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流化床气化炉内衬耐火材料的选取及施工建议

发布日期:?2019-09-24 11:33:28????阅读量(107)????作者:刘梓明

通常流化床用耐火材料内衬按作用可分为三类:耐磨材料;耐火材料;保温材料。现有流化床采用的耐火材料包括:磷酸盐耐材;碳化硅耐材;刚玉耐材;氮化硅结合碳化硅产品等。

磷酸盐砖适用于1200~1600℃温度范围,为500℃低温热处理得到的不烧砖,已在水泥窑应用多年,早期的循环流化床锅炉内衬也采用该材料。但在循环流化床锅炉的运行温度范围内(850~900℃),磷酸盐耐材性能不稳定,耐磨性差,但因价格优势,其早期在流化床具有较多应用。

碳化硅耐材具有优异的耐磨及热震稳定性。但对于煤气化工艺,因反应器内略带氧化性气氛导致其使用受限。报道指出,美国严禁在循环流化床锅炉中选用碳化硅耐材,且较高的成本也限制了碳化硅的使用。

硅酸铝质耐火材料(Al2O3-SiO2系),基本化学组成为Al2O3、SiO2。该系耐材中应用较多的为莫来石及刚玉耐火材料。莫来石因耐火度高、抗蠕变、抗化学侵蚀性好、荷重软化温度高、抗热震性能较好、体积稳定性能好以及电绝缘性强,成为理想的高级耐火材料。但是莫来石的化学成分不稳定,包括2Al2O3·SiO2及3Al2O3·2SiO2两种形式。刚玉耐火材料中,Al2O3含量高于90%且主晶相为α-Al2O3。

刚玉具有热力学强度高、化学稳定性好、抗热震性及抗磨损性好、抵抗还原剂作用能力强等性能,因此作为高级耐火材料的重要原料。

综合上述材料性能及价格等各方面因素考虑,煤气化炉通常选用刚玉作为内衬耐火材料,通常使用的品种有白刚玉、高铝刚玉和棕刚玉等。

对于煤气化炉,选取耐材组成及设计结构的不同导致耐材内衬的抗煤灰侵蚀能力各异。煤灰对耐火材料的侵蚀机理即煤灰矿物质与耐火材料反应、侵蚀的过程。研究表明,煤灰对高铝耐材的侵蚀最强,碳化硅耐材次之,刚玉耐火材料抗侵蚀能力最强。

建议:

(1)结合流化床气化炉内工作介质温度高、腐蚀性强及内部物流对气化炉内衬冲刷严重的特点,气化炉衬里需具备耐冲刷、抗腐蚀、抗热震性能及一定的热体积稳定性。同时,今后煤气化炉耐火材料内衬的选取将更加偏重于其经济环保性,且要求施工方便、使用寿命更长、易修补等。

(2)工业规模气化炉选取适合的耐材内衬,需结合各自工艺特点及采用的原料特性,加强对其理化性能的关注,如耐压强度、抗折强度、耐磨性能、耐腐蚀性和热震稳定性等,该些性能是否达标,同样会影响气化炉的长周期稳定运行。建议建立相关检测标准,对耐火材料的性能进行全面检测,并请相关的专业技术人员和有实践经验的专家就相关检测进行评估,确保相关理化指标满足工艺设计要求;另外,所选生产施工厂家的资质及能力是否满足工艺要求也对气化炉耐火材料内衬的性能及使用寿命影响较大。

(3)气化炉应严格按照满足耐材使用性能要求的升降温曲线进行烘炉及降温处理,且在运行中尽量避免紧急停车,减少启停次数,避免耐材产生应力疲劳,导致内衬开裂。另外,需安排定期检修,发现开裂及时修补。

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