水煤气气化炉可靠性运行技术研究

水煤气气化炉可靠性运行技术研究

于建奇,刘俊争,杨哲,徐红月,赵晓艺

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摘要：水煤浆气化炉是水煤浆加压气化装置核心设备，气化炉稳定长周期运行关系到整个气化装置系统的稳定运行。顶喷式气化炉经常出现拱顶局部超温现象，检查发现拱顶内部铬刚玉浇注料存在裂纹空隙、热面砖砖缝较大，工艺气通过砖缝和浇注料裂纹空隙窜气至拱顶球形筒壁，导致拱顶局部超温。通过合理控制耐火材料产品质量和砌筑施工质量、更换原始砌筑的耐火材料、控制工艺操作参数等措施，使拱顶超温问题得到解决。

关键词：气化炉；拱顶局部；超温；浇注料；热面砖

水煤浆气化炉是水煤浆加压气化装置核心设备，气化炉稳定长周期运行关系到整个气化装置系统的稳定运行。气化炉由激冷室和燃烧室两部分组成，其中燃烧室内正常运行温度高达1250℃，其内部砌筑有耐火材料，分为拱顶、筒体、锥底耐火材料3部分，通过耐火材料的隔热保温作用防止金属筒体在正常工况下出现超温现象。耐火材料本身的质量及砌筑施工质量以及工艺控制等因素，是影响燃烧室筒壁温度的关键因素。因此，控制筒壁超温需要从以上几个方面综合考虑，通过加强材料本身质量和施工质量以及工艺运行等方面的控制，保证气化炉的安全运行。

某公司小3200mm单喷嘴水煤浆气化炉投料运行初期，经常出现拱顶局部超温现象，最高时筒壁温度350℃，已经达到筒壁设计要求上限温度，给气化炉稳定运行带来极大隐患。但是这种情况在气化炉运行一段时间后局部超温位置会逐渐恢复正常。经过几个周期的运行发现，这台气化炉在每次投料后拱顶超温位置基本一致，并且每次会在运行一段时间后温度逐步降低，恢复正常。该台气化炉拱顶剖视图如图1所示，拱顶由球形封头、保温材料、耐火浇注料、耐火热面砖组成。

图1 气化炉拱顶剖视图

2原因分析

2.1直接原因

检修过程中对拱顶热面砖及铬刚玉浇注料更换发现，拱顶浇注料已经不是一个整体，整个拱顶浇注料已经沿纵向开裂为3部分，拱顶浇注料拆除后可以看到，浇注料表面有明显过火的痕迹，呈现深蓝色，如图3所示。拱顶浇注料拆除完毕后，检查拱顶球形封头内壁发现金属内壁有过火痕迹，并且位置与运行过程中超温位置一致。造成拱顶局部超温的直接原因是拱顶浇注料产生较大纵向裂缝，热面砖砖缝较大，气化炉在投料升压运行的过程中，工艺气通过砖缝和浇注料裂缝窜气至拱顶球体内壁，造成拱顶局部超温。然而经过一段时间的运行，煤粉及煤渣将热面砖砖缝和浇注料裂缝慢慢填满，高温工艺气在裂缝中不能产生回流形成死区，拱顶超温的现象就会逐步消失，恢复正常温度。

2.2其他原因

1)原始拱顶耐火材料质量及砌筑过程质量控制存在问题。在施工过程中为了使浇注料有良好的流动性，往往会在浇注料内加入大量的水，导致浇注料凝固速度慢、强度低，在原始烘炉时很容易造成拱顶浇注料开裂。

2)气化炉原始烘炉时烘炉速度控制不当，导致耐火材料膨胀过快而发生开裂；在气化炉投料后升压速率过快，会导致高温工艺气通过耐火材料的裂缝迅速窜至球形封头内壁，在局部形成回流，继而造成拱顶局部超温。

3)气化炉在运行过程中中心氧控制过低，导致火焰区域靠近拱顶区域，砖壁上不易挂灰渣，高温气体更易于通过耐火材料裂缝窜至球形封头内壁，加剧拱顶局部超温。

3整改措施

3.1控制耐火材料产品质量

耐火材料加工制作过程中存在原材料质量问题及材料存放时间较长、失效等，在材料投入使用后会影响气化炉炉壁温度。例如铬刚玉浇注料存放时间过长会出现凝固慢、强度低等现象，高铬砖含铁量高容易导热使筒壁超温等。加强对耐火材料原材料的质量控制是保证水煤浆气化炉稳定运行，防止拱顶超温的第一道防线。在该气化炉拱顶局部超温之前，对气化炉耐火材料基本没有质量控制措施，针对出现的问题，重点加强了对材料的生产日期、化学成分等关键指标进行相应的控制，在耐火材料使用前对每一批原材料进行检验，铬刚玉浇注料按照比例进行凝固和强度试验，高铬砖进行材料化学成分分析。

3.2加强耐火材料砌筑过程的质量控制

加强施工质量控制，首先是选择具有相应资质的施工单位，由施工单位编制合理的施工方案，并且经过审批后方可施工。施工时应以气化炉上下法兰为基准拉双向中心线，保证耐火材料砌筑尺寸；控制施工过程中浇注料的加水量，以及浇筑铬刚玉浇注料时的施工进度，杜绝施工过快造成浇注料凝固不实等问题。施工完毕后仔细检查验收砖缝及各个部位的尺寸，确保砌筑质量。

3.3原始烘炉和日常烘炉时严格执行烘炉曲线和降温曲线

在水煤浆气化炉耐火材料原始砌筑烘炉和日常烘炉升温过程中，应根据耐火材料供应商提供的材料的特性和质量指标，制定合理的烘炉曲线，严格控制好烘炉升温速率，杜绝因升温速率过快导致炉砖及浇注料的开裂。在停炉时也应控制降温速率，降温过快同样会导致炉砖及浇注料的开裂脱落，影响气化炉的稳定运行。

3.4按照操作规程进行工艺操作

在水煤浆气化炉进行正常投料、升压、加负荷及日常操作时，应按照操作规程进行工艺操作。投料过程中严格按照置换要求将炉内氧含量控制在合格范围内，防止投料爆鸣造成炉砖脱落而影响气化炉运行，严禁过快升降压对炉砖造成影响。日常操作时应做到平稳操作，避免操作原因对气化炉耐火材料产生影响。气化炉在运行过程中按照操作规程要求严格控制中心氧量，避免中心氧量控制过低，导致气化炉内火焰燃烧区域靠近拱顶，造成拱顶砖壁上温度过高导致灰渣不能挂在砖壁上形成保护层，高温气体更易于通过耐火材料裂缝窜至球形封头内壁，加剧拱顶局部超温，因此要在日常操作过程中按照操作规程要求中心氧量不易过低，严格控制。

4整改效果

对局部超温的水煤浆气化炉进行了拱顶热面砖及浇筑料的更换，在更换过程中通过控制原材料和砌筑质量，按照升温曲线对拱顶耐火材料进行烘炉，按照水煤浆气化炉操作规程进行开停车工艺操作。目前，曾经出现拱顶局部超温问题的水煤浆气化炉已经正常运行，各项工艺指标正常，超温问题得到有效解决，消除了一项重大安全隐患。

参考文献

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