水煤漿氣化爐內襯熱面高鉻材料的選擇

第43卷第173~74水煤漿氣化爐內襯熱面高鉻材料的選擇尹潤生)朱德先2)耿可明2)畢珉2)李丹2)1)陜西省渭河煤化工集團有限責任公司陜西渭河74002)中鋼集團洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司河南洛陽(yáng)471039摘要簡(jiǎn)要介紹了水煤漿氣化爐內襯熱面耐火材料的使用條件,歸納了其主要損毀原因有化學(xué)侵蝕、熱剝落和沖刷,針對損毀原因分析了使用內襯熱面耐火材料必須重視的幾方面性能,認為使用Cr2O3含量高、氣孔孔徑小、抗熱震性能優(yōu)良以及熱態(tài)強度高的高鉻磚和性能優(yōu)良的氧化鉻火泥可以提高內襯材料的使用壽命」關(guān)鍵詞水煤漿氣化爐,高鉻磚,氧化鉻火泥水煤漿氣化爐是以水煤漿為原料與O2混合后,高耐火材料中的C2O3含量有利于提升其抗熔渣化學(xué)部分燃燒制取CO和H2混合氣體的裝置。其內襯耐侵蝕的能力。因此,建議在侵蝕比較嚴重的部位或者火材料除了承受高溫(1300℃左右)、高壓(2~8.4熔渣中鈣鐵含量比較高的氣化爐內釆用CrO3含量比MPa)和強還原氣氛作用外,還遭受酸性熔渣的侵蝕較高的耐火材料例如u(C2O3)>90%的高鉻磚。和高速流體的沖刷。目前,其內襯熱面材料普遍采用研究還證實(shí),由熔渣滲透引起的結構解體和剝落高鉻磚,亦稱(chēng)Cr2O3-Al2O3-ZO2磚,輔助以氧化鉻是造成Cr2O3基耐火材料使用壽命較短的主要原因火泥,使用壽命在700~20000h。造成耐火材料侵之一,特別是CaO含量高的熔渣,易沿著(zhù)耐火磚的氣蝕的因素很多, James等歸納主要有氣化原料、耐火孔或裂紋向內逐步滲透,在高溫下與其他組分發(fā)生程材料和氣化爐3個(gè)方面。本文從高鉻磚和氧化鉻火度不同的反應,形成新的物相,在耐火磚熱面的氣孔泥的選擇來(lái)探討如何提高水煤漿氣化爐內襯熱面高通道內沉積,使其向火面產(chǎn)生剝落。因此,還有必要鉻材料使用壽命。降低高鉻磚的顯氣孔率,減小氣孔孔徑,提高晶粒間的直接結合程度,從而提高高鉻磚的抗滲透性能。1高鉻磚的選擇另外,氣化爐產(chǎn)生的氣體主要成分為H2和CO,整1.1抗侵蝕性能優(yōu)良個(gè)向火面高鉻磚會(huì )被這兩種強還原性氣體籠罩,氣體德士古水煤漿氣化爐的操作溫度通常比爐渣的沿耐火磚氣孔、裂紋向內滲透,還原耐火磚中的sO2熔點(diǎn)高這時(shí)爐渣為液態(tài),伴隨高速氣流沿氣化爐爐Fe2O3(FeO)等氧化物導致氣孔或裂紋加大破壞了磚壁流下,液態(tài)熔渣與耐火材料中的某些組分發(fā)生反應的原始結構。為此,必須嚴格控制高鉻磚屮的SiO2和是造成耐火材料損毀的主要因素之一,所以,必須選Fe2O3含量,u(SO2)和w(Fe2O3)都不能超過(guò)0.3%。擇與熔渣具有良好相容性的耐火材料。一般來(lái)說(shuō),水1.2抗熱震性能好煤漿氣化爐熔渣的m(Ca0):m(siO2)=0.4-1.0,氣化爐內襯耐火磚在使用過(guò)程中會(huì )受到熱沖擊在該組成范圍內,與Al2O3和MgO等材料相比,Cr2O3包括水的急冷過(guò)快的升降溫和生產(chǎn)過(guò)程中的溫度波溶解到渣中的量最少,表明C2O3材料的抗侵蝕性能動(dòng)。