气化炉用耐火材料

新型气化炉耐火材料有关问题的探讨

摘 要：简单介绍了多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉燃烧室内衬耐火材料的结构和选用，分析了耐火砖的损蚀机理、烧蚀模式以及影响耐火砖使用寿命的因素，对提高耐火砖使用寿命的措施进行了探讨，对多喷嘴气化炉的稳定运行具有重要意义。

关键词：水煤浆气化炉 耐火材料 损蚀机理 措施 寿命

水煤浆气化炉主要是将煤炭洁净、高效地转化为合成气（主要成分CO+H2）。其工作过程是水煤浆与气化剂（O2）一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与煤浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程，即煤的气化技术。目前应用最广泛的气化炉主要有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气炉（原Texaco，现GE）和中国自主开发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉（以下简称OMB加压气化炉）。OMB加压气化炉以其独特的技术优势已得到国内外煤化工企业的广泛认可。无论是GE还是OMB加压气化炉，在燃烧室向火面部位均采用铬铝锆砖（俗称高铬砖），目前内衬耐火材料的使用寿命仍是影响气化炉长周期稳定运行的主要因素之一

一、OMB加压气化炉的工作环境以及对耐火材料的要求

水煤浆加压气化炉的工况条件极为苛刻，燃烧反应室为强还原性气氛，同

新型气化炉耐火材料有关问题的探讨

摘 要：简单介绍了多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉燃烧室内衬耐火材料的结构和选用，分析了耐火砖的损蚀机理、烧蚀模式以及影响耐火砖使用寿命的因素，对提高耐火砖使用寿命的措施进行了探讨，对多喷嘴气化炉的稳定运行具有重要意义。

关键词：水煤浆气化炉 耐火材料 损蚀机理 措施 寿命

水煤浆气化炉主要是将煤炭洁净、高效地转化为合成气（主要成分CO+H2）。其工作过程是水煤浆与气化剂（O2）一起通过喷嘴，气化剂高速喷出与煤浆并流混合雾化，在气化炉内进行火焰型非催化部分氧化反应的工艺过程，即煤的气化技术。目前应用最广泛的气化炉主要有美国德士古发展公司开发的水煤浆加压气炉（原Texaco，现GE）和中国自主开发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉（以下简称OMB加压气化炉）。OMB加压气化炉以其独特的技术优势已得到国内外煤化工企业的广泛认可。无论是GE还是OMB加压气化炉，在燃烧室向火面部位均采用铬铝锆砖（俗称高铬砖），目前内衬耐火材料的使用寿命仍是影响气化炉长周期稳定运行的主要因素之一

一、OMB加压气化炉的工作环境以及对耐火材料的要求

水煤浆加压气化炉的工况条件极为苛刻，燃烧反应室为强还原性气氛，同

高炉用耐火材料

12．2．3．1对耐火材料的要求：

根据高炉炉衬的工作条件和破损机理，炉衬材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉用 耐火材料提出如下要求：

(1)高耐火度和高荷重软化点，以抵抗高温和高温压力下的破坏作用；

(2)低气孔率并没有裂纹，以抵抗煤气的渗入和熔渣的侵蚀作用；

(3)低Fe203，以防止CO在炉衬内的分解； (4)高机械强度，以抵抗机械磨损和冲击破坏；

(5)良好的化学稳定性，以提高抵抗炉渣化学侵蚀的能力； (6)体积稳定性好，以适应炉内温度波动时能抵抗急冷急热破坏的需要；

(7)外形尺寸准确，以保证施工质量。 12．2．3．2高炉常用耐火材料

高炉常用的耐火材料主要有陶瓷质材料和炭质材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝

砖、刚玉砖和不定形耐火材料等；炭质材料包括炭砖、石墨炭砖、 石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖 等。

A黏土砖和高铝砖

黏土砖是高炉上应用最广泛的耐火砖，它具有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，

不易和渣起化学反应，有较好的机械性能，成本较低。 高铝砖是A1203含量大于48％的耐火制品，它比黏土砖有更高

高炉用耐火材料

12．2．3．1对耐火材料的要求：

根据高炉炉衬的工作条件和破损机理，炉衬材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉用 耐火材料提出如下要求：

(1)高耐火度和高荷重软化点，以抵抗高温和高温压力下的破坏作用；

(2)低气孔率并没有裂纹，以抵抗煤气的渗入和熔渣的侵蚀作用；

(3)低Fe203，以防止CO在炉衬内的分解； (4)高机械强度，以抵抗机械磨损和冲击破坏；

(5)良好的化学稳定性，以提高抵抗炉渣化学侵蚀的能力； (6)体积稳定性好，以适应炉内温度波动时能抵抗急冷急热破坏的需要；

(7)外形尺寸准确，以保证施工质量。 12．2．3．2高炉常用耐火材料

高炉常用的耐火材料主要有陶瓷质材料和炭质材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝

砖、刚玉砖和不定形耐火材料等；炭质材料包括炭砖、石墨炭砖、 石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖 等。

