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提高航天爐耐火材料使用壽命的主要措施

編輯:耐火澆注料   時間:2020-01-10    瀏覽:   
航天爐水冷壁“以渣抗渣”是耐火材料自我保護的重要方式,爐壁掛渣效果的好壞對耐火材料蝕損有明顯影響。 試驗研究及運行情況表明,航天爐內工況復雜,爐溫波動且較難控制,使得化學侵蝕、氣流及熔渣侵蝕、熱應力破壞 成為航天爐耐火材料蝕損的主要原因。

提高耐火材料使用壽命的措施主要有以下3個方面:

1、選擇適宜的耐火材料

航天爐設計使用壽命最高為20a,這與煉鐵高爐設計要求的使用壽命相當。如何使設備達到設計使用壽命甚至更高,這是航天爐用戶及耐火材料工作者追求的主要目標之一。對于航天爐來說,影響耐火材料使用壽命有多種因素(或 稱為綜合因素)。近年來,洛陽耐火材料研究院針對水冷壁式粉煤氣化爐耐火襯里溫度場及應力場進行了數值模擬(計 算機模擬)研究,建立了水冷壁模型,運用ANSYS有限元分析軟件進行模擬研究,得出如下結論:提高耐火材料的熱導 率有利于掛渣層的形成,選用熱導率為8~10W/(m·K)的耐火材料,在爐內操作溫度為1290~1310℃時爐壁掛渣狀態 較好;掛渣厚度在15mm以上時水冷管和鉚釘都會在安全溫度下正常運行,掛渣厚度低于15mm時水冷管和鉚釘有超溫 的風險。而針對渣層和耐火材料熱應力建立的模型顯示:最大應力出現在鉚釘與耐火材料界面及耐火材料與渣層的界 面,渣層最大應力在渣層表面;渣層厚度增加,可顯著降低鉚釘與耐火材料處的熱應力,但會導致渣層與耐火材料間的 熱應力增大;當耐火材料熱導率為2~6W/(m·K)時,隨熱導率增加,熱應力會迅速升高,而熱導率為6~10W/(m·K) 時,熱應力基本穩定;降溫速率越快,爐內襯各點的溫度和熱應力下降也越快??梢?,熱應力會引起渣層和耐火材料破 壞,因此耐火材料的熱導率是保證氣化爐正常運行和提高其使用壽命的關鍵,即耐火材料的熱導率應在8~10W/(m· K)及以上。SiC系耐火材料的熱導率較高,但SiC的熱導率難以得到準確數值,有人在室溫下進行測定,SiC單晶最高 熱導率為490W/(m·K),SiC陶瓷最高熱導率為270W/(m·K),總之,隨溫度升高其熱導率降低。而多數耐火材料的熱 導率在1~6W/(m·K)之間,隔熱材料的熱導率在0.02~0.35W/(m·K)之間,故SiC系耐火材料屬于高導熱性材料。航 天爐用SiC系耐火材料,要選用SiC含量95%以上的原料,因為純度高可明顯提高其熱導率,可通過酸處理除去Fe2O3 等雜質;此外,還要提高耐火材料的密度,降低耐火材料的氣孔率,這不但可提高耐火材料的熱導率,還能提高耐火材 料的抗熔渣侵蝕及滲透能力,延長耐火材料的使用壽命。

2、控制適宜的工藝操作條件

(1) 航天爐內氣化反應溫度較高,產生的熔渣甩至水冷壁敷設的耐火材料上,如果壁面溫度低,熔渣冷卻形成固 態渣,隨渣層增厚,渣層表面溫度升高,熔渣不凝固,而以液態形式附著,形成液態渣層,液態渣向下流動,同時新 的液態渣又甩到水冷壁上,形成動態平衡,此時固態渣層和液態渣層的厚度取決于氣化室的火焰溫度和熔渣粘度(渣層 隨溫度波動容易脫落)。因此,實際生產中,應據氣化室運行工況調節爐溫,使渣層厚度達到15mm以上,“以渣抗 渣”,減少爐膛散熱損失。按洛陽耐火材料研究院的試驗結果,爐內操作溫度控制在1290~1310℃,爐壁掛渣狀態 較好。

(2) 由于爐膛導出的熱量絕大部分由汽包循環水帶出,因此,適宜的汽包循環水量對水冷壁有重要的保護作用:汽 包循環水量小,渣層溫度升高,達到渣灰熔點,渣層減薄,會造成水冷壁和氣化爐外殼溫度升高;水量大,渣層溫度下 降,有利于掛渣。生產中視情況調節汽包循環水至合適的量,使渣層厚度達15mm以上。

(3) 煤灰中含有硅酸鹽、硫酸鹽及各種氧化物,SiO2、Al2O3含量越高則煤灰熔點越高,Fe2O3、CaO、Mg O、K2O、Na2O等含量越高則煤的灰熔點越低、粘度越小。因此,要根據原料煤的灰熔點和熔渣粘度控制好爐內溫 度。

(4) 注意汽包循環水的水質,若其電導率高,會導致盤管內壁結垢,盤管局部受熱不均,造成盤管破裂而爐內漏 水。因此,要按原料煤煤質情況來調節汽包循環水的溫度,也就是調節汽包循環水出水冷壁的密度。依據水的密度-壓 力-溫度對照表,可以查出相應的溫度,這個溫度和盤管外壁溫度相近。盤管水密度是反映爐膛溫度的重要數據,盤管 水密度越低,爐膛溫度越高,掛渣越困難。大多數情況下,盤管水密度應控制在600kg/m3以上,使掛渣厚度在15m m以上,可提高耐火材料的使用壽命。

3、保證氣化爐內耐火襯里的施工質量

注意焊牢鉚釘,保證施工質量,特別是應使耐火材料在盤管和鉚釘上粘結牢固,搗打或噴涂的耐火材料施工體質 量均勻;養護、烘爐按有關規定及烘爐曲線進行。這些先決條件也是保證航天爐正常運行、延長其使用壽命的重要因 素。

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