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影响耐火衬里的几个方面及注意事项

已有 17 次阅读2020-1-29 11:40 |系统分类:气化日志

、操作温度 炉内温度对耐火衬里的寿命是非常重要的,所以要严格控制不要超温。在正常生产条件下,耐火砖表面有一层煤渣层,实际上渣层是动态的,温度低渣层较厚,温度高渣层较薄,适当厚的渣层可以减缓高温气体和熔渣的冲刷。
煤浆德士古气化炉对耐火砖的要求比以重油为原料的炉子对耐火砖的要求要高得多,其主要原因是熔渣对耐火材料的渗透和腐蚀。更换耐火砖时发现渗透厚度达10mm~20mm,熔渣渗透后,其强度明显下降。温度高则浸蚀加剧。据有关资料介绍,特别是操作温度超过1 400℃时浸蚀作用成倍地增加。在运行过程中还曾发生过氧气负荷波动的情况,有时氧气调节阀会 造成氧气负荷变动,有时大颗粒会突然卡住高压煤浆泵活门,煤浆流量突然下降造成氧气量相对过量。氧气波动后直接造成炉温的波动,氧气波动范围有时为 500m3~600m3,最大达到过1000m3左右。氧气突然升高后,造成炉温突然升高,会突然烧坏高温热电偶,这种情况对耐火砖的影响是很大的,应尽量避免。
综合考虑各种因素,一般气化炉的操作温度应控制在1 350℃以下。当高温热电偶损坏或指示不准时,因为合成气中甲烷含量与炉内温度有一定的关系,一般可根据出口气中甲烷含量来进行控制。遇到这种情况,在实 际操作中,为了避免CH4含量分析结果的偏差,不但要观察甲烷含量,而且还要观察H2、CO、CO2等成分的变化,以及其他生产条件如煤浆浓度、流量、氧 气流量、出渣情况等的变化来进行综合判断,使操作温度与理论控制温度不要偏离太大。
2、减少开停车次数 在开停车的过程中由于更换烧嘴,会使冷空气进入炉内,造成炉内温度的急骤变化,在投料过程的短时间内,炉内温度升得比较快,这也是难 以控制的。这些情况对耐火衬里是非常有害的,甚至会导致耐火衬里出现开裂损坏,所以在生产过程中应尽量做到稳定生产,减少开停车次数。
表1 耐火材料物性指标
项目\指标
高铬热面砖
铬刚玉砖
氧化铝空心球砖
最高使用温度,℃
2000
1900
  1800
Cr2O3,≥
86.10
12.33
-  
ZrO2,%   
4.72
-      
-
Al2O3,≥
  6.36
86.21
  98.31
Fe2O3,%
0.28   
0.27
0.48
SiO2%,≤  
0.3
-
  0.17
体积密度,g/cm3≥
4.26
3.36
1.4
显气孔率 ,,% ≤
  15.57
  16     
60
常温耐压强度,MPa≥
123.9   
125.4  
8.6
蠕变(0.2MPa,1500℃,24h)
  ≤0.38
  0.49
  -
导热系数,W/(mk) ≤ 1000℃
4.5
3.9
0.95
热膨胀系数(常温~1500℃) 1/℃
6.7x10-6
7.2x10-6   
7.7x10-6

+ f8 w$ X8 I. w4 H
" b* }; n3 N/ H

表2 陶瓷纤维压缩料物性指标
项目\指标
陶瓷纤维压缩料
长期使用温度, ≥℃
1400
Al2O3 ,% ≥   
  45
Al2O3+SiO2,%≥
96
导热系数,W/(mk) ≤  500℃
0.2

