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氣化爐在摻燒石油焦后對耐火磚的影響

    氣化爐燃燒室內(nèi)襯向火面磚、背襯磚、隔熱磚三層保溫材料,可有效地隔絕高溫氣體對反應(yīng)器殼體的威脅。氣化爐燃燒室內(nèi)反應(yīng)劇烈，耐火磚受到高溫氣體的沖刷，不斷磨損、減薄.正常運(yùn)行期間腐蝕速率為0.O2mm/d。但在煤種發(fā)生異常時，耐火磚的侵蝕速率會大大加劇，特別是在摻燒石油焦后，氣化爐耐火磚侵蝕加劇，嚴(yán)重制約了氣化爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1、耐火磚掛渣減薄導(dǎo)致爐壁易超溫

    正常情況下，在耐火磚的表面上會形成一層固態(tài)的渣膜,用來隔絕熔融狀的渣以及高溫氣體對耐火磚的侵蝕。首先,煤漿進(jìn)入氣化爐后,和氧氣進(jìn)行燃燒以及氣化反應(yīng),生成以C0和H2為主要組分的水煤氣,經(jīng)過反應(yīng)后,剩余的大部分灰分以及很少一部分殘?zhí)寂鲎驳侥突鸫u表面,并被耐火磚壁面所捕獲。煤灰中的MgO、Fe2O3、AL2O3會與Cr2O3相結(jié)合形成致密的尖晶石，這便是固態(tài)渣膜。由于遠(yuǎn)離耐火磚灰渣的溫度進(jìn)一步升高,靠近渣膜外層的灰渣逐漸呈熔融狀向下流動，最終排出氣化爐燃燒室。由于渣膜的存在，隔絕了高溫煤氣以及高溫熔渣的滲透，加之背襯磚、 隔熱磚的作用,氣化爐的爐壁溫度維持在230°C ,后期隨著耐火磚的減薄,爐壁溫度會逐漸升高,一般爐壁溫度＜300℃即可維持運(yùn)行。

    在全煤工況運(yùn)行期間，氣化爐爐壁溫度未發(fā)生異常，但在摻燒石油焦后，氣化爐爐壁溫度略有上漲。

    當(dāng)石油焦的摻燒比例＞30%時,發(fā)生數(shù)次壁溫超過300℃的現(xiàn)象。分析認(rèn)為,造成壁溫升高的原因在于以下幾點:

（1）石油焦的反應(yīng)活性較差，為了維持氣化爐溫度以及提高石油焦的反應(yīng)活性,必須維持較高的氧煤比,以此來提高氣化爐的操作溫度,這是壁溫升高的客觀條件；

（2）由于石油焦的摻燒比例高,導(dǎo)致爐內(nèi)灰分少,造成爐壁掛渣減薄。

    通過檢查氣爐內(nèi)的耐火磚發(fā)現(xiàn),在氣化爐的耐火磚上有部分耐火磚完全沒有掛渣,且有些掛渣的地方未形成渣膜,而有些耐火磚上掛渣呈多孔狀,并沒有形成一定厚度的渣膜。其主要原因在于石油焦的摻燒比例。當(dāng)石油焦中的灰分相對較低時，雖然可減少對耐火磚的侵蝕，但是在實際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，摻燒石油焦后，在氣化爐的耐火磚上不足以形成足夠厚度的渣膜,有部分耐火磚暴露在高溫的氣化爐反應(yīng)體系中。而耐火磚的灰縫是最薄弱的環(huán)節(jié), 灰縫的耐火泥會在氣流的卷吸過程中被沖刷干凈，磚縫最先暴露在環(huán)境中，高溫水煤氣會沿耐火磚的磚縫竄入，導(dǎo)致爐壁超溫。在處理爐壁超溫時,多次采用大幅降低氣化爐反應(yīng)溫度的措施,使灰渣重新掛渣，這也間接證明了導(dǎo)致爐壁超溫的主要原因就是石油焦的摻燒比例過高、磚縫暴露、氣流反竄。

    而且，石油焦灰渣中除了含大量SiO2、CaO和Fe2O3外，還含有相當(dāng)多的侵蝕介質(zhì)，即機(jī)的氧化物 ,檢測顯示其含量達(dá)到4.5%(w)。V2O5的焰點僅670°C ,與Cr2O3共存時,最低共熔溫度665℃ 在氣化工況下,失去渣膜保護(hù)，暴露在氣化環(huán)境體系中的耐火磚很容易熔蝕。

    結(jié)合實際情況發(fā)現(xiàn),在石油焦的摻燒比例超過40%時,容易發(fā)生爐壁超溫現(xiàn)象,運(yùn)行不穩(wěn)定。摻燒比例為30% 時，雖然爐壁溫度較全煤工況略有上升,但是通過初步計算可知，30%摻燒比例較全煤工況下產(chǎn)氣量略多。綜合考慮，在摻燒石油焦時應(yīng)嚴(yán)格控制摻燒比例＜30% ,避免磚縫竄氣現(xiàn)象的發(fā)生。

