Il rivestimento della camera di combustione del gassificatore è costituito da quattro strati di materiali refrattari: mattoni ad alto contenuto di-cromo, mattoni di cromo-corindone, mattoni isolanti e materiale di rivestimento in fibra (materiale comprimibile). Le loro funzioni sono le seguenti:
I mattoni ad alto-cromo sono mattoni Cr90 (Cr₂O₃); si tratta di mattoni ad alta-densità che proteggono i materiali refrattari isolanti dalla corrosione delle scorie, dall'attacco dell'idrogeno e dai danni provocati dalla fiamma.
Lo strato di rivestimento di supporto del gassificatore utilizza materiali ad alta-densità, a basso-cromo e ad alto-allumina (Cr₂O₃ e Al₂O₃)-nello specifico, mattoni di corindone-cromo.
La loro funzione primaria è quella di sostenere i mattoni della cupola, riducendo così significativamente il peso del gassificatore.
I mattoni isolanti (strato isolante) sono mattoni a sfera cava-di allumina (a basso contenuto di ferro); abbassano efficacemente la temperatura del guscio metallico e migliorano la resistenza alla corrosione dell'anidride carbonica.
Il materiale di rivestimento in fibra (materiale comprimibile) è un materiale isolante costituito da fibre refrattarie tritate (alcuni modelli utilizzano anche un materassino in fibra ceramica spesso 25 mm).
Quando i mattoni refrattari si dilatano a causa del calore, questo materiale si comprime, garantendo così una protezione di isolamento termico al guscio.
Analisi delle cause della corrosione e dell'usura dei mattoni ad alto-cromo nei gassificatori
Erosione ad alta-temperatura
Il punto di fusione e le caratteristiche di viscosità-temperatura delle ceneri di carbone determinano la temperatura operativa di un gassificatore di liquame di carbone-acqua.
Le reazioni principali che coinvolgono la sospensione di acqua di carbone- all'interno del gassificatore sono il cracking e l'ossidazione.
In condizioni operative normali, la temperatura viene mantenuta a circa 1350 gradi. La temperatura operativa influisce in modo significativo sulla durata delmattoni ad alto-cromo.
Temperature operative più elevate determinano una minore viscosità delle ceneri di carbone e una migliore fluidità; ciò comporta un'erosione e una penetrazione più gravi dei mattoni ad alto-cromo, un tasso di erosione più elevato e una durata di servizio più breve.
Ad esempio, nell'unità di gassificazione dei fanghi di carbone-acqua di una determinata impresa chimica del carbone, il rapporto ossigeno-e-carbone è controllato tra 480 e 500 m³/m³ in condizioni operative normali e il contenuto di metano nel gas di sintesi grezzo all'uscita del gassificatore varia da 1500 a 1800 ppm.
La qualità incoerente del carbone grezzo-caratterizzata da un contenuto di ceneri pari al 16,6% e una temperatura di fusione delle ceneri di 1480 gradi -ha causato blocchi simultanei di scorie in cinque gassificatori in funzione.
Gravi ostruzioni delle porte di scarico delle scorie hanno infine costretto alla chiusura dei gassificatori. Le ispezioni di manutenzione No. 2, No. 3 e No. 4. hanno rivelato una grave corrosione e infiltrazione dei mattoni ad alto contenuto di cromo all'interno dei gassificatori; in particolare, i mattoni delle porte di scarico delle scorie hanno dovuto essere sostituiti dopo meno di 2.000 ore di servizio.
A causa delle difficoltà legate alla sostituzione dei mattoni ad alto-cromo, era impossibile mantenere operativi tutti e cinque i gassificatori. Per un periodo di 15 giorni, solo quattro gassificatori potevano funzionare, senza lasciare unità disponibili come riserva.
Un confronto dei parametri chiave del processo in condizioni operative normali e anomale ha rivelato che il-funzionamento a temperatura elevata-causato da una qualità incoerente del carbone grezzo-ha avuto un impatto significativo sulla durata di servizio dei mattoni refrattari.
Dopo 35 giorni di funzionamento a temperature di 100 gradi superiori ai livelli normali, il tasso di erosione dei mattoni ad alto contenuto di cromo è aumentato notevolmente, riducendo la durata del materiale refrattario da 2.000 a 5.000 ore.