高温熔渣对水煤浆气化炉耐火砖的影响

2012年6月化肥工业高温熔渣对水煤浆气化炉耐火砖的影响刘进波(山东兖矿国拓科技工程有限公司山东邹城273500)摘要对使用后的耐火砖残砖进行取样分析,以了解高铬砖显微结构和成分变化,找出水浆气化炉向火面高铬砖受熔渣侵蚀损毁的机理。结奚表眀:对于结枃相冋的耐火砖,在高漒渣侵蚀硏火砖的过程中,主要影响因素是熔渣的成分、工作温度、耐火砖的致密度和杂质含量,熔渣中的SO2含量是造成渣蚀的直接原因,而耐火砖的工作温度、致密度和杂质含量决定了渣蚀的速率。关键词水煤浆气化炉耐火砖侵蚀分析Effect of High-Temperature Slag on Refractory Bricksin Coal-Water Slurry GasifierShandong Yancon Guotuo Science& Engineering Co, Ltd. Shandong Zoucheng 273500)Abstract An analysis is made of samples taken from residual pieces of used refractory bricks, soas to understand the microstructure of high-chromium bricks and their change in composition and findout the mechanism of damage on the side of high-chromium bricks facing the fire by slag erosion in thecoal-water slurry gasifier. The results show that for bricks of the same structure the main influencingfactors in the course of refractory bricks eroded by high-temperature slag are the composition of the slagworking temperature, densification and impurity content of the bricks, and the SiO2 content of the slagis the direct cause for slag erosion, while the working temperature, densification and impurity contentof the bricks determine the rate of slag erosionKeywords coal-water slurry gasifer refractory bricks erosion analysis0概述1分析材料的选择随着国内煤化工的发展,水煤浆加压气化技日前,水煤浆加压气化炉使用的向火面耐火术以其技术成熟可靠、碳转化率高、环境污染小砖多为国产铬铝锆系产品,含氧化铬质量分数>适用于大型化等优点,展现出良好的发展前景。86%。新耐火砖理化指标及检验结果见表1。水煤浆加压气化技术属气流床气化工艺,其表1新耐火砖理化指标及检验结果操作温度在煤灰熔融流动温度(FT)以上。在以平均值呆证值耐火砖为衬里的炉型中,气化炉内衬耐火材料不Cz2O3/%(质量分数)仅处于高温、高压、强还原性气氛和高速气流的冲ZU2/%(质量分数)刷环境中,而且与侵蚀性极强的酸性熔渣接触,受体积密度/(g·cm3)4.27到熔渣的侵蚀。因此,了解高温熔渣对耐火砖侵量气孔率(耐火砖表面16.2蚀速率的影响因素,有助于延长耐火砖使用寿命、cYH中国煤化工延长装置运行周期、降低生产成本。CNMHG本文作者的联系力式:deie126化肥工业第39卷第3期向火面耐火砖使用周期较为平稳,向火面拱顶砖平均寿命为12000h,筒体部位砖使用寿命10000h以上,锥底部位砖使用寿命6000h以上。为更好地了解耐火砖的渣蚀情况,选取山东兖矿鲁南化肥厂德士古气化炉运行后更换下的残砖作为样品进行分析。样品砖累计运行时间为l1270h,筒体部位减薄较严重,平均剩余厚度为60~70mm,蚀损160mm左右,K砖、热偶砖及中部个别位置已能看到后面背衬砖;拱顶耐火砖蚀损较少,平均蚀损110mm左右。