清洁能源水煤浆技术论文
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清洁能源水煤浆技术论文篇一
水煤浆气化炉耐火材料的选择趋势
摘 要：本文阐述了水煤浆气化炉耐火材料的国产化发展历程，国内水煤浆气化炉耐火材料的常规配置，目前GE公司的新型材料及今后趋势。
关键词：水煤浆气化工艺 耐火材料 趋势
一、前言
随着国内油气资源的日益减少，煤气化工艺越来越多的应用于煤制气、煤制甲醇、煤制化肥、煤制油等化工装置中，而在诸多煤气化工艺中，如水煤浆、粉煤炉，水煤浆气化工艺是目前国内应用最为广泛、也是最为成功的工艺技术。在水煤浆工艺中，两层纯氧夹包裹水煤浆通过工艺烧嘴并行高速进入气化炉燃烧室进行反应，在约1350℃下，反应形成的液态煤渣及高温转化气沿燃烧室炉壁流下并从渣口排出，在此过程中，耐火材料要承受高温转化气的冲刷和流态煤渣冲蚀，因此气化炉耐火材料的性能直接影响到耐火材料的寿命及气化炉运行时间。因此，水煤浆气化炉耐火材料的选择是直接关系到一个企业的安全及经济效益。
二、水煤浆气化炉耐火材料国产化历程
水煤浆气化炉耐火材料的国产化经历了大致以下几个过程：从八十年代初的Cr2O3-Al2O3-ZrO2捣打料研究应用，到八十年代末国内成功研制出Cr2O3-Al2O3-ZrO2耐火砖(高铬砖)，再到九十年代在鲁南化肥厂、渭化和上海焦化成功使用。
三、水煤浆耐火材料的常规配置
目前国内水煤浆气化炉耐火材料主要由以下几个部分构成：
1、热面砖：耐高温熔融煤渣的磨蚀及高温转化气流的冲刷，能自由膨胀、自立于托砖架上;砖与砖之间不用凹凸台配合，砖的厚度一般大于220mm;
2、背撑砖：自立于托砖架上，用于支撑拱顶热面砖;
3、隔热砖：用于降低壳体温度;
4、压缩层：用于吸收耐火砖径向和轴向膨胀量;
5、浇注料：用于不规则部位的隔热层。
在订货时通常要对每部分的以下特性做出要求：
体积密度(g/cm3)、显气孔率、常温耐压强度(Mpa)、0.2MPa，1500℃条件下24小时的蠕变、导热系数{w/(m*K)}、热膨胀系数(常温～1500℃)、化学成飞含量、烘干后容重(浇注料)等特性。
通过对以上特性的严格要求，来保证气化炉耐火材料的质量。当然，目前国内气化炉燃烧室炉壁耐火材料的结构设计已较为成熟，国产材料应用也较多，且价格较进口材料便宜很多，因此上述配置在国内取得了很好的市场。
四、近年来水煤浆耐火材料新型配置
近年来，随着科学的发展，目前国外TexaCO水煤浆技术专利商GE公司在考虑cl离子腐蚀气化炉炉壁的基础上，提高了气化炉露点温度，更改了部分炉衬结构及材料。目前新的配置方案：
气化炉耐火衬里由里向外主要分四层：向火面为铬铝锆砖，背衬砖为铬钢玉砖，第三层为由传统的空心氧化铝空心球砖变为碳化硅(SiC)砖，第四层为耐火纤维或可塑料。
通过比较可以得知，两种材料导热系数相差较多，而GE公司选择碳化硅(SIC)砖作为隔热砖就是为了保证较高的露点温度(DewPointTemperature)，以减少cl离子对炉壁的腐蚀，延长气化炉使用寿命。目前国内成功案例如：广东茂名石化煤制氢气项目、中煤榆林煤制气项目等。正在建设中的中海石油华鹤30万吨合成氨52万吨尿素项目气化工艺采用GE公司的水煤浆专利技术，气化炉露点温度设置为238℃，考虑到项目所在地鹤岗当地的气温条件，炉壁温度(SkinTemperatures)在不同的工况下最高温度部分(拱顶底部)的温度为297-184℃。耐火材料的配置也是采用新型配置，即隔热砖采用碳化硅SIC砖，根据计算完全能够满足使用气化炉壁温需要，热面砖采用Cr90砖也完全能够满足高温转化气的冲刷和流态煤渣冲蚀。
五、耐火材料的使用
1、耐火材料砌筑完成后的养生及烘炉过程十分重要。砌炉完成后自然干燥7-10天，让部分水份可以挥发，但时间不宜过长，防止受冻和部分材料水化;自然通风干燥后，再按照烘炉曲线进行烘炉。一定要严格执行烘炉曲线以避免炉衬材料在热应力的作用下产生较大开裂。
2、水煤浆耐火材料的使用环境是承受化学侵蚀、机械冲刷、热应力等，而在正常的生产条件下，耐火材料表面会挂有一层渣，而适当厚的渣层可以减缓高温气体和熔渣对耐火材料的冲刷，从而达到“以渣抗渣”的目的。
3、开停车对耐火材料的影响很大，因为在开停车过程中，如果控制不好升温降温速率，出现在短时间内温度变化较大的情况，会加速耐火材料的损坏。
4、在每次停炉后，都要对耐火材料的各个部位进行详细的检查，特备是渣口砖，因为此处砖最易损坏，发现损坏的砖要立即损坏，避免开车后短期内又停车的现象。
5、做好原始烘炉及每次停炉检查后的记录，认真分析每次损坏部位损坏的原因，及时调整工艺操作，达到延长耐火材料使用寿命的目的。
六、国内耐火材料的研究方向
目前国内几家较出名的耐火材料设计及制造厂从耐火材料的损毁机理研究、炉衬的结构优化等方面进行研究，也研制出的优质的耐火材料，热面砖产品的平均寿命15000h，由于煤种和工况条件不同，从8000～23000h不等;平均蚀损率0.012mm/h，最低蚀损率0.004mm/h，而进口砖平均蚀损率为0.033mm/h，已经超过进口材料的性能，完全实现国产化。
另外一方面，国内耐火材料制造厂也在加紧从含Cr材料无害化，即Cr6+的抑制、资源节约化、内衬无铬化等方面研究，进行用后高铬残砖再利用技术的开发，以解决解决资源短缺问题;在非氧化部位使用SiC材料，发挥其抗侵蚀和抗热震的优势，采用散装料对局部修补，达到快速又经济的目的;开发新材质和新结构的无铬氧化物材料用于水煤浆加压气化炉，减少对环境的破坏，达到可持续性发展。
参考文献
[1]黄云兵.新型煤化工技术进展[J].企业科技与发展，2009年，12期：31-33.
[2]刘麟瑞，林彬荫. 工业窑炉用耐火材料手册[M]冶金工业出版社，2006-01-01.
[3]贺永德. 现代煤化工技术手册. 北京：化学工业出版社，2003. 11.
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