2、摻燒石油焦導(dǎo)致耐火磚侵蝕加劇

   摻燒石油焦后，氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率逐漸下降，在全煤工況下氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率僅有98% ,在摻燒石油焦后,氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率由全煤工況下的98%降至94% ,且隨著摻燒的比例＞30% ,碳轉(zhuǎn)化率下降至90%以下。當(dāng)碳轉(zhuǎn)化率＜88% ,氣化爐的壁面捕捉效率明顯下降。雖然爐壁的捕捉效率下降，但是氣化爐壁面捕捉的殘?zhí)碱w粒較正常工況下略有升高,被捕捉的殘?zhí)碱w粒便會消耗氧氣，降低耐火磚表面處的氧氣分壓。

    通過進(jìn)爐觀察發(fā)現(xiàn),此種侵蝕情況多發(fā)在一次反應(yīng)區(qū)，即燒嘴室上部復(fù)延至拱頂處，此處位于氣化反應(yīng)的一次反應(yīng)區(qū)。氣化反應(yīng)的一次反應(yīng)區(qū)屬于燃燒反應(yīng)區(qū),該區(qū)域溫度較高,火焰溫度達(dá)到2200℃ ,灰渣在此流動性較好，且反應(yīng)劇烈，熔渣不易形成穩(wěn)定渣膜。同時還發(fā)現(xiàn),氣化爐A的情況較氣化爐B的情況嚴(yán)重。

    正常情況下,煤熔渣內(nèi)的Fe2O3彼殘?zhí)歼€原成FeO ,與渣中的MgO、AL2O3一起摻入耐火磚中，耐火磚中的Cr203、AL2O3反應(yīng)形成Mg-AI-Cr-Fe賓合尖晶石致密層,從而實現(xiàn)"以渣抗渣“。但是在本裝置上，由于石油焦摻燒比例過高，導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率低,使熔渣中含有大量的未反應(yīng)完全的碳元素。過量的碳元素導(dǎo)致了耐火磚孔洞性侵蝕現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)所觀察到的耐火磚侵蝕情況，結(jié)合裝置運(yùn)行期間的工藝參數(shù)分析可知,導(dǎo)致耐火磚孔洞性侵蝕的原因主要有以下幾方面:

（1）在本裝置氣化環(huán)境體系中，由于氧氣分壓極低,氣化爐熔渣中的Fe2O3披還原成單質(zhì)Fe ,不能形成Mg-Al-Cr- Fe復(fù)合尖晶石，失去穩(wěn)定的熔膜,這就導(dǎo)致反應(yīng)后的融渣直接對耐火磚的表面進(jìn)行侵蝕；

（2）正常情況下,氣化爐內(nèi)氧氣分壓為10-8~10-10MPa ,但是本裝置存在大量未反應(yīng)完全的殘?zhí)?會進(jìn)一步降低氣化爐體系環(huán)境中的氧氣分壓.使得Cr2+的形成變?yōu)榭赡埽墼械腃r2O3被還原成單質(zhì)G并從溶渣中析出，使高鉻材料中的Cr2O3在渣中溶解-還原-析出，循環(huán)不斷進(jìn)行，高鉻材料被焰渣嚴(yán)重侵蝕；

（3）在此種氣氛環(huán)境中，未反應(yīng)的殘?zhí)寂c耐火磚接觸后，易反應(yīng)生成鉻的碳化物，造成耐火磚表面鼓泡。分析運(yùn)行數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致氣化爐A較氣化爐B情況嚴(yán)重的主要原因是氣化爐A摻燒石油焦運(yùn)行的時間長達(dá)2個多月，而氣化爐B摻燒石油焦運(yùn)行的時間不足1月。

    本裝置耐火磚孔洞性侵蝕的主要原因是耐火磚上含有過量未反應(yīng)的殘?zhí)?，造成體系氧氣分壓極低，進(jìn)而誘發(fā)耐火磚孔洞性侵蝕。要從根源上解決耐火磚的孔洞性侵蝕,還應(yīng)從提高碳轉(zhuǎn)化率方面著手，提高氣化爐反應(yīng)溫度，保證碳轉(zhuǎn)化猝＞95% ,同時適當(dāng)提高氣化爐的操作壓力,延長物料的停留時間，盡可能提高碳轉(zhuǎn)化率。

3、結(jié)語

    通過對數(shù)次超溫期間的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及耐火磚侵蝕情況進(jìn)行分析,可知要保證耐火磚使用壽命的措施包括以下幾 點：

（1）在氣化爐低負(fù)荷運(yùn)行時,盡可能減少石油焦的摻燒比例,條件允許的情況下盡可能保持全煤工況運(yùn)行,以此保證在氣化爐低負(fù)荷運(yùn)行時,耐火磚表面可以形成足夠厚度、均勻的乎渣膜；

（2）在氣化裝置高負(fù)荷運(yùn)行時,控制石油焦的摻燒比例不大于30% ,同時還應(yīng)保證氣化爐操作溫度大于煤灰焰點溫度50~100°C ,使其碳轉(zhuǎn)化率＞95% ,避免產(chǎn)生極低氧分壓條件下耐火磚的侵蝕；

（3）在保證裝置安全運(yùn)行的前提下,盡可有提高氣化爐的運(yùn)行壓力，延長物料停留時間，提高氣化爐的碳轉(zhuǎn)化率。