　　針對(duì)殼牌氣化爐爐膛耐火材料烘爐時(shí)間較長(zhǎng)、費(fèi)用較高的問(wèn)題，采用新型耐火材料對(duì)氣化爐爐膛進(jìn)行澆筑。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該材料不需用燃?xì)鈾C(jī)進(jìn)行烘爐，在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時(shí)，利用氣化爐膜式水冷壁水汽溫度進(jìn)行烘爐，不僅節(jié)約了烘爐時(shí)間，且耐火材料受熱均勻，保證了耐火材料的使用性能及使用壽命，節(jié)省了檢修和開(kāi)車時(shí)間，大大降低了生產(chǎn)維修費(fèi)用，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　從德國(guó)殼牌公司進(jìn)口的年產(chǎn)60萬(wàn)t甲醇項(xiàng)目氣化爐，是一種先進(jìn)的煤制氣裝置。氣化爐內(nèi)工作溫度為1400～1600℃，壓力為4～4.5MPa。氣化爐本身是1臺(tái)水冷壁反應(yīng)器，安裝在外殼內(nèi)。在該水冷壁上保持一種強(qiáng)制的冷卻水循環(huán)，而吸收的熱量則用來(lái)生成中壓蒸汽。反應(yīng)室水冷壁、輸氧導(dǎo)管是氣化爐的關(guān)健部位。

　　煤粉、氧氣及少量蒸汽在氣化爐反應(yīng)室內(nèi)，經(jīng)揮發(fā)脫除、裂解、燃燒、轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過(guò)程，產(chǎn)生了合成氣和熔渣飛灰。熔渣飛灰對(duì)水冷壁、輸氧導(dǎo)管的耐火襯里易造成嚴(yán)重的侵蝕和磨損，需定期檢修。

　　本文介紹了一種新型耐火材料在鶴壁煤化工有限公司年產(chǎn)60萬(wàn)t甲醇?xì)づ茪饣癄t中的實(shí)際應(yīng)用。這種新型的耐火材料，不需用烘爐機(jī)燃?xì)夂鏍t，只需在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時(shí)，利用水汽系統(tǒng)溫度按照升溫曲線進(jìn)行烘爐，耐火襯里受熱均勻，不僅保證了耐火材料的使用性能及使用壽命，且節(jié)省了檢修和開(kāi)車時(shí)間，同時(shí)也大大降低了生產(chǎn)維修費(fèi)用。

　　氣化爐概述

　　年產(chǎn)60萬(wàn)t甲醇項(xiàng)目殼牌氣化爐煤粉進(jìn)料是用由氧氣和工藝蒸汽混合物組成的高爐進(jìn)行氣化，帶壓的粉煤、氧氣和蒸汽通過(guò)成對(duì)的對(duì)置燒嘴進(jìn)入氣化爐中。由于采用夾帶氣流和具有高溫的“結(jié)渣”氣化，從而達(dá)到了煤炭的完全轉(zhuǎn)化。氣化爐中局部固化的渣層能對(duì)氣化爐的爐壁起到保護(hù)作用，防止?fàn)t壁受到熔渣和合成氣的侵蝕。該飛灰層還能將熱損失減小到最低限度，從而提高了冷氣體的使用效率，減少了合成氣中的CO2含量。該渣層還能防止氣化爐的爐壁在操作波動(dòng)時(shí)承受高熱負(fù)荷波動(dòng)，如果發(fā)生了操作波動(dòng)，固化飛灰層就會(huì)熔融或增厚。

　　氣化爐的水冷壁骨架是由管子-翅片-管子構(gòu)成的冷卻式圓柱形結(jié)構(gòu)組成的。該結(jié)構(gòu)通過(guò)氣化爐的頂部錐體插入到上部區(qū)域，而頂部錐體則和急冷區(qū)連通。在下部區(qū)域中，氣化爐的底部錐體上設(shè)置了一個(gè)中心開(kāi)口，使液渣能夠通過(guò)該開(kāi)口落入到渣池中。

　　在氣化爐水冷壁的下半部分，對(duì)稱設(shè)置了4個(gè)燒嘴開(kāi)孔，開(kāi)孔上配置有冷卻式燒嘴罩。氣化爐的水冷壁、頂部錐體及底部錐體用耐高溫的柱螺栓連接，用來(lái)固定傳熱耐火材料內(nèi)部襯里。

　　在氣化爐運(yùn)行期間，必須形成一定厚度的飛灰層。該飛灰層能覆蓋內(nèi)表面，且由于陶瓷耐火襯里和水冷壁之間良好的導(dǎo)熱性能而固化。該飛灰層能保護(hù)氣化爐，防止?fàn)t壁受到氣化時(shí)形成的熔渣影響，而溶渣則沿著爐壁朝下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)底部的排渣口掉落到渣池中。由于熔渣飛灰對(duì)水冷壁、輸氧導(dǎo)管的耐火襯里會(huì)造成嚴(yán)重的侵蝕和磨損，影響了氣化爐的運(yùn)行，故需定期對(duì)其進(jìn)行維修。

　　2.1原有耐火材料

　　殼牌氣化爐爐膛耐火襯里所使用的材料為進(jìn)口的凱得利PS68HR，即SiC75材料，該材料性能也能滿足使用要求。氣化爐襯里進(jìn)行局部修復(fù)，當(dāng)修復(fù)面積較小(≤2m2)時(shí)，不需要烘爐(即只需在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時(shí)烘爐即可)，而當(dāng)修復(fù)面積較大時(shí)，即修復(fù)面積>2m2，需要用燃?xì)庹w烘爐(其耐火材料烘爐最高溫度要求達(dá)到400℃)，此時(shí)，氣化爐筑爐、養(yǎng)護(hù)、烘爐所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，筑爐費(fèi)用、烘爐費(fèi)用，再加上烘爐所需的燃料費(fèi)用都較高。

