炉 开停 车 时温 度 和压 力 的骤 然 升 降， 甚至有大块 耐火材料直接剥 落。熔 渣的剧烈 冲刷 与损 蚀
严重影响耐火砖的使用 寿命 ， 因此 ， 适应 气化 炉运 行要 求 的
耐火砖 必须具有 良好的抗熔 渣侵蚀性 、 较高 的机械强 度 以及 较好 的高温体积稳定性能 。
４ 种： ① 向火面砖 ， 要 求砖体能 自由膨胀 ， 砖与 砖之 间不能 以
凹凸齿相扣 ， 可选用 ９ Ｏ铬铝 锆砖 （ 俗称 高铬 砖 ， （ Ｃ ｒ ２ Ｏ ， ） ≥
８ ６ ％） ； ②背衬砖 ， 除 了抗 高温外 ， 还起到 承受 拱顶 部分 耐火
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４一ｏ ５—２ ｌ
耐火砖的主要因素 ， 针对各影响 因素， 提出了为延长耐火砖使用寿命的方法。
关键词 ： 耐火砖 ； 寿命 ； 温度
中图分类号： Ｔ Ｑ ０ ５ ４ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８－０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ４） ０ ７－ ０ １ ３ ９—０ ２
耐火砖是气化炉 的重要 组成 部分 ， 目前 ， 国 内现有 采用
状液滴 （ 熔渣 ） ， 熔渣 黏附在气化 炉耐 火砖 受热面 上 ， 生长 和 不断积累形成 了渣体覆盖层 （ 初 始渣 层 ） 。随着 初始 渣层厚 度的增 加 ， 渣层表面 温度升高 ， 已形成的渣层 不断向下 流动 ，
被新 的熔 渣所 替代 ， 使 气化 炉 内的渣层 达 到动 态平衡 ， 起 到 了以渣抗 渣的效果 ， 保护 了耐火砖并延 长了其使用寿命 。 然而 ， 由于熔渣伴随 高速气 流 沿气 化炉 炉壁 流下 ， 最 外 层耐火砖不断被熔 渣冲刷 ； 熔 渣还会与耐火 砖中的某些元 素 反应 ， 特别是 Ｃ ａ Ｏ和 Ｍ ｇ Ｏ等酸性 熔渣 会 沿着耐 火砖 锻压 成 型时残 留的气孔或 裂纹逐步渗透 ， 在高 温下 与 Ｃ ｒ ２ ０ ３ 发 生微 弱的反应 ， 使 之不断溶解于熔渣 中 ； 粗 煤气的主要成分 Ｈ ： 和 Ｃ Ｏ会与耐火砖 中的 Ｓ ｉ Ｏ 和Ｆ ｅ Ｏ ， 反应， 加重 对耐火 砖气 孔
砖重量 的作 用 ， 位置在 向火面砖后方 ， 通常采用 １ ２铬 刚玉砖
耐火砖气 化 炉 的 主要技 术 有 非 熔 渣 一熔 渣 分 级气 化技 术
（ 第１ 代清华 炉 ） 、 Ｔ ｅ ｘ ａ ｃ ｏ水煤浆 加压 气化 技术 、 多喷嘴对 置
（ 即 （ Ｃ ｒ ２ ０ ３ ） ≥１ ２ ％， 高密 度铬铝 材料 ） ； ③ 隔热砖 ， 有效控
各部分耐火砖按所用 材 质的 不 同从 里 到外 最多 可分 为
３ 影响耐火砖使用寿命的因素及注意事项
３ ． １ 温度
由于不 同材 质 的耐火 砖 膨胀 系数 不 同 ， 以及 受 到频 繁 开、 停车 引起 的炉温波动影响 ， 使得耐火砖存在着 温度梯 度 ， 在气化 炉壳体的抑制作 用下 ， 导致 耐火 砖经受了巨大的径 向
行 。影 响气化炉耐 火砖 使用寿命 的主要 因素有气化 炉温度 、 耐火砖 的砌筑 质量 、 气 化炉设 计结 构 、 工 艺操作 和煤 质 的影 响等 。
１
耐火 砖损 蚀 与渣 抗机 理
水煤浆与氧气在约 １ ２ ０ ０℃的气化炉 内燃 烧并熔融成球
