水煤漿氣化爐主要是將煤炭潔凈、高效地轉(zhuǎn)化為合成氣（主要成分CO+H2）.其工作過(guò)程是水煤漿與氣化劑（O2）一起通過(guò)噴嘴，氣化劑高速噴出與煤漿并流混合霧化，在氣化爐內(nèi)進(jìn)行火焰型非催化部分氧化反應(yīng)的工藝過(guò)程，即煤的氣化技術(shù)。國(guó)內(nèi)目前使用的氣化爐有兩種一種是美國(guó)的德士古水煤漿加壓氣化爐和國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化爐。無(wú)論是國(guó)內(nèi)的還是國(guó)外在燃燒室向火面部位均采用高鉻磚，目前內(nèi)襯耐火材料的使用壽命仍是影響氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。
一：水煤漿加壓氣化爐的工作環(huán)境及對(duì)耐火材料的要求
水煤漿加壓氣化爐的工況條件極為苛刻，燃燒反應(yīng)式為強(qiáng)還原行氣氛，同時(shí)遭受酸性熔渣的侵蝕和高速流體的沖刷，且氣化爐內(nèi)的溫度場(chǎng)及流場(chǎng)是不均勻、不穩(wěn)定、甚至不連續(xù)的。要求高溫（1250~1550℃），高壓（2-8.5MPa），強(qiáng)還原氣氛和液態(tài)酸性排渣，伴隨著固體、液體、氣體的高速?zèng)_刷且在開(kāi)停車時(shí)有較大的溫度和壓力波動(dòng)等。所有這些都對(duì)氣化爐用耐火材料特別是向火面耐火磚提出了嚴(yán)格的要求。
1，必須有良好的抗熔渣侵蝕性、抗?jié)B透性以及抗震性能。
2，較好的高溫體積穩(wěn)定性能以抵抗溫度和壓力的波動(dòng)
3，較高的熱態(tài)強(qiáng)度以抵抗熔融煤渣的沖刷和磨損。
二：水煤漿加壓氣化爐耐火材料的結(jié)構(gòu)分布
氣化燃燒室內(nèi)襯耐火材料共分為拱頂、筒體、錐底和渣口四部分（如下圖）
1：拱頂—拱頂部分三層，從里到外分別為向火面磚、鉻剛玉澆注料、可壓縮料（主要做膨脹用）。拱頂部位是受沖刷最為嚴(yán)重的部位，結(jié)構(gòu)為半球形，每一塊磚各有從橫兩道嵌槽，砌筑成環(huán)狀后與上下左右各磚形成一個(gè)整體的合力，確保證了其穩(wěn)固。拱頂有一道膨脹縫。
2：筒體—筒體部分三層，從里到外分別為向火面磚、背襯磚、隔熱磚，隔熱磚與爐壁之填充有20mm的巖棉，用做保溫隔熱，同時(shí)還為耐火磚徑向膨脹提供了空間。筒體為圓柱形，共有兩道膨脹縫
3：錐底—錐底部分兩層、分別為向火面磚、鉻剛玉澆注料、錐底為圓錐形。
4：渣口—渣口部分三層，分別為向火面磚、背襯磚及鉻剛玉澆注料，渣口為圓柱形。所有耐火磚從里向外弧長(zhǎng)逐步增大，每層砌筑完成后在圓周方向就會(huì)形成一個(gè)整體。
三：水煤漿加壓氣化爐耐火材料的選擇
1：向火面磚 由于向火面直接與煤熔渣接觸，是氣化爐用耐火材料最苛刻的部位，所以向火面磚選用90的高鉻磚。高鉻磚所用原料為Cr2O3含量大于90%的Cr2O3電熔合成料（體積密度大于5.1g/cm³），同時(shí)添加有超細(xì)粉、經(jīng)混碾、成型后在高溫梭式窯中燒成。該產(chǎn)品具有體積密度大（大于4.25g/cm³），氣孔率低小于16%，常溫耐壓強(qiáng)度大于120MPa，氧化鐵和氧化硅等雜質(zhì)含量少的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有很好的熱態(tài)穩(wěn)定性，抗高溫蠕變性能等。這些滿足了氣化爐向火面用耐火材料的要求，所以90高鉻磚是目前氣化爐向火面耐材的最佳選擇。
2：背襯磚 背襯磚位于向火面磚背后，對(duì)氣化爐耐火材料整體起至關(guān)重要的力學(xué)支撐作用，并且能夠經(jīng)受高溫下腐蝕性氣體的侵蝕。12鉻剛玉磚常溫強(qiáng)度很高大于120MPa，并且高純剛玉中添加12%以上的氧化鉻更增加了該制品抗腐蝕性氣體侵蝕性能。
3：隔熱磚 隔熱磚位于制成磚之后，對(duì)氣化爐起保溫作用，使熱損失降低使外壁溫度保持在設(shè)定值，是一種很好的節(jié)能材料：氧化鋁空心球磚除了導(dǎo)熱系數(shù)低（0.8W/mK/1000℃）外，常溫、高溫強(qiáng)度是輕質(zhì)耐材中最好的，并且雜質(zhì)含量極低，具有很好的抗腐蝕性氣體的侵蝕能力和緩沖熱應(yīng)力能力。是目前輕質(zhì)保溫磚中最佳材料。
4：可壓縮層 可壓縮層具有容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)，具有很好的保溫絕熱性能，同時(shí)又具有一定的強(qiáng)度，能夠有效緩沖高溫下里層耐火材料的徑向膨脹，而且施工十分方便。
