79
氣化爐拱頂局部耐火澆注料裂紋的原因分析及整改措施
2023/11/10
水煤漿氣化爐
水煤漿氣化爐是水煤漿加壓氣化裝置核心設(shè)備，氣化爐穩(wěn)定長周期運(yùn)行關(guān)系到整個氣化裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。氣化爐由激冷室和燃燒室兩部分組成，其中燃燒室內(nèi)正常運(yùn)行溫度高達(dá)1250℃，其內(nèi)部砌筑有耐火材料，分為拱頂、筒體、錐底耐火材料3部分，通過耐火材料的隔熱保溫作用防止金屬筒體在正常工況下出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。耐火材料本身的質(zhì)量及砌筑施工質(zhì)量以及工藝控制等因素，是影響燃燒室筒壁溫度的關(guān)鍵因素。因此，控制筒壁超溫需要從以上幾個方面綜合考慮，通過加強(qiáng)材料本身質(zhì)量和施工質(zhì)量以及工藝運(yùn)行等方面的控制，保證氣化爐的安全運(yùn)行。
01
氣化爐拱頂及局部超溫情況介紹
某公司φ3200mm單噴嘴水煤漿氣化爐投料運(yùn)行初期，經(jīng)常出現(xiàn)拱頂局部超溫現(xiàn)象，最高時筒壁溫度350℃，已經(jīng)達(dá)到筒壁設(shè)計要求上限溫度，給氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大隱患。但是這種情況在氣化爐運(yùn)行一段時間后局部超溫位置會逐漸恢復(fù)正常。經(jīng)過幾個周期的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，這臺氣化爐在每次投料后拱頂超溫位置基本一致，并且每次會在運(yùn)行一段時間后溫度逐步降低，恢復(fù)正常。該臺氣化爐拱頂剖視圖如圖1所示，拱頂由球形封頭、保溫材料、耐火澆注料、耐火熱面磚組成。
02
原因分析
2.1直接原因
檢修過程中對拱頂熱面磚及鉻剛玉澆注料更換發(fā)現(xiàn)，拱頂澆注料已經(jīng)不是一個整體，整個拱頂澆注料已經(jīng)沿縱向開裂為3部分。拱頂澆注料拆除后可以看到，澆注料表面有明顯過火的痕跡，呈現(xiàn)深藍(lán)色。拱頂澆注料拆除完畢后，檢査拱頂球形封頭內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)金屬內(nèi)壁有過火痕跡，并且位置與運(yùn)行過程中超溫位置一致。
造成拱頂局部超溫的直接原因是拱頂澆注料產(chǎn)生較大縱向裂縫，熱面磚磚縫較大,氣化爐在投料升壓運(yùn)行的過程中，工藝氣通過磚縫和澆注料裂縫竄氣至拱頂球體內(nèi)壁，造成拱頂局部超溫。然而經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，煤粉及煤渣將熱面磚磚縫和澆注料裂縫慢慢填滿，高溫工藝氣在裂縫中不能產(chǎn)生回流形成死區(qū)，拱頂超溫的現(xiàn)象就會逐步消失，恢復(fù)正常溫度。
2.2其他原因
（1）原始拱頂耐火材料質(zhì)量及砌筑過程質(zhì)量控制存在問題。在施工過程中為了使?jié)沧⒘嫌辛己玫牧鲃有?，往往會在澆注料?nèi)加入大量的水，導(dǎo)致澆注料凝固速度慢、強(qiáng)度低，在原始烘爐時很容易造成拱頂澆注料開裂。
（2）氣化爐原始烘爐時烘爐速度控制不當(dāng)，導(dǎo)后升壓速率過快，會導(dǎo)致高溫工藝氣通過耐火材料的裂縫迅速竄至球形封頭內(nèi)壁，在局部形成回流，繼而造成拱頂局部超溫。
（3）氣化爐在運(yùn)行過程中中心氧控制過低，導(dǎo)致火焰區(qū)域靠近拱頂區(qū)域，磚壁上不易掛灰渣，高溫氣體更易于通過耐火材料裂縫竄至球形封頭內(nèi)壁，加劇拱頂局部超溫。
03
整改措施
3.1控制耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量
