水煤浆气化炉内衬热面高铬材料的选择

第43卷第173~74水煤浆气化炉内衬热面高铬材料的选择尹润生)朱德先2)耿可明2)毕珉2)李丹2)1)陕西省渭河煤化工集团有限责任公司陕西渭河74002)中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南洛阳471039摘要简要介绍了水煤浆气化炉内衬热面耐火材料的使用条件,归纳了其主要损毀原因有化学侵蚀、热剥落和冲刷,针对损毁原因分析了使用内衬热面耐火材料必须重视的几方面性能,认为使用Cr2O3含量高、气孔孔径小、抗热震性能优良以及热态强度高的高铬砖和性能优良的氧化铬火泥可以提高内衬材料的使用寿命」关键词水煤浆气化炉,高铬砖,氧化铬火泥水煤浆气化炉是以水煤浆为原料与O2混合后,高耐火材料中的C2O3含量有利于提升其抗熔渣化学部分燃烧制取CO和H2混合气体的装置。其内衬耐侵蚀的能力。因此,建议在侵蚀比较严重的部位或者火材料除了承受高温(1300℃左右)、高压(2~8.4熔渣中钙铁含量比较高的气化炉内釆用CrO3含量比MPa)和强还原气氛作用外,还遭受酸性熔渣的侵蚀较高的耐火材料例如u(C2O3)>90%的高铬砖。和高速流体的冲刷。目前,其内衬热面材料普遍采用研究还证实,由熔渣渗透引起的结构解体和剥落高铬砖,亦称Cr2O3-Al2O3-ZO2砖,辅助以氧化铬是造成Cr2O3基耐火材料使用寿命较短的主要原因火泥,使用寿命在700~20000h。造成耐火材料侵之一,特别是CaO含量高的熔渣,易沿着耐火砖的气蚀的因素很多, James等归纳主要有气化原料、耐火孔或裂纹向内逐步渗透,在高温下与其他组分发生程材料和气化炉3个方面。本文从高铬砖和氧化铬火度不同的反应,形成新的物相,在耐火砖热面的气孔泥的选择来探讨如何提高水煤浆气化炉内衬热面高通道内沉积,使其向火面产生剥落。因此,还有必要铬材料使用寿命。降低高铬砖的显气孔率,减小气孔孔径,提高晶粒间的直接结合程度,从而提高高铬砖的抗滲透性能。1高铬砖的选择另外,气化炉产生的气体主要成分为H2和CO,整1.1抗侵蚀性能优良个向火面高铬砖会被这两种强还原性气体笼罩,气体德士古水煤浆气化炉的操作温度通常比炉渣的沿耐火砖气孔、裂纹向内渗透,还原耐火砖中的sO2熔点高这时炉渣为液态,伴随高速气流沿气化炉炉Fe2O3(FeO)等氧化物导致气孔或裂纹加大破坏了砖壁流下,液态熔渣与耐火材料中的某些组分发生反应的原始结构。为此,必须严格控制高铬砖屮的SiO2和是造成耐火材料损毁的主要因素之一,所以,必须选Fe2O3含量,u(SO2)和w(Fe2O3)都不能超过0.3%。择与熔渣具有良好相容性的耐火材料。一般来说,水1.2抗热震性能好煤浆气化炉熔渣的m(Ca0):m(siO2)=0.4-1.0,气化炉内衬耐火砖在使用过程中会受到热冲击在该组成范围内,与Al2O3和MgO等材料相比,Cr2O3包括水的急冷过快的升降温和生产过程中的温度波溶解到渣中的量最少,表明C2O3材料的抗侵蚀性能动。在正常工作时,还会由于炉体的表面散热而存在好2。中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司曾经采径向温差从而导致耐火砖开裂或刺落,所以要求所用回转抗渣法对氧化锆砖、高纯刚玉砖、铬刚玉砖、使用耐火材料具有良好的抗热震性,而高铬耐火材料w(Cr:O3)=86%的高铬砖和v(CO3)=90%的高铬本身却存在抗热震性能差的缺陷。为此,目前在高铬砖等不同材质耐火材料进行了抗熔渣侵蚀能力的对比砖的外型设计上作了一些改进,比如取消了子母扣试验。发现不同材质耐火材料抗侵蚀性能优劣的顺序为:a(Cr2O3)=90%的高铬砖>(Cr2O3)=86%的高海尹润生:男,1960年生,硕士,高级工程师。ailwhyrs(@163.com铬砖>铬刚玉砖>刚玉砖>氧化锆砖。由此可见,提收稿日期:2008-01-29编辐·周丽红火材料/ NAIHUO CAILIAO2009年第43卷等,这虽然能够减缓高铬砖在受到热冲击时产生应力在高铬砖生产中必须注意以下3方面问题:1)合适的集中但由于热应力而产生的块状剌落仍是气化炉耐烧成制度,确保基质与基质、基质与骨料之间产生良火砖损毁的主要因素之一,且对耐火砖寿命的影响最好的结合;2)减少低温相和玻璃相含量,提高晶粒间大,因此,减少或消除块状剥落就能大幅度提高耐火的直接结合程度;3)合适的氧化锆加入粒度和加人砖的寿命,所以,必须选择具有良好抗热震性的高铬量,避免结构疏松砖。