SiC-CA 6 复合材料的抗煤渣侵蚀性能研究
发布时间：2022-01-19 09:27
现代煤气化技术是煤炭清洁高效利用的关键技术,其中水煤浆气化技术占据50%以上。作为水煤浆气化技术的主要设备,水煤浆气化炉中应用最广的内衬材料是高铬材料（Cr2O3-Al2O3-ZrO2砖）,Cr2O3是一种容易变价的氧化物,尽管Cr3+无毒,但Cr2O3在生产和使用过程中可能会转化成Cr6+,Cr6+会对水源、土壤及人体健康等产生不利影响。因此,研究开发无铬替代材料对水煤浆气化炉用内衬材料的绿色发展具有重要意义。SiC材料具有高熔点（2827℃）、高硬度、耐磨损、耐化学腐蚀等特点,而CA6材料的高温力学性能优良,在还原性气氛和碱性环境中的化学稳定性优良,SiC材料和CA6材料的复合可能是潜在的水煤浆气化炉用无铬材料之一。但目前对SiC-CA6复合材料的制备和性能...
【文章来源】：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见的水煤浆气化炉示意图
中钢集团洛阳耐火材料研究院硕士学位论文41.1.2水煤浆气化炉的工作环境及对耐火材料的要求在水煤浆气化炉正常工作时，其内部的工况环境十分恶劣，目前水煤浆气化炉的工作温度为1300-1600°C，其工作压力在2.0-8.5MPa之间。煤气化过程中，炉体内部存在强还原气氛，以及不稳定、不均匀、不连续的温度场和流场，因此炉体的内衬材料会受到高温、高速气体的冲刷，从而使得内衬材料遭到破坏。水煤浆气化炉在开停车过程中还伴随着还原-氧化气氛的转化，以及较大的温度变化和应力波动[14-17]。此外，由于需要液态排渣，水煤浆气化炉的使用温度往往高于煤灰渣熔点的50-100°C，因此炉衬材料会受到煤熔渣的冲刷而被侵蚀[18,19]。水煤浆气化炉的整体结构主要包括三个部分：球形或者锥形的拱顶、圆形的筒体以及锥底。图1.2所示为GE炉的结构示意图，其内衬结构由内向外可分为若干层，包括向火面砖、背衬砖、隔热砖以及可压缩层[20]。其中向火面砖直接与煤熔渣相接触，服役条件最为苛刻，一般选用耐高温、耐侵蚀以及耐冲刷的高纯氧化铬材料；背衬砖主要对整个炉体耐火材料起到支撑作用，但在向火面砖消失的情况下需短时间内作为安全衬里使用，故而该层一般为铬刚玉质耐火材料；隔热层的砖不仅起到保温作用，减少热量的损失，使炉体外壁保持在设定的温度，而且需要一定的强度，因此常使用氧化铝空心球砖。炉顶部位以及锥底部位则经常使用铬刚玉浇注料，这在提高炉体的气密性同时也降低了施工的难度。图1.2水煤浆气化炉耐火内衬示意图Fig.1.2Configurationdiagramofrefractoryincoal-waterslurrygasifier
中钢集团洛阳耐火材料研究院硕士学位论文61.1.3.1高铬耐火材料的研究现状高铬耐火材料抗渣侵蚀性能优良的原因是其主要成分Cr2O3在渣中的溶解度很校LimKH等[32,33]在进行气化炉内衬用耐火材料的设计时，研究了不同氧化物在煤熔渣的碱度为0.4-1.0之间时的溶解度，如图1.3所示。发现Cr2O3和MK(MgCr2O4)的溶解度明显低于其他氧化物，表明含Cr2O3耐火材料的抗煤渣侵蚀能力较优。此外，KennedyCR等[34]研究了不同Cr2O3含量的耐火材料在煤灰渣中的侵蚀速率(见图1.4)，发现煤灰渣对高铬耐火材料的侵蚀速率随材料中Cr2O3含量的增加而显著减少。图1.3不同氧化物在煤熔渣中的溶解度Fig.1.3Solubilityofdifferentoxidesincoalslag图1.4煤熔渣对不同Cr2O3含量耐火材料的侵蚀速率Fig.1.4CoalslagcorrosionrateonrefractorieswithdifferentCr2O3content
