耐火砖侵蚀原因分析

　　目前水煤浆气化装置运行负荷普遍在95%～110%，高负荷运行对系统产生了较大的影响。

　　我公司气化装置采用国内具有自主知识产权的华东理工大学、兖矿鲁南化肥厂、天辰设计院共同研发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，当前负荷在107%。通过近几次运行发现:自从气化炉负荷提至105%以来，耐火砖的使用寿命明显缩短，A/B气化炉筒体砖(烧嘴室－K砖)寿命大概只有3700h，且在更换时，剩余耐火砖较少，远远小于整体的1/3(耐火砖厂家要求耐火砖剩余1/3时更换)，耐火砖损坏严重。综合分析，为延长耐火砖的使用寿命，应从如下几个方面进行调整。

　　1 流场结构

    众所周知，雾化效果的好坏是由物料出烧嘴的速度和角度决定的，其中主氧起到了至关重要的作用，较高的主氧流速会使出烧嘴的物料动能过大，对耐火砖造成严重的冲刷。推荐出烧嘴的主氧流速范围在120～150m/s。专利商提供的数据为:氧气流量8949m3/h对应的气化炉压力6.3MPa，主氧流速130m/s，中心氧流速120m/s。随着煤浆浓度的提高，C炉氧气流量已经达到9600m3/h，为确保主氧流速在推荐范围内，对应的气化炉压力应该为6.8MPa，但压力容器不允许超压运行，因此目前无法实现(目前压力为6.5MPa)。根据现在的运行参数，通过计算得出主氧流速已经达到145m/s，中心氧流速为114m/s(计算条件:物料喷出角度50°，温度22℃，中心氧比例16.6%)。由于每只烧嘴存在差异，因此其流速存在一定的偏差，但偏差的范围＜5m/s。某公司气化装置在运行的过程中，出现过主氧流速在95m/s和145m/s时耐火砖均发生了严重损坏。以现在的条件计算，系统达到110%负荷时，主氧流速将会达到，偏离工艺指标较大。在夏季气温较高时，主氧流速会发生更大的变化。根据2014年氧气管道温度计算(夏季最高温度为℃，冬季最低温度为17℃)，在夏季时，主氧流速将会达到156m/s。2014年A炉运行时间为5—10月，基本上处于气温较高的季节;而炉运行时间为8—12月，运行期间气温较低。

　　炉在高温天气下运行达3716h，而B炉在高温天气下只运行了1960h。同样的工况下，A炉主氧流速比B炉快10m/s。更换耐火砖时发现炉剩余耐火砖厚度比A炉高3cm。

　　2012年9月气化炉100%负荷运行，氧气流量最高为8800m3/h，系统压力控制在，主氧流速控制在120～125m/s，耐火砖使用效果良好，由于系统前期负荷较低，耐火砖侵蚀量较少。C炉从开始运行至第1次更换耐火砖，负荷基本处于95%～105%，其筒体砖寿命达到了10000h。

　　从实际运行情况可看出，主氧流速高，耐火砖侵蚀严重，使用寿命缩短。通过分析，只有通过更改烧嘴的尺寸才能使氧气流速进一步降低。

　　2 操作温度

    合适的操作温度有利于在气化炉内壁耐火砖上形成一定厚度的渣膜，用来保护耐火砖。一般认为，在合适的操作温度以上，每增加100℃，高铬砖的侵蚀速率就会增加4倍。煤的灰熔点升高，相应的气化炉的操作温度升高。煤的灰熔点的高低是由煤种酸碱物质的比例确定的，碱性氧化物具有降低煤灰熔点的作用，碱性氧化物越多，灰熔点就越低。不过，对耐火砖侵蚀速率最快的也往往是碱性氧化物(氧化钙对耐火砖的侵蚀速率大于氧化铁)，所以在气化生产中并不是灰熔点越低越好。某厂与我公司为同类型装置，负荷相差不大，氧气流量在10000m3/h左右，其使用原料煤的灰熔点在1180℃，操作温度在1250℃。目前我公司气化炉的操作温度在～1350℃。与其相比，我公司使用原料煤的灰熔点低很多，操作温度还有降低的空间，即使配煤后的操作温度也应≤1250℃。因此，我公司可将目前的炉温下降30～50℃，煤气中有效气含量可提高0.5%，CO2含量在16.5%，甲烷含量在900×10－。