　　2.2新型耐火材料

　　目前，原進(jìn)口材料以及現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)碳化硅搗打料，在水冷壁氣化爐上使用，須滿足455℃的高溫烘爐，才能到達(dá)碳化硅搗打料的使用效果。不僅455℃高溫烘爐所需的烘爐費(fèi)用和業(yè)主應(yīng)備的輔助設(shè)施費(fèi)用都是非常昂貴的，同時(shí)，烘爐周期長(zhǎng)也嚴(yán)重影響了業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。

　　免烘爐高耐磨碳化硅搗打料GSJ-75、GSJ-85，是根據(jù)氣化爐水冷壁230℃這一特定溫度專門研制的，在搗打料中加入了特種排濕劑，在60～70℃分解形成納米級(jí)細(xì)毛細(xì)孔，有利于搗打料膠體中的水分及揮發(fā)分的迅速排除。

　　烘爐最高溫度由進(jìn)口料的455℃降低到250℃，只須通過(guò)開(kāi)車前控制水冷壁的升溫就能滿足烘爐的要求，而不須專業(yè)的烘爐設(shè)備對(duì)其進(jìn)行烘爐，這不但節(jié)約了一筆高昂的烘爐費(fèi)用和輔助設(shè)施費(fèi)用，且免除了輔助設(shè)施的前期準(zhǔn)備和后期拆除清理工作，從而縮短了檢修周期，延長(zhǎng)了使用周期。氣化爐水冷壁耐火搗打料，由高純度、大顆粒結(jié)晶SiC、剛玉、鉻剛玉超細(xì)粉、磷酸鋁鉻結(jié)合劑、外加劑在特定的條件下配制而成。在搗打料中引入Cr2O3，顯著提高了材料的抗熔渣侵蝕性，有助于水冷壁的掛渣，直接起到了保護(hù)水冷壁的作用。

　　搗打料采用行星式攪拌機(jī)混合，經(jīng)搗毀打成型，并在空氣中固化。在35～240℃溫度下，膠體結(jié)合劑脫水濃縮、聚合，并與SiC、剛玉、微粉產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合。磷酸鋁鉻、高溫氧化物微粉、剛玉、鉻剛玉、納米級(jí)Cr2O3等耐火原料，在1100～1450℃下產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，形成了多晶復(fù)合相。

　　高溫下納米級(jí)的Cr2O3與Al2O3微粉形成固溶體，溶解到煤渣中會(huì)增加熔渣的黏度，且在材料表面形成了均勻的保護(hù)層，堵塞材料的氣孔，抑制熔渣的滲透。Cr2O3自身具有優(yōu)良的抗渣侵蝕性能，在水冷壁耐火材料搗打料中引入Cr2O3，顯著地改善了抗熔渣侵蝕。

　　3.1原有耐火材料

　　在使用免烘爐SiC搗打料以前，該公司在2014年7月系統(tǒng)檢修時(shí)對(duì)氣化爐爐膛耐火襯里進(jìn)行了一次修復(fù)，植釘、筑爐面積約為43m2。

　　不計(jì)爐膛內(nèi)植釘，僅氣化爐爐膛筑爐、烘爐所用時(shí)間近15d，時(shí)間較長(zhǎng)。

　　烘爐所用液化氣費(fèi)用約為20萬(wàn)元，筑爐、烘爐費(fèi)用約為64.5萬(wàn)元，總的費(fèi)用約為85萬(wàn)元。

　　對(duì)氣化爐爐膛及輸氣導(dǎo)管內(nèi)小面積筑爐進(jìn)行了3次檢修，最大一次的檢修面積約為15m2。

　　由于檢修時(shí)間緊張，生產(chǎn)任務(wù)重，3次檢修均未進(jìn)行烘爐處理，由于耐火襯里使用的效果較差，造成大大降低了其使用壽命。

　　3.2新型耐火材料

　　2017年3月，氣化爐爐膛耐火襯里修復(fù)面積約為35m2。在修復(fù)耐火襯里時(shí)，使用了一種不需用烘爐機(jī)燃?xì)夂鏍t的新型耐火材料。此耐火材料只需在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時(shí)利用水汽系統(tǒng)溫度按照升溫曲線進(jìn)行烘爐，耐火襯里受熱均勻，投入費(fèi)用約為43萬(wàn)元。

　　與原有耐火材料相比，該新型耐火材料折合成同等的修復(fù)面積(43m2)費(fèi)用約為52萬(wàn)元，用于烘爐，用時(shí)僅為6.5d。故使用新型耐火材料，不僅節(jié)省了時(shí)間，還大大降低了費(fèi)用。

　　2017年7月，打開(kāi)爐膛檢查，爐膛耐火襯里情況良好，未出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。

　　3.3經(jīng)濟(jì)效益

　　新型耐火材料使用后，氣化爐開(kāi)車不需再用液化氣進(jìn)行烘爐，節(jié)省了開(kāi)車時(shí)間8.5d，若氣化爐100%負(fù)荷，每天產(chǎn)出的甲醇按1850t計(jì)算(目前甲醇價(jià)格為2500元/t)，則可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2500×1850×8.5=3931.25(萬(wàn)元)，節(jié)約維修成本64.5-52+20=32.5(萬(wàn)元)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種新型的免烘爐耐火材料在年產(chǎn)60萬(wàn)t甲醇?xì)づ茽t裝置中運(yùn)行效果良好，不僅保證了耐火材料的使用性能及使用壽命，且節(jié)省了檢修和開(kāi)車時(shí)間，大大降低了生產(chǎn)維修費(fèi)用，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。