【参考文献】：
期刊论文
[1]MoSi2-SiC复合材料的制备及其抗氧化性研究[J]. 雷乃旭,王文武,万龙刚,吴吉光. 耐火材料. 2018(05)
[2]中国煤炭资源高效清洁利用路径研究[J]. 高天明,张艳. 煤炭科学技术. 2018(07)
[3]煤气化技术用耐火材料及发展趋势[J]. 李红霞,孙红刚. 耐火材料. 2018(02)
[4]模拟煤气化炉气氛下酸性渣对Si3N4–SiC材料的侵蚀及其机理[J]. 蔡斌利,李红霞,赵世贤,孙红刚,李鹏涛,闫双志,万龙刚,王刚,曹战民. 硅酸盐学报. 2018(03)
[5]水煤浆气化炉用氧化铬砖的显微结构研究[J]. 高振昕,王战民,范沐旭,朱德先,范丽霞,张巍,刘百宽. 耐火材料. 2017(06)
[6]氧化物对碳化硅抗氧化性能的影响[J]. 丛丽娜. 山东化工. 2016(24)
[7]六铝酸钙引入形式对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响[J]. 战昱名,李志坚,李心慰,栾旭,吴锋. 耐火材料. 2016(02)
[8]现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J]. 汪寿建. 化工进展. 2016(03)
[9]不同碱度煤渣对高铬砖侵蚀机理热力学分析[J]. 方旭,王建栋,王晗. 大氮肥. 2015(05)
[10]煤气化原理及其技术发展方向[J]. 吴治国. 石油炼制与化工. 2015(04)
博士论文
[1]等离子体气化炉用SiC质耐火材料制备与性能研究[D]. 陈定.武汉科技大学 2018
[2]水煤浆加压气化炉用高铬砖抗渣侵蚀机理及性能研究[D]. 李有奇.武汉科技大学 2014
硕士论文
[1]SiC-MgAl2O4复合材料的制备及抗煤渣侵蚀性能研究[D]. 王岚.中钢集团洛阳耐火材料研究院 2019
[2]煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀行为研究[D]. 曹雨后.郑州大学 2018
[3]镁铝尖晶石/碳化硅材料反应性能研究[D]. 高春辉.河北联合大学 2012
本文编号：3596623
【文章来源】：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司河南省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种常见的水煤浆气化炉示意图
中钢集团洛阳耐火材料研究院硕士学位论文41.1.2水煤浆气化炉的工作环境及对耐火材料的要求在水煤浆气化炉正常工作时，其内部的工况环境十分恶劣，目前水煤浆气化炉的工作温度为1300-1600°C，其工作压力在2.0-8.5MPa之间。煤气化过程中，炉体内部存在强还原气氛，以及不稳定、不均匀、不连续的温度场和流场，因此炉体的内衬材料会受到高温、高速气体的冲刷，从而使得内衬材料遭到破坏。水煤浆气化炉在开停车过程中还伴随着还原-氧化气氛的转化，以及较大的温度变化和应力波动[14-17]。此外，由于需要液态排渣，水煤浆气化炉的使用温度往往高于煤灰渣熔点的50-100°C，因此炉衬材料会受到煤熔渣的冲刷而被侵蚀[18,19]。水煤浆气化炉的整体结构主要包括三个部分：球形或者锥形的拱顶、圆形的筒体以及锥底。图1.2所示为GE炉的结构示意图，其内衬结构由内向外可分为若干层，包括向火面砖、背衬砖、隔热砖以及可压缩层[20]。其中向火面砖直接与煤熔渣相接触，服役条件最为苛刻，一般选用耐高温、耐侵蚀以及耐冲刷的高纯氧化铬材料；背衬砖主要对整个炉体耐火材料起到支撑作用，但在向火面砖消失的情况下需短时间内作为安全衬里使用，故而该层一般为铬刚玉质耐火材料；隔热层的砖不仅起到保温作用，减少热量的损失，使炉体外壁保持在设定的温度，而且需要一定的强度，因此常使用氧化铝空心球砖。炉顶部位以及锥底部位则经常使用铬刚玉浇注料，这在提高炉体的气密性同时也降低了施工的难度。图1.2水煤浆气化炉耐火内衬示意图Fig.1.2Configurationdiagramofrefractoryincoal-waterslurrygasifier