耐火材料加工制作過程中存在原材料質(zhì)量問題及材料存放時間較長、失效等，在材料投入使用后會影響氣化爐爐壁溫度。例如鉻剛玉澆注料存放時間過長會出現(xiàn)凝間慢、強(qiáng)度低等現(xiàn)象，高鉻磚含鐵量高容易導(dǎo)熱使筒壁超溫等。加強(qiáng)對耐火材料原材料的質(zhì)量控制是保證水煤漿氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行，防止拱頂超溫的第一道防線。在該氣化爐拱頂局部超溫之前，對氣化爐耐火材料基本沒有質(zhì)量控制措施，針對出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)加強(qiáng)了對材料的生產(chǎn)日期、化學(xué)成分等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的控制，在耐火材料使用前對每一批職材料進(jìn)行檢驗(yàn)，鉻剛玉澆注料按照比例進(jìn)行凝固和強(qiáng)度試驗(yàn)，高鉻磚進(jìn)行材料化學(xué)成分分析。
3.2加強(qiáng)耐火材料砌筑過程的質(zhì)量控制
加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，首先是選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的施工單位，由施工單位編制合理的施工方案，并且經(jīng)過審批后方可施工。施工時應(yīng)以氣化爐上下法蘭為基準(zhǔn)拉雙向中心線，保證耐火材料砌筑尺寸;擰制施工過程中澆注料的加水量，以及澆筑鉻剛玉澆注料時的施工溫度，杜絕施工過快造成澆注料凝固不實(shí)等問題。施工完畢后仔細(xì)檢査驗(yàn)收磚縫及各個部位的尺寸，確保砌筑質(zhì)量。
3.3原始烘爐和日常烘爐時嚴(yán)格執(zhí)行烘爐曲線和降溫曲線
在水煤漿氣化爐耐火材料原始砌筑烘爐和曰常烘爐升溫過程中，應(yīng)根據(jù)耐火材料供應(yīng)商提供的材料的特性和質(zhì)量指標(biāo)，制定合理的烘爐曲線，嚴(yán)格控制好烘爐升溫速率，杜絕因升溫速率過快導(dǎo)致爐磚及澆注料的開裂。在停爐時也應(yīng)控制降溫速率，降溫過快同樣會導(dǎo)致爐磚及澆注料的開裂脫落，影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4按照操作規(guī)程進(jìn)行工藝操作
致耐火材料膨脹過快而發(fā)生開裂;在氣化爐投料在水煤漿氣化爐進(jìn)行正常投料、升壓、加負(fù)荷及日常操作時，應(yīng)按照操作規(guī)程進(jìn)行工藝操作。投料過程中嚴(yán)格按照置換要求將爐內(nèi)氧含量控制在合格范圍內(nèi)，防止投料爆鳴造成爐磚脫落而影響氣化爐運(yùn)行，嚴(yán)禁過快升降壓對爐磚造成影響。日常操作時應(yīng)做到平穩(wěn)操作，避免操作原因?qū)饣癄t耐火材料產(chǎn)生影響。氣化爐在運(yùn)行過程中按照操作規(guī)程要求嚴(yán)格控制中心氧量，避免中心氧量控制過低，導(dǎo)致氣化爐內(nèi)火焰燃燒區(qū)域靠近拱頂，造成拱頂磚壁上溫度過高導(dǎo)致灰渣不能掛在磚壁上形成保護(hù)層，高溫氣體更易于通過耐火材料裂縫竄至球形封頭內(nèi)壁，加劇拱頂局部超溫，因此要在日常操作過程中按照操作規(guī)程要求中心氧量不易過低，嚴(yán)格控制。
04
整改效果
對局部超溫的水煤漿氣化爐進(jìn)行了拱頂熱面磚及澆筑料的更換，在更換過程中通過控制原材料和砌筑質(zhì)量，按照升溫曲線對拱頂耐火材料進(jìn)行烘爐，按照水煤漿氣化爐操作規(guī)程進(jìn)行開停車工藝操作。目前，曾經(jīng)出現(xiàn)拱頂局部超溫問題的水煤漿氣化爐已經(jīng)正常運(yùn)行，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，超溫問題得到有效解決，消除了一項(xiàng)重大安全隱患。
