耐火衬里和托砖架都是水煤浆气化炉重要的组成部分,耐火衬里起到隔绝高温、蓄热、流场约束以及抗熔渣等作用,托砖架则用于支撑耐火砖的重量,两者均影响气化炉的运行周期和稳定性。炉内高温环境会导致耐火衬里和托砖架热应力过大,造成耐火衬里损坏,托砖架无法支撑耐火砖,因此分析耐火衬里和托砖架的温度和应力分布能有效避免应力集中并优化耐火衬里和托砖架结构。本论文共分两个部分:第一部分研究了气化炉K砖部位耐火衬里及钢壳的温度场、应力应变和变形量的分布规律。建立三维多喷嘴对置式(OMB)水煤浆(CWS)气化炉炉壁K砖部位的计算模型,采用有限元法研究了稳态过程中热负荷对耐火衬里和钢壳的温度、等效应力、等效应变和总变形分布的影响。当热面砖热端面温度为1300℃时,计算的钢壳温度为206.4℃,该模拟结果与工业数据基本一致;热面砖应力>背衬砖应力>钢壳应力>隔热砖应力,陶瓷纤维处应变最大;随着热面砖热端面温度升高,耐火衬里和钢壳的整体温度升高,应力增大尤其是热面砖应力增加最为明显,等效应变也逐渐增加,且热面砖和背衬砖应变增加幅度较大,热面砖、背衬砖和隔热砖的绝对变形量也随之增加;当背衬砖厚度为200 mm时,随着热面砖厚度增加,耐火衬里和钢壳的整体温度降低,热面砖和背衬砖应力迅速减小而隔热砖和钢壳应力变化较小,耐火衬里的应变逐渐减小尤其是背衬砖区域应变减小趋势最快,背衬砖绝对变形量最大,热面砖绝对变形量次之,隔热砖绝对变形量最小。结合温度场、应力、应变分布规律,当热面砖厚度为180 mm时,最有利于提高耐火衬里尤其是热面砖的使用寿命。热面砖厚度固定,背衬砖越厚,耐火衬里及钢壳温度越低,等效应力越小,耐火衬里变形程度越小。第二部分建立两种工业上使用的托砖架结构,研究了耐火衬里托砖架部位的温度场、应力应变和总变形的分布规律。结果表明:增加托砖架Ⅰ厚度,托砖盘前端的温度逐渐降低,托砖盘后端的温度逐渐增加,而耐火衬里及钢壳的温度变化不大。托砖盘的等效应力降低,而热面砖和钢壳的等效应力几乎不变。托砖盘的等效应变降低,托转盘变形程度略大于热面砖、背衬砖和钢壳。托砖盘前端的总变形量几乎不变,托砖盘后端的总变形量增加,热面砖和钢壳总变形量也增加;增加托砖盘长度,托砖盘前端的温度降低,而托砖盘后端、耐火衬里及钢壳的温度变化不大,托砖盘长度对托砖盘前端应力影响较大,而托砖盘长度对耐火衬里和钢壳的等效应力几乎没有影响,随着托砖盘长度的增加,托砖盘前端的总变形量缓慢减小,托砖盘后端的总变形量几乎不变。对于托砖架Ⅱ,随着托砖盘厚度的增加,托砖盘厚度H为33 mm的托砖盘整体温度最低,而耐火衬里及钢壳的温度变化不大。托砖盘厚度H为33 mm时,托砖盘应力最小,继续增加托砖盘厚度至38mm,托砖盘应力反而增大。托砖盘前端等效应力降低的幅度最大。增加托砖盘厚度,托砖盘的等效应变降低,当托砖盘厚度为33 mm时,托砖盘整体变形程度最小。托砖盘除H33之外其余总变形量几乎不变,H33托砖盘前端总变形量迅速增大;随着托砖盘长度的增加,托砖盘前端的温度降低,而托砖盘后端温度增加,托砖盘等效应力增加,托砖盘前端的总变形量减小,托砖盘后端的总变形量略有增加,热面砖和钢壳总变形量变化不大。