料， 用于填充膨胀缝 ， 不但具有 良好 的伸缩性能 ， 又能在 高温
砖气化炉 运行 情况来看 ， 耐火 砖 性能 的优 劣 、 使 用 寿命 的长
短， 在 很大程度 上影 响 到整 个气 化 装置 能 否长 周 期 稳定 运
下保持足够 的抗应力 强度 ， 起到 绝热保 温 ， 并且缓 冲来 自各
第 ７期
葛吴成 ： 浅析影响气化炉耐火砖使用 寿命 的因素
・１ ３ ９・
浅 析 影 响气 化 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 耐火 砖 使 用 寿 命 的 因 素
葛昊成
（ 上海化工研究 院 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ６ ２ ）
摘要 ： 分析 了耐火砖 以渣抗渣和损蚀机 理 ， 浅析气化炉温度 、 耐火砖 的砌 筑质量 、 气化 炉设计结 构 、 工 艺操作 和煤质 等影响气化 炉
作者简介： 葛吴成（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 上海人， 本科， 助理工程师， 从事新型煤气化技术的研究。
山
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东
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１ ４０ ・
Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
２ ０ １ ４年第 ４ ３卷
膨胀应力 ， 其物理结构 遭到破 坏 ， 表 面不 断产 生裂 痕。据相 关数据显示 ， 气化炉操作 温度 升高 １ ５ ０℃ ， 耐火砖 受应 力及
２ 气化炉耐火砖结构
从整体上看 ， 将气化炉按照简体 （ 炉壁） 、 烧嘴室、 锥体 和拱顶 ４ 部分划分 ， 根据各部分所受温度及接触介质的差
异， 分别 用不同材质的 耐火砖 进行 砌筑 ， 各 部分 耐火 砖可 独 图１ 气化炉耐火材料分布 示意图
立更换 ， 共 同保障气 化炉的安全 运行。
化学 损蚀 的破坏将增大两倍 以上 。
比， 将气化 炉拱 顶 由圆柱 形改 造成 圆锥形 ， 并 降低 气化 炉物 料喷入速度 ， 改 善了气流循环 方式 ， 以减少应力集中现象 ， 才
解 决 了 该 问题 。
烘炉时 ， 要根据设计要求 和现场条件制 定合理的升 温曲 线。选择缓慢平稳的升温 曲线 可有 效控制 气化 炉上 下温 差 在１ ０ ０ ｏ ｃ以下 ， 避免部分耐火砖温 度过高而产生裂 痕。气化 炉温度提高至 ８ ０ ０℃ 左右后 ， 烘 炉操 作进 入到保 温期 ， 保 温 的 目的是消除耐火砖 内及砌筑 时残 留的水分 ， 以延长耐 火砖 的使用寿命 ， 保温时间视 耐火砖 的情 况而 定 ， 若水 分较 多可 适 当延长保温时 间。保温结束 后 ， 不可直接引入外部 空气降 温， 需 继续 通人烟气 ， 缓 慢 降低 气 化炉 温度 ， 直 至烘 炉完 毕 ， 防止温度骤 降引起耐 火砖 开裂 。 正 常运行时 ， 气化炉操作 温度控制在高于煤灰 熔点温度
制气化炉壳 体温度 ， 具 有 隔热保 温的作 用 ， 位 置在 背衬砖 后
式水煤浆 加压气化 技术 （ 华东理 工 大学 、 兖 矿鲁南 化肥 厂和
