气化炉用高铬氧化物的损毁机理 - 图文(6)

2020-04-21 06:58

图8 由渣溶解和剥落引起的耐火材料磨损实例。(a)流动的渣引起筒身耐火材料的化学溶解和耐火材料的剥落(圆圈部分)。(b)在(a)中所示的薄的剥落的耐火材料近5mm厚。(c)厚的剥落的耐火材料近20mm厚。

从气化炉炉衬上拆下的在剥落过程的耐火砖示于图9。需要注意的是该砖在剥落过程中存在两处位置:表面的较薄的一层(由上面的箭头表示)和离耐火材料热面较远距离的较厚的区域(由下面的箭头表示)。据认为是在耐火材料表面较薄的试样(图8(a)和(b))是由较厚的试样在其剥离表面前(通过剥落)通过表面侵蚀慢慢磨损变薄产生

的。只要剥落的耐火材料还在原位置,它就会通过侵蚀产生磨损,保护其下面的耐火材料。气化炉的快速循环会加剧剥落,因为耐火材料的热面部分会连续地快速的变换位置,与由单纯的化学侵蚀引起的慢速磨损过程相比降低了整个耐火材料寿命。由渣侵蚀高氧化铬耐火材料的机理示于图10。

图9 在剥落过程中的耐火材料表面(黄色箭头指示剥落材料)

图10 使用在渣气化炉上高氧化铬耐火材料的耐火材料侵蚀阶段

基于事后剖析评价的空冷-渣气化炉的磨损概述将以一种商业类型的气化炉分为气化炉的下列部分进行讨论:(1)拱顶,(2)筒身,(3)锥底。气化炉的这些区域示于图3,并且相应地含碳原料由气化炉(拱顶)、垂直的筒身处喷入,并且基于此渣和合成气共存于气化炉中 (锥底)。

B.拱顶炉衬的损毁

拱顶位于GE类型气化炉(图2(a))的上部并且此处是用于生产合成气的含碳原料、氧气和水喷入气化炉的位置。用于拱顶的炉衬其氧化铬含量可高达95%,寿命变化于9-36个月之间。拱顶处的耐火材料磨损示于图11,并且由下列因素引起:表面侵蚀/腐蚀、结构剥落和耐火材料结合处的剥离。

图11 空-冷渣气化炉的拱顶并示出了热面耐火材料及磨损原因

拱顶区域大多数不规则的表面都是由结构剥落引起的。从侧面观察此类拱顶耐火材料的的一个实例示于图12(a)。在耐火砖结合处大块的减少,称之为边角剥落,示于图12(a)。在边角剥落中存在有大量的可能的原因,它包括环向应力、耐火材料对于拱顶的尺寸轻微的超出规格、在使用过程中拱顶平缓的下降(蠕变)、或耐火材料不合适的安装。

图12 拱顶热面耐火材料。(a)侧面视图显示在砖的结合处有剥落并且显示出正在剥落发生过程中的表面,(b)含碳原料进入到耐火材料的结合处的通道内,在砖层之间“氧化”。注意在渣存在处砖结合处的颜色不同色度,它是由渣中的氧化铁在(b)中不同的氧化状态下引起的。在砖的边角和基体中氧化通道是明显的。在(b)中,上部的单个取自于热面并且下面的两块砖是取自于背衬炉衬。

由于含碳原料的燃烧耐火材料的磨损发生在一些耐火砖结合的交叉处(图11中箭头标识)并且从拱顶的侧面观察耐火材料脱离了(图12)。当含碳原料和氧气渗透到拱顶向火面的背面的结合处时缺点就出现了,这里的“氧化”是相对于在气化室内的反应而言。沉积在耐火材料表面的来自于含碳原料中的渣,其颜色是红色的。图12中红色渣现象的原因是氧分压接近于理论上的(在气化炉内大约10-1对10-8),导致形成了热力学上稳定的Fe2O3。红色的渣对气化炉内部在颜色上棕色的渣形成了对比,它可能是由于形成了复合的铁氧化物,例如Fe3O4,在气化炉内低的氧分压下(在大约10-4到10-8之间)它是Fe热力学状态上稳定的化合物。 C.筒身炉衬的损毁


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