水煤漿氣化爐是水煤漿加壓氣化裝置核心設(shè)備，氣化爐穩(wěn)定長周期運(yùn)行關(guān)系到整個氣化裝置系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。氣化爐由激冷室和燃燒室兩部分組成，其中燃燒室內(nèi)正常運(yùn)行溫度高達(dá)1250℃，其內(nèi)部砌筑有耐火材料，分為拱頂、筒體、錐底耐火材料3部分，通過耐火材料的隔熱保溫作用防止金屬筒體在正常工況下出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。耐火材料本身的質(zhì)量及砌筑施工質(zhì)量以及工藝控制等因素，是影響燃燒室筒壁溫度的關(guān)鍵因素。因此，控制筒壁超溫需要從以上幾個方面綜合考慮，通過加強(qiáng)材料本身質(zhì)量和施工質(zhì)量以及工藝運(yùn)行等方面的控制，保證氣化爐的安全運(yùn)行。
01
氣化爐拱頂及局部超溫情況介紹
某公司φ3200mm單噴嘴水煤漿氣化爐投料運(yùn)行初期，經(jīng)常出現(xiàn)拱頂局部超溫現(xiàn)象，最高時筒壁溫度350℃，已經(jīng)達(dá)到筒壁設(shè)計要求上限溫度，給氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大隱患。但是這種情況在氣化爐運(yùn)行一段時間后局部超溫位置會逐漸恢復(fù)正常。經(jīng)過幾個周期的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，這臺氣化爐在每次投料后拱頂超溫位置基本一致，并且每次會在運(yùn)行一段時間后溫度逐步降低，恢復(fù)正常。該臺氣化爐拱頂剖視圖如圖1所示，拱頂由球形封頭、保溫材料、耐火澆注料、耐火熱面磚組成。
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原因分析
2.1直接原因
檢修過程中對拱頂熱面磚及鉻剛玉澆注料更換發(fā)現(xiàn)，拱頂澆注料已經(jīng)不是一個整體，整個拱頂澆注料已經(jīng)沿縱向開裂為3部分。拱頂澆注料拆除后可以看到，澆注料表面有明顯過火的痕跡，呈現(xiàn)深藍(lán)色。拱頂澆注料拆除完畢后，檢査拱頂球形封頭內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)金屬內(nèi)壁有過火痕跡，并且位置與運(yùn)行過程中超溫位置一致。
造成拱頂局部超溫的直接原因是拱頂澆注料產(chǎn)生較大縱向裂縫，熱面磚磚縫較大,氣化爐在投料升壓運(yùn)行的過程中，工藝氣通過磚縫和澆注料裂縫竄氣至拱頂球體內(nèi)壁，造成拱頂局部超溫。然而經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，煤粉及煤渣將熱面磚磚縫和澆注料裂縫慢慢填滿，高溫工藝氣在裂縫中不能產(chǎn)生回流形成死區(qū)，拱頂超溫的現(xiàn)象就會逐步消失，恢復(fù)正常溫度。
2.2其他原因
（1）原始拱頂耐火材料質(zhì)量及砌筑過程質(zhì)量控制存在問題。在施工過程中為了使?jié)沧⒘嫌辛己玫牧鲃有?，往往會在澆注料?nèi)加入大量的水，導(dǎo)致澆注料凝固速度慢、強(qiáng)度低，在原始烘爐時很容易造成拱頂澆注料開裂。
（2）氣化爐原始烘爐時烘爐速度控制不當(dāng)，導(dǎo)后升壓速率過快，會導(dǎo)致高溫工藝氣通過耐火材料的裂縫迅速竄至球形封頭內(nèi)壁，在局部形成回流，繼而造成拱頂局部超溫。
（3）氣化爐在運(yùn)行過程中中心氧控制過低，導(dǎo)致火焰區(qū)域靠近拱頂區(qū)域，磚壁上不易掛灰渣，高溫氣體更易于通過耐火材料裂縫竄至球形封頭內(nèi)壁，加劇拱頂局部超溫。
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整改措施
3.1控制耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量