分别选取拱顶和筒体部位的耐火砖,作为试图1试样1电子显微镜照片样1和试样2。其中:试样1是气化炉拱顶高铬砖,使用情况较好;试样2是筒体高铬砖,侵蚀速率大使用寿命偏短,且表面已出现熔洞。2熔渣侵蚀分析借助电子显微镜和能谱仪对2种残砖试样进行详细分析2.1残砖表面挂渣情况图1显示:试样1表面熔渣层较厚,熔渣均匀致密,对高铬砖表面形成一定的保护。ODK图2显示试样2所处区域温度偏高,表面熔图2试样2电子显微镜照片渣厚度均不超过0.3mm,且从熔渣在高铬砖表面2.2残砖成分分析的附着情况看,该熔渣黏度较低,流动性好,在气化采用能谱仪对试样1和试样2各层的成分进炉操作过程中不可能起到以渣抗渣的保护层效果。行分析,结果见表2和表3表2试样1各层成分能谱分析结果/%(质量分数)项目Na,o挂渣成分1.200.8119.7047.931.0316.760.7111.65工作面0.620.292.286011.4810mm0.300.4010.120.31l.768.889.23208.979.890.33211.6430 mm9.187.430.590.750.9965.823.630.554.62表3试样2各层成分能谱分析结果/%(质量分数)Na,OMgo A203挂渣成分1.391.0120.1616.160.700.81工作面0.728.0117.3659.163.0810mm0.640.8586540.872.341.1366.049.870.810.669中国煤化工6810.760.787.467.99YH0.2210.CNMH⊙2113.68(下转第Ⅱ页)发生过加煤机容桶爆炸事故,彻底消除了加煤防护罩。机容桶发生爆炸的隐患。为了进一步提高加煤(云南云天化国际化工股份有限公司红磷分公司机的安全性,建议对加煤机检修人孔增设安全云南开远661600王文毓)少必少小必必必必小必必分价必必分必必必办办必必必必必必办办必必必办必必必(上接第66页)从表2和表3可知2个试样表面挂渣中SO2含量较高其次是A2O3,CaO和Fe2QO3,仅试样2的表面挂渣中含有少量的C2O3;2个试样中在较深深度均有S0O2,CaO和Fe2O3存在,由于高铬砖内这些杂质含量极少,显然这是来自外部。结合电子显微镜分析结果,在试样1工作面及渗透层表面存在ZsO4相,显然是渣中的SiO2与砖内ZnO2反应的产物,对阻碍渣向耐火材料内部的渗透起到积极作用。但试样2的工作面未见Zs04相,只在内部可见,这是由于生成的 ZrSiO4图3试样1电子显微镜照片相在高温状态下与渣内的CaO等物质接触而发生了分解。从SO2与Ca0,A2O3,Fe2O3等的相图可知siO2与CaO,Al2O3共存时生成Ca2S(熔点为1593℃)和CaS2(熔点为1553℃)等低熔性物质,两者共存,低共熔温度降至1380℃,形成流动性极好的低熔硅酸钙化合物。由于耐火砖的内部存在封闭的气孔(毛细管道)、晶界和杂质形成的晶格及液相空间,为这种化合物渗入高铬砖内部提供了通道,渗入的化合物又会扩大通道的面图4试样2电子显微镜照片积和深度。这与残砖试样各层成分能谱分析中,微裂纹的产生。这些细微裂纹在外力(包括热应即使距高铬砖工作面50mm处SiO2含量仍较高力机械应力等)的作用下,逐渐扩大成大裂纹,的情况相符。在高速流体作用下,最终离开砖体,形成所谓的结2.3高铬砖表面出现熔洞的原因分析构剥落。图3和图4为试样1试样2距高铬砖工作面处残砖的电子显微镜照片,其中灰白色体为3结语锆英石(ZrO2·SiO2)雏形,白色体为单斜ZO2由上述分析可知:在高温熔渣侵蚀耐火砖的由于砖中稳定的ZO2(晶状)与SO2反应所生成过程中,主要影响因素是熔渣的成分、工作温度、的ZrO2·SiO2极不稳定,当温度降低时会分解成耐火砖的致密度和杂质含量,熔渣中的SO2含量ZO2(单斜)与SiO2是造成渣蚀的直接原因,而耐火砖的工作温度、致般温度下,有CaO,Al2O2和Fe2O3存在时,密度和杂质含量决定了渣蚀的速率。S0O2含量Zo2(晶状)与SiO2不会形成锆英石,但温度高于由煤种决定,当煤种一定时,控制操作温度,在耐1400℃时比较容易形成。新形成的锆英石因其火砖表面形成一定厚度的挂渣,降低耐火砖表面热膨胀系数与耐火砖不同,从而在距热面不同距熔渣中国煤化工对耐火砖的侵蚀离的地方产生细微裂纹。当温度降低时,锆英石速发生分解,该过程体积膨胀约为86%,会加剧细CNMHG口期2012403-21)