A黏土砖和高铝砖

黏土砖是高炉上应用最广泛的耐火砖，它具有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，

不易和渣起化学反应，有较好的机械性能，成本较低。 高铝砖是A1203含量大于48％的耐火制品，它比黏土砖有更高

Texaco（德士古）气化炉

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德士古气化炉是一种以水煤气为进料的加压气流床气化工艺。德士古气化炉由美国德士古石油公司所属的德士古开发公司在1946年研制成功的，1953年第一台德士古重油气化工业装置投产。在此基础上，1956年开始开发煤的气化。本世纪70年代初期发生世界性危机，美国能源部制定了煤液化开发计划，于是，德士古公司据此在加利福尼亚州蒙特贝洛（Montebello）研究所建设了日处理15t的德士古气化装置，用于烧制煤和煤液化残渣。 目前国内大化肥装置较多采用德士古气化炉，并且世界范围内IGCC电站多采用德士古式气化炉。

典型代表产品我厂制造过的德士古气化炉典型的产品有：渭河气化炉、恒升气化炉、神木气化炉、神华气化炉等。1992年为渭河研制的德士古气化炉是国际80年代的新技术，制造技术为国内先例，该气化炉获1995年度国家级新产品奖。它的研制成功为化工设备实现国产化，替代进口做出了重要贡献。德士古气化炉是所以第二代气化炉中发展最迅速、开发最成功的一个，并已实现工业化。

一、德士古气化的基本原理

德士古水煤浆加压气化过程属于气化床疏相并流反应，水煤浆通过

喷嘴在高速氧气流的作用下，破碎、雾化

1.工程概况

安徽六国化工合成氨尿素项目气化建安工程，整个气化工段气化炉共三台。气化炉位于气化框架○A轴－○B轴内, ○5－○6，○7－○8，○9－○10轴线跨度内。

气化炉设备规格Φ2800/Φ3200×16584（立式），设备总吊装重量为150t，支点标高EL22.500。气化炉筑炉由耐火材料厂家负责施工，待气化炉筒体安装就位后现场进行衬里。

炉体设四个大支耳，支撑梁满足吊装间距要求。

炉体本身上部带有二只管轴式吊耳，用于吊装，标准号HG/T21574-2008 ,管轴外径φ820mm，长350mm，护板厚度24mm，位置距封头焊缝1000mm，方位90°—270°。

依据设计条件，设备选用从框架底部提升的方式进行吊装。

2.编制依据

1) 东华工程科技股份有限公司设计的平面、立面图及气化炉装配图（H55-0248）； 2) 《大型设备吊装工程施工工艺标准》SHJ 3515-2003； 3) 《石油化工工程起重施工规范》SH/T3536-2002； 4) 150t履带吊性能表。

3.吊装方法简介

3.1.吊装方法

本方案采用框架自身作为承重结构，在框架顶部标高44m处设置临时吊装用H型钢组合钢梁二根，在钢梁上设置540t液压提升系统作

耐火材料

炭素材料生产窑炉用耐火材料 (refractories for carbon material producing kilns)

砌筑炭素原料煅烧炉、焙烧炉和石墨化炉所用的耐火材料。

原料煅烧炉用耐火材料 该炉采用煤气或重油作燃料，工作温度为1200～

1350℃。常用炉型为罐式炉和回转窑，其衬体用粘土砖、高铝砖和硅砖砌筑，使用条件好，炉子寿命长。

罐式炉用耐火材料 该炉炉型分为顺流式(图1)和逆流式两种。罐式炉是由炉体尺寸相同的煅烧罐组合而成，每4个罐为一组，每座炉子有2～6组煅烧罐。罐式炉罐体及火道的工作层一般采用硅砖砌筑。罐体工作层外侧和火道砌体、蓄热室及烟道等部位的工作层采用粘土砖砌筑。其外墙全部用红砖砌筑，用金属框架和拉杆紧固炉体。罐式炉的使用寿命一般约为8a。

回转窑用耐火材料 该窑筒体内衬一般采用高铝砖或磷酸高铝质不烧砖砌筑。窑头和窑尾安装密封罩，防止冷空气吸入，以减少氧化损失，罩的内衬一般用粘土砖砌筑。回转窑的使用寿命一般为200～300d；如窑内衬非工作层采用轻质耐火浇注料浇灌，工作层则用Al2O3含量为75％的高铝质耐火浇注料，其整体性好、强度高、抗磨损，因而使用寿命优于砖砌的，寿命可达1a。

