高溫熔渣對水煤漿氣化爐耐火磚的影響

2012年6月化肥工業(yè)高溫熔渣對水煤漿氣化爐耐火磚的影響劉進(jìn)波(山東兗礦國拓科技工程有限公司山東鄒城273500)摘要對使后的耐火磚殘磚迸行取樣分杄,以了解高鉻磚顯微結構和成分變化,找出水煤漿氣化爐向火面高鉻磚受熔渣侵蝕毀的杋理。結果表明:對于結枃相冋的耐火畤,在髙漒煷渣侵蝕硏火磚的過(guò)程中,主要影響因素是熔渣的成分、工作溫度、耐火磚的致密度和雜質(zhì)含量,熔渣中的SO2含量是造成渣蝕的直接原因,而耐火磚的工作溫度、致密度和雜質(zhì)含量決定了渣飲的速率。關(guān)鍵詞水煤裟氣化爐耐火磚侵蝕分析Effect of High-Temperature Slag on Refractory Bricksin Coal-Water Slurry GasifierLiu jinboShandong Yancon Guotuo Science& Engineering Co, Ltd. Shandong Zoucheng 273500)Abstract An analysis is made of samples taken from residual pieces of used refractory bricks, soas to understand the microstructure of high-chromium bricks and their change in composition and findout the mechanism of damage on the side of high-chromium bricks facing the fire by slag erosion in thecoal-water slurry gasifier. The results show that for bricks of the same structure the main influencingfactors in the course of refractory bricks eroded by high-temperature slag are the composition of the slagworking temperature, densification and impurity content of the bricks, and the SiO, content of the slapis the direct cause for slag erosion, while the working temperature, densification and impurity contentof the bricks determine the rate of slag erosionKeywords coal-water slurry gasifer refractory bricks erosion analysis0概述1分析材料的選擇隨著(zhù)內煤化工的發(fā)展,水煤漿加壓氣化技日前,水煤漿加壓氣化爐使用的向火面耐火術(shù)以其技術(shù)成熟可靠、碳轉化率高、環(huán)境污染小磚多為國產(chǎn)鉻鋁鋯系產(chǎn)品,含氧化鉻質(zhì)量分數>適用于大型化等優(yōu)點(diǎn),展現出良好的發(fā)展前景。86%。新耐火磚理化指標及檢驗結果見(jiàn)表1。水煤漿加壓氣化技術(shù)屬氣流床氣化工藝,其表1新耐火磚理化指標及檢驗結果操作溫度在煤灰熔融流動(dòng)溫度(FT)以上。在以檢驗項日平均值)保證值耐火磚為襯里的爐型中,氣化爐內襯耐火材料不C2O3/%(質(zhì)量分數)僅處于高溫、高壓、強還原性氣氛和高速氣流的沖>4.5刷環(huán)境中,而且與侵蝕性極強的酸性熔渣接觸,受體積密度/(g·cm3)到熔渣的侵蝕。因此,了解高溫熔渣對耐火磚侵量氣孔率(耐火磚表面)16.2蝕速率的影響因素,有助于延長(cháng)耐火磚使用壽命、耐壓強度/MPa10延長(cháng)裝置運行周期、降低生產(chǎn)成本。注:1)為連續3次的產(chǎn)品檢驗報告數據本文作者的聯(lián)系力式:dclu(126.com化肥工業(yè)第39卷第3期向火面耐火磚使用周期較為平穩向火面拱頂磚平均壽命為12000h,筒體部位磚使用壽命10000h以上,錐底部位磚使用壽命6000h以上為更好地了解耐火磚的渣蝕情況,選取山東兗礦魯南化肥廠(chǎng)德士古氣化爐運行后更換下的殘磚作為樣品進(jìn)行分析。樣品磚累計運行時(shí)間為l1270h,筒體部位減薄較嚴重,平均剩余厚度為60~70mm,蝕損160mm左右,K磚熱偶磚及中部個(gè)別位置已能看到后面背襯磚;拱頂耐火磚蝕損較少,平均蝕損110mm左右。分別選取拱頂和筒體部位的耐火磚,作為試圖1試樣1電子顯微鏡照片樣1和試樣2。