影响气化炉水冷壁挂渣的原因

煤化工是洁净,高效利用镁碳放入重要途径,通过高温、高压的化学反应过程,将含碳原料转化成CO和H2,主要应用于含成氨、甲醇、煤制氢、烯烃发电等领域。气化过程的核心是一个在高温、高压下发生化学反应的气化炉,气化炉炉型有十余种,按原料形态可分为两大类:粉煤气化炉和水煤浆气化炉;按气化炉炉膛衬里结构可分为壳牌为代表的水冷壁结构和以德士古为代表的耐火砖结构。

水冷壁挂渣的影响因素有四个方面:

(1)熔点及煤灰组成:煤粉在气化炉内的高温度压下,一部分形成了CO、H2、;另一部分形成灰分变成熔渣,煤灰分的熔点和黏度主要取决于煤灰组成,煤灰中有硅酸盐、硫酸盐以及各种金属氧化物的混合物,如SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、SO3等,典型值(W)有A12O%-21%、SiO%-45%、Fe2O%-11%、CaO30%-15%、MgO2%-4%、K2O1%-3%、Na2O2%-9%;SiO2-Fe2O3-CaO-A12O3共熔点℃;SiO2-CaO共熔点℃;SiO2-Fe2O3-CaO共熔点℃;CaO-SiO2-A12O3共熔点℃。

SiO2、A12O3含量越高,煤灰熔点越高,Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O等有害含量越高,煤灰熔点越低,黏度越小,越不利于挂渣,当煤灰熔点为℃-℃。煤灰熔渣黏度25-40Pa·s时,有利于挂渣。

(2)操作温度。气化炉燃烧室操作与烧嘴氧煤比有直接的关系,也影响了水冷壁的热负荷、碳转化率、水冷壁上的销钉和捣打料的损坏将大大加剧,增加了水冷壁热损,随着氧煤比的减小,炉内渣流动性变差,渣层增厚,表面粗糙,容易引起气化炉排渣口堵渣,根据气化炉运行经验,通过调节氧煤比,控制气化炉炉膛温度高于煤灰熔点℃左右,这样可使渣层光滑、气孔小、渣层结构致密牢固。

(3)灰分。煤灰分含量过低时,无法在气化炉水冷壁上形成保护渣层,不利于炉壁的挂渣保护,会影响气化炉使用寿命,灰分含量过高时,少量碳的表面被灰分覆盖,气化剂与碳的接触面减少,气化效率降低,能耗增加,灰渣对炉内构件的冲刷磨损也就越快,煤中灰分(W)在12%-25%时,气化炉膜式水冷壁上形成5-7mm厚的动态渣层,有效地维持气化炉温度,降低了煤耗和氧耗。

(4)水冷壁耐火材料和熔渣的反应。刚开炉时熔渣直接粘附在水冷壁耐火衬里表面。装置正常运行,受炉温、煤质等因素的影响,煤灰熔渣的黏度下降,气化炉水冷壁渣层变薄,随着温度的升高,熔渣渗透性增强,对水冷壁表面硅捣打料的冲刷、磨蚀加剧。煤中硫是有害物质,高温下形成的H2S等能降低熔渣黏度,Fe与SO3在℃形成低共熔点物,严重侵蚀耐热钢抓钉及水冷壁。

渣层的厚度减薄,水冷壁上熔渣直接和水冷壁的抓钉和耐火材料接触,发生严重的侵蚀,会缩短使用寿命。CaO、SiO2与SiC、A12O3、Cr2O3抗煤渣的侵蚀相比,前者较差,Cr2O3在煤溶渣中的溶解度最低,湿润性较差,从而延缓了Cr2O3在煤溶渣中的溶解。Cr2O3材料溶解到煤渣中会在增加煤渣的黏度,甚至可以在材料表面形成均匀的保护层,堵塞材料的气孔,抑制熔渣渗透而Cr2O3自身具有优良的抗渣侵蚀性能,可显著改善其抗渣侵蚀性。




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