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    耐火材料在生物质燃烧锅炉中的重要地位

    添加时间:2017年7月28日  浏览次数:

    摘要: 耐火材料的选择对生物质锅炉的成功使用起着至关重要的作用,生物质锅炉中的耐火材料在使用后中对结垢、结渣、碱蚀、一氧化碳分解等承担着一些降解的作用。在实验对含有Sic 和锆英石的浇注料进行评估,在现场条件下使用于燃木屑锅炉中,对炉渣进行评估得到了非常好的结果。  

        生物质转换指的是把生物质转换成能量并适应其进行发电或产生热量的工艺。生物质转化是通过直接燃烧或气化系统实现的。厌氧消化是另一种生物质转换途径,包括一系列的生化工艺,如可降解材料的无氧的状态下分解。

        在直接燃烧系统中,生物质燃料在锅炉中燃烧产生高压蒸汽来推动汽轮机或其它加热方式。在气化中,固态生物质分解形成能够被过滤及能被气轮机使用的可燃气体。

    生物燃烧炉

        燃烧的原料以含水量在15%~50%的碎木屑为燃料,木屑燃烧分为四个阶段:干燥、高温分解、气化及燃烧,包括多种热化学反应,温度为100~1600℃,燃烧工艺包括温度、气体释放以及灰生成,这样就需要多种的耐火材料在特定条件下来改善其性能。

        生物质燃烧能够释放多种化学成分,如水分、氯、硫及灰,这些成分取决于被燃烧的生物质的性质,灰化学成分包括AL2O3、SiO2、CaO、碱、P2O5等,其百分比随生物质原料的来源而产生变化。例如,K2O+Na2O的含量变化为8.0%~51.4%,这就是因为生物质来源不同。这些灰的成分变化以及现有炉子的环境都能以不同方式影响到耐火材料。耐火材料在生物质环境下燃烧的主要问题是结垢、结渣、碱蚀、一氧化碳侵蚀等。通常使用的耐火材料为耐火砖或不定型耐火浇注料。不定型耐火浇注料主要是取决于应用范围,通常选择硅酸盐系列浇注料,添加或不添加SiC或锆英石,要取决于炉子的现有条件。

        耐火材料在生物质炉中的抗碱性是必不可少的,因为碱能多方面侵蚀耐火材料。不同来源生物质原料产生的碱可通过不同机理分解耐火材料,碱(K2O、Na2O等)与耐火材料基质反应形成多种新相使体积增加,并因此在结构内产生压力。新的碱性硅酸铝相的形成类型及性质是耐火材料化学性能的其中一种功能,尤其是基质部分。新相可能是正长石、钠长石、长石族(像钾霞石)以及β-氧化铝。这些碱性硅酸铝相的体积(达到50%)比初始硅酸铝相大,在耐火内衬剥落时能够释放压力。并且,碱蒸汽通过低温区域的空隙凝聚渗透,堵住气孔,降低了耐火材料的热冲击和抗剥落性。

        在燃烧木屑的应用中,结渣和结垢是其面临的另一个难题。结垢发生在锅炉相对较冷的部分,在那里无机挥发物作为化合物聚集在耐火材料上,并覆盖水管,或水管表面,形成一个沉积层。这个沉积层在与周围气体和其他沉积层中的成分相互作用后可能被穿透或可能烧结成为一个更硬的致密层。沉积层的厚度随着时间的增加而变厚,热水面的温度随着沉积层本身的隔离而升高,使沉积物中某些化学成分达到其熔点。这个过程逐渐加快,几乎任何东西在管上撞击沉积物都可能被卡住。固体状态下的灰颗粒,以及来自燃烧室中的小颗粒,都可能继续在管上累积而形成一层厚的沉积层。

        这样随着表面温度的连续升高,大部分沉积物再熔相增加时可能开始流动,沉积物偶尔会变得很重,由于自身重力会掉落,这个过程叫做结渣,生物质锅炉中的灰尘积物对从火焰以及气体到水管的热传递的影响是很大的,并由此降低炉子的效率。由于灰的相关问题,锅炉频繁清洁或在极端情况下被关闭。

       经过以上推理与论证最终在选用添加SiC作为抗侵蚀性及抗氧化性的材料时起到了明显的效果,当碳化硅材料在空气中加热到1300℃时,在其碳化硅晶体表面开始生成二氧化硅;げ。由于二氧化硅;つさ淖饔,随着;げ愕募雍,阻止了内部碳化硅继续被氧化,这使碳化硅有较好的抗氧化性。当温度到1900K(1627℃)以上时,二氧化硅;つた急黄苹,碳化硅氧化作用加剧,所以1900K是碳化硅在含氧化剂气氛下的最高工作温度。 给出的燃烧木屑的炉渣结果显示。炉渣是硅质,含SiO2、CaO、P2O5以及氧化铁。炉渣非常致密,气孔率为1.7%,熔点范围在1250~1300℃之间。

    结束语:结渣黏连是燃烧木屑燃烧炉的一个重要问题,能够影响到燃烧炉的效率及耐火材料的使用寿命。生物质燃烧炉的整体内衬能够防止结渣黏连,同时要具有足够的强度来承受炉渣清洁,用于渣-耐火材料界面结合处具有良好的耐火性及化学惰性。一系列的试验证明使用致密浇注料,再添加SiC后对炉渣黏连有非常好的效果。

    关键词:耐火材料   
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