四喷嘴气化炉耐火砖蚀损原因分析及操作优化
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ＺＨＵ Ｂａｏ ( Ｗａｎｈｕａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｙａｎｔａｉ ２６４００６ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ａｒｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌａｇꎬ ｄａｍａｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｅｒｏｓｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｓｌａｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ￣ ｓｐｅｅｄ ａｉｒｆｌｏｗꎬ ｅｔｃ.ꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｏｎｒｙ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋｓ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒꎬ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ.
关键词 四喷嘴气化炉ꎻ耐火砖ꎻ损毁机理ꎻ优化措施
中图分类号:ＴＱ５４５ 文献标识码:Ｂ 文章编号:１００６￣７７７９(２０１８)０５￣００４９￣０２
Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｂｒｉｃｋ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ￣ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
(１) 熔渣对砖体的侵蚀渗透
本文作者的联系方式:３３２１５９８８２＠ ｑｑ. ｃｏｍ
熔渣对耐火砖的侵蚀主要包括渗透、溶解和 冲刷磨损 ３ 个过程ꎮ 气化炉采用高温液态排渣ꎬ 渣蚀是炉砖遇到的主要问题之一ꎮ 熔渣对耐火砖 的侵蚀取决于渣和耐火材料的化学组成、操作温 度以及渣的熔点和流态ꎬ包括炉砖在渣中的溶解 和渣在耐火材料中的渗透以及由此引起的结构性 剥落ꎮ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒꎻ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋꎻ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ
１ 耐火砖损毁机理
万华化学集团股份有限公司烟台工业园共有 ３ 台 Ф ３ ４００ ｍｍ 的四喷嘴对置式水煤浆气化炉ꎬ 运行模式为 ２ 开 １ 备ꎬ日投煤量 ２ × １ ５００ ｔꎬ操作 压力 ６. ５ ＭＰａꎬ炉内采用的耐火砖分别由 ２ 家企 业提供ꎮ 在水煤浆气化过程中ꎬ气化炉的向火面 砖与高温、高压、低黏度、高流速的熔渣及一定还 原性工艺介质相接触ꎬ其中耐火砖会与熔渣发生 化学反应ꎬ使耐火砖的组成和结构发生变化ꎬ此变 化是造成耐火砖损毁的内在原因ꎬ而温度和压力 的波动、高速气流及熔渣的机械冲刷、一定还原性 工艺介质的氧化 － 还原气氛转化等是加速耐火砖 损毁的外部因素ꎮ
２０１８ 年 １０ 月
化 肥 工 业
４９
四喷嘴气化炉耐火砖蚀损原因分析及操作优化
Baidu Nhomakorabea
朱 宝 ( 万华化学集团股份有限公司 山东烟台 ２６４００６)
摘 要 在实际操作中ꎬ导致四喷嘴气化炉耐火砖损毁的主要原因为熔渣的侵蚀渗透、热应力引起的破坏、 熔渣和高速气流的冲蚀损坏等ꎬ而气化炉操作工况的控制、耐火砖的砌筑质量等是影响耐火砖蚀损的重要因素ꎮ 针对四喷嘴气化炉耐火砖损毁的机理ꎬ提出了减轻耐火砖蚀损的对策及优化措施ꎮ
２ 影响炉砖实际使用寿命的因素
基于炉砖的损毁机理ꎬ气化炉在实际操作中 要经历筑炉、风干、烘炉、投料升压、日常操作、加 减负荷、升降温、停车降压降温、抽拔烧嘴等一系 列操作ꎬ 操作中如有不当都会影响炉砖的使用 寿命ꎮ
