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耐火材料行業知識

國內外焚燒爐用耐火磚的分析對比

  中海油惠州煉化公司2012年7月份焚燒爐內使用的是日本進口耐火磚,在使用了4年左右時,對爐內體測厚后,發現爐內耐火磚腐蝕明顯,最薄處已減少至原厚度的的1/10,為保證安全生產,進行檢修更換爐內耐火磚,同時在保證爐磚質量的前提下,使用國內耐火磚以降低采購成本。爐磚質量、烘爐過程、廢液酸堿性、爐溫、開停工次數等均是爐磚壽命的影響因素。本文從爐磚質量、廢液酸堿性、烘爐過程三方面著手,探討延長耐火磚壽命的改良意見,以達到安全長周期,增效低成本的運行理念。
  1爐磚結構
  焚燒爐耐火磚結構大致分為隔熱磚、普通耐火磚、高溫耐火磚、灰泥、玻璃纖維、澆注料。隔熱磚為輕質磚,緊貼焚燒爐殼體。普通耐火磚位于直筒段中下部,一部分與隔熱磚配合使用,一部分緊貼焚燒爐急冷槽部位(圖1中③標示);高溫耐火磚(圖1中②標示)位于直筒段中上部,與隔熱磚配合使用;夷嘁环矫嬗米髡掣礁魺岽u與耐火磚,一方面用作隔熱磚(或耐火磚)與殼體粘附;纖維棉用作管口與耐火磚縫隙的填補,澆注料用于修復破損的耐火磚。
  2、爐磚尺寸
  測量后得知:H0和H6區段(焚燒爐頂部及底部)基本無腐蝕;H1、H2區段(直筒段下部)腐蝕較輕;H3和H4、H5(直筒段上部)有明顯腐蝕發生。H5-H6區段(上椎體)腐蝕最大。根據生產經驗,爐磚上附著的鈉鹽厚度約30mm,則上述7個測量點中,耐火磚最大腐蝕厚度=(3500-3300-2*30)/2=70mm,耐火磚的制造厚度為230mm,則耐火磚整體減薄厚度約在1/3以上。尤其是H5和H6之間安裝廢水噴嘴的位置處,耐火磚最薄處厚度僅為20cm.
  3、爐磚腐蝕情況
  3.1鈉鹽附著在爐體急冷梢四周,具有保護耐火磚的作用。但附著過多,會增加急冷槽的承載負荷,不利于設備本體。故檢修期間,會適量淸除急冷槽上的鈉鹽,特別是導流孔上的鈉鹽。從上圖可看出此部分耐火磚未有減薄跡象。
  3.2直筒段的耐火磚有明顯裂縫,說明在相鄰耐火磚之間的粘附物“灰泥”有脫落情況;夷嗝撀湟环矫鏁䴗p弱耐火磚之間的附著力,一方面爐磚間隙過大會進一步加劇耐火磚腐蝕。鑒于此段耐火磚厚度有所減薄,故本次對此部分耐火磚進行了更換。
  3.3爐內上椎體區段耐火摶腐蝕最為明顯。其中噴嘴處耐火磚經測量最薄處僅為20mm(原厚度230mm)。上椎體共計六處噴嘴,其四周均有明顯的“喇叭口”痕跡。此為原爐磚廠家為防止影響噴嘴霧化效果,而特意采用的設計。但此設計將會減薄上椎體耐火磚厚度,并不利于爐磚壽命。故本次更換耐火磚時,將縮短爐體外部噴嘴管口長度并延伸爐內噴嘴長度約3?5cm,解決廢水霧化問題。
  3.4爐體頂部構
  頂部耐火磚完好,未有腐蝕痕跡,不進行此區段爐磚更換。
  4爐磚成分指標
  (1)輕質隔熱磚
  (2)耐火磚(品種1)
  (3)耐火磚(品種2)
  5、耐火磚主要理化成分說明
  (1)Al2O3
