【摘要】：水煤漿氣化爐所用內(nèi)襯為Cr_2O_3含量高于85%的高鉻磚,但高鉻磚會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響,所以研究水煤漿氣化爐內(nèi)襯材料低鉻化、無(wú)鉻化勢(shì)在必行。而鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料已在水泥窯燒成帶、精煉爐RH浸漬管等多個(gè)高溫部位代替了含鉻耐火材料,是實(shí)現(xiàn)氣化爐無(wú)鉻化極具潛力的材料,所以本文選擇以鎂鋁尖晶石作為高鉻磚的替代材料,研究煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料的侵蝕行為。本文用靜態(tài)坩堝法,首先研究了煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石材料的侵蝕機(jī)理;對(duì)比了不同鋁含量尖晶石的物理性能以及抗煤熔渣侵蝕滲透性能;然后以性能最好的富鋁尖晶石為基礎(chǔ)材料,加入不同含量的ZrO_(2、)Cr_2O_3以及鐵鋁尖晶石等添加劑,分析其對(duì)煤熔渣的抗侵蝕性能,結(jié)果如下:(1)研究了高溫下煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石材料的侵蝕機(jī)理,結(jié)果表明:煤熔渣以復(fù)雜的硅酸鹽液相形式填充進(jìn)鎂鋁尖晶石的基質(zhì),基質(zhì)內(nèi)鎂鋁尖晶石顆粒保留原有形貌,沒(méi)有出現(xiàn)溶蝕的現(xiàn)象。煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石的侵蝕方式以滲透為主。鎂鋁尖晶石經(jīng)煤熔渣侵蝕后結(jié)構(gòu)疏松,侵蝕層出現(xiàn)裂紋,說(shuō)明鎂鋁尖晶石抵抗高溫煤熔渣滲透性差。在滲透層,Si、Ca、Na元素主要分布在基質(zhì)中,而Fe元素會(huì)擴(kuò)散至尖晶石顆粒內(nèi)部,形成鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石。(2)研究了不同鋁含量的鎂鋁尖晶石材料對(duì)煤熔渣的抗侵蝕性能,結(jié)果表明:富鋁尖晶石材料的基質(zhì)中可以看到較為明顯的化學(xué)反應(yīng)跡象,熔渣與材料基質(zhì)反應(yīng)后形成致密層,一定程度上阻止了渣的繼續(xù)滲透;鎂鋁尖晶石和富鎂尖晶石材料被熔渣侵蝕后,其熔渣全部滲入材料內(nèi)部,試樣滲透層結(jié)構(gòu)變得疏松,與熔渣的化學(xué)反應(yīng)不明顯,侵蝕機(jī)理主要表現(xiàn)為滲透。富鋁尖晶石試樣的物理性能和抗煤熔渣滲透能力最為優(yōu)良。(3)研究了ZrO_2的加入對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響,結(jié)果表明:加入ZrO_2可以促進(jìn)試樣的燒結(jié),使材料的常溫耐壓強(qiáng)度有了較大的提升,而且鎂鋁尖晶石材料的抗?jié)B透性也有明顯提高,其原因是ZrO_2能夠吸收渣中的CaO形成高熔點(diǎn)的CaZrO_3,將基質(zhì)中的氣孔與裂縫堵塞,從而阻止煤熔渣的滲透,也減少了CaO對(duì)鎂鋁尖晶石的侵蝕作用。(4)研究了Cr_2O_3的加入對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響,結(jié)果表明:Cr_2O_3加入可以同Al_2O_3形成(Al,Cr)_2O_3固溶體,從而使材料的物理性能有了較大提高。加入Cr_2O_3后鎂鋁尖晶石材料被煤熔渣侵蝕的方式發(fā)生改變,由原來(lái)的滲透侵蝕為主改變?yōu)榛瘜W(xué)溶蝕為主。加入Cr_2O_3可以使材料基質(zhì)對(duì)FeO的吸收能力增強(qiáng),形成復(fù)合尖晶石相,延緩了煤熔渣的向內(nèi)滲透。Cr_2O_3的加入可以提高材料的抗煤熔渣滲透能力,加入的Cr_2O_3含量越高,材料的抗侵蝕性能越好。(5)研究了鐵鋁尖晶石加入量對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響,結(jié)果表明:鐵鋁尖晶石的加入,可以和鎂鋁尖晶石形成鎂鐵鋁尖晶石固溶體,從而提高材料的常溫物理性能,但加入量過(guò)多會(huì)使材料微裂紋增多,使材料的物理性能下降。加入鐵鋁尖晶石后,煤熔渣對(duì)材料的侵蝕方式是滲透侵蝕加反應(yīng)侵蝕。煤熔渣中的CaO與鐵鋁尖晶石反應(yīng),生成了高粘度的C_4AF,阻止了渣的進(jìn)一步滲透,同時(shí)CaO的析出使渣中SiO_2含量增大,煤熔渣變得粘稠,抑制煤熔渣的滲透能力,當(dāng)鐵鋁尖晶石加入量為3%時(shí)材料的綜合性能最好。(6)對(duì)比了加入不同種類添加劑后添加量最佳的鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料和高鉻磚的抗侵蝕滲透能力,結(jié)果表明:經(jīng)煤熔渣侵蝕后,鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料和高鉻磚的損毀機(jī)理不一致,添加3%ZrO_2和添加6%Cr_2O_3的鎂鋁尖晶石試樣有和高鉻磚相當(dāng)?shù)目骨治g滲透能力。
【圖文】：

由北京達(dá)力科公司、山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)有限責(zé)任公司以及清華大學(xué)共同研究開(kāi)發(fā)得到的，圖1.1.c 是其結(jié)構(gòu)示意圖。該技術(shù)是使用水冷壁結(jié)構(gòu)，替代了原有的水煤漿氣化爐耐火磚內(nèi)襯。對(duì)于灰熔點(diǎn)超過(guò) 1350℃的煤，，水冷壁氣化爐也能將其氣化，進(jìn)而拓寬了使用煤種的范圍，這是水冷壁技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)。水冷壁氣化爐的不足之處是煤和氧氣得消耗量高，產(chǎn)生蒸汽時(shí)，熱損失較大。圖 1.1 水煤漿氣化爐示意圖Fig. 1.1 Structure diagram of GE gasifier, OBE gasifier and Tsinghua gasifier1.1.2 水煤漿氣化爐內(nèi)襯用耐火材料

圖 1.2 水煤漿氣化爐耐火內(nèi)襯配置圖ig. 1.2 Configuration diagram of refractory in coal water slurry gas的內(nèi)襯 1 因?yàn)橹苯优c煤溶渣接觸，所以使用條件最為苛在煤熔渣中的溶解量以及抗侵蝕率隨 Cr2O3含量的變化渣中的溶解度最小，故向火面磚一般選用 Cr2O3含量在 O3-ZrO2磚，俗稱高鉻磚。圖 1.3 不同氧化物在煤熔渣中的溶解量
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ175.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2595996