1 耐火砖损伤模式分析
针对不同的外部条件和耐火砖损伤消耗的不同规律,我们把气化炉耐火砖的损伤分为块状剥落、烧蚀损坏、冲蚀损坏、化学侵蚀等。
1.1  块状剥落模式
块状剥落是气化炉耐火砖损耗和对寿命影响最大的一种模式。减少或消除块状剥落就能大幅度提高耐火砖的寿命。当耐火砖表面出现深度超过1.5mm、且具有一定面积的块状形态凹坑时,即认为耐火砖的损伤以块状剥落为主;而小于1.5mm时,我们认为是由烧蚀为主引起的深层蚀损,引起块状剥落的原因有以下几个方面。
1.1.1  砖与砖之间的相对位移
由于各层砖在气化炉升温或降温过程中,升降温速率不同以及在发生热位移过程中所受到的约束和阻力不同,将会使砖与砖之间发生相对位移。
这种相对位移会在砖与砖的位移面上产生磨擦剪切力并具有局部撕开作用,导致耐火砖产生表面裂纹。这些表面裂纹在以后的每次位移中扩展,并由于熔融炉渣和还原性介质在裂纹中的侵蚀扩散,导致砖的表面剥落,砖的位移过程本身也加速炉渣在裂纹中的侵蚀。
1.1.2  砖缝及炉渣侵蚀
耐火砖之间的砖缝,不但为运行状态下高温熔融态炉渣的渗入及侵蚀提供了通道,而且这种炉渣侵蚀本身也促使砖缝不断加大。这两种作用,都使炉渣与耐火砖侧面接触的表面增大,并使耐火砖在每一次由于热引起的收缩膨胀循环过程中,使耐火砖侧面遭受过度应力。炉渣在砖缝中不仅沿着径向,而且还沿着耐火砖的圆周方向对炉砖产生侵蚀作用。特别是在耐火砖侧面存在周向裂纹时,周向侵蚀速度更快,使耐火砖表面发生块状剥落。因此耐火砖周向裂纹比径向裂纹对耐火砖寿命的影响和作用都更大。
1.2  烧蚀损耗模式
气化炉内的温度场是一个不均匀、不稳定、甚至不连续的温度场。产生局部高温的原因也较多,因此,很容易使Cr2O3 -Al2O3-ZrO 耐火砖表面受高温作用而烧蚀损伤,甚至产生局部过烧熔化。在正常情况下,这个烧蚀损伤过程是缓慢进行的,只有在极端异常的炉内高温和反应工况,烧蚀过程才会明显加速。根据观察分析,耐火砖的烧蚀可分为高温熔化型烧蚀和高温氧化还原性烧蚀。
气化炉耐火砖的高温熔化型烧蚀主要发生在富氧区、火焰舔烧区和气化炉过氧工况。这三个区域/工况都属于气化炉内的局部高温区。耐火砖的主要成分是Cr2O3、ZrO和Al2O3,经高温烧制而成。在炉内正常温度条件下,它们具有良好的机械稳定性,而且通常在运行中,耐火砖表面都覆盖着熔化的炉渣,因此,炉内高温气流不会与耐火砖表面直接接触。但在局部富氧区和高温气流直接舔烧耐火砖表面的区域,耐火砖表面组织软化和强度下降,耐磨损冲刷性能和组织结合性能下降,部分结合相被直接烧损。耐火砖烧蚀的速率受到多方面因素的影响,诸如气化炉工况,包括氧煤比、烧嘴性能、渣口压差、原料煤的灰分含量、灰渣组成特性、拱顶砖的型状和气化炉的负荷等,同时,耐火砖中存在的低熔点杂质也会加速耐火砖的熔化烧蚀速度。
1.3  冲蚀损伤模式
耐火砖在气化炉内除了要受到高温炉渣侵蚀外,还要受到高速气流和沿壁面流动的炉渣冲刷和磨损,使耐火砖损坏,由此引起的耐火砖损坏就称冲蚀性损伤。在德士占气化炉内,耐火砖的冲蚀损伤存在几种情况,主要有高速气流的冲刷,流动炉渣的磨损和气体炉渣混合物的冲刷。
1.4 化学侵蚀
由于耐火砖是由各种耐火材料颗粒锻压成型的,不可避免存在气孔,这些气孔的存在加快了耐火砖的化学侵蚀。