　　另外，在操作中对渣口压差过于敏感，发现渣口压差上涨，就盲目增加氧气流量，氧气流量增加，导致炉温升高。现在每只烧嘴加1个氧，气化炉操作温度会升高5℃，加5个氧意味着炉温升高20～30℃，操作8h耐火砖的磨损速率是未加氧2d的磨损量。如何判断渣口压差的指示是否真实，可以参考其他工艺参数的变化，综合分析，从而正确判断出渣口实际压差。渣口堵塞，渣口压差升高，二次反应时间变长，会导致CO含量升高。在几次渣口压差升高加氧的过程中发现，虽然渣口压差升高，但是含量并没有升高，反倒是CO2含量接近，据气体成分情况可以判断出渣口压差并没有升高。另外，渣口压差是否升高还可以根据锁斗压差、锁斗与气化炉压差、气化炉液位等来判断，甚至不看气体成分就可以正确判断出渣口堵塞与否。当渣口真正堵塞，处理正常后要及时降温操作。一般来说，在渣口压差恢复正常后，就可以执行降温操作了。注意降温不能过慢，因为降温过程持续时间过长会导致耐火砖磨损加剧。如果后系统在控制系统压力上波动过大，这种情况下会导致耐火砖呈块状脱落。

　　3 煤质

    对于气化炉来说，并不是所有的煤种都适合。总结多年的实践经验得出，在配煤的过程中，两种煤的灰熔点相差应小于100℃，因为两种煤的灰熔点相差越大，对气化炉的影响也越大。当两种煤的灰熔点相差过大，由于煤中的碳元素含量不一致，会导致气化炉内的温度大幅度的波动，气体成分也大幅波动。当煤质发生变化时，煤中的碳元素含量发生变化，碳元素含量降低时，在保持原有氧气流量不变的情况下，气化炉的实际氧煤比是升高的，此时形成的渣膜比较薄，不能对耐火砖起到相应的保护作用，会加剧耐火砖的剥蚀。当煤质发生变化时，煤浆浓度会优先于气化炉工况8h出现变化，当煤浆的黏度和浓度均有较大变化(煤浆的流动性出现变化时，操作人员要注意渣口压差和渣样的变化。

　　4 生产负荷

    生产负荷变化会对耐火砖的寿命产生影响，特别是开停车时，气化炉内温度的变化，环境气氛的变化，会对耐火砖的寿命产生严重的影响，控制不好时炉膛温度骤变，气化炉内热震剧烈，耐火砖会呈块状脱落。频繁地开停车，气化炉投料瞬间热震剧烈，耐火砖的表面瞬间温度变化过大，会导致耐火砖的脱落，开停车次数越多，耐火砖脱落就越严重。生产负荷由90%增加至，向火面耐火砖寿命缩短18%。

　　5 耐火砖的质量及砌筑质量

    耐火砖本身的质量会对其寿命产生影响。通过对比90砖和95砖的运行情况，不难发现，耐火砖中铬的含量越高，抗侵蚀能力越强，但是铬含量过高，会使耐火砖的抗热震性能下降，容易使耐火砖出现块状脱落。目前90砖使用效果相对好些，95砖的使用效果并不是很理想。

　　耐火砖的砌筑质量若有问题，耐火砖的使用寿命会明显缩短，有可能只有1周时间耐火砖就会脱落。不过，由于水煤浆气化技术逐渐成熟，很少出现因砌筑质量有问题而造成耐火砖侵蚀严重的现象。

　　6 烧嘴的尺寸

    对于炉内耐火砖来说，局部的耐火砖损坏严重，而不是均匀地烧蚀，则表明烧嘴的结构不合理，应对烧嘴的尺寸进行改进。

　　通过进炉对耐火砖检查发现:耐火砖的损坏形式为馒头状，即中间大，边缘陷下去。针对我公司当前耐火砖的损伤形式分析，烧嘴间隙尺寸存在严重的不合理，为防止耐火砖出现馒头状的侵蚀，应对烧嘴的环氧通道进行改造。2014年月对烧嘴进行改造，将喷嘴外侧通道外端直径由之前的41mm扩大至42mm。改造后烧嘴主氧流速可降低至130m/s，耐火砖的使用寿命大幅度延长。

　　7 结语

    通过对烧嘴尺寸的更改，耐火砖的使用寿命明显提高。要进一步提高耐火砖的使用寿命，还应在控制温度方面下功夫，控制开停车次数，严格控制气化炉操作温度＜1250℃，并防止出现人为判断失误导致的炉温升高;同时还应继续更改烧嘴的尺寸，通过理论计算，烧嘴主氧通道扩大至43mm，主氧流速有望降低至125m/s，由此可对延长耐火砖的使用寿命起到决定性的作用。