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        耐火襯里損壞機理分析

        時間:2021-09-11 17:11 作者:鄭州榮盛點擊:

        耐火材料在使用過程中,由于高溫或溫度變化、氣氛變化和熔渣的腐蝕和侵蝕,其損壞形式復雜,損壞機理多樣。綜上所述,耐火材料的損壞形式主要包括機械損壞和化學侵蝕。
         
        機械損壞
         
        耐火材料的機械損壞主要包括熱剝落、結構剝落、高溫熱疲勞和機械沖擊。氣化爐耐火材料在使用過程中不可避免地會出現熱震,這是耐火材料機械損壞的主要原因之一。
         
        所謂熱震,是指耐火材料在運行溫度變化較大時對其產生的影響。GE公司對熱循環有一個定義,即當溫度在1h內發生100℃變化時,稱為熱循環,也可以歸為熱震。在烘爐、投料、停車過程中,氣化爐易發生熱震,尤其是進料和停車過程中。在烘爐過程中,負壓和烘爐燃料控制不當可能導致爐溫在短時間內發生較大變化,主要表現為氣化爐燃燒室上下溫差變大,局部溫度過高。此時,整體熱膨脹會不均勻,從局部裂紋到磚塊擠壓。在進料過程中,由于煤漿和氧氣都是溫度較低的介質,在1分鐘內相繼進入爐內。此時爐溫一般在1000℃左右。從DCS上觀察爐溫的變化,可以發現在進料的瞬間,爐內溫度發生了先降后升的變化,因為冷介質進入高溫環境會吸收大量煤漿和氧氣溫度達到一定值時,會發生劇烈的氧化反應而燃燒。在停車過程中,為了保證氧氣管道和煤漿管道的清潔,需要吹掃兩條主要物料管道的氮氣。每一次停車進入氣化爐燃燒室的氮氣都從13MPa降至11.3MPa左右,約1000m3的氮氣進入,同樣會使耐火材料的溫度突然下降,因此每一次停車過程也相當于一次熱震。從運行過程中可以得出這樣一個結論:氣化爐停車次數越多,耐火材料機械損壞的概率越高。
        耐火襯里損壞機理分析
         
        在系統運行初期,由于人們對這種大型爐的認識不足、公共工程不穩定等諸多原因,氣化爐的開啟和停止頻繁,有時會進行較低溫度的聯投操作,這是耐火材料使用壽命短的原因之一。
         
        化學侵蝕。
         
        水煤漿加壓氣化爐中使用的耐火材料由多種高熔點化合物組成,其中主要成分為Cr-O。目前,火面上使用的耐火材料的Cr-O含量可高達90%,其余為Al-O、ZrO等成分。有些化合物具有同質多晶現象,即同一化合物具有多種晶體結構(晶型)。當條件發生變化時,它將從一個晶型轉變為另一個晶型。如果一種化合物有幾種晶型,只有自由能在一定溫度和壓力下的晶型才能穩定存在。例如,一種化合物有兩種:晶型I和晶型ⅱ。當溫度低于一定值時,只有晶型I可以穩定存在;當溫度升至一定值時,晶型I和晶型ⅱ之間會發生變化。當溫度高于個溫度時,只有晶型ⅱ能穩定存在。對于水煤漿加壓氣化爐的耐火材料,當不考慮其他因素,只考慮溫度時,對溫度的要求不超過1500℃。由于晶型變化往往伴隨著體積(或密度)等性質的變化,當耐火材料中發生晶型變化時,可能會出現開裂、疏松或粉化,從而影響其整體使用壽命。
         
        如果熔渣浸入耐火材料內部的氣孔中,不僅會促進耐火材料的熔化和腐蝕,還會導致材料的化學腐蝕和結構剝落,從而加速其損壞。由于熔渣一旦浸入耐火材料內部的氣孔中,就會立即與其發生反應,導致工作表面變質,因此,在高溫條件下,浸入區域會變得非常疏松。有人做過相關測試。當溫度達到1300℃時,熔渣對耐火磚的滲透深度可達30毫米。就水煤漿加壓氣化技術本身而言,在現有煤種范圍內,大多數煤種的操作溫度不能達到1300℃以下,因此可以得出結論,在正常生產過程中,熔渣對耐火材料的侵蝕幾乎是不可避免的。為了延長耐火材料的使用壽命,經過大量的工業探索和試驗,我們發現Cro與渣中的Feo、Alo、FeO、MgO反應生成復合尖晶石(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe),在耐火材料表面形成一致密的保護層,可以防止渣的進一步侵蝕。
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