德士古煤气化炉耐火砖问题探讨

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。

2.2 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。

2.3 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（1.8 mm）以及砖缝灰浆的调配与使用都作了严格要求，但施工中往往出现偏差。

当砖缝较宽时，由于灰浆抗渣性较差，所以砖缝蚀损较快，熔渣又通过砖缝加速对砖的侵蚀。

同时由于砖缝的收缩，使砖层变动，导致部分砖局部应力集中，加速了耐火砖的蚀损。

从2号炉耐火砖的检查发现，其上部凹陷剥落的砖的缝都较宽，部分砖缝已被冲刷成10～15 mm宽，深度已接近背衬砖的深沟。

另外，在拱顶背衬砖后与保温浇铸料间的预留膨胀缝也应严格按设计要求施工，拱顶超温往往是该处施工质量造成。

筑炉技术要求中，对砖的水平度、垂直度和椭圆度都作了严格规定，只有精心施工，确保筑炉质量，才能保证耐火砖达到较长的使用寿命。

2.4 气化喷嘴的装配问题气化喷嘴对耐火砖的使用寿命影响也较大。

由于工艺负荷的调整或中心氧比例的调整都会使得喷嘴喷射张角与炉内高温区位置发生变化，因此，喷咀设计时应在工艺要求的负荷范围内设计适宜的流速与张角，以保证耐火砖不受物料的直接冲刷。

另外，在喷嘴本身内部构件的装配时，应充分保证设计要求值，防止物料偏喷而造成对耐火砖的直接冲刷与局部过氧超温蚀损。

同时还应注意喷嘴中心线与气化炉中心线不一致的问题，即二条线形成了一夹角，此种情况下，将使反应区靠近耐火砖，加速砖的蚀损，出现这种情况，应在筑炉时加以修正。

2.5 耐火砖的国产化问题耐火砖已成为德士古煤气化装置经济运行的制约因素，由于进口热面耐火砖价格昂贵，国产化问题已成为使用厂家关注的首要问题。

近年来，国产的熔渣气化炉高铬砖已在鲁南化肥厂与渭河化肥厂投入使用，从砖的理化指标与实验使用情况比较，国产砖完全可以替代进口砖。

根据近期某种进口的热面耐火砖报价，加上关税费折合人民币16.4万元/吨，还不包括运输费、银行手续费、保险费等。

国产热面耐火砖报价为9万元/吨，现上海焦化有限公司四台炉，每年按使用三套热面耐火砖约130 t计，一年可节省人民币962万元。

3 结论(1) 气化炉操作温度是影响耐火砖使用寿命的主要因素，虽然德士古煤气化工艺对煤种的适应性较广，但从技术经济角度考虑，建议尽量选用活性高、灰熔点低的煤种，以达到降低操作温度，延长耐火砖寿命的目的。

(2) 进口耐火砖价格昂贵，国产化已成为现实，建议使用国产耐火砖。

2）德士古气化炉液位低跳车究竟要设置那些连锁？激冷水要不要设置流量低低跳车连锁？水洗塔要不要设置液位低低跳车连锁？设置激冷室液位15％连锁（此值是经过设计院、GE公司共同讨论定下来的，气化炉尺寸是3200mm*3800mm）。

激冷水设置连锁是很有必要的。

至于碳洗塔液位连锁就没有什么意义，完全可以不要。

气化炉液位低低连锁有三选二，运行时应该把此连锁投上！以保安全！激冷水没必要设置流量低低跳车连锁，因为气化炉系统有个激冷水低低连锁，当激冷水低低时，事故激冷水补水阀会全开！水洗塔更没必要设置跳车连锁，有足够的时间处理它！气化炉液位在正常运行期间是必须要挂的。

的确当液位低的时候这两个阀会自动关闭的，但是这个液位只比跳车值高一点点。

至于气化炉液位低会让这两个阀连锁关闭主要是防止因液位低而导致窜气，不是用来保护气化炉液位的。

如果是激冷水泵出了问题，备泵会自启动的，除氧水泵直接手动给气化炉供水这是万不得以的办法，一般情况下不用的。

另外在运行中，只要不是误操作或者锁斗程控系统出问题，气化炉液位是不可能瞬间到达跳车值的，如果气化炉液位是因为带水问题而引起的液位低，我支持解除激冷室液位连锁来辅助处理。

3）德士古气化炉激冷环在运行中会出现什么常见问题，如何进行检修维护的？激冷环堵是比较常见的问题，主要表现为激冷水流量的下降，激冷水与气化炉的压差增大。

当激冷水流量下降到一定程度时，必须停车对激冷环进行清洗。

工艺方面的措施：a) 加强灰水质量的控制，尽量做到按设计要求进行排水和补充新鲜水。

b)试验、选用高温高压下适当的灰水分散稳定剂，有效防止激冷环和激冷环进水管道的结垢和腐蚀，以免因垢堵而减少激冷水量，因灰多而磨蚀激冷环环管内壁。

c) 控制连投次数，尽量不连投，运行周期不可太长。

d)优化操作，避免工艺气带灰带水，避免恶化水洗塔水质。

4）德士古气化炉支撑板温度高的原因。

激冷水水膜分布不均可以使下降管结渣而使它堵塞和渣口结渣同样是使气体在气化炉里面憋气,很容易造成支撑板温度高,而且也会使气化炉整体温度上升.所以在控制上尽量保持气化炉温度的稳定且适合这种煤的灰熔点。

气化炉支撑板温度高后,在维持系统稳定的情况下降负荷,而且注意炉子的温度,不要憋气太久,那样就容易造成气化炉鼓肚,对设备以后的运行造成很大的影响.支撑板的温度高的原因：a、气化炉锥底的耐火砖减薄，热阻减小使热量大量传的支撑板使温度上升。

b、支撑板出现裂纹气化炉的气体通过裂纹窜气。

c、热偶被大量的积灰覆盖热量不能被上升的气流带走。

d、气化炉内压力变大或波动造成锥底砖窜气。

导致德士古气化炉支撑板温度高的原因主要有：a、火区下移；b、锥体砖缝隙大，或已到使用周期，或质量原因造成烧蚀严重；c、烧嘴偏喷，造成锥体砖局部烧坏而温度高；d、激冷环布水不匀，或局部干区；e、煤质变化，操作工反应不及时，操作不当。

5)德式古三流式烧嘴在使用时应注意那些问题?大家最长使用多少时间?鲁南化肥厂的烧嘴最长运行151天，到后期也是提心吊胆的！鲁南的烧嘴包括耐火砖运行周期都比较长，原因有很多，当然与鲁南的工人操作水平和领导的技术管理水平是分不开的。

但是不能不提及的是鲁南的气化炉操作压力只有2.7MPa，而且鲁南的煤种掺烧做的是比较好的，运行周期很大程度上也取决于煤种。

鲁化的烧嘴运行151天的时间完全在计划之内，在停车检修的前期气化炉的各项指标正常，烧嘴雾化效果正常，渣中可燃物没有出现明显的异常。

现在正在研究运行时间更长的烧嘴。

气化炉运行时应注意：a、严禁断冷却水。

b、尽量减少开停车次数。

c、尽量使用可磨指数大的煤。

d、气化炉温度不要过高。

德士古烧嘴是德士古煤气化工艺的核心设备，一般情况下运行初期，雾化效果好．气体成份稳定．系统工况稳定；运行到后期，喷嘴头部变形，雾化效果不好．这时气体成份变化较大，有效气成份下降．特别是发生偏喷时，使局部温度过高，烧坏热偶，严重时．发生窜气导致炉壁超温。