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提高航天炉耐火材料使用寿命的主要措施

编辑:耐火浇注料   时间:2020-01-10    浏览:   
航天炉水冷壁“以渣抗渣”是耐火材料自我保护的重要方式,炉壁挂渣效果的好坏对耐火材料蚀损有明显影响。 试验研究及运行情况表明,航天炉内工况复杂,炉温波动且较难控制,使得化学侵蚀、气流及熔渣侵蚀、热应力破坏 成为航天炉耐火材料蚀损的主要原因。

提高耐火材料使用寿命的措施主要有以下3个方面:

1、选择适宜的耐火材料

航天炉设计使用寿命最高为20a,这与炼铁高炉设计要求的使用寿命相当。如何使设备达到设计使用寿命甚至更高,这是航天炉用户及耐火材料工作者追求的主要目标之一。对于航天炉来说,影响耐火材料使用寿命有多种因素(或 称为综合因素)。近年来,洛阳耐火材料研究院针对水冷壁式粉煤气化炉耐火衬里温度场及应力场进行了数值模拟(计 算机模拟)研究,建立了水冷壁模型,运用ANSYS有限元分析软件进行模拟研究,得出如下结论:提高耐火材料的热导 率有利于挂渣层的形成,选用热导率为8~10W/(m·K)的耐火材料,在炉内操作温度为1290~1310℃时炉壁挂渣状态 较好;挂渣厚度在15mm以上时水冷管和铆钉都会在安全温度下正常运行,挂渣厚度低于15mm时水冷管和铆钉有超温 的风险。而针对渣层和耐火材料热应力建立的模型显示:最大应力出现在铆钉与耐火材料界面及耐火材料与渣层的界 面,渣层最大应力在渣层表面;渣层厚度增加,可显著降低铆钉与耐火材料处的热应力,但会导致渣层与耐火材料间的 热应力增大;当耐火材料热导率为2~6W/(m·K)时,随热导率增加,热应力会迅速升高,而热导率为6~10W/(m·K) 时,热应力基本稳定;降温速率越快,炉内衬各点的温度和热应力下降也越快。可见,热应力会引起渣层和耐火材料破 坏,因此耐火材料的热导率是保证气化炉正常运行和提高其使用寿命的关键,即耐火材料的热导率应在8~10W/(m· K)及以上。SiC系耐火材料的热导率较高,但SiC的热导率难以得到准确数值,有人在室温下进行测定,SiC单晶最高 热导率为490W/(m·K),SiC陶瓷最高热导率为270W/(m·K),总之,随温度升高其热导率降低。而多数耐火材料的热 导率在1~6W/(m·K)之间,隔热材料的热导率在0.02~0.35W/(m·K)之间,故SiC系耐火材料属于高导热性材料。航 天炉用SiC系耐火材料,要选用SiC含量95%以上的原料,因为纯度高可明显提高其热导率,可通过酸处理除去Fe2O3 等杂质;此外,还要提高耐火材料的密度,降低耐火材料的气孔率,这不但可提高耐火材料的热导率,还能提高耐火材 料的抗熔渣侵蚀及渗透能力,延长耐火材料的使用寿命。

2、控制适宜的工艺操作条件

(1) 航天炉内气化反应温度较高,产生的熔渣甩至水冷壁敷设的耐火材料上,如果壁面温度低,熔渣冷却形成固 态渣,随渣层增厚,渣层表面温度升高,熔渣不凝固,而以液态形式附着,形成液态渣层,液态渣向下流动,同时新 的液态渣又甩到水冷壁上,形成动态平衡,此时固态渣层和液态渣层的厚度取决于气化室的火焰温度和熔渣粘度(渣层 随温度波动容易脱落)。因此,实际生产中,应据气化室运行工况调节炉温,使渣层厚度达到15mm以上,“以渣抗 渣”,减少炉膛散热损失。按洛阳耐火材料研究院的试验结果,炉内操作温度控制在1290~1310℃,炉壁挂渣状态 较好。

(2) 由于炉膛导出的热量绝大部分由汽包循环水带出,因此,适宜的汽包循环水量对水冷壁有重要的保护作用:汽 包循环水量小,渣层温度升高,达到渣灰熔点,渣层减薄,会造成水冷壁和气化炉外壳温度升高;水量大,渣层温度下 降,有利于挂渣。生产中视情况调节汽包循环水至合适的量,使渣层厚度达15mm以上。

(3) 煤灰中含有硅酸盐、硫酸盐及各种氧化物,SiO2、Al2O3含量越高则煤灰熔点越高,Fe2O3、CaO、Mg O、K2O、Na2O等含量越高则煤的灰熔点越低、粘度越小。因此,要根据原料煤的灰熔点和熔渣粘度控制好炉内温 度。

(4) 注意汽包循环水的水质,若其电导率高,会导致盘管内壁结垢,盘管局部受热不均,造成盘管破裂而炉内漏 水。因此,要按原料煤煤质情况来调节汽包循环水的温度,也就是调节汽包循环水出水冷壁的密度。依据水的密度-压 力-温度对照表,可以查出相应的温度,这个温度和盘管外壁温度相近。盘管水密度是反映炉膛温度的重要数据,盘管 水密度越低,炉膛温度越高,挂渣越困难。大多数情况下,盘管水密度应控制在600kg/m3以上,使挂渣厚度在15m m以上,可提高耐火材料的使用寿命。

3、保证气化炉内耐火衬里的施工质量

注意焊牢铆钉,保证施工质量,特别是应使耐火材料在盘管和铆钉上粘结牢固,捣打或喷涂的耐火材料施工体质 量均匀;养护、烘炉按有关规定及烘炉曲线进行。这些先决条件也是保证航天炉正常运行、延长其使用寿命的重要因 素。

郑州信科耐火材料有限公司将始终秉行“以市场为技术导向,以质量为发展根本,以"合作互利、共同发展"的经营理念为根基,深受国内外众多客户的信赖与支持,郑州信科耐火材料有限公司愿与行业同仁一道共谋发展大计,共创事业辉煌。

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