氣化爐主要有水煤漿水冷壁和干煤粉水冷壁2種應(yīng)用形式，其中水煤漿氣化爐處于初級應(yīng)用階段, 以第2代 “清華爐”為代表；干煤粉氣化爐應(yīng)用已很成熟，以Shell氣化爐最為突出。
一：氣化爐爐內(nèi)環(huán)境
不論何種氣化爐, 煤氣轉(zhuǎn)化都必然是在高溫時進行, 比如氣流床反應(yīng)溫度高達2000 ℃ ,熔渣 以一定厚度呈流動態(tài)渣層掛在水冷壁膜式壁上, 且不間斷地向下流動。經(jīng)過此熔渣層的阻隔, 煙氣溫度降為約1300 ℃ , 如此高的溫度環(huán)境對氣化爐水冷壁膜式壁帶來了嚴(yán)峻的考驗, 因此如要保證氣化爐水冷壁管子不被破壞, 就需要將熱量隔絕或通過冷卻手段引導(dǎo)傳至設(shè)備的熱量。從煤氣化工藝來看, 反應(yīng)室內(nèi)產(chǎn)生的熱量是不希望被冷卻釋放的, 必須通過隔絕手段阻止氣化爐水冷壁結(jié)構(gòu)被破壞。
二：氣化爐耐火材料形式
一般來講, 非水冷壁形式氣化爐反應(yīng)室均襯以耐火磚，也就是預(yù)制的具有一定形狀和尺寸的 成型耐火材料，而水冷壁氣化爐內(nèi)襯均是非定形耐火材料。氣化爐水冷壁敷設(shè)耐火材料主要有以下幾點作用。 (1)防止膜式壁磨損、腐蝕; (2)防止膜式壁受到較大的熱沖擊; (3)控制水冷壁吸熱量, 保證氣化爐反應(yīng)室內(nèi)溫度場維持在需要溫度水平。根據(jù)以上耐火材料在氣化爐中的作用, 可知影響氣化爐耐火材料使用的因素主要有使用條件和材料性能兩方面。
三：耐火材料使用條件及性能要求
氣化爐耐火材料選用一般應(yīng)著重考慮以下幾個使用條件的影響。（1）氣化爐最高操作溫度和最高操作壓力；（2）反應(yīng)室內(nèi)介質(zhì)氣氛；（3）氣化爐排渣方式；（4）沖刷氣流攜帶顆粒情況；（5）氣化爐爐型及耐火材料砌筑方法等。設(shè)計選用的耐火材料, 最高允許使用溫度必須高于氣化爐的最高操作(設(shè)計) 溫度, 要求耐火材料需具有相當(dāng)高的耐火度,可以抵抗氣化爐內(nèi)高溫?zé)嶝?fù)荷的作用而不軟化。同時,較高的操作壓力使合成氣中的水蒸氣及H會加速耐火材料的磨損及侵蝕。氣化爐排渣方式往往都設(shè)計成液態(tài)排渣型式, 即氣化爐運行時, 灰渣以熔融態(tài)附著在水冷壁內(nèi)側(cè)向下流動。這就要求所選擇的耐火材料應(yīng)有極強的抗煤灰、 熔渣的侵蝕性能, 因此對耐火材料氣孔率有特殊要求。氣化爐反應(yīng)室小、反應(yīng)溫度高，因此水冷壁壁面熱負(fù)荷較高,對耐火材料要求具有很好的抗熱震性,以抵抗溫度急劇變化或受熱不均的影響而不開裂、不剝落。氣化爐內(nèi)生成的合成氣主要為CO 和H2 混合物, 表現(xiàn)為強還原性氣氛。所以氣化爐耐火材料襯里應(yīng)首先考慮選用SiC質(zhì)不定形耐火材料。
四：碳化硅質(zhì)耐火材料
碳化硅( SiC) 具有極好的耐磨及抗高溫性能, 可以用作磨具的磨料和耐火材料。 碳化硅作為耐火材料常用作冶煉行業(yè)的高爐襯里和航天的火箭噴口。 碳化硅耐火材料使用溫度一般為 1400 ℃~ 1600 ℃ , 其具有優(yōu)異的耐酸性和耐磨性能, 高溫下強度高、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性強、抗熱沖擊性強、熱震穩(wěn)定性好。SiC與某些物質(zhì)的反應(yīng)性見表 1