5：耐火澆注料 （鉻剛玉澆注料、氧化鋁空心球澆注料）鉻剛玉澆注料用于球頂及錐底，澆注料和磚相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)灰縫，即整體性好。施工方便，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的施工，方便快捷，省工、省時(shí)、省力。澆注料的抗氣體侵蝕性強(qiáng)，同時(shí)由于體積密度大于2.95g/cm³使?jié)沧⒘暇哂泻芎玫臍饷苄浴Ｑ趸X空心球澆注料具有保溫節(jié)能、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，適合氣化爐局部使用。
四：耐火磚損毀蝕損的原因
由于向火面的耐火磚長(zhǎng)期與爐內(nèi)高溫、熔渣以及一些還原性介質(zhì)接觸、難以避免熔渣向耐火磚的滲透。尤其當(dāng)氣化爐內(nèi)溫度出現(xiàn)波動(dòng)，造成耐火磚表面的固定渣層消失，氣化爐內(nèi)的高速氣流夾帶的煤灰顆粒和熔渣便會(huì)沖刷向火面耐火磚，長(zhǎng)期運(yùn)行后，耐火磚的組成及結(jié)構(gòu)勢(shì)必會(huì)發(fā)生一些變化。影響耐火磚蝕損程度的因素主要包括：化學(xué)侵蝕、氣流沖蝕與熔渣磨損、熱應(yīng)力破壞后兩者是耐火磚蝕損的根本原因，而化學(xué)侵蝕會(huì)在一定程度上加劇由其引起的蝕損。
①化學(xué)侵蝕：煤的灰分中主要含有Si、AL、Ca、Fe及其他微量金屬鹽類，煤種不同，熔渣中各類組分（SiO2、AL2O3、TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O）的含量也就不盡相同。高溫條件下，磚體中的金屬氧化物Cr2o3、AL2O3會(huì)與熔渣中存在的CaO、Fe2O3、MgO、SiO2等形成熔點(diǎn)較低的化合物。這些低熔點(diǎn)化合物可以通過(guò)耐火磚固有的氣孔、晶格及液相空間滲入磚體內(nèi)部，在熱應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力作用下繼續(xù)擴(kuò)大通道的面積和深度。滲入磚體中的灰渣成分不可能與向火面磚中Cr2I3骨架完全相同，不同成分的熱膨冷縮作用會(huì)導(dǎo)致在氣化爐降溫或升溫過(guò)程中將向火面磚的表層撐掉，造成剝離。
②氣流沖蝕與熔渣磨損：氣化爐內(nèi)的氣流速度較高，會(huì)夾帶灰渣顆粒直接沖刷和磨損爐壁，熔渣在耐火襯里的表面流動(dòng)會(huì)形成剝離作用，這些均會(huì)導(dǎo)致耐火磚的損壞。耐火磚受損部位的分布與爐內(nèi)流場(chǎng)的分布關(guān)系密切，而爐內(nèi)流場(chǎng)與氣化爐燒嘴的結(jié)構(gòu)尺寸以及煤漿與氧氣的混合物所形成的霧化效果有關(guān)燒嘴的霧化角度越大，氣流及熔渣對(duì)爐壁耐火磚的沖刷就越嚴(yán)重，而且會(huì)發(fā)生頗為嚴(yán)重的燒蝕現(xiàn)象。此外，灰渣中CaO含量對(duì)耐火磚的蝕損也有較為明顯的影響。若熔渣中CaO含量較多，則熔渣的熔點(diǎn)偏低，不易在耐火磚的表面形成附著的穩(wěn)定的渣層，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)“以渣抗渣”的目的：但是熔渣中CaO含量過(guò)低，那么煤的灰熔點(diǎn)則偏高，這將影響氣化操作溫度。
③ 熱應(yīng)力劈壞無(wú)論事故引起的停車或正常檢修停車，都會(huì)對(duì)氣化爐的溫度造成很大波動(dòng)。由于各層磚的升溫速率、膨脹系數(shù)、所受約束和阻力均不同，耐火磚的環(huán)向和垂直方向均會(huì)有應(yīng)力產(chǎn)生。當(dāng)應(yīng)力大于向火面耐火磚的強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致耐火磚邊角處出現(xiàn)裂紋，并進(jìn)一步導(dǎo)致熔渣的滲入，在磚體裂紋處形成滲透層。由于熔渣與耐火磚在膨脹系數(shù)等諸多物理化學(xué)性質(zhì)方面的差異，二者之間也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，溫度的改變可能導(dǎo)致熔渣滲透層出現(xiàn)玻璃甚至整體脫落。
總結(jié)：我公司鄭州駒達(dá)耐火材料有限公司在該爐型用耐火磚的實(shí)際中總結(jié)，應(yīng)從煤種、耐火材料質(zhì)量、操作水平等3個(gè)方面著手，減緩耐火材料在爐內(nèi)的蝕損狀況，延長(zhǎng)耐火材料的使用壽命。主要有：①關(guān)于煤種選擇，在滿足工藝條件的前提下，應(yīng)盡量減少使用CaO、SiO含量過(guò)高的煤種，避免形成過(guò)多的低熔點(diǎn)化合物，以期改善掛渣的情況②關(guān)于耐火材料方面應(yīng)設(shè)法使其氣孔微細(xì)化，如調(diào)節(jié)耐火材料的顆粒級(jí)配或添加適量的超細(xì)粉，以減少熔渣及氣體在孔隙中的滲透，從而提高耐火材料的抗侵蝕能力。