气化炉产生的气体主要成分为H2和CO,整个耐火砖的向火面会被这两种强还原性气体笼罩,气体沿耐火砖气孔、裂纹向内渗透,并与耐火砖中的SiO2、Fe2O3等氧化物进行反应,导致气孔或裂纹加大,破坏了砖的结构。其反应式如下
2、防止耐火砖损伤措施
(1)严格按照烘炉曲线进行烘炉,防止由于炉温变化过快引起耐火砖产生位移。
(2)使用不含粘土的耐火泥进行筑炉,使砖缝不再成为一个薄弱易于侵蚀的地方。
(3)控制适当的氧煤比、选择雾化效果好的烧嘴、控制好炉温,防止渣口结渣。选择灰分含量低、煤中CaO、FeO含量低的煤种。拱顶砖筑成半球型,气化炉负荷尽量不要太高等。
(4)控制好炉温,使耐火砖表面能形成一层薄的熔渣,对耐火砖起保护作用。另外,控制恰当的氧煤比也有利于控制炉内的氧化还原性气氛。
(5)耐火砖的改进。提高耐火砖中Cr2O3的含量,改善抗侵蚀性能。Cr2O3含量越高,抗侵蚀能力就越强。
气化炉炉渣的主要成分为Fe2O3、Al2O3 、SiO2、MgO、CaO等金属氧化物。Cr2O3与渣中的Fe2O3、Al2O3、FeO、MgO反应生成复合间晶石(Mg、Fe)O(Al、Cr、 Fe)2O3,在耐火材料表面形成一个致密层,可以阻止炉渣的进一步侵蚀。
(6)选择CaO含量较低的煤。炉渣中的CaO对耐火砖的侵蚀相对其他氧化物较为突出。且Cr2O3含量越高,侵蚀率越低,如图1所描述。所以提高耐火砖中的Cr2O3含量和选用CaO含量比较低的优质煤可以提高铬铝锆砖的抗侵蚀性。但煤中CaO含量低又会导致煤的灰熔点偏高,所以CaO含量也不宜过低。
(7)增大耐火砖的体积密度,使气孔微细化,减少化学侵蚀的路径,从而提高抗炉渣侵蚀性能。通过调节耐火材料颗粒的颗粒级配,添加适量的超细粉,填充耐火材料颗粒之间的空隙,使气孔变少、变细,可以降低气孔率,减少熔渣及气体的渗透,从而提高耐火材料的抗渗透及侵蚀能力。
(8)在不影响正常运行的条件下,尽量降低操作温度,并减少开停车次数。
(9)控制好炉温对于气化炉来说相当关键,  合成气中甲烷含量调整的最大区间可根据各批煤种灰熔点的不同适当改变(以合成气组分及气化炉排渣状态为准)。一般情况下甲烷含量调整的最大区间为(800~1200)×10-6,甲烷含量控制的允许偏差为±100×10-6。
    气化炉刚投料时甲烷含量先控制在900×10-6,若合成气中CO含量连续24 h全部低于46%,且炉渣状态反应确实炉温偏高,则甲烷含量升100×10-6操作;若CO含量连续24 h仍全部低于46%,则再升100×10-6操作,直至CO部分数据达到46%以上为止。2 w0 A" ]* n) b8 X% }7 Z, ]
    合成气中CO含量连续4 h全部超过48%,则甲烷含量降100×10-6操作。观察4 h,CO含量仍全部超过48%,则通知作业区及生产办讨论应对方案。; a5 U: F$ `: w# ~2 }! a
    操作人员留意T3温度的变化,若偏高则注意合成气中CO含量的变化,炉渣状态及排渣情况,发现异常及时调整甲烷含量操作。

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