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影响气化炉耐火砖使用寿命的因素、机理分析以及解决措施

2019-06-03 16:24:38 点击:

  在实际的生产运行当中,影响气化炉用耐火砖使用寿命的因素主要可分为三种,即热应力剪切挤压、熔融态灰渣冲刷、化学反应侵蚀。

  1、热应力剪切挤压

  在气化炉开停车及烘炉过程中,由于各部位耐火砖在气化炉升温或降温过程中,升降温速率不同发生相对位移以及耐火砖受热膨胀产生的耐火砖间的剪切和挤压,导致耐火砖产生表面裂纹,甚至产生局部表面剥落,这些裂纹为熔融的灰渣渗透提供了通道。

  2、熔融态灰渣冲刷

  在气化炉运行过程中,大量的高温熔融态灰渣在高速流动的煤气携带下,对耐火砖表面产生强烈的磨损冲刷,造成耐火砖表面逐渐磨损减薄。

  3、化学反应侵蚀

  在气化炉运行过程中,高温熔融态灰渣中的液态氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化钾、氧化钠等杂质经过耐火砖表面裂纹及砖缝进入耐火砖深处,并通过耐火砖气孔渗透到耐火砖内部。逐渐与耐火砖本体发生化学反应,生成低熔点的物质,降低耐火砖的强度、硬度及耐高温等性能。

  提高气化炉拱顶用耐火材料使用寿命的措施:

  针对上述影响因素,企业通过对耐火砖的损毁机理及如何改善耐火砖的使用寿命进行探讨:现以某企业拱顶耐火砖为例,采取以下保护措施.以延长拱顶砖的使用寿命。

  1、原料煤控制

  1.1灰熔点

  原料煤的灰熔点高低直接决定了气化炉的操作温度。原料煤的灰熔点低,则气化炉操控温度低.而过低的操控温度.易造成灰渣流动不畅,导致气化炉渣口堵塞。威胁着气化炉的安全稳定运行;相反,采用高灰熔点煤易造成过高的气化炉操作温度,导致灰渣的流动性增强.耐火砖表面难以挂渣。加剧灰渣的冲刷磨损。为了确保气化炉的正常液态排渣,一般气化炉的操作温度以高于灰熔点50~100℃为宜。另外,气化炉操作温度越高,造成生产能耗越大。同时会提高气化炉内物质的理化活性。加速了耐火砖的侵蚀。综上,结合生产的实际情况。一般要求灰熔点≤1250℃。

  1.2灰分

  原料煤中的灰分含量高低直接影响着耐火砖使用寿命的长短灰分越高,与耐火砖接触的灰渣量越大。加剧了对耐火砖的冲刷磨损:灰分过低,则不利于灰渣在耐火砖表面形成灰渣层。难以实现“以渣抗渣”进而导致高温熔融态的灰渣与耐火砖直接接触,加剧了耐火砖的冲刷磨损。综上,结合生产的实际情况,一般要求灰分含量为5%~8%。

  1.3灰渣黏温特性

  灰渣的黏温特性直接表现为灰渣黏度对温度的敏感度。在气化炉运行过程中。若灰渣黏度对温度过于敏感.即温度略有变化.即引起灰渣的黏度值发生较大变化.进而导致灰渣的流动性能发生大幅度的变化。气化炉温度略高于合适黏度对应的温度值时,便会导致灰渣的流动性明显增强。灰渣难以在耐火砖表面形成灰渣层:气化炉温度略低于合适黏度对应的温度值时.便会导致灰渣的流动性明显变差,引起气化炉渣口堵塞。

  通过实践验证(见图1)。一般灰渣的黏度控制在25~40Pa·s较为合适。为此,通过对不同原料煤掺烧的摸索总结,确定了较佳的混煤配比。

  图1灰渣的黏度一温度特性曲线图

  2、中心氧流量占比

  就单喷嘴气化炉而言,中心氰对煤浆的雾化、切占主导作用。煤浆在氧气的作用下,经工艺烧嘴喷入气化炉后,气化炉内发生燃烧反应形成倒挂的郁金香状火焰,并存气化炉内形成射流、同流、管流个反应(见图2)。若将中心氧流量由无到有、由小到大进行调整,首先火焰形状横向逐渐变宽、回流上移然后逐渐变窄、回流下移。当火焰外缘炉膛相接近或相切,认为气化反应较为充分,中心氧流量占比最佳。通过实践验证,一般单炉中心氧流量占炉总氧气流量的15%~25%较为合适。结合生产的实际情况,一般中心氧流鞋占比控制在15%~18%,既能确保煤浆、氧气物料的充分混合,又可避免火焰与耐火砖的直接接触,同时又可防止回流过分上移、拱顶超温、拱顶耐火砖使用寿命缩短。

  图2气化炉膛内流场分区示意图

  3、气化炉运行周期

  气化炉的"停车势必导致气化炉内温度的大幅度变化,引起耐火砖的热胀冷缩、产生相对位移。进而缩短耐火砖的使用寿命。故维持气化炉长周期运行,降低停车次数,同样可以延长耐火砖的使用寿命。通过不断摸索、总结及技改优化,现该气化炉运行周期基本达到65天以上。

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