水煤漿氣化爐耐火材料的損毀原因及改進(jìn).pdf

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1、第4期(總第149期)煤化工No．4(TotalNo．149)2010年8月CoalChemicalIndustr~Aug．2010水煤漿氣化爐耐火材料的損毀原因及改進(jìn)豐文祥張亞棟趙繼增馬磊(洛陽(yáng)利爾耐火材料有限公司，洛陽(yáng)471023)摘要分析了水煤漿氣化爐用耐火材料的損毀原因，認(rèn)為熔渣侵蝕、剝落和機(jī)械磨損是導(dǎo)致?tīng)t襯耐火材料損毀的主要因素，其中以剝落為主；引起剝落的原因是多方面的，包括熔渣滲透引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、溫度變化引起的熱應(yīng)力、體積膨脹引起的機(jī)械應(yīng)力及組分價(jià)態(tài)變化引起的體積效應(yīng)等。以減少熔渣滲透為目的，通過(guò)添加適合金屬外加劑，研制的新產(chǎn)品具有

2、更高的體積密度和更小的氣孔直徑，預(yù)計(jì)可提高爐襯使用壽命10％以上。關(guān)鍵詞氣化爐煤熔渣耐火材料損毀文章編號(hào)：1005—9598(2010)一04—003704中圖分類(lèi)號(hào)：TQ534文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A渣在耐火材料中的滲透以及由此引起的結(jié)構(gòu)剝落。引言煤熔渣成分復(fù)雜，不同煤原料渣成分不同，但主水煤漿加壓氣化是一種煤轉(zhuǎn)化工藝，具有碳轉(zhuǎn)化要化學(xué)組成為$i02、AI0。、Ca0，并含有一定量的Fe0率高、污染物排放量少、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，是我國(guó)能(Fe20。)、R20、V20。(V。0)，煤熔渣屬于酸性或中性熔渣[。源、化工領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展方向之一。氣化爐爐襯耐火材

3、在實(shí)際生產(chǎn)中，若渣的黏度太大，為保證熔渣能在較料的使用壽命對(duì)穩(wěn)定操作具有很大影響_1]，探討爐襯低溫度下順利排出，通常加入石灰、氧化鐵來(lái)降低渣的耐火材料的損毀原因，并提出改進(jìn)措施，對(duì)提高爐襯灰熔融性溫度和黏度。爐渣礦相以長(zhǎng)石類(lèi)礦物為主，耐火材料使用壽命具有積極意義。其次是橄欖石類(lèi)礦物及玻璃相，黏度20Pa·s～40Pa·S，這類(lèi)熔渣對(duì)耐火材料有較強(qiáng)的溶解和滲透作用。1水煤漿氣化爐耐火材料損毀原因分析耐火材料在渣中的溶解是一個(gè)化學(xué)過(guò)程，文獻(xiàn)水煤漿氣化常伴有高溫高壓(溫度1300~C～1600~C，[3—4]給出了各種氧化物在煤熔渣中的最大溶解度與

4、壓力2MPa～8MPa)，爐襯耐火材料在使用過(guò)程中，必然溫度的關(guān)系，結(jié)果表明，隨著溫度的升高，各氧化物在會(huì)受到高溫、渣蝕、機(jī)械磨損、氧化一還原氣氛轉(zhuǎn)換以渣中的溶解量增大，在相同溫度下，Cr20在煤熔渣中及不穩(wěn)定操作等因素的影響，其中耐火材料與熔渣發(fā)的溶解度最小，其次是鎂鉻尖晶石、Mg0和鎂鋁尖晶生化學(xué)反應(yīng)，使耐火材料的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，是石，因此，提高制品中的Cr0。含量，對(duì)提高抗煤熔渣構(gòu)成耐火材料損毀的內(nèi)在原因，而溫度的波動(dòng)，高速侵蝕性能是有利的。氣體、熔渣的機(jī)械沖刷，氧化一還原氣氛轉(zhuǎn)化等因素除了在煤熔渣中的溶解度小外，高鉻耐火材料中是加速

5、耐火材料損毀的外部因素。的Cr0可與熔渣組分中的許多氧化物反應(yīng)，生成固1．1渣蝕作用溶體、高熔點(diǎn)化合物或高熔化溫度的低共熔物睛]，例對(duì)于高溫液態(tài)排渣的水煤漿氣化爐來(lái)說(shuō)，渣蝕是如，Cr。0。與Si0。形成的低共熔物熔化溫度高達(dá)1720oC，耐火材料遇到的主要問(wèn)題之一。熔渣對(duì)耐火材料的侵與Fe0生成熔點(diǎn)高達(dá)2100℃的Fe0·Cr0。尖晶石。因蝕取決于渣和耐火材料的化學(xué)組成、操作溫度以及渣此，對(duì)于高鉻耐火材料來(lái)講，化學(xué)侵蝕是導(dǎo)致磚襯損的熔點(diǎn)、黏度和流態(tài)，包括耐火材料在渣中的溶解和毀的一個(gè)重要因素，但并非占主導(dǎo)地位。耐火材料在氣化爐上遭受渣損毀的另一

6、個(gè)重要收稿日期：2010—03—19方式是熔渣在高溫高壓下，沿著耐火材料的晶界、氣作者簡(jiǎn)介：豐文祥(1972一)，男，1995年本科畢業(yè)于長(zhǎng)春地孔和微裂紋等，滲入到磚體內(nèi)部，并與耐火材料組分質(zhì)學(xué)院，2010年博士畢業(yè)于北京科技大學(xué)，高級(jí)工程師，現(xiàn)反應(yīng)，改變了耐火材料的原始結(jié)構(gòu)，形成變質(zhì)層。由于主要從事耐火材料研究工作。變質(zhì)層的結(jié)構(gòu)、性能與原磚層存在著較大差異，必將一38煤化工2010年第4期產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力，當(dāng)爐內(nèi)溫度波動(dòng)時(shí)，熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)1．4氧化一還原氣氛力的共同作用導(dǎo)致磚襯在熱面產(chǎn)生裂紋，隨著裂紋的氣化爐操作過(guò)程是在強(qiáng)還原性氣氛下進(jìn)行的，而擴(kuò)

7、展，部分耐火材料與磚體分離，形成剝落，造成了磚在停車(chē)期間，隨著空氣的進(jìn)入，爐內(nèi)氣氛轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸r的損毀。性氣氛，這種氧化一還原氣氛交換輪替，導(dǎo)致熔渣組1．2剝落分價(jià)態(tài)變化，對(duì)爐襯耐火材料產(chǎn)生了較大影響。剝落主要是耐火材料受到不均勻應(yīng)力引起，其中1．4．1Fe、Fe的轉(zhuǎn)化熔渣滲入耐火材料形成變質(zhì)層引起結(jié)構(gòu)應(yīng)力，爐內(nèi)溫氧化鐵對(duì)煤熔渣的熔化溫度和黏度有很大影響，度波動(dòng)引起熱應(yīng)力，除了結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力外，引起且與氧分壓有關(guān)。剝落的其他應(yīng)力因素包括體積膨脹引起的機(jī)械應(yīng)力、在還原性氣氛中，煤熔渣中的鐵以Fez形式存耐火材料在高溫下長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生的蠕變應(yīng)力、耐火材

8、料在，根據(jù)Si02-A120Fe0三元相圖，其最低液相溫度只組分在爐內(nèi)氧化一還原氣氛中價(jià)態(tài)變化引起的體積有1210℃[6]，極大地降低了渣的熔化溫度和