煤催化气化炉用耐火材料的三大类型

作者:to88通盈官方网站 发布时间:2020-10-29 12:34

  目前气化炉用耐火材料的研究主要集中在水煤浆加压气化炉,而对于煤催化气化炉这一新型气化技术并未作深入研究。

  1、含铬耐火材料。目前,水煤浆加压气化炉等内衬耐火材料主要使用含铬耐火材料。水煤浆加压气化炉炉衬材料先是采用铬矿为原料,进而证明蒲采用高纯氧化铬原料。高铬耐火材料有较好的抗煤熔渣侵蚀性,且耐火材料的侵蚀速率随Cr2O3含量增加而减少。20世纪80年代初期,奥地利采用高纯Cr2O3和高纯镁砂替换铬矿和烧结镁砂开发了一种镁铬尖晶石砖。镁铬尖晶石材料之后,法国开发的Cr2O3-Al2O3-ZrO2-SiO2材料因含有较多的SiO2,使材料抗渣侵蚀性能下降,20世纪80年代后期,开始全面推广应用Cr2O3-Al2O3-ZrO2材料,其Cr2O3质量分数由80%提高到85%~90%。

  2、无铬耐火材料。由于高铬耐火材料在使用过程中有毒六价铬的形成,烧结和加工成本高,未来原材料的供应问题,以及不能完全满足性能要求(使用寿命)等,因此,低铬或无铬耐火材料的开发是今后的研究方向,一方面通过提高耐火材料的使用寿命来增加效率和提高效益,其次通过使用环保的、可回收的及经济的耐火材料来替代高铬耐火材料,降低对环境的损坏。

  目前对于内衬材料的无铬化主要有两大类,即以刚玉-尖晶石浇注料为代表的氧化物材料和以SiC材料为代表的非氧化物材料。P.Gehre等分析氧化铝、AZT、β-Al2O3、镁铝尖晶石及博耐特CA6等原料的抗碱侵蚀性,结果表明镁铝尖晶石和CA6线%范围内,其余几种原料均超出其范围;同时β-Al2O3、镁铝尖晶石及CA6在抗碱实验中无其它物相生成。因此氧化铝、尖晶石及CA6有望成为气化炉内衬耐火材料无铬化的基础材料。

  3、六铝酸钙。六铝酸钙(CaAl12O19)是氧化铝-氧化钙系统中Al2O3含量最高的高熔点铝酸钙相,采用超高温烧结工艺生产致密CA6骨料,通过控制合适的加料量和工艺条件,可以达到接近Al2O3-CaO相图所示的平衡状态,如图1所示,从而制备相组成均匀以及物理化学性质均匀的CA6产品,具有在含铁熔渣中的溶解度低、对还原气氛不敏感、在碱性环境中具有较好的化学稳定性、对熔融金属以及熔渣的润湿性比较低、可与氧化铝配合使用等特点。Luz等研究水泥结合刚玉质浇注料的性能,浇注料经高温处理后会原位形成CA6,提高浇注料的力学性能,因此,CA6在高温行业的应用前景十分广泛。

  图为CA6的微观结构,其特征是紧密结合的板片状CA6晶体和少童的晶间微气孔。CA6板片状的结构使裂纹扩展路径曲折,裂纹穿过板状晶粒所需能量也较高。CA6耐火原料不仅可用作骨料,还可以细粉形式引入浇注料,CA6所具备的特性也能够在浇注料中得到充分体现,同时CA6原料是预合成的,因此高温下不会出现因为形成新相而导致体积膨胀。VanGarsel等研究了用CA6作骨料,加入氢氧化铝、铝酸钙水泥等制备的轻质隔热浇注料,结果表明浇注料1~3μm的微气孔在高温下仍能保持稳定,隔热性能、高温体积稳定性、热震稳定性都较好。

  BUchel等研究了含CA6骨料与细粉的无硅灰浇注料,结果表明浇注料线%,荷重软化温度高。孙小改等利用CA6颗粒优化铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料的性能,结果表明CA6颗粒较多的微气孔强化了浇注料颗粒与基质之间结合,增强了浇注料,同时板片状结构的CA6提高了浇注料的热震稳定性。

  煤气化炉是整个煤气化过程易发生故障的薄弱环节。气化炉的炉衬耐火材料决定着气化炉的使用寿命甚至是产品质量,因此耐火材料失效机理的研究是煤气化领域发展的关键技术之一。炉衬耐火材料在使用过程中由于高温、渣蚀、冲刷、氧化、还原气氛转化以及振动疲劳等因素而损毁。


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