劉明忠

【摘 ?要】論文主要介紹河南能源義馬煤業(yè)綜能新能源有限責(zé)任公司使用的U-GAS氣化爐內(nèi)襯耐火材料經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間開車運(yùn)行，爐體表面出現(xiàn)多處過熱現(xiàn)象（溫度≥240℃），為解決該問題，確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)U-GAS氣化爐設(shè)備襯里材料重新進(jìn)行選型設(shè)計(jì)、制造、筑爐、烘爐等。論文以義馬綜能公司U-GAS氣化爐選用的博耐特磚為例，對(duì)其耐火襯里的設(shè)計(jì)選型及施工方法進(jìn)行介紹，以期為今后的施工提供借鑒。

【Abstract】This paper mainly describes the refractory liner material of U-GAS gasifier used by Henan YMCIG-SES New Energy Company Limited after a long time of start-up and operation， there are many overheating phenomena on the surface of the furnace body （temperature ≥ 240 ℃）. In order to solve this problem and ensure the safe and stable operation of the unit， the paper re-designed， designed， manufactured， built furnace， oven and so on for the lining materials of U-GAS gasifier equipment. This paper introduces the design selection and construction method of the refractory lining of the U-gas gasifier selected by Yima comprehensive energy company as an example， so as to provide reference for the future construction.

【關(guān)鍵詞】U-GAS氣化爐;耐火襯里;澆注料;耐火磚

【Keywords】U-GAS gasifier; refractory liner; castable; refractory brick

【中圖分類號(hào)】TQ545 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）07-0192-02

1 概述

義馬煤業(yè)綜能新能源有限責(zé)任公司使用的U-GAS氣化爐，由美國(guó)SES提供氣化工藝包，東華設(shè)計(jì)院全面設(shè)計(jì)，張家港化工機(jī)械廠建造，氣化爐外殼是用鍋爐鋼板（16MnR）焊制的壓力容器，內(nèi)襯耐火材料。耐火材料原設(shè)計(jì)使用澆注料的筑爐方式，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間開停車運(yùn)行，爐體表面出現(xiàn)多處過熱現(xiàn)象（溫度≥240℃）。為解決該問題，確保裝置安全運(yùn)行，需要對(duì)U-GAS氣化爐設(shè)備襯里材料重新進(jìn)行選型設(shè)計(jì)、制造、筑爐、烘爐等。施工界面為：U-GAS氣化系統(tǒng)內(nèi)襯的襯里部位，具體是頂部橢圓封頭區(qū)域（1730mm）及下部斜插管道R1（？準(zhǔn)560），更換內(nèi)部原有的襯里材料及錨固釘附件，采用雙層襯里結(jié)構(gòu)。

2 規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)襯設(shè)計(jì)及施工的各項(xiàng)技術(shù)要求必須符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①U-GAS氣化爐反應(yīng)器正常工作溫度為1050℃，殼體外壁設(shè)計(jì)溫度為100～130℃。具體設(shè)計(jì)如下：

第一，U-GAS氣化系統(tǒng)封頭口部位：A：耐熱層采用博耐特磚，襯里厚度為150mm（磚灰縫2mm左右）。B：隔熱層采用輕質(zhì)澆注料，厚度為150mm。第二，U-GAS氣化系統(tǒng)封頭部位：A：耐熱層采用博耐特磚，襯里厚度為150mm（磚灰縫2mm左右）。B：隔熱層采用輕質(zhì)澆注料，厚度為170mm。第三，U-GAS氣化系統(tǒng)封頭下口直段部位：A：耐熱層采用博耐特自流料，襯里厚度為150mm。B：隔熱層采用輕質(zhì)澆注料，厚度為170mm。第四，錨固釘分別采用以下結(jié)構(gòu)：（材質(zhì)：06Cr25Ni20）Y形組合錨固釘S32（用于320mm雙層澆注料襯里）。筒體直段;Ω形錨固釘S170（用于170mm單層澆注料襯里）。橢圓封頭段：Ω形錨固釘S150（用于150mm單層澆注料襯里）。封頭上口：Ω形錨固釘S100（用于100mm單層澆注料襯里）。斜插管：R1。

②博耐特磚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)如下：

第一，可避免在殼體上焊接固定件。第二，耐火磚四面帶有凹凸槽結(jié)構(gòu)使磚與磚之間能緊密結(jié)合，提高了耐磨耐火層的整體性，并有效地隔絕爐內(nèi)氣的滲透。第三，由于耐火磚已經(jīng)經(jīng)過1600℃高溫?zé)?，在裝置運(yùn)行反應(yīng)器鋼殼膨脹時(shí)耐火磚也會(huì)跟著膨脹，這樣會(huì)有效減小襯里裂紋，有效防止堿性氣體滲入襯里產(chǎn)生剝落[1]。第四，磚縫≤2mm，主要用于彌補(bǔ)磚在安裝時(shí)的不平整和縫隙。磚型采用四面榫卯結(jié)構(gòu)，這樣能有效防止堿性氣體進(jìn)入和含堿灰渣沖刷，有效地彌補(bǔ)膠泥填補(bǔ)縫隙后帶來的不穩(wěn)定因素[2]。

4 磚縫設(shè)置

已知條件：反應(yīng)器內(nèi)部溫度為1050℃，筒體外殼溫度為130℃。設(shè)備固定支點(diǎn)在設(shè)備偏下部位（下部10.364m/上部20.1m）。根據(jù)設(shè)備材質(zhì)Q345R在100℃時(shí)，該材料因溫度因素而膨脹，該材料熱膨脹系數(shù)為：12.2×10-6/℃，即100℃時(shí)其膨脹量為：1.22mm/m。

