水煤浆气化炉耐火衬里瞬态温度场与应力场分析

耐火衬里是多喷嘴对置式( OMB) 水煤浆气化炉的关键组成部件,气化炉内剧烈的温度变 化会使耐火衬里产生很大的瞬态热应力,导致砖体开裂甚至剥落。 为提高耐火衬里的使用寿命,期 望对耐火砖的性能进行原位观察,然而,炉内的极端环境使得很难通过在线测试和实验手段对其内 部进行研究。 通过数值模拟方法,可以不受极端条件的限制,研究耐火衬里在气化炉运行期间遇到 的一些问题。 以某 OMB 水煤浆气化炉为对象,建立了 K 砖部位耐火衬里的有限元分析模型,综合 考虑材料参数随温度变化的影响,对烘炉、开车和停车阶段耐火衬里产生的瞬态温度场及应力场分 布进行计算分析。 结果表明,气化炉烘炉过程中热流从热面砖逐渐向钢壳传递,由于传热的滞后 性,当热面砖温度达到 1 300 °C 后,耐火衬里整体温度场还需 60 h 才能达到稳态;对于所有计算工 况,结构最大热应力都出现在热面砖顶部弯曲处,耐火衬里瞬态应力场与温度场变化规律相一致, 说明热应力大小与温度梯度有关,温度梯度越大,热应力变化越剧烈;气化炉停车降温过程中产生 的拉应力是导致耐火衬里产生裂纹的直接原因,在气化炉频繁的开停车过程中,耐火衬里不断受到 拉压应力的交互作用,是导致其发生断裂的根本原因;在气化炉开车和停车过程中操作温度不宜过 高,应在保证气化炉正常运行的情况下尽可能维持较低的操作温度。 数值仿真结果进一步为气化 炉耐火衬里的工况优化及安全稳定运行提供有效参考。