針對殼牌氣化爐爐膛耐火材料烘爐時間較長、費用較高的問題，采用新型耐火材料對氣化爐爐膛進行澆筑。生產(chǎn)實踐表明，該材料不需用燃?xì)鈾C進行烘爐，在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時，利用氣化爐膜式水冷壁水汽溫度進行烘爐，不僅節(jié)約了烘爐時間，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)省了檢修和開車時間，大大降低了生產(chǎn)維修費用，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。
從德國殼牌公司進口的年產(chǎn)60萬t甲醇項目氣化爐，是一種先進的煤制氣裝置。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制的冷卻水循環(huán)，而吸收的熱量則用來生成中壓蒸汽。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)過程，產(chǎn)生了合成氣和熔渣飛灰。熔渣飛灰對水冷壁、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t甲醇?xì)づ茪饣癄t中的實際應(yīng)用。這種新型的耐火材料，不需用烘爐機燃?xì)夂鏍t，只需在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時，利用水汽系統(tǒng)溫度按照升溫曲線進行烘爐，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)省了檢修和開車時間，同時也大大降低了生產(chǎn)維修費用。
氣化爐概述
年產(chǎn)60萬t甲醇項目殼牌氣化爐煤粉進料是用由氧氣和工藝蒸汽混合物組成的高爐進行氣化，帶壓的粉煤、氧氣和蒸汽通過成對的對置燒嘴進入氣化爐中。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氣化爐的爐壁起到保護作用，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時承受高熱負(fù)荷波動，如果發(fā)生了操作波動，固化飛灰層就會熔融或增厚。
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)置了一個中心開口，使液渣能夠通過該開口落入到渣池中。
在氣化爐水冷壁的下半部分，對稱設(shè)置了4個燒嘴開孔，開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，用來固定傳熱耐火材料內(nèi)部襯里。
在氣化爐運行期間，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。該飛灰層能保護氣化爐，防止?fàn)t壁受到氣化時形成的熔渣影響，而溶渣則沿著爐壁朝下運動，通過底部的排渣口掉落到渣池中。由于熔渣飛灰對水冷壁、輸氧導(dǎo)管的耐火襯里會造成嚴(yán)重的侵蝕和磨損，影響了氣化爐的運行，故需定期對其進行維修。
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。氣化爐襯里進行局部修復(fù)，當(dāng)修復(fù)面積較小(≤2m2)時，不需要烘爐(即只需在氣化爐水汽系統(tǒng)升溫時烘爐即可)，而當(dāng)修復(fù)面積較大時，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，氣化爐筑爐、養(yǎng)護、烘爐所需要的時間較長，筑爐費用、烘爐費用，再加上烘爐所需的燃料費用都較高。
2.2新型耐火材料
目前，原進口材料以及現(xiàn)有的國產(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用和業(yè)主應(yīng)備的輔助設(shè)施費用都是非常昂貴的，同時，烘爐周期長也嚴(yán)重影響了業(yè)主的經(jīng)濟效益。
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。
烘爐最高溫度由進口料的455℃降低到250℃，只須通過開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)備對其進行烘爐，這不但節(jié)約了一筆高昂的烘爐費用和輔助設(shè)施費用，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，直接起到了保護水冷壁的作用。
搗打料采用行星式攪拌機混合，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。
高溫下納米級的Cr2O3與Al2O3微粉形成固溶體，溶解到煤渣中會增加熔渣的黏度，且在材料表面形成了均勻的保護層，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)檢修時對氣化爐爐膛耐火襯里進行了一次修復(fù)，植釘、筑爐面積約為43m2。
不計爐膛內(nèi)植釘，僅氣化爐爐膛筑爐、烘爐所用時間近15d，時間較長。
烘爐所用液化氣費用約為20萬元，筑爐、烘爐費用約為64.5萬元，總的費用約為85萬元。
對氣化爐爐膛及輸氣導(dǎo)管內(nèi)小面積筑爐進行了3次檢修，最大一次的檢修面積約為15m2。
由于檢修時間緊張，生產(chǎn)任務(wù)重，3次檢修均未進行烘爐處理，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，使用了一種不需用烘爐機燃?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)升溫時利用水汽系統(tǒng)溫度按照升溫曲線進行烘爐，耐火襯里受熱均勻，投入費用約為43萬元。
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)費用約為52萬元，用于烘爐，用時僅為6.5d。故使用新型耐火材料，不僅節(jié)省了時間，還大大降低了費用。
2017年7月，打開爐膛檢查，爐膛耐火襯里情況良好，未出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。
3.3經(jīng)濟效益
新型耐火材料使用后，氣化爐開車不需再用液化氣進行烘爐，節(jié)省了開車時間8.5d，若氣化爐100%負(fù)荷，每天產(chǎn)出的甲醇按1850t計算(目前甲醇價格為2500元/t)，則可為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益2500×1850×8.5=3931.25(萬元)，節(jié)約維修成本64.5-52+20=32.5(萬元)。
結(jié)語
通過生產(chǎn)實踐證明，這種新型的免烘爐耐火材料在年產(chǎn)60萬t甲醇?xì)づ茽t裝置中運行效果良好，不僅保證了耐火材料的使用性能及使用壽命，且節(jié)省了檢修和開車時間，大大降低了生產(chǎn)維修費用，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。
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