耐火材料

耐火材料

煅烧罐烧炉和二次

一：预热水流程：

答：三次水建X-1204—P-2211—203二楼球阀去预热水阀打开—FV-217—大滤网—激冷环—50旁路—去渣池球阀开—X-1204 新系统：LV-1309二次水—X-1303补水—渣池泵—FV-1408—气化炉—预热水风槽—X-1303(渣池) 三：高压煤浆泵的启动步骤：

1开车前的检查。○2水煤浆的工艺端的处理。○3驱动液端的工艺处理。○ 答：○4确认阀门。○5清水循环。6切换煤浆。 四：高压煤浆泵清水大循环需要确认哪些阀门：

答：1煤浆槽底出口阀关。2煤浆泵入口管线冲洗阀2只打开中间排放阀关闭。3入口管排放阀3只关闭。4关闭泵入口取样阀。5泵出口

排放阀2只全关。6煤浆泵至气化炉阀全关。7煤浆泵去气化炉主管线中的冲洗水阀全关（两道）。○8203九楼SBV01（煤浆切断阀）关闭。○9SRV01（九楼煤浆循环阀）打开。○10冲洗SBV01与SBV02之间冲洗水阀关及冲洗SBV01前两道阀全关。○11煤浆槽煤浆限流孔板旁路全关（两只）。12○去煤浆槽冲洗水法全开。13○煤浆循环管线去煤浆槽最后一道阀全关，阀前排放阀全开，并连接软管至203渣池地沟。

五：高压煤浆泵的巡检内容：

答：1观察泵进出

在我国,近10年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多的成果,特别是Si3N4结合SiC砖在国内几十座高炉上得到广泛应用,该砖大都是在炉身下部砌筑。国内外的生产实践证明,SiC材质不与熔渣起反应,也没有结瘤现象,用在高炉炉身下部作内衬有助于延长炉龄,提高热效率。

高炉各部位用耐火材料要求

根据对世界各国500多座高炉进行调查的结果表明，约有23%的高炉使用了SiC耐火材料。在我国，近10年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多的成果，特别是Si3N4结合SiC砖在国内几十座高炉上得到广泛应用，该砖大都是在炉身下部砌筑。国内外的生产实践证明，SiC材质不与熔渣起反应，也没有结瘤现象，用在高炉炉身下部作内衬有助于延长炉龄，提高热效率。

一、炉喉用耐火材料

一般多用性能优异的黏土砖或高密度的高铝砖砌筑，但使用寿命较短，因而还采用耐磨耐撞击的铸钢保护板。现在有很多新建的高炉采用黏土质耐火浇注料。而在炉喉及保护板以下部位、直吹管和煤气升降管等部位，均可采用喷涂料。

二、炉身用耐火材料

炉身上部和中部：主要采用低气孔率的黏土砖及高铝砖。但随着高炉操作条件苛刻化，该部位要求采用在耐剥落性和耐磨性方面都很优异的耐火材料。因此在上部还可以采用磷酸盐结合的黏土砖，中上部

在我国,近10年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多的成果,特别是Si3N4结合SiC砖在国内几十座高炉上得到广泛应用,该砖大都是在炉身下部砌筑。国内外的生产实践证明,SiC材质不与熔渣起反应,也没有结瘤现象,用在高炉炉身下部作内衬有助于延长炉龄,提高热效率。

高炉各部位用耐火材料要求

根据对世界各国500多座高炉进行调查的结果表明，约有23%的高炉使用了SiC耐火材料。在我国，近10年来对高炉用耐火材料的研究和开发取得了许多的成果，特别是Si3N4结合SiC砖在国内几十座高炉上得到广泛应用，该砖大都是在炉身下部砌筑。国内外的生产实践证明，SiC材质不与熔渣起反应，也没有结瘤现象，用在高炉炉身下部作内衬有助于延长炉龄，提高热效率。

一、炉喉用耐火材料

一般多用性能优异的黏土砖或高密度的高铝砖砌筑，但使用寿命较短，因而还采用耐磨耐撞击的铸钢保护板。现在有很多新建的高炉采用黏土质耐火浇注料。而在炉喉及保护板以下部位、直吹管和煤气升降管等部位，均可采用喷涂料。

二、炉身用耐火材料

炉身上部和中部：主要采用低气孔率的黏土砖及高铝砖。但随着高炉操作条件苛刻化，该部位要求采用在耐剥落性和耐磨性方面都很优异的耐火材料。因此在上部还可以采用磷酸盐结合的黏土砖，中上部