耐火材料加工制作過程中存在原材料質(zhì)量問題及材料存放時間較長、失效等，在材料投入使用后會影響氣化爐爐壁溫度。例如鉻剛玉澆注料存放時間過長會出現(xiàn)凝間慢、強(qiáng)度低等現(xiàn)象，高鉻磚含鐵量高容易導(dǎo)熱使筒壁超溫等。加強(qiáng)對耐火材料原材料的質(zhì)量控制是保證水煤漿氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行，防止拱頂超溫的第一道防線。在該氣化爐拱頂局部超溫之前，對氣化爐耐火材料基本沒有質(zhì)量控制措施，針對出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)加強(qiáng)了對材料的生產(chǎn)日期、化學(xué)成分等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的控制，在耐火材料使用前對每一批職材料進(jìn)行檢驗(yàn)，鉻剛玉澆注料按照比例進(jìn)行凝固和強(qiáng)度試驗(yàn)，高鉻磚進(jìn)行材料化學(xué)成分分析。
3.2加強(qiáng)耐火材料砌筑過程的質(zhì)量控制
加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，首先是選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的施工單位，由施工單位編制合理的施工方案，并且經(jīng)過審批后方可施工。施工時應(yīng)以氣化爐上下法蘭為基準(zhǔn)拉雙向中心線，保證耐火材料砌筑尺寸;擰制施工過程中澆注料的加水量，以及澆筑鉻剛玉澆注料時的施工溫度，杜絕施工過快造成澆注料凝固不實(shí)等問題。施工完畢后仔細(xì)檢査驗(yàn)收磚縫及各個部位的尺寸，確保砌筑質(zhì)量。
3.3原始烘爐和日常烘爐時嚴(yán)格執(zhí)行烘爐曲線和降溫曲線
在水煤漿氣化爐耐火材料原始砌筑烘爐和曰常烘爐升溫過程中，應(yīng)根據(jù)耐火材料供應(yīng)商提供的材料的特性和質(zhì)量指標(biāo)，制定合理的烘爐曲線，嚴(yán)格控制好烘爐升溫速率，杜絕因升溫速率過快導(dǎo)致爐磚及澆注料的開裂。在停爐時也應(yīng)控制降溫速率，降溫過快同樣會導(dǎo)致爐磚及澆注料的開裂脫落，影響氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4按照操作規(guī)程進(jìn)行工藝操作
致耐火材料膨脹過快而發(fā)生開裂;在氣化爐投料在水煤漿氣化爐進(jìn)行正常投料、升壓、加負(fù)荷及日常操作時，應(yīng)按照操作規(guī)程進(jìn)行工藝操作。投料過程中嚴(yán)格按照置換要求將爐內(nèi)氧含量控制在合格范圍內(nèi)，防止投料爆鳴造成爐磚脫落而影響氣化爐運(yùn)行，嚴(yán)禁過快升降壓對爐磚造成影響。日常操作時應(yīng)做到平穩(wěn)操作，避免操作原因?qū)饣癄t耐火材料產(chǎn)生影響。氣化爐在運(yùn)行過程中按照操作規(guī)程要求嚴(yán)格控制中心氧量，避免中心氧量控制過低，導(dǎo)致氣化爐內(nèi)火焰燃燒區(qū)域靠近拱頂，造成拱頂磚壁上溫度過高導(dǎo)致灰渣不能掛在磚壁上形成保護(hù)層，高溫氣體更易于通過耐火材料裂縫竄至球形封頭內(nèi)壁，加劇拱頂局部超溫，因此要在日常操作過程中按照操作規(guī)程要求中心氧量不易過低，嚴(yán)格控制。
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整改效果
對局部超溫的水煤漿氣化爐進(jìn)行了拱頂熱面磚及澆筑料的更換，在更換過程中通過控制原材料和砌筑質(zhì)量，按照升溫曲線對拱頂耐火材料進(jìn)行烘爐，按照水煤漿氣化爐操作規(guī)程進(jìn)行開停車工藝操作。目前，曾經(jīng)出現(xiàn)拱頂局部超溫問題的水煤漿氣化爐已經(jīng)正常運(yùn)行，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，超溫問題得到有效解決，消除了一項(xiàng)重大安全隱患。
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