煤催化气化炉用无铬耐火材料研究及炉衬结构设计

摘要

煤催化气化炉相对于传统气化炉更具优越性，传统高铬材料对环境和人都有伤害，因此，为煤催化气化炉寻找一种合适的无铬化耐火材料显得尤为重要。同时，由于煤催化气化炉中加入了催化剂K2CO3，使生产效率大大提高，但当炉温小于露点温度时，K2CO3会凝结在炉壁上，加剧壁面的损毁，为满足气化工艺对外壁温度要求，炉衬结构的设计也必不可少。本文首先对比研究了六铝酸钙、镁铝尖晶石(AR90、AR78)、板状刚玉、镁铬砂这几种耐火原料的抗K2CO3侵蚀性能;并在此基础上，以六铝酸钙、AR90、板状刚玉为原料制备出五种不同组成的浇注料，对比其烧结性能及抗渣性能;通过材料性能研究及炉衬结构仿真模拟进行了优化设计，可望满足煤催化气化炉内衬材料的使用要求，结论如下:
　　(1)板状刚玉、镁铬砂受K2CO3侵蚀严重，而六铝酸钙、镁铝尖晶石原料均能保持其内部原有的形貌，侵蚀程度较小，特别是六铝酸钙原料几乎无侵蚀。
　　(2)当原料中骨料和细粉均为六铝酸钙时，浇注料体积稳定性最好，800℃烧后抗折及耐压强度分别达12.5MPa及105.2MPa，磨损量为6.49cm3，浇注料的中K元素的渗透深度为1.65mm，抗渣性能最好。
　　(3)利用SiO2微粉对材料进行性能优化，结果表明:随着SiO2微粉含量的增加，六铝酸钙浇注料致密性增加，当硅微粉含量为3％时，浇注料800℃烧后抗折及耐压强度分别为14.3MPa及107.6MPa，磨损量为3.62cm3，1100℃热震水冷五次后的残余强度保持率达37.13％;抗渣试验后，浇注料中K元素的渗透深度不到1mm。
　　(4)炉衬材料组成为六铝酸钙浇注料或者刚玉质浇注料，其厚度为160mm，且过渡层采用厚度为80mm的高铝质浇注料时，外壁温度满足要求;采用弧形波浪结构的金属锚固件与陶瓷锚固件组合，可以使热应力最小。

目录

声明

摘要

前言

第1章 文献综述

1．1 我国能源利用现状

1．2 煤气化机理及其影响因素

1．2．1 煤气化机理

1．2．2 煤气化反应的主要影响因素

1．3 国内外煤气化技术的研究现状

1．3．1 固定床气化技术

1．3．2 流化床气化技术

1．3．3 气流床气化技术

1．4 煤催化气化技术

1．5 煤催化气化炉的损毁机理

1．5．1 渣蚀作用

1．5．2 剥落

1．5．3 气体腐蚀

1．5．4 机械磨损

1．6 气化炉用耐火材料

1．6．1 含铬耐火材料

1．6．2 无铬化耐火材料

1．7 课题研究意义及研究内容

第2章 耐火原料抗碱侵蚀性能对比研究

2．1 实验原料

2．2 实验过程与方案

2．3 测试与表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 抗水化性能

2．4．2 抗K2CO3侵蚀性能

2．5 本章小结

第3章 不同原料组成浇注料的性能研究

3．1 实验过程

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验步骤

3．1．3 结构与性能表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 烧结性能

3．2．2 抗渣性能

3．3 本章小结

第4章 SiO2微粉对六铝酸钙浇注料性能的影响

4．1 实验过程

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验步骤

4．1．3 结构与性能表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 加水量

4．2．2 烧结性能

4．2．3 显微结构分析

4．2．4 抗渣性能

4．3 本章小结

第5章 基于仿真模拟的衬体一体化设计与工业试验

5．1 数学模型

5．1．1 数学模型

5．1．2 边界条件

5．1．3 材料物性参数

5．1．4 几何模型与网格划分

5．2 传热计算结果与过渡层材质确定

5．3．1 温度分布与过渡层材质确定

5．3．2 应力分析与锚固件优化

5．4 工业试验与分析

5．5 本章小结

第6章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果