渣氣化器用耐火材料

2006年8月第31卷第4期國外耐火材料●29●渣氣化器用耐火材料摘要:在渣氣化器中進(jìn)行了現場(chǎng)試驗，比較了CrO,質(zhì)耐火材料和研制的新型耐火材料以及無(wú)CrO,耐火材料的性能，指出研制的新型耐火材料，其抗侵蝕性和抗渣滲透性得到了改進(jìn)，延長(cháng)了使用壽命，且無(wú)CnO,耐火材料具有發(fā)展潛力。關(guān)鍵詞:渣;氣化器;耐火材料;使用壽命;侵蝕性;滲透中圖分類(lèi)號: TQ175.715文獻標識碼: B文章編號: 1000- 7563 (2006) 04 - 0029-03以找到延長(cháng)耐火材料使用壽命的方法。DOE研究1前言中心研制的耐火材料最近用于現場(chǎng)試驗，有潛力氣化法提供了一個(gè)最熟練的方法，將碳質(zhì)材用于渣氣化器的內襯。料轉化為電、氫和其它化學(xué)產(chǎn)品。此外，氣化法也是一個(gè)最好的方法，為未來(lái)發(fā)動(dòng)機和發(fā)電燃料電池提供純凈燃燒的氫。Fossil能源公司正致力于氣化器的開(kāi)發(fā)以提高效率、環(huán)保性能、可靠性以及擴大氣化器的適應性以加工各種煤并降低成本，廣泛地利用原料。生產(chǎn)電、氫、化學(xué)產(chǎn)品或各種混合物，同時(shí)除去了幾乎所有的空氣污染物和潛在的溫室氣體排出物的能力，使氣化法成為未來(lái)能源裝備的最圖1 IGCC 工藝簡(jiǎn)圖有價(jià)值的技術(shù)，尤其是石油和天然氣變得越來(lái)越昂貴、供應逐漸枯竭時(shí)。通常，氣化法技術(shù)，諸如結合了循環(huán)的綜合2氣化法操作氣化法(GCC)，包括三個(gè)主要過(guò)程:碳氣化法、渣氣化器是一個(gè)壓力容器，內襯多層耐火材氣體純化法和分離、動(dòng)力產(chǎn)生(或化學(xué)產(chǎn)品),如料層， 熔渣流動(dòng)≤10t.h-'。渣從煤中產(chǎn)生，石圖1所示。當高溫被降低，實(shí)際上任何碳質(zhì)原料油焦或其它碳質(zhì)原料作為高速泥漿噴射到氣化器為其基本組成時(shí)，發(fā)生碳氣化法。渣氣化器是一上。 取決于渣的熔點(diǎn)和粘度特性，典型的渣氣化個(gè)高壓/高溫反應容器，哏人大量的富碳燃料,器操作溫度為13009 ~ 1600C，壓力≤100psio產(chǎn)生高侵蝕性渣作為副產(chǎn)品。用于渣氣化器的耐渣氣化器內部的耐火材料襯熱面必須承受以火材料內襯保護了鋼容器免受熔渣的侵蝕，并起下斷裂感應因素:保溫作用以防能量損失?！窀邷夭僮鳉饣魇荌GCC動(dòng)力系統的核心，而耐火材●侵蝕性低熔點(diǎn)、低粘度和高酸性煤渣侵蝕料內襯壽命是確定氣化器可靠性和經(jīng)濟性的一個(gè)●原料變化最重要因素。為了改進(jìn)氣化法技術(shù)，DOE研究中●由噴射泥漿產(chǎn)生的顆粒磨損心對氣化法操作條件、耐火材料性能、事后分.●交替的氧化和還原氣氛Aug. 2006●30.FOREIGN REFRACTORIESVol,31 No.4的溫度控制環(huán)所導致的熱震。氣化器可以每30~45天停下來(lái)●高溫荷載(蠕變)用于非耐火材料研究，諸如系統維護或順流問(wèn)●火焰沖擊題。每一次氣化器循環(huán)時(shí),都增加了裂紋形成的20世紀70年代中期到80年代，材料研究表可能和其在渣滲透區域的擴展，并導致結構剝明，這些苛刻的氣化器環(huán)境要求耐火材料中的氧落。 當材料損耗時(shí)，新的耐火材料表面又暴露, .化鉻含量要高(≥75%)。