其中:試樣1是氣化爐拱頂高鉻磚,使用情況較好;試樣2是筒體高鉻磚,侵蝕速率大使用壽命偏短,且表面已出現熔洞。2熔渣侵蝕分析借助電子顯微鏡和能譜儀對2種殘磚試樣進(jìn)行詳細分析。21殘磚表面掛渣情況圖1顯示:試樣1表面熔渣層較厚,熔渣均勻致密,對高鉻磚表面形成一定的保護。圖2顯示:試樣2所處區域溫度偏高,表面熔圖2試樣2電子顯微鏡照片渣厚度均不超過(guò)0.3mm,且從熔渣在高鉻磚表面2.2殘磚成分分析的附著(zhù)情況看,該熔渣黏度較低,流動(dòng)性好,在氣化采用能譜儀對試樣1和試樣2各層的成分進(jìn)爐操作過(guò)程中不可能起到以渣抗渣的保護層效果。行分析結果見(jiàn)表2和表3。表2試樣1各層成分能譜分析結果/%(質(zhì)量分數O2 Fe203 Cr,O,掛渣成分1.200.8116.760.71l1.65工作面0.620.6712.310.292.2860.01l1.48100.408.2210.120.311.719.230.848.979.890.332.170.7164.5811.640.590.9165.8113.1640ml.651.270.750.9965.8214.62表3試樣2各層成分能譜分析結果/%(質(zhì)量分數項日N20MoA2o3so2k2oTiO掛渣成分1.3916.160.7014.570.810.210.728.017.962.1059.163.08101.7869.062.346630mm0.810.669.387.4140 mm0.7770.10.9650 mm62.16(下轉第Ⅱ頁(yè))發(fā)生過(guò)加煤機容桶爆炸事故,徹底消除了加煤防護罩。機容桶發(fā)生爆炸的隱患。為了進(jìn)一步提高加煤(云南云天化國際化工股份有限公司紅磷分公司機的安全性,建議對加煤機檢修人孔增設安全云南開(kāi)遠661600王文毓)分必必小必必必必心必必必必必必必必必必必小小必必辦辦必必必辦必辦辦必辦必辦必必必(上接第66頁(yè))從表2和表3可知2個(gè)試樣表面掛渣中SiO2含量較高其次是A2O3,CaO和Fe2O3,僅試樣2的表面掛渣中含有少量的Cr2O3;2個(gè)試樣中在較深深度均有SO2,CaO和Fe2O3存在由于高鉻磚內熱略這些雜質(zhì)含量極少,顯然這是來(lái)自外部。結合電子顯微鏡分析結果,在試樣1工作面及滲透層表面存在 Zrsio4相,顯然是渣中的SO2與磚內ZO2反應的產(chǎn)物,對阻礙渣向耐火材料內部的滲透起到積極作用。但試樣2的工作面未見(jiàn)ZsO4相,只在內部可見(jiàn),這是由于生成的ZSiO4圖3試樣1電子顯微鏡照片相在高溫狀態(tài)下與渣內的CaO等物質(zhì)接觸而發(fā)生了分解。從SO2與Ca0,Al2O3,Fe2O3等的相圖可知:siO2與CaO,A2QO3共存時(shí)生成Ca2S(熔點(diǎn)為1593℃)和CaS2(熔點(diǎn)為1553℃)等低熔性物質(zhì),兩者共存,低共熔溫度降至1380℃,形成流動(dòng)性極好的低熔硅酸鈣化合物。由于耐火磚的內部存在封閉的氣孔(毛細管道)、晶界和雜質(zhì)形成的晶格及液相空間,為這種化合物滲入高鉻磚內部提供了通道,滲入的化合物又會(huì )擴大通道的面圖4試樣2電子顯微鏡照片積和深度。這與殘磚試樣各層成分能譜分析中,微裂紋的產(chǎn)生。這些細微裂紋在外力(包括熱應即使距高鉻磚工作面50mm處SO2含量仍較高機械應力等)的作用下,逐漸擴大成大裂紋,的情況相符。在高速流體作用下,最終離開(kāi)磚體,形成所謂的結2.3高鉻磚表面出現熔洞的原因分析構剝落。圖3和圖4為試樣1、試樣2距高鉻磚工作面mm處殘磚的電子顯微鏡照片,其中灰白色體為3結語(yǔ)鋯英石(ZrO2·SO2)雛形,白色體為單斜ZO2由上述分析可知:在高溫熔渣侵蝕耐火磚的由于磚中穩定的ZAO2(晶狀)與S0O2反應所生成過(guò)程中,主要影響因素是熔渣的成分、工作溫度、的ZrO2·SiO2極不穩定,當溫度降低時(shí)會(huì )分解成耐火磚的致密度和雜質(zhì)含量,熔渣中的SO2含量ZO2(單斜)與SO2是造成渣蝕的直接原因,而耐火磚的工作溫度、致般溫度下,有CaO,Al2O3和Fe2O3存在時(shí),密度和雜質(zhì)含量決定了渣蝕的速率。S0O2含量Zr⌒2(晶狀)與SiO2不會(huì )形成鋯英石,但溫度高于由煤種決定,當煤種一定時(shí),控制操作溫度,在耐1400℃時(shí)比較容易形成。新形成的鋯英石因其火磚表面形成一定厚度的掛渣降低耐火磚表面熱膨脹系數與耐火磚不同,從而在距熱面不同距熔渣的流動(dòng)性,有助于減緩熔渣對耐火磚的侵蝕離的地方產(chǎn)生細微裂紋。當溫度降低時(shí),鋯英石速率延長(cháng)耐火磚的使用壽命發(fā)生分解,該過(guò)程體積膨脹約為8.6%,會(huì )加劇細(收稿日期201203-21)