水煤浆气化炉耐火材料的损毁原因及改进.pdf

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1、第4期(总第149期)煤化工No．4(TotalNo．149)2010年8月CoalChemicalIndustr~Aug．2010水煤浆气化炉耐火材料的损毁原因及改进丰文祥张亚栋赵继增马磊(洛阳利尔耐火材料有限公司，洛阳471023)摘要分析了水煤浆气化炉用耐火材料的损毁原因，认为熔渣侵蚀、剥落和机械磨损是导致炉衬耐火材料损毁的主要因素，其中以剥落为主；引起剥落的原因是多方面的，包括熔渣渗透引起的结构应力、温度变化引起的热应力、体积膨胀引起的机械应力及组分价态变化引起的体积效应等。以减少熔渣渗透为目的，通过添加适合金属外加剂，研制的新产品具有

2、更高的体积密度和更小的气孔直径，预计可提高炉衬使用寿命10％以上。关键词气化炉煤熔渣耐火材料损毁文章编号：1005—9598(2010)一04—003704中图分类号：TQ534文献标识码：A渣在耐火材料中的渗透以及由此引起的结构剥落。引言煤熔渣成分复杂，不同煤原料渣成分不同，但主水煤浆加压气化是一种煤转化工艺，具有碳转化要化学组成为$i02、AI0。、Ca0，并含有一定量的Fe0率高、污染物排放量少、运行时间长等特点，是我国能(Fe20。)、R20、V20。(V。0)，煤熔渣属于酸性或中性熔渣[。源、化工领域重点发展方向之一。气化炉炉衬耐火材

3、在实际生产中，若渣的黏度太大，为保证熔渣能在较料的使用寿命对稳定操作具有很大影响_1]，探讨炉衬低温度下顺利排出，通常加入石灰、氧化铁来降低渣的耐火材料的损毁原因，并提出改进措施，对提高炉衬灰熔融性温度和黏度。炉渣矿相以长石类矿物为主，耐火材料使用寿命具有积极意义。其次是橄榄石类矿物及玻璃相，黏度20Pa·s～40Pa·S，这类熔渣对耐火材料有较强的溶解和渗透作用。1水煤浆气化炉耐火材料损毁原因分析耐火材料在渣中的溶解是一个化学过程，文献水煤浆气化常伴有高温高压(温度1300~C～1600~C，[3—4]给出了各种氧化物在煤熔渣中的最大溶解度与

4、压力2MPa～8MPa)，炉衬耐火材料在使用过程中，必然温度的关系，结果表明，随着温度的升高，各氧化物在会受到高温、渣蚀、机械磨损、氧化一还原气氛转换以渣中的溶解量增大，在相同温度下，Cr20在煤熔渣中及不稳定操作等因素的影响，其中耐火材料与熔渣发的溶解度最小，其次是镁铬尖晶石、Mg0和镁铝尖晶生化学反应，使耐火材料的组成和结构发生变化，是石，因此，提高制品中的Cr0。含量，对提高抗煤熔渣构成耐火材料损毁的内在原因，而温度的波动，高速侵蚀性能是有利的。气体、熔渣的机械冲刷，氧化一还原气氛转化等因素除了在煤熔渣中的溶解度小外，高铬耐火材料中是加速

5、耐火材料损毁的外部因素。的Cr0可与熔渣组分中的许多氧化物反应，生成固1．1渣蚀作用溶体、高熔点化合物或高熔化温度的低共熔物睛]，例对于高温液态排渣的水煤浆气化炉来说，渣蚀是如，Cr。0。与Si0。形成的低共熔物熔化温度高达1720oC，耐火材料遇到的主要问题之一。熔渣对耐火材料的侵与Fe0生成熔点高达2100℃的Fe0·Cr0。尖晶石。因蚀取决于渣和耐火材料的化学组成、操作温度以及渣此，对于高铬耐火材料来讲，化学侵蚀是导致砖衬损的熔点、黏度和流态，包括耐火材料在渣中的溶解和毁的一个重要因素，但并非占主导地位。耐火材料在气化炉上遭受渣损毁的另一

6、个重要收稿日期：2010—03—19方式是熔渣在高温高压下，沿着耐火材料的晶界、气作者简介：丰文祥(1972一)，男，1995年本科毕业于长春地孔和微裂纹等，渗入到砖体内部，并与耐火材料组分质学院，2010年博士毕业于北京科技大学，高级工程师，现反应，改变了耐火材料的原始结构，形成变质层。由于主要从事耐火材料研究工作。变质层的结构、性能与原砖层存在着较大差异，必将一38煤化工2010年第4期产生结构应力，当炉内温度波动时，热应力和结构应1．4氧化一还原气氛力的共同作用导致砖衬在热面产生裂纹，随着裂纹的气化炉操作过程是在强还原性气氛下进行的，而扩

7、展，部分耐火材料与砖体分离，形成剥落，造成了砖在停车期间，随着空气的进入，炉内气氛转变为氧化衬的损毁。性气氛，这种氧化一还原气氛交换轮替，导致熔渣组1．2剥落分价态变化，对炉衬耐火材料产生了较大影响。剥落主要是耐火材料受到不均匀应力引起，其中1．4．1Fe、Fe的转化熔渣渗入耐火材料形成变质层引起结构应力，炉内温氧化铁对煤熔渣的熔化温度和黏度有很大影响，度波动引起热应力，除了结构应力和热应力外，引起且与氧分压有关。剥落的其他应力因素包括体积膨胀引起的机械应力、在还原性气氛中，煤熔渣中的铁以Fez形式存耐火材料在高温下长时间产生的蠕变应力、耐火材

8、料在，根据Si02-A120Fe0三元相图，其最低液相温度只组分在炉内氧化一还原气氛中价态变化引起的体积有1210℃[6]，极大地降低了渣的熔化温度和