在正常工作時(shí),還會(huì )由于爐體的表面散熱而存在好2。中鋼集團洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司曾經(jīng)采徑向溫差從而導致耐火磚開(kāi)裂或刺落,所以要求所用回轉抗渣法對氧化鋯磚、高純剛玉磚、鉻剛玉磚、使用耐火材料具有良好的抗熱震性,而高鉻耐火材料w(Cr:O3)=86%的高鉻磚和v(CO3)=90%的高鉻本身卻存在抗熱震性能差的缺陷。為此,目前在高鉻磚等不同材質(zhì)耐火材料進(jìn)行了抗熔渣侵蝕能力的對比磚的外型設計上作了一些改進(jìn),比如取消了子母扣試驗。發(fā)現不同材質(zhì)耐火材料抗侵蝕性能優(yōu)劣的順序為:a(Cr2O3)=90%的高鉻磚>(Cr2O3)=86%的高海尹潤生:男,1960年生,碩士,高級工程師。ailwhyrs(@163.com鉻磚>鉻剛玉磚>剛玉磚>氧化鋯磚。由此可見(jiàn),提收稿日期:2008-01-29編輻·周麗紅火材料/ NAIHUO CAILIAO2009年第43卷等,這雖然能夠減緩高鉻磚在受到熱沖擊時(shí)產(chǎn)生應力在高鉻磚生產(chǎn)中必須注意以下3方面問(wèn)題:1)合適的集中但由于熱應力而產(chǎn)生的塊狀剌落仍是氣化爐耐燒成制度,確?；|(zhì)與基質(zhì)、基質(zhì)與骨料之間產(chǎn)生良火磚損毀的主要因素之一,且對耐火磚壽命的影響最好的結合;2)減少低溫相和玻璃相含量,提高晶粒間大,因此,減少或消除塊狀剝落就能大幅度提高耐火的直接結合程度;3)合適的氧化鋯加入粒度和加人磚的壽命,所以,必須選擇具有良好抗熱震性的高鉻量,避免結構疏松磚。目前普遍采用添加單斜氧化鋯的方法來(lái)改善高鉻磚的抗熱震性,但必須選擇合適的氧化鋯加人粒度2火泥的選擇和加入量。氧化鋯從四方相到單斜相轉變過(guò)程中產(chǎn)在水煤漿氣化爐內與髙鉻磚配套使用的火泥是生張應力的大小與其粒度有關(guān)。當單斜氧化鋯粒度氧化鉻火泥其使用量占砌筑總量的2%左右,在水過(guò)小時(shí),基體中形成的張應力較小,難以克服基體本煤漿氣化爐中起到填充灰縫、粘結耐火磚、防止熔渣身的抗張強度不能在基體中形成微裂紋;只有當單滲透和竄火的作用。為了保證具有良好的填充性能斜氧化鋯的粒度足夠大時(shí)基體中才能形成一定數量氧化鉻火泥全部由細粉和微粉組成且未預先進(jìn)行燒的微裂紋,從而提高抗熱震性;但是單斜鋯的粒度過(guò)結,而是在使用過(guò)程中產(chǎn)生燒結結合其強度和致密大時(shí)張應力又過(guò)大,基體中形成的裂紋過(guò)大相互貫度都較低。相對于高鉻磚來(lái)說(shuō),屬于薄弱環(huán)節,但在通形成宏觀(guān)大裂紋材料本身的強度降低,抵抗熱應使用過(guò)程中,卻同高鉻磚一樣,承受著(zhù)高速氣流和熔力的阻力減小抗熱震性反而下降。單斜氧化鋯加入融煤渣的沖刷和磨損、熔融煤渣的滲透和侵蝕以及外量直接影響做裂紋的數量:當加人量過(guò)少時(shí)產(chǎn)生的應力的作用。