(１) 高温炉砖遇水热震 在投料前进行水压试验时ꎬ由于炉头阀内漏ꎬ 很可能使炉砖因受到激冷而产生裂纹ꎬ该裂纹在 气化炉运行过程中受到各种因素的作用而不断延 长加深ꎬ进而影响气化炉的正常运行ꎮ 另外ꎬ在停 车后拔烧嘴时ꎬ烧嘴冷却水盘管可能会由于碰撞 而发生破裂ꎬ此时水喷溅至炉壁上也会损毁炉砖ꎮ (２) 长期非正常负荷运行 气化炉长期在低负荷下运行时ꎬ无法使氧气 和煤浆能够完全雾化反应ꎬ会导致炉内出现局部 过氧而产生高温区ꎬ也会出现局部压力的紊乱波 动ꎬ导致炉砖受影响而损毁ꎮ 气化炉长期超负荷 运行时ꎬ烧嘴喷出的物料速度过快而对炉壁产生 严重的冲刷ꎬ加速了炉壁的损毁ꎮ (３) 正常操作中炉温控制偏高 炉温应根据煤质而定ꎬ 一般高于煤灰 熔 点 ５０ ~ ８０ ℃ 比较合适ꎮ 但有些操作人员习惯高温 低甲烷控制ꎬ以防止炉况或煤质稍有波动而引发 渣口堵塞ꎮ 但长期高温运行ꎬ炉砖的损毁速度将 会大幅加快ꎮ
(２) 热应力引起的破坏 剥落是炉砖受到不均匀应力后所致ꎬ其中熔 渣深入炉砖形成变质层引起结构应力ꎬ炉内温度 波动引起热应力ꎬ金属外壳引起机械应力ꎬ炉砖长 时间在高温下产生的蠕变应力ꎬ耐火材料在炉内 氧化 － 还原气氛中价态变化引起的体积效应以及 碳素沉积等产生的应力ꎮ 各种应力共同作用导致 砖面薄弱处产生裂缝ꎬ裂缝不断扩展并相互贯通
５０
化 肥 工 业
第 ４５ 卷 第 ５ 期
形成龟裂ꎬ最终以片状或块状形式离开砖体而形 成剥落ꎬ造成对炉砖的损毁ꎮ
(３) 氧化 － 还原气氛 还原性气氛对炉砖的影响主要表现在 ２ 个方 面ꎬ即氢气和水蒸气与耐火材料中的 ＳｉＯ２ 组分发 生化学反应以及 ＣＯ 汽提分解沉积现象ꎮ 水煤浆 气化过程在强还原气氛下进行ꎬ而在停车期间ꎬ炉 内转变为氧化气氛ꎬ这种氧化 － 还原气氛的交替ꎬ 导致炉砖组分价态发生变化ꎬ 对炉砖产生较大 影响ꎮ (４) 机械磨损 炉砖的机械磨损主要来自于高速汽提和流动 熔渣ꎬ不但强化了熔渣与炉砖的化学反应ꎬ并将低 灰熔点的反应产物从砖表面带走ꎬ而且加速了砖 体变质层、裂纹部位的剥落进程ꎮ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｄａｍａｇｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ａｒｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌａｇꎬ ｄａｍａｇｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｅｒｏｓｉｏｎ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｓｌａｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ￣ ｓｐｅｅｄ ａｉｒｆｌｏｗꎬ ｅｔｃ.ꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｓｏｎｒｙ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋｓ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋｓ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒꎬ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ.
关键词 四喷嘴气化炉ꎻ耐火砖ꎻ损毁机理ꎻ优化措施
中图分类号:ＴＱ５４５ 文献标识码:Ｂ 文章编号:１００６￣７７７９(２０１８)０５￣００４９￣０２
Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｂｒｉｃｋ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ￣ Ｎｏｚｚｌｅ Ｇａｓｉｆｉｅｒ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
(１) 熔渣对砖体的侵蚀渗透
本文作者的联系方式:３３２１５９８８２＠ ｑｑ. ｃｏｍ