最近，耐火材料壽命為渣 侵蝕循環(huán)和滲透又開(kāi)始了。3~24個(gè)月。耐火材料的實(shí)際使用壽命取決于原研究了氣化器操作期間耐火材料的損耗量,.料的化學(xué)成分、操作條件和氣化器設計。此外，每1300~ 1500h發(fā)現材料突然損耗，如果可以避氣化器的不同部位有不同的蝕損機理，導致耐火免表面剝落， 則耐火材料的使用壽命會(huì )延長(cháng)。材料襯的頻繁更換。高材料成本和與替換耐火材料襯有關(guān)的停爐4材料的實(shí)驗 室研究時(shí)間，可能會(huì )影響到動(dòng)力產(chǎn)生的氣化法的未來(lái)技渣氣化器中耐火材料的使用壽命，由氣化器術(shù)。實(shí)際應用中氣化器的可利用率為85%~的設計和操作、 材料性質(zhì)所決定。事后分析顯95%。為了獲得這些應用，耐火材料的使用壽命示， 結構剝落是耐火材料過(guò)早斷裂的主要原因，必須被改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗室研究，可以將耐火材料加以改進(jìn)。進(jìn)行了多次試驗以解決剝落問(wèn)題，包括熱面3事后分析耐火材料顯微結構的改進(jìn)、引人非潤濕性材料、DOE研究中心對以煤為主要原料的工業(yè)用氣促進(jìn)燒結和添加磷酸鹽。研究人員發(fā)現，在Cr2O3化器用后的耐火材料進(jìn)行了廣泛的事后分析。用質(zhì)耐火材料中添加磷酸鹽可以有效降低渣滲透。過(guò)的耐火材料有-個(gè)3cm厚的渣滲透層，在滲透在耐火材料工業(yè)中，磷酸鹽添加劑已被普遍使區域內有一個(gè)裂紋，寬約10em、深12cm,如圖2用，尤其是在搗打料或澆注料中，以增加從室溫所示。詳細的分析發(fā)現，渣中的硅酸鈣通過(guò)孔隙到高溫的結合強度。滲透進(jìn)入耐火材料中，而氧化鐵和Cr2O3反應在在Cr203質(zhì)耐火材料中添加磷酸鹽,其目的表面上形成了致密尖晶石層。是和熔渣中的硅酸鈣反應，以形成高含硅熔液，在實(shí)驗室詳細研究了渣和耐火材料的反應,阻止或減緩渣滲透。此外，硅酸鹽添加劑還具有支持這些事后分析。實(shí)驗室研究也發(fā)現，在氣化其它優(yōu)點(diǎn)，包括降低Cr2O,質(zhì)耐火材料的氣孔率.法條件下，即不是SiO2也不是Ca0滲透進(jìn)人耐火并改善其抗熱震性。材料中。進(jìn)行了旋轉渣鼓試驗，以比較DOE研究中心研制的耐火材料和其它相似高Cr2O.(90%Cr2O)質(zhì)氣化器用耐火材料在更加動(dòng)態(tài)的、流動(dòng)的渣環(huán)境下之間的抗侵蝕性和抗渣滲透性的比較。試驗表明，DOE 研究中心研制的耐火材料具有好的抗渣滲透性和抗熱震性。研制的耐火材料和普通磚之間的物理性能示于表1中。坩堝、旋轉渣鼓和物理試驗表明，在渣氣化器中，研制的耐火材料比其它普通磚具有更好的性能。用SEM和XRD進(jìn)行了詳細的研究，以確定圖2用后耐火材料斷面顯示 3cm的渣滲透區域磷酸鹽添加劑對抗渣滲透性的改進(jìn)。由于渣和耐2006年8月第31卷第4期國外耐火材料●31 .制的磚中。有四個(gè)可能的機理:第四個(gè)可能的機理是硅酸鈣和AIPO4的反第一個(gè)可能的機理是顯微結構的改進(jìn)。由于應。事后分析表明，滲透的渣含有硅酸鈣(或鈣鋁在配制的混合物中添加磷酸鹽，耐火材料坯體的硅酸鹽)。熱動(dòng)力學(xué)計算預測由于硅酸鈣和AlPO,氣孔率降低，≤3% (表1中的磚C)。由耐火材料的反應，可以形成磷酸鈣。