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        耐火材料

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        鄭州東信耐火材料有限公司

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        流化床氣化爐內襯耐火材料

        發布日期:2021-07-14 00:00 來源:http://www.udaramaya.com 點擊:

        加壓流化床煤氣化技術是近年來隨著潔凈煤技術的興起而發展起來的新一代大型、先進煤氣化技術。氣化爐結構通常分為3 層:內層為直接接觸高溫介質的耐火材料層;中間層為保溫材料層;外層為不銹鋼爐殼。除了反應器結構和附屬設備等關鍵技術外,由于溫度、壓力及其它反應工況等條件的要求,其反應器襯里材料的選擇和烘制也是關系到工藝成敗的關鍵技術。內襯耐火材料襯里的使用壽命對氣化爐長周期穩定運行影響巨大。

          煤氣化工藝因采用的煤種繁多、品質各異,流化床氣化爐內反應工況復雜,通常伴有高溫氧化、硫化、氫化、碳化、氯化等的氣氛腐蝕,同時對于高堿金屬煤種或添加堿金屬催化劑的工藝還可能引入堿腐蝕等問題,該些侵蝕嚴重影響了耐火材料的使用壽命,并且對高溫裝置的安全穩定運行造成不良影響。氣化爐內腐蝕的發生使得耐火材料的選擇和使用壽命備受關注。

          1 耐火材料的種類及失效機理

          耐火材料使用工況的復雜及惡劣性決定了依據使用環境不同需對耐火材料提出不同性能要求,包括其抗溫度損害性能、抗熱應力破壞性能及抗環境介質侵蝕性能等。

          對于流化床氣化爐,內襯耐火材料的損壞主要分為化學侵蝕、熱侵蝕、機械侵蝕三大類?;瘜W侵蝕會導致耐火材料結構性能的降低,進而加大熱力學侵蝕及機械侵蝕對材料耐磨性能的影響。材料的選擇需充分結合工藝特點。通常材料選取時需關注的理化指標包括耐壓抗折強度、耐磨及熱震穩定性、重燒線變率等。當反應工況下選擇的材料、如澆注料未達所需燒結溫度,則強度會大大降低,首先需要保證所選耐火材料在工作溫度下具備較好的強度,或者在開始烘爐時烘至達到材質的燒結溫度以保證工況運行時材料的強度較高。另外,耐火材料在制作施工、安裝及烘爐過程中的不合理也會導致耐材的損壞。

          因此,必須確保廠家在施工制作過程中嚴格按照設計要求進行施工,同時保證整個過程滿足耐材生產廠家提出的材料施工要求。確保材料中所含的水分完全轉化為水蒸氣逸出,避免爐子點火運行后因耐火材料中的水蒸氣壓力超過材料的拉伸強度進而引起襯里分層、崩潰、導致爐子內襯塌落。

          2 流化床反應器及耐堿腐蝕耐火材料研究現狀

          1)流化床反應器用耐火材料的現狀

          通常流化床用耐火材料內襯按作用可分為三類:耐磨材料;耐火材料;保溫材料?,F有流化床采用的耐火材料包括:磷酸鹽耐材;碳化硅耐材;剛玉耐材;氮化硅結合碳化硅產品等。

          磷酸鹽磚適用于1200~1600 ℃溫度范圍,為500 ℃低溫熱處理得到的不燒磚,已在水泥窯應用多年,早期的循環流化床鍋爐內襯也采用該材料。但在循環流化床鍋爐的運行溫度范圍內(850~900 ℃),磷酸鹽耐材性能不穩定,耐磨性差,但因價格優勢,其早期在流化床具有較多應用。

          碳化硅耐材具有優異的耐磨及熱震穩定性。但對于煤氣化工藝,因反應器內略帶氧化性氣氛導致其使用受限,且較高的成本也限制了碳化硅的使用。

          硅酸鋁質耐火材料(Al2O3-SiO2系),基本化學組成為Al2O3、SiO2。該系耐材中應用較多的為莫來石及剛玉耐火材料。莫來石因耐火度高、抗蠕變、抗化學侵蝕性好、荷重軟化溫度高、抗熱震性能較好、體積穩定性能好以及電絕緣性強,成為理想的高級耐火材料。但是莫來石的化學成分不穩定,包括2Al2O3·SiO2 及3Al2O3·2SiO2 兩種形式。剛玉耐火材料中,Al2O3 含量高于90%且主晶相為α-Al2O3,具有熱力學強度高、化學穩定性好、抗熱震性及抗磨損性好、抵抗還原劑作用能力強等性能,因此作為高級耐火材料的重要原料。

          綜合上述材料性能及價格等各方面因素考慮,煤氣化爐通常選用剛玉作為內襯耐火材料,通常使用的原料品種有白剛玉、高鋁剛玉和棕剛玉等。

          對于煤氣化爐,選取耐材組成及設計結構的不同導致耐材內襯的抗煤灰侵蝕能力各異。煤灰對耐火材料的侵蝕機理即煤灰礦物質與耐火材料反應、侵蝕的過程。研究表明,煤灰對高鋁耐材的侵蝕非常強,碳化硅耐材次之,剛玉耐火材料抗侵蝕能力非常強。

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