中钢集团洛阳耐火材料研究院硕士学位论文61.1.3.1高铬耐火材料的研究现状高铬耐火材料抗渣侵蚀性能优良的原因是其主要成分Cr2O3在渣中的溶解度很校LimKH等[32,33]在进行气化炉内衬用耐火材料的设计时，研究了不同氧化物在煤熔渣的碱度为0.4-1.0之间时的溶解度，如图1.3所示。发现Cr2O3和MK(MgCr2O4)的溶解度明显低于其他氧化物，表明含Cr2O3耐火材料的抗煤渣侵蚀能力较优。此外，KennedyCR等[34]研究了不同Cr2O3含量的耐火材料在煤灰渣中的侵蚀速率(见图1.4)，发现煤灰渣对高铬耐火材料的侵蚀速率随材料中Cr2O3含量的增加而显著减少。图1.3不同氧化物在煤熔渣中的溶解度Fig.1.3Solubilityofdifferentoxidesincoalslag图1.4煤熔渣对不同Cr2O3含量耐火材料的侵蚀速率Fig.1.4CoalslagcorrosionrateonrefractorieswithdifferentCr2O3content
【参考文献】：
期刊论文
[1]MoSi2-SiC复合材料的制备及其抗氧化性研究[J]. 雷乃旭,王文武,万龙刚,吴吉光. 耐火材料. 2018(05)
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[3]煤气化技术用耐火材料及发展趋势[J]. 李红霞,孙红刚. 耐火材料. 2018(02)
[4]模拟煤气化炉气氛下酸性渣对Si3N4–SiC材料的侵蚀及其机理[J]. 蔡斌利,李红霞,赵世贤,孙红刚,李鹏涛,闫双志,万龙刚,王刚,曹战民. 硅酸盐学报. 2018(03)
[5]水煤浆气化炉用氧化铬砖的显微结构研究[J]. 高振昕,王战民,范沐旭,朱德先,范丽霞,张巍,刘百宽. 耐火材料. 2017(06)
[6]氧化物对碳化硅抗氧化性能的影响[J]. 丛丽娜. 山东化工. 2016(24)
[7]六铝酸钙引入形式对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响[J]. 战昱名,李志坚,李心慰,栾旭,吴锋. 耐火材料. 2016(02)
[8]现代煤气化技术发展趋势及应用综述[J]. 汪寿建. 化工进展. 2016(03)
[9]不同碱度煤渣对高铬砖侵蚀机理热力学分析[J]. 方旭,王建栋,王晗. 大氮肥. 2015(05)
[10]煤气化原理及其技术发展方向[J]. 吴治国. 石油炼制与化工. 2015(04)
博士论文
[1]等离子体气化炉用SiC质耐火材料制备与性能研究[D]. 陈定.武汉科技大学 2018
[2]水煤浆加压气化炉用高铬砖抗渣侵蚀机理及性能研究[D]. 李有奇.武汉科技大学 2014
硕士论文
[1]SiC-MgAl2O4复合材料的制备及抗煤渣侵蚀性能研究[D]. 王岚.中钢集团洛阳耐火材料研究院 2019
[2]煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀行为研究[D]. 曹雨后.郑州大学 2018
[3]镁铝尖晶石/碳化硅材料反应性能研究[D]. 高春辉.河北联合大学 2012
本文编号：3596623
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