XRD研究顯示，在硅粉末制成的泥漿涂層的燒結研究也表明，研制的酸鈣和AIPO4的混合物，間接形成了Ca3(PO)2。耐火材料其燒結性也好于其它Cr2O3 質(zhì)耐火材由于磷酸鈣和P2Os玻璃相的形成，產(chǎn)生了粘性熔料。強化了的燒結能力可以保證基質(zhì)和骨料之間融物。的良好結合，以限制渣滲透。5無(wú)Cr2O3耐火材料表1氣化器用Cr2O3 質(zhì)耐火材料的物理性能盡管氣化器使用CrO3質(zhì)耐火材料，可獲得性能磚A.磚B磚C好的使用壽命，但某種原因促使無(wú)Cn03耐火材“體積密度/g*cm^4.274.074.20料使用起來(lái)更好。研究人員正在研制用無(wú)CrO,;顯氣孔率/%14.816.512.7常溫耐壓強度/MPa65.566.963.1耐火材料部分或全部替代氣化器熱面用的Cr2O3熱膨脹/%+0.64-0.08+0.11質(zhì)耐火材料。螨變變形。+0.18-1.98-0.24 :旋轉渣中正在進(jìn)行實(shí)驗室分析，通過(guò)肉眼監視、光學(xué)面積變化/%+2.3+6.5顯微鏡、XRD、TGA、DTA和SEM來(lái)證實(shí)其潛渣滲透/mm3.56.0.8①1550C,保溫50h;②1550C ,345kPa,保溫50h;③1657C ,保溫Sh,能。進(jìn)行了與抗化學(xué)侵蝕性、老化變質(zhì)、蒸汽反渣喂入速度2.5r min-1應、硬化、蒸汽壓、燒結能力、成本、環(huán)境和其.它因素有關(guān)的討論。以基礎研究和實(shí)驗室試驗為第二個(gè)可能的機理是氧勢能。氧勢能能影響依據，設計了耐火材料的組成參數。Cr2O3和FeO的反應。相圖表明，在不同的氧化/根據新研制的配方，在坩堝試驗中發(fā)現，無(wú)還原條件下，液相量變化驚人。例如，假設60%Cr2O3耐火材料，其抗侵蝕性和抗滲透性有改進(jìn)。Fe0和40% Cr2O3在1600C下反應，在還原/中性然而，還要進(jìn)行更多的動(dòng)力學(xué)和物理性能試驗，條件下可形成47%液相，而13%液相存在于有等包括旋轉渣、蠕變、高溫和常溫強度以及熱膨脹量CO2和H2的氣氛中。在空氣環(huán)境下沒(méi)有液相生試驗等。成添加磷酸鹽是一種氧化劑，可以在局部位置6現場(chǎng)試驗增加氧勢能，降低液相的形成。以氣化器環(huán)境為研究人員和耐火材料制造商、氣化器生產(chǎn)基礎的熱動(dòng)力學(xué)計算指明，煤渣中的鐵主要以商、操作人員一起，努力改進(jìn)耐火材料內襯的使FeO存在，有少量Fe203或Fe。SEM分析表明,用壽命。研制的耐火材料經(jīng)實(shí)驗室研究后進(jìn)行了少量Fe或FeS存在于渣顆粒表面。濕化學(xué)分析在.生產(chǎn)，并在某些氣化器中進(jìn)行了現場(chǎng)試驗。盡管一些煤渣中檢測出了少量Fe203?，F場(chǎng)試驗磚的事后研究不完全，但肉眼監測發(fā)現第三個(gè)可能的機理是AIPO4-Cr2O3反應。新的耐火材料在渣氣化器中的性能高于目前使用SEM和EDAX顯微結構分析表明，AIPO4- Cr2O3的高Cr203質(zhì)耐火材料。的反應可能形成Al-Cr-P-0化合物。Al2O3 和.Cr2O3反應形成完全的固溶體。然而，實(shí)驗室試驗B霞編譯自《American Ceramie Society Bulletin),沒(méi)有明確的資料證實(shí)AIPO4和CrPO4之間的固溶2006,N2: 17~20體的可能性。需要進(jìn)行更多的試驗以證實(shí)含有，王曉陽(yáng)校時(shí)瓊日期，2006_ 05.24