  耐火磚中A12O3為α-A12O3晶體結構,故又稱剛玉結構。結構緊密,擁有耐化學腐蝕特性。屬于惰性氧化物,幾乎和酸堿不發生化學反應。然而,廠家在生產莫來石耐火磚時,由于煅燒工藝差異,可能會導致γ-A12O3無法全部轉化為α-Al2O3,而γ-A12O3屬立方緊密堆積晶體,不溶于水,但能溶于酸和堿,是典型的兩性氧化物,故γ-A12O3的引入會導致爐磚腐蝕加劇。在選定爐磚廠家時,對于磚的燒結工藝應作為考量的重點工作。
  (2)Si02
  硅質耐火材料能抗酸性渣腐蝕。屬于弱酸性耐火材料。高溫時,爐內還原性氣體滲透到耐火磚中會與SiO2發生反應。如SiO2+H2=H2O+SiO,而SiO具有高滲透性,會滲入耐火磚材料內部,腐蝕爐磚。故該指標宜控制低。
  (3)ZrO2
  氧化鋯纖維是一種多晶質耐火纖維材料;瘜W穩定性及抗氧化性能好,熱導率小,具有抗沖擊性、可燒結性等。ZrO2的耐酸堿腐蝕能力大大強干Si02和A1203。不溶于水,溶于硫酸及氫氟酸;微溶于鹽酸和硝酸。優質的耐火磚,將會利用CaO作為鋯質耐火材料穩定劑,減少ZrO2晶體流失到爐渣中。
  (4)GrO2
  有毒,耐酸堿性極佳。不溶于水,難溶于酸。GrO2在1600℃煅燒后變為紫紅色,可作為鋯鉻剛玉莫來石磚是否達到煅燒溫度的判斷依據。爐磚中鉻含量越高,抗侵蝕能力越強,但鉻含量越高,會使爐磚抗震性能下降,易致爐磚出現塊狀脫落。一般認為操作溫度以上,每增加100℃,高鉻磚的侵蝕速率會增加4倍。
  (5)Fe2O3
  —般耐火材料中含有Fe203,在高溫下將與爐內還原性氣體CO、H2反應。如Fe203+3CO=2Fe+3CO2、Fe203+CO=2FeO+CO2、Fe2O3+H2=2FeO+H2O;而FeO會侵蝕A1203保護膜,在爐磚臨界處生成Fe(Cr,Al)2O4尖晶石,減弱爐磚抗蝕性;故對Fe203的含暈必須嚴格控制。
  (6)TiO2
  TiO2作為變價氧化物,在髙溫爐內環境中,可與A12O3形成固容體,促使剛玉晶體內部產生晶格缺陷,活化晶格,促進燒結。TiO2的固容量達到1%時,可使燒結溫度降低150~200℃,而且對爐磚耐火性無明顯影響。
  (7)CaO
  氧化鈣在耐火磚和澆注料中,含量低,但起著重要作用,一方面可作為鋯質耐火磚的穩定劑,一方面利用澆注料中高鋁水泥的水硬性,將溶出的Ca2+作為粘土結合澆注料硬化的絮凝離子加以利用,提高耐火磚的抗熱抗震性。
  6、結語
 、賴鴥饶突鸫u的空隙率稍大于國外耐火磚,孔隙率越大越易被酸堿性介質侵蝕;②國內隔熱磚的外觀完整性及磚體硬度優于國外磚:體積密度略高于國外磚,在保證強度條件下,隔熱磚的密度越小越好;③國內耐火磚含有鋯鉻成分,國外磚無鋯鉻成分,但含有Ti02和CaO,有利于爐磚燒結;④廢液中堿金屬鹽類含量高低直接影響耐火磚的侵蝕程度和滲透性。在焚燒廢液時,盡量保證堿性廢液的PH<10;⑤爐內溫度控制越高,越會加快含鉻磚的侵蝕速率,在爐溫900℃時,每升髙100℃,磚的侵蝕速率會增加4倍。故在保證外排廢氣廢水指標合格的前提下,焚燒爐最佳控制溫度為900-910℃。


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