目前普遍采用添加单斜氧化锆的方法来改善高铬砖的抗热震性,但必须选择合适的氧化锆加人粒度2火泥的选择和加入量。氧化锆从四方相到单斜相转变过程中产在水煤浆气化炉内与髙铬砖配套使用的火泥是生张应力的大小与其粒度有关。当单斜氧化锆粒度氧化铬火泥其使用量占砌筑总量的2%左右,在水过小时,基体中形成的张应力较小,难以克服基体本煤浆气化炉中起到填充灰缝、粘结耐火砖、防止熔渣身的抗张强度不能在基体中形成微裂纹;只有当单渗透和窜火的作用。为了保证具有良好的填充性能斜氧化锆的粒度足够大时基体中才能形成一定数量氧化铬火泥全部由细粉和微粉组成且未预先进行烧的微裂纹,从而提高抗热震性;但是单斜锆的粒度过结,而是在使用过程中产生烧结结合其强度和致密大时张应力又过大,基体中形成的裂纹过大相互贯度都较低。相对于高铬砖来说,属于薄弱环节,但在通形成宏观大裂纹材料本身的强度降低,抵抗热应使用过程中,却同高铬砖一样,承受着高速气流和熔力的阻力减小抗热震性反而下降。单斜氧化锆加入融煤渣的冲刷和磨损、熔融煤渣的渗透和侵蚀以及外量直接影响做裂纹的数量:当加人量过少时产生的应力的作用。因此,必须选择施工性能和使用性能优微裂纹过少,改善抗热震性的作用不明显;而当加入良的氧化铬火泥。施工性能良好的火泥悬浮性能好,量过多时,产生的微裂纹又过多,相互贯通形成大裂不易沉淀;黏稠度合适,一般在320-380之间;泥浆纹材料本身强度降低,抵抗热应力的阻力减小,抗热饱和度好不易流淌;粘结时间合适,在60-1805;较震性反而下降。因此材料中只有引人适量的单斜氧高的常温粘结强度。而使用性能主要包括2个方面:化锆时,抗热震性才达到最优一是火泥施工时加水量少,高温使用时致密度高,杂1.3高强度质含量少,氧化铬含量高,这样的火泥具有良好的抗水煤浆气化炉内衬高铬砖在使用过程中受到高侵蚀性能;二是火泥中要含有一定量的助烧结成分和速气流和熔融煤渣的冲刷和磨损。虽然现在气化炉超细微粉,以使火泥在使用时产生良好烧结,提高其的操作水平有了较大提高,可以通过控制气化温度而高温粘结强度。使煤渣在髙铬砖表面附着,形成挂渣保护层,有效减少了髙速气流和熔融煤渣的冲刷,但实际使用过程中还是可以明显观察到由于冲刷形成的沟壑因冲3结论刷而导致的损毁依旧存在。还有,高铬砖在使用过程(1)选择Cr2O3含量高、气孔孔径小、直接结合程中会受到很多外应力的作用,包括:1)气化炉在升温度高、与熔渣润湿性能差的高铬砖,以减少由于熔渣过程中,耐火砖产生热膨胀,膨胀缝尺寸不能完全抵的侵蚀和渗透而导致的损毁;消热膨胀量,从而在耐火砖上产生很大的轴向应力和(2)选择氧化锆加入粒度和加入量合适、抗热震环向应力,使砖受到挤压;2)砖的热面方向因受热和性能优良的高铬砖,可以减少由于热应力的作用而引应力的作用引起蠕变变形,从而导致炉衬产生应力;起的剌落;3)在气化炉升、降温过程中,由于各层砖的升、降温速(3)选择烧结状况良好、杂质含量低热态强度高率不同,砖与砖之间会发生相对位移,即热位移,而在的高铬砖,以避免因外应力冲击而导致的损毁;发生热位移过程中,由于砖所受到的约束和阻力不(4)选择施工性能好粘结强度高和抗侵蚀性能同,在砖与砖的位移面上将会发生摩擦,产生剪切力优良的氧化铬火泥,以减少灰缝处的损毁。等。所以,要减少由于高速气流和熔融煤渣冲刷以及外应力引起的损毁,必须提高高铬砖的强度,尤其是参考文献热态强度。目前市场上使用的高铬砖的常温耐压强[1] James P, Kyei-Sing K. Refractory liner materials used in slagginggasifiers[ J]. Refractories Applications and News, 2004,9(5):20-25度基本上都能达到120MPa以上,但高温抗折强度大[2]桂明至译絡系耐火材料的有用性和存在的问题[国外耐火小则有所差异。要保证高铬砖具有较高的高温强度,材料,2005,30(4):57-58