因此,必須選擇施工性能和使用性能優(yōu)微裂紋過(guò)少,改善抗熱震性的作用不明顯;而當加入良的氧化鉻火泥。施工性能良好的火泥懸浮性能好,量過(guò)多時(shí),產(chǎn)生的微裂紋又過(guò)多,相互貫通形成大裂不易沉淀;黏稠度合適,一般在320-380之間;泥漿紋材料本身強度降低,抵抗熱應力的阻力減小,抗熱飽和度好不易流淌;粘結時(shí)間合適,在60-1805;較震性反而下降。因此材料中只有引人適量的單斜氧高的常溫粘結強度。而使用性能主要包括2個(gè)方面:化鋯時(shí),抗熱震性才達到最優(yōu)一是火泥施工時(shí)加水量少,高溫使用時(shí)致密度高,雜1.3高強度質(zhì)含量少,氧化鉻含量高,這樣的火泥具有良好的抗水煤漿氣化爐內襯高鉻磚在使用過(guò)程中受到高侵蝕性能;二是火泥中要含有一定量的助燒結成分和速氣流和熔融煤渣的沖刷和磨損。雖然現在氣化爐超細微粉,以使火泥在使用時(shí)產(chǎn)生良好燒結,提高其的操作水平有了較大提高,可以通過(guò)控制氣化溫度而高溫粘結強度。使煤渣在髙鉻磚表面附著(zhù),形成掛渣保護層,有效減少了髙速氣流和熔融煤渣的沖刷,但實(shí)際使用過(guò)程中還是可以明顯觀(guān)察到由于沖刷形成的溝壑因沖3結論刷而導致的損毀依舊存在。還有,高鉻磚在使用過(guò)程(1)選擇Cr2O3含量高、氣孔孔徑小、直接結合程中會(huì )受到很多外應力的作用,包括:1)氣化爐在升溫度高、與熔渣潤濕性能差的高鉻磚,以減少由于熔渣過(guò)程中,耐火磚產(chǎn)生熱膨脹,膨脹縫尺寸不能完全抵的侵蝕和滲透而導致的損毀;消熱膨脹量,從而在耐火磚上產(chǎn)生很大的軸向應力和(2)選擇氧化鋯加入粒度和加入量合適、抗熱震環(huán)向應力,使磚受到擠壓;2)磚的熱面方向因受熱和性能優(yōu)良的高鉻磚,可以減少由于熱應力的作用而引應力的作用引起蠕變變形,從而導致?tīng)t襯產(chǎn)生應力;起的剌落;3)在氣化爐升、降溫過(guò)程中,由于各層磚的升、降溫速(3)選擇燒結狀況良好、雜質(zhì)含量低熱態(tài)強度高率不同,磚與磚之間會(huì )發(fā)生相對位移,即熱位移,而在的高鉻磚,以避免因外應力沖擊而導致的損毀;發(fā)生熱位移過(guò)程中,由于磚所受到的約束和阻力不(4)選擇施工性能好粘結強度高和抗侵蝕性能同,在磚與磚的位移面上將會(huì )發(fā)生摩擦,產(chǎn)生剪切力優(yōu)良的氧化鉻火泥,以減少灰縫處的損毀。等。所以,要減少由于高速氣流和熔融煤渣沖刷以及外應力引起的損毀,必須提高高鉻磚的強度,尤其是參考文獻熱態(tài)強度。目前市場(chǎng)上使用的高鉻磚的常溫耐壓強[1] James P, Kyei-Sing K. Refractory liner materials used in slagginggasifiers[ J]. Refractories Applications and News, 2004,9(5):20-25度基本上都能達到120MPa以上,但高溫抗折強度大[2]桂明至譯絡(luò )系耐火材料的有用性和存在的問(wèn)題[國外耐火小則有所差異。要保證高鉻磚具有較高的高溫強度,材料,2005,30(4):57-58