計(jì)算式：設(shè)備在外殼溫度為130℃時(shí)，其平均每1m膨脹量為：130℃×1.22mm/100℃=1.586mm。上部20.1m總長(zhǎng)度的總膨脹量為：1.586×20.1=31.88mm，下部10.364m總長(zhǎng)度的總膨脹量為：1.586×10.364=16.44mm。博耐特自流澆注料在815℃時(shí)，其重?zé)€變化率為：-0.2%，則博耐特自流澆注料在1050℃時(shí)磚的收縮量=-0.2×1050℃/815℃=-0.26%。上部20.1m總長(zhǎng)度的總收縮量為：-0.26%×20.1×103=-52.26mm，下部10.364m總長(zhǎng)度的總收縮量為：-0.26%×10.364×103=

-26.95mm。實(shí)際工況下按照安裝定位支點(diǎn)來計(jì)算的膨脹量：上部為31.88-（-52.26）=84.14mm，下部為16.44-（-26.95）=43.39mm。由此可得，在上部20.1m總長(zhǎng)內(nèi)可以設(shè)置8層支撐墊板，其每一層的預(yù)留量為10mm。在下部10.364m總長(zhǎng)內(nèi)可以設(shè)置4層支撐墊板，其每一層的預(yù)留量為10mm。整個(gè)上部在高度方向上需要設(shè)置12層支撐墊板，預(yù)留膨脹伸縮縫是12道，預(yù)留量為10mm，支撐墊板間距為2500mm。

上部圓體直徑為？準(zhǔn)3960mm，下部圓體直徑為？準(zhǔn)2800mm。則上部圓周線上收縮量為-0.26%×3960×π=-32.35mm，而下部圓周線上收縮量為-0.26%×2800×π=-22.87mm。根據(jù)計(jì)算要求對(duì)上、下部徑向方向做完襯里后進(jìn)行伸縮縫切割，切割灰縫規(guī)格：深度為20～30mm;寬度為2～3mm，符合SH/T 3115—2000標(biāo)準(zhǔn)即可。上部圓體切割預(yù)計(jì)為10道，下部圓體切割預(yù)計(jì)為7道。切割伸縮縫其目的是防止?jié)沧⒘弦蚴軣岫鹁植渴湛s不均勻;如果沒有預(yù)留切割縫，非常容易造成貫穿性裂紋，一旦滲透侵蝕澆注料就會(huì)導(dǎo)致裂紋增大，造成殼體外部熱點(diǎn)。

建議在做澆注料施工中加入少量的耐高溫不銹鋼弓形鋼纖維，以便增加相互間的銜接強(qiáng)度。

5 博耐特自流料及磚材料技術(shù)指標(biāo)

5.1 博耐特自流料

體積密度2.7～3.0g/cm3;

耐壓強(qiáng)度110℃×24h≥65MPa，815℃×3h≥65MPa;

抗折強(qiáng)度110℃×24h≥8MPa，815℃×3h≥8MPa;

Al2O3≥86%;

CaO≤10%;

Fe203≤0.3%;

膨脹系數(shù)7.9×10-6/℃-1。

5.2 博耐特磚

體積密度2.7～3.0g/cm3;

耐壓強(qiáng)度≥110MPa;

抗折強(qiáng)度≥12MPa;

Al2O3≥88%;

CaO≤10%;

Fe2O3≤0.3%

膨脹系數(shù)7.8×10-6/℃-1。

6 施工流程工藝

①流程：施工準(zhǔn)備→錨固釘、筋版焊接并清渣→博耐特自流料施工→博耐特磚砌筑→輕質(zhì)澆注料施工→工程驗(yàn)收→烘爐→生產(chǎn)投運(yùn)。

②施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度必須在5～40℃，施工最佳溫度為15～30℃。當(dāng)溫度低于5℃時(shí)，需采取保暖措施，可采用電加熱或蒸汽加熱。襯里材料自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3～5天。

③砌磚主要控制項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)。

墻面垂直度允許偏差<2mm/m，<10mm/全高;

磚內(nèi)表面偏心度允許偏差R：±3mm;

封頭磚內(nèi)表面半徑公差允許偏差<5mm，R：±5mm;

膨脹縫厚度偏差的允許偏差+2mm，-1mm。

7 結(jié)語(yǔ)

①U-GAS氣化爐使用耐火磚后的隔熱效果顯著，從生產(chǎn)運(yùn)行角度來講，滿足現(xiàn)行1.2MPa壓力氣化爐運(yùn)行的安全需要。②U-GAS氣化爐作為循環(huán)流化床氣化爐中的典型代表，其1.2MPa的運(yùn)行壓力，介于高壓氣流床與常壓流化床之間，造成耐火內(nèi)襯選擇的無法確定性，然而耐火磚為其耐火內(nèi)襯提供了可選擇性。③耐火磚較現(xiàn)行常規(guī)的澆注料襯里結(jié)構(gòu)來說，有明顯的優(yōu)越性，但平方米內(nèi)價(jià)格較高，推廣難度較大，根據(jù)當(dāng)前的價(jià)格評(píng)估，耐火磚的價(jià)格一般在澆注料的2.5倍左右。④耐火磚在該次U-GAS氣化爐上的應(yīng)用，系耐火磚在循環(huán)流化床氣化爐中的首次應(yīng)用，對(duì)國(guó)內(nèi)內(nèi)襯技術(shù)的發(fā)展有著重要的驗(yàn)證意義。

【參考文獻(xiàn)】

【1】郝守昌.新型氣化爐耐火材料有關(guān)問題的探討[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2013，40（08）：116-117.

【2】郭文元，費(fèi)名儉，王輔臣.氣化爐拱頂耐火隔熱襯里層傳熱關(guān)鍵影響因素分析[J].大氮肥，2011，34（04）：229-233.