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四喷嘴气化炉不同部位耐火砖内衬蚀损率及使用寿命差异的影响 因素

文章编辑:耐火材料 发表时间:2020-03-16 浏览次数:
四喷嘴气化炉不同部位耐火砖内衬蚀损率及使用寿命差异的影响因素有耐材自身的质量、安装砌筑质量、使用煤种、操作条件等,下面从四喷嘴气化炉特有的流场及温度场对不同部位用耐火砖的损毁机理及差异进行分析。

图1 四喷嘴气化炉流场图、气相速度分布图及温度分布图

 
从图1中可以看出,四喷嘴气化炉也包含有明显的射流区、回流区和管流区,所不同的是四喷嘴气化炉还有一个 对撞区。 物料经过四个工艺烧嘴到达对撞区,经过剧烈碰撞及气化反应后,一部分灰渣及合成气向上对拱顶形成撞击流, 并在近炉壁沿着轴向折返朝下运动;同时另一部分灰渣及合成气向下流动,形成射流,射流宽度不断扩展,其速度也逐 渐减弱;向下折返的撞击流及射流在炉膛下部形成管流区。

四喷嘴气化炉内以喷嘴平面温度最高,离开该处,温度逐渐下降;喷嘴平面的温度以对撞击区为中心沿撞击流股 向回流区递减。

一、拱顶砖的损毁

可以看出,拱顶部位耐火砖表面形成了一层厚厚的固态渣层。从 残砖工作面可以看出,残砖表受到高温熔渣的熔蚀作用。显示出熔渣向耐火砖中渗透形成很厚的变 质层(灰白色区域)。可以看出,在耐火砖表面形成了平行于原砖层的大裂纹。

相对于TEXACO气化炉,四喷嘴气化炉增加了撞击流,烧嘴喷出的物料撞击,在轴向形成了向上和向下两个撞击 流股。由于颗粒被向上撞击流股夹带直接上窜至炉顶,加上射流回流区的卷吸作用使大量颗粒在炉壁沉积,气化炉拱 顶及附近区域的颗粒沉积量明显较高,固态渣层较厚,且具有较好的流动性)。流场的改变致使四喷嘴气化炉火焰在炉 内上部燃烧,折返流区的存在,使得气体在炉内停留时间延长,二次反应充分。由于二次反应主要是吸热反应,二次 反应的增加,其结果使得气化炉燃烧室下部温度下降,为保证气化炉顺利排渣,需进一步提高氧煤比,因此,拱顶处 于富氧区,温度较德士古气化炉拱顶温度偏高;且由于拱顶部位距离烧嘴较近,拱顶折返流股的温度相对于燃烧室下部 而言偏高。由拱顶部位用后残砖的显微结构分析,耐火砖的损毁始于低粘度熔渣的渗透,造成耐火砖结构破坏,而四 喷嘴气化炉拱顶较高的温度加速了熔渣对耐火砖的侵蚀、渗透,致使耐火砖变质层很厚)。在向上的高速撞击流股及折 返流股的机械冲刷作用下,将导致工作面处耐火砖的大块剥落。同时,向上的高温撞击流股接触拱顶砖,对高铬砖产 生高温烧蚀。 综上所述,燃烧室拱顶耐火砖因对撞向上流股及折返流股的高温热侵蚀、烧蚀及冲刷磨损,致使四喷嘴气化炉正 常运行的薄弱区域在拱顶部位,蚀损严重,平均使用寿命在6000-10000小时。

二、筒身砖的损毁

可以看出,使用后筒身上部(烧嘴附近)耐火砖间灰缝被冲刷 严重,耐火砖凸出,工作面呈“馒头状”。为从气化炉筒身上部拆卸下来的残砖,从中可以看到,耐火砖间有 似椭圆形的凹坑。显示的是筒身用后残砖的图片,可以看到,用后残砖侧面被熔渣裹附,在近工作面处有一大块 砖层即将脱落。图3d)为使用后筒身下部的图片,从中可以看出,筒身下部耐火砖被厚厚的熔渣包裹,表面平整。

四喷嘴气化炉从烧嘴喷出的物料在中心撞击后,形成上下两股撞击流股,由于气流空间的变化,致使在撞击流股 两侧存在明显的回流场,流线密集,受到气体夹带熔渣的冲刷较为严重,其结果导致耐火砖间薄弱环节灰缝冲刷严 重。高速的旋流场作用于耐火砖,导致耐火砖间椭圆形凹坑的出现。灰缝的损毁将产生两个恶劣后 果:一、使耐火砖工作面及侧面暴露在外,同时遭受熔渣的侵蚀;

二、灰缝的损毁

使高铬砖的“自 锁”结构被破坏,耐火砖间结合强度降低。且筒体上部,处于燃烧区附近,由于剧烈的燃烧反应大量放热,此处温度 最高,因此渣的粘度相对较低,熔渣向砖中渗透深度很深,达到了约70mm(见四喷嘴筒体残砖的显微结构分析)。此 外,由于大部分燃烧和气化反应在此进行,该部位温度相比其他部位高,且长期承受其上耐火砖的重力作用,因此受 到的高温蠕变作用较强。以上因素导致筒身上部耐火砖的蚀损率较大。 筒体下部处于管流区,气流场相对较弱,温度较低且分布较为均匀,煤灰渣可以在耐火砖表面形成有效的附着层 ,覆盖了耐火砖和灰缝,起到了“以渣抗渣”的效果,因此在一个使用周期内,其蚀损率较小。综上,筒体 下部耐火砖的使用寿命较长,一般在8000-16000小时。 综上所述,筒体上部耐火砖主要受到熔渣的化学侵蚀、高速气流的冲刷作用及高温蠕变作用而损毁;筒体下部主 要遭受熔渣的化学侵蚀而损毁。

三、锥底砖的损毁

四喷嘴气化炉锥底耐火砖使用后图片。四喷嘴气化炉使用后锥底砖工作面上显现 出许多大裂纹,结构剥落严重;耐火砖间灰缝显露,耐火砖凸出。

同TEXACO气化炉一样,在重力、惯性力、压力和粘性力的共同作用下熔渣向下流动过程是一个加速过程,锥底 处流速较其它部位增大,该段气体扰动加剧,颗粒与壁面的碰撞增加,未被回流夹带向上的颗粒多沉积于锥底段壁 面,造成沉积通量急剧增加,致使锥底部位在强烈的冲刷及大量熔渣侵蚀共同作用下而损毁严重,鉴于锥底耐火砖尺 寸较小,损坏较快,为安全考虑,其更换周期最短,使用寿命一般在3000-6000小时。

四、结论

四喷嘴气化炉不同部位耐火砖损毁机理存在差异: 拱顶耐火砖主要受到高温熔渣的热侵蚀作用、向上流股及折返流股的强烈冲刷而损毁,为四喷嘴气化炉正常运行 的薄弱部位;筒身上部耐火砖主要受到高速气流的冲刷、化学侵蚀及高温蠕变作用而损毁;筒体下部主要遭受熔渣的化学 侵蚀而损毁,使用寿命较长;锥底部位损毁同TEXACO气化炉,损毁主要由强烈的机械冲刷及熔渣的化学侵蚀作用导致 剥落而引起,使用寿命最短。

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