中国天辰 化学 工程公司共 同设 计 ）， 从 使用 这些技 术 的耐火
方， 采用氧化 铝 空 心球 砖 （ 埘（ Ａ ｈ Ｏ ， ） ≥９ ８ ％） ； ④ 可压 缩 材
或裂纹的损蚀 ； 加 之气 化 炉 开停 车 时温 度 和压 力 的骤 然 升 降， 甚至有大块 耐火材料直接剥 落。熔 渣的剧烈 冲刷 与损 蚀
严重影响耐火砖的使用 寿命 ， 因此 ， 适应 气化 炉运 行要 求 的
耐火砖 必须具有 良好的抗熔 渣侵蚀性 、 较高 的机械强 度 以及 较好 的高温体积稳定性能 。
４ 种： ① 向火面砖 ， 要 求砖体能 自由膨胀 ， 砖与 砖之 间不能 以
凹凸齿相扣 ， 可选用 ９ Ｏ铬铝 锆砖 （ 俗称 高铬 砖 ， （ Ｃ ｒ ２ Ｏ ， ） ≥
８ ６ ％） ； ②背衬砖 ， 除 了抗 高温外 ， 还起到 承受 拱顶 部分 耐火
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４一ｏ ５—２ ｌ
耐火砖的主要因素 ， 针对各影响 因素， 提出了为延长耐火砖使用寿命的方法。
关键词 ： 耐火砖 ； 寿命 ； 温度
中图分类号： Ｔ Ｑ ０ ５ ４ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８－０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ４） ０ ７－ ０ １ ３ ９—０ ２
耐火砖是气化炉 的重要 组成 部分 ， 目前 ， 国 内现有 采用
状液滴 （ 熔渣 ） ， 熔渣 黏附在气化 炉耐 火砖 受热面 上 ， 生长 和 不断积累形成 了渣体覆盖层 （ 初 始渣 层 ） 。随着 初始 渣层厚 度的增 加 ， 渣层表面 温度升高 ， 已形成的渣层 不断向下 流动 ，
被新 的熔 渣所 替代 ， 使 气化 炉 内的渣层 达 到动 态平衡 ， 起 到 了以渣抗 渣的效果 ， 保护 了耐火砖并延 长了其使用寿命 。 然而 ， 由于熔渣伴随 高速气 流 沿气 化炉 炉壁 流下 ， 最 外 层耐火砖不断被熔 渣冲刷 ； 熔 渣还会与耐火 砖中的某些元 素 反应 ， 特别是 Ｃ ａ Ｏ和 Ｍ ｇ Ｏ等酸性 熔渣 会 沿着耐 火砖 锻压 成 型时残 留的气孔或 裂纹逐步渗透 ， 在高 温下 与 Ｃ ｒ ２ ０ ３ 发 生微 弱的反应 ， 使 之不断溶解于熔渣 中 ； 粗 煤气的主要成分 Ｈ ： 和 Ｃ Ｏ会与耐火砖 中的 Ｓ ｉ Ｏ 和Ｆ ｅ Ｏ ， 反应， 加重 对耐火 砖气 孔
砖重量 的作 用 ， 位置在 向火面砖后方 ， 通常采用 １ ２铬 刚玉砖
耐火砖气 化 炉 的 主要技 术 有 非 熔 渣 一熔 渣 分 级气 化技 术
（ 第１ 代清华 炉 ） 、 Ｔ ｅ ｘ ａ ｃ ｏ水煤浆 加压 气化 技术 、 多喷嘴对 置
（ 即 （ Ｃ ｒ ２ ０ ３ ） ≥１ ２ ％， 高密 度铬铝 材料 ） ； ③ 隔热砖 ， 有效控
各部分耐火砖按所用 材 质的 不 同从 里 到外 最多 可分 为
３ 影响耐火砖使用寿命的因素及注意事项
３ ． １ 温度
由于不 同材 质 的耐火 砖 膨胀 系数 不 同 ， 以及 受 到频 繁 开、 停车 引起 的炉温波动影响 ， 使得耐火砖存在着 温度梯 度 ， 在气化 炉壳体的抑制作 用下 ， 导致 耐火 砖经受了巨大的径 向