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耐磨耐火浇注料
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怎样延长耐火砖的使用寿命

2020-09-08

为延长耐火砖的使用寿命,应从以下几个方面进行调整。


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。


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(16m³),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CO含量并没有升高,反倒是CO2含量接近18%,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8h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。


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。


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148m/s,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(氧气流速与氧气管线温度、气化炉压力的对应关系见表1)。


根据2014年氧气管道温度计算(夏季温度为37℃,冬季温度为17℃)在夏季时,主氧流速将会达到16m/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B炉运行时间为8—12月,运行期间气温较低。A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B炉剩余耐火砖厚度比A炉高3cm。


耐火砖

表1  氧气流速与氧气温度、气化炉压力的对应关系


2012年9月气化炉100%负荷运行,氧气流量高为8800m³/h,系统压力控制在6.5MPa,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。



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105%,向火面耐火砖寿命缩短18%。


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。


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。


耐火砖质量及砌筑质量


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。


耐火砖

图1  技改前运行7500h的M砖


耐火砖

图2  技改后运行8000h的M砖


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。

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