气化炉在掺烧石油焦后对耐火砖的影响

气化炉燃烧室内衬向火面砖、背衬砖、隔热砖三层保温材料，可有效地隔绝高温气体对反应器壳体的威胁。气化炉燃烧室内反应剧烈，耐火砖受到高温气体的冲刷，不断磨损、减薄，正常运行期间腐蚀速率为0.02mm/d。

但在煤种发生异常时，耐火砖的侵蚀速率会大大加剧，特别是在掺烧石油焦后，气化炉耐火砖侵蚀加剧，严重制约了气化炉的安全、稳定运行。

耐火砖挂渣减薄导致炉壁易超温

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正常情况下，在耐火砖的表面上会形成一层固态的渣膜，用来隔绝熔融状的渣以及高温气体对耐火砖的侵蚀。首先，煤浆进入气化炉后，和氧气进行燃烧以及气化反应，生成以CO和H2为主要组分的水煤气，经过反应后，剩余的大部分灰分以及很少一部分残碳碰撞到耐火砖表面，并被耐火砖壁面所捕获。

煤灰中的MgO、Fe2O3、Al2O3会与Cr2O3相结合形成致密的尖晶石，这便是固态渣膜。由于远离耐火砖灰渣的温度进一步升高，靠近渣膜外层的灰渣逐渐呈熔融状向下流动，最终排出气化炉燃烧室。由于渣膜的存在，隔绝了高温煤气以及高温熔渣的渗透，加之背衬砖、隔热砖的作用，气化炉的炉壁温度维持在～230℃，后期随着耐火砖的减薄，炉壁温度会逐渐升高，一般炉壁温度<300℃即可维持运行。

在全煤工况运行期间，气化炉炉壁温度未发生异常，但在掺烧石油焦后，气化炉炉壁温度略有上涨。

通过检查气化炉内的耐火砖发现，在气化炉的耐火砖上有部分耐火砖完全没有挂渣，且有些挂渣的地方未形成渣膜，而有些耐火砖上挂渣呈多孔状，并没有形成一定厚度的渣膜。

其主要原因在于石油焦的掺烧比例，当石油焦中的灰分相对较低时，虽然可减少对耐火砖的侵蚀，但是在实际运行过程中发现，掺烧石油焦后，在气化炉的耐火砖上不足以形成足够厚度的渣膜，有部分耐火砖暴露在高温的气化炉反应体系中。在处理炉壁超温时，多次采用大幅降低气化炉反应温度的措施，使灰渣重新挂渣，这也间接证明了导致炉壁超温的主要原因就是石油焦的掺烧比例过高、砖缝暴露、气流反窜。

结合实际情况发现，在石油焦的掺烧比例超过40%时，容易发生炉壁超温现象，运行不稳定。掺烧比例为30%时，虽然炉壁温度较全煤工况略有上升，但是通过初步计算可知，30%掺烧比例较全煤工况下产气量略多。综合考虑，在掺烧石油焦时应严格控制掺烧比例<30%，避免砖缝窜气现象的发生。

掺烧石油焦导致耐火砖侵蚀加剧

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掺烧石油焦后，气化炉的碳转化率逐渐下降，在全煤工况下气化炉的碳转化率仅有98%，在掺烧石油焦(细灰不回烧工况)后，气化炉的碳转化率由全煤工况下的98%降至94%，且随着掺烧的比例>30%，碳转化率下降至90%以下。当碳转化率<88%，气化炉的壁面捕捉效率明显下降。虽然炉壁的捕捉效率下降，但是气化炉壁面捕捉的残碳颗粒较正常工况下略有升高，被捕捉的残碳颗粒便会消耗氧气，降低耐火砖表面处的氧气分压。

通过进炉观察发现，此种侵蚀情况多发在一次反应区，即烧嘴室上部蔓延至拱顶处，此处位于气化反应的一次反应区。气化反应的一次反应区属于燃烧反应区，该区域温度较高，火焰温度达到2200℃，灰渣在此流动性较好，且反应剧烈，熔渣不易形成稳定渣膜。同时还发现，气化炉A的情况较气化炉B的情况严重。

结语

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通过对数次超温期间的运行数据以及耐火砖侵蚀情况进行分析，可知要保证耐火砖使用寿命的措施包括以下几点：

①在气化炉低负荷运行时，尽可能减少石油焦的掺烧比例，条件允许的情况下尽可能保持全煤工况运行，以此保证在气化炉低负荷运行时，耐火砖表面可以形成足够厚度、均匀的渣膜;

②在气化装置高负荷运行时，控制石油焦的掺烧比例不大于30%，同时还应保证气化炉操作温度大于煤灰熔点温度50～100℃，使其碳转化率>95%，避免产生极低氧分压条件下耐火砖的侵蚀;

③在保证装置安全运行的前提下，尽可能提高气化炉的运行压力，延长物料停留时间，提高气化炉的碳转化率。