熔渣对耐火砖的侵蚀主要包括渗透、溶解和 冲刷磨损 ３ 个过程ꎮ 气化炉采用高温液态排渣ꎬ 渣蚀是炉砖遇到的主要问题之一ꎮ 熔渣对耐火砖 的侵蚀取决于渣和耐火材料的化学组成、操作温 度以及渣的熔点和流态ꎬ包括炉砖在渣中的溶解 和渣在耐火材料中的渗透以及由此引起的结构性 剥落ꎮ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｆｏｕｒ￣ ｎｏｚｚｌｅ ｇａｓｉｆｉｅｒꎻ ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｂｒｉｃｋꎻ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍꎻ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ
１ 耐火砖损毁机理
万华化学集团股份有限公司烟台工业园共有 ３ 台 Ф ３ ４００ ｍｍ 的四喷嘴对置式水煤浆气化炉ꎬ 运行模式为 ２ 开 １ 备ꎬ日投煤量 ２ × １ ５００ ｔꎬ操作 压力 ６. ５ ＭＰａꎬ炉内采用的耐火砖分别由 ２ 家企 业提供ꎮ 在水煤浆气化过程中ꎬ气化炉的向火面 砖与高温、高压、低黏度、高流速的熔渣及一定还 原性工艺介质相接触ꎬ其中耐火砖会与熔渣发生 化学反应ꎬ使耐火砖的组成和结构发生变化ꎬ此变 化是造成耐火砖损毁的内在原因ꎬ而温度和压力 的波动、高速气流及熔渣的机械冲刷、一定还原性 工艺介质的氧化 － 还原气氛转化等是加速耐火砖 损毁的外部因素ꎮ
２０１８ 年 １０ 月
化 肥 工 业
４９
四喷嘴气化炉耐火砖蚀损原因分析及操作优化
Baidu Nhomakorabea
朱 宝 ( 万华化学集团股份有限公司 山东烟台 ２６４００６)
摘 要 在实际操作中ꎬ导致四喷嘴气化炉耐火砖损毁的主要原因为熔渣的侵蚀渗透、热应力引起的破坏、 熔渣和高速气流的冲蚀损坏等ꎬ而气化炉操作工况的控制、耐火砖的砌筑质量等是影响耐火砖蚀损的重要因素ꎮ 针对四喷嘴气化炉耐火砖损毁的机理ꎬ提出了减轻耐火砖蚀损的对策及优化措施ꎮ
２ 影响炉砖实际使用寿命的因素
基于炉砖的损毁机理ꎬ气化炉在实际操作中 要经历筑炉、风干、烘炉、投料升压、日常操作、加 减负荷、升降温、停车降压降温、抽拔烧嘴等一系 列操作ꎬ 操作中如有不当都会影响炉砖的使用 寿命ꎮ
(１) 高温炉砖遇水热震 在投料前进行水压试验时ꎬ由于炉头阀内漏ꎬ 很可能使炉砖因受到激冷而产生裂纹ꎬ该裂纹在 气化炉运行过程中受到各种因素的作用而不断延 长加深ꎬ进而影响气化炉的正常运行ꎮ 另外ꎬ在停 车后拔烧嘴时ꎬ烧嘴冷却水盘管可能会由于碰撞 而发生破裂ꎬ此时水喷溅至炉壁上也会损毁炉砖ꎮ (２) 长期非正常负荷运行 气化炉长期在低负荷下运行时ꎬ无法使氧气 和煤浆能够完全雾化反应ꎬ会导致炉内出现局部 过氧而产生高温区ꎬ也会出现局部压力的紊乱波 动ꎬ导致炉砖受影响而损毁ꎮ 气化炉长期超负荷 运行时ꎬ烧嘴喷出的物料速度过快而对炉壁产生 严重的冲刷ꎬ加速了炉壁的损毁ꎮ (３) 正常操作中炉温控制偏高 炉温应根据煤质而定ꎬ 一般高于煤灰 熔 点 ５０ ~ ８０ ℃ 比较合适ꎮ 但有些操作人员习惯高温 低甲烷控制ꎬ以防止炉况或煤质稍有波动而引发 渣口堵塞ꎮ 但长期高温运行ꎬ炉砖的损毁速度将 会大幅加快ꎮ
(２) 热应力引起的破坏 剥落是炉砖受到不均匀应力后所致ꎬ其中熔 渣深入炉砖形成变质层引起结构应力ꎬ炉内温度 波动引起热应力ꎬ金属外壳引起机械应力ꎬ炉砖长 时间在高温下产生的蠕变应力ꎬ耐火材料在炉内 氧化 － 还原气氛中价态变化引起的体积效应以及 碳素沉积等产生的应力ꎮ 各种应力共同作用导致 砖面薄弱处产生裂缝ꎬ裂缝不断扩展并相互贯通
５０
化 肥 工 业
第 ４５ 卷 第 ５ 期
形成龟裂ꎬ最终以片状或块状形式离开砖体而形 成剥落ꎬ造成对炉砖的损毁ꎮ
(３) 氧化 － 还原气氛 还原性气氛对炉砖的影响主要表现在 ２ 个方 面ꎬ即氢气和水蒸气与耐火材料中的 ＳｉＯ２ 组分发 生化学反应以及 ＣＯ 汽提分解沉积现象ꎮ 水煤浆 气化过程在强还原气氛下进行ꎬ而在停车期间ꎬ炉 内转变为氧化气氛ꎬ这种氧化 － 还原气氛的交替ꎬ 导致炉砖组分价态发生变化ꎬ 对炉砖产生较大 影响ꎮ (４) 机械磨损 炉砖的机械磨损主要来自于高速汽提和流动 熔渣ꎬ不但强化了熔渣与炉砖的化学反应ꎬ并将低 灰熔点的反应产物从砖表面带走ꎬ而且加速了砖 体变质层、裂纹部位的剥落进程ꎮ