淺談循環(huán)流化床鍋爐各位置澆筑料磨損與選材

雷震

摘 要：循環(huán)流化床燃燒是一種新型的高效、低污染的清潔燃燒技術(shù)，以及它脫硫、脫硝的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工和發(fā)電行業(yè)。但由于它的燃燒特性，也造成了循環(huán)流化床鍋爐高磨損的特點(diǎn)。針對(duì)這種特點(diǎn)，市場(chǎng)上產(chǎn)生了多種多樣的耐磨澆注料和耐磨耐火磚。循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料有很多種，包括：耐火磚、耐磨耐火磚、保溫磚、耐火澆注料、耐磨澆注料、可塑料、保溫澆注料等。各個(gè)位置的不同，磨損程度也不盡相同，而澆注料的磨損情況直接決定著鍋爐的使用壽命。根據(jù)不同位置的磨損情況，選用不同類(lèi)型的澆注料是保證鍋爐使用壽命的關(guān)鍵因素之一。

關(guān)鍵詞：澆注料;保溫;磨損

0 引言

循環(huán)流化床（CFB）鍋爐技術(shù)是一種較為成熟的清潔燃燒技術(shù)，CFB鍋爐具有極佳的燃料適應(yīng)性，幾乎可以燃用任何化石燃料。可直接向爐內(nèi)投放石灰石脫除90%的SO2，NOx的排放濃度低，只有煤粉爐的1/4。鍋爐灰渣活性好，可作為建筑填充材料。其中保溫耐火材料以其耐火、耐磨和保溫等效果已經(jīng)成為鍋爐重要的組成部分。而由于循環(huán)流化床鍋爐各位置作用的不同，使得鍋爐各位置需要的保溫耐火材料也不盡相同。

1 鍋爐結(jié)構(gòu)

唐山中潤(rùn)煤化工有限公司75t/h循環(huán)流化床鍋爐為太原鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。設(shè)計(jì)燃料為煙煤，可摻燒一定比例的煤氣。鍋爐摻燒氣體燃料量為總?cè)剂狭康?0%（按熱量計(jì)算）。鍋爐適用于半露天布置。鍋爐采用前吊后支相結(jié)合的固定方式，鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7m。鍋爐采用單鍋筒、自然循環(huán)、分散下降管、平衡通風(fēng)、絕熱式旋風(fēng)氣固分離器、循環(huán)流化床燃燒方式，對(duì)流豎井煙道內(nèi)布置對(duì)流受熱面。

2 鍋爐耐火材料破壞的原因

耐火材料的損壞分為兩種情況：①耐火材料的磨損;②耐火材料的破壞。

2.1 耐火材料的磨損 致使耐火材料磨損的爐內(nèi)工況為：①鍋爐爐膛內(nèi)的工作溫度為900～1050℃;②爐膛內(nèi)的氧化還原氣氛;③煙氣沖刷、撞擊：爐膛一般為3～6m/s，分離器為20～30m/s。

煙氣沖刷、撞擊，是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損。沖刷磨損：顆粒與固體表面的沖擊角度較小，接近平行。在垂直分速度和相切分速度的合力作用下，顆粒對(duì)固體表面形成一種刨削作用，從而對(duì)耐火材料逐步的進(jìn)行破壞。撞擊磨損：沖擊角度大，接近垂直。顆粒以一定的速度撞擊固體表面使其產(chǎn)生裂紋和變形。長(zhǎng)期的撞擊使固體表面破壞，變形層會(huì)脫落。

2.2 耐火材料的破壞（剝落）

耐火材料的破壞有以下幾種：①熱剝落;②結(jié)構(gòu)剝落;③機(jī)械應(yīng)力剝落。熱剝落是因?yàn)殄仩t啟動(dòng)、停止過(guò)程中由于溫度變化快和受熱不均勻，使耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生溫度差，從而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致耐火材料開(kāi)裂、剝落。結(jié)構(gòu)剝落是材料在鍋爐長(zhǎng)期使用過(guò)程中，材料組成發(fā)生改變（質(zhì)變），表面材料發(fā)生剝落。機(jī)械應(yīng)力造成耐火材料剝落的原因是由耐火材料和穿過(guò)耐火材料的金屬結(jié)構(gòu)（測(cè)溫、測(cè)壓元件，耐火材料抓釘?shù)龋┑臒崤蛎浵禂?shù)不同造成的。

3 鍋爐各位置的工況條件

3.1 點(diǎn)火風(fēng)道 該公司75t/h鍋爐為床下點(diǎn)火，采用床下點(diǎn)火方式時(shí)，該部位升溫快，點(diǎn)火時(shí)最高溫度可達(dá)1200～1400℃，溫度變化快，有較高的抗熱震穩(wěn)定性能，不易脫落。由于顆粒少，對(duì)耐磨要求低，可以選擇耐高溫類(lèi)的澆注料。

3.2 流化床床面 流化床床面工作溫度在800～1100℃之間，耐磨耐火材料鋪設(shè)在流化床風(fēng)帽之間。

3.3 鍋爐爐膛 循環(huán)流化床鍋爐爐膛工作溫度在900～1000℃之間，其密相層和半密相層物料和灰濃度很大，并在不停地沸騰和循環(huán)之中，氣流方向改變頻繁，對(duì)流化床四壁耐火材料的要求很高，既要有較大的耐火性和粘附性，又必須有很高的耐磨性。其結(jié)構(gòu)型式采用水冷壁管上焊銷(xiāo)釘涂耐火可塑料的方式。

3.4 爐頂防磨層 爐頂?shù)臒煔廪D(zhuǎn)彎處，工作溫度在850～1100℃。爐頂耐火防磨層采用下列型式，即，耐火澆注料澆注或異形磚鋪設(shè)或耐火耐磨可塑料（采用膜式壁時(shí)加銷(xiāo)釘）。

3.5 旋風(fēng)分離器直筒和錐體 循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器為分離煙氣中的碳粒子和灰粒子而設(shè)，分離器中的粒子有很高的速度，工作條作惡劣，工作溫度為800～950℃，并有二次燃燒的可能性，內(nèi)襯材料須有較高的耐磨性。多采用高鋁質(zhì)或鋼玉質(zhì)澆注料。

3.6 立管及回料器 工作溫度800～950℃，顆粒濃度高，但顆粒的粒度細(xì)，灰的熱容量大，對(duì)內(nèi)襯的熱沖擊大。工作條件不差，一般選用高鋁質(zhì)材料。但這些部位的施工條件差，要特別注意施工工藝，保證施工質(zhì)量。

3.7 尾部煙道 溫度較低，內(nèi)襯的磨損較小，采用普通耐火磚徹筑即可。

4 各部位選材

該公司75t/h循環(huán)流化床鍋爐使用的耐火材料主要為：剛玉耐磨可塑料、硅藻土保溫澆注料、高強(qiáng)度耐磨澆注料、磷酸鹽耐火混凝土、輕質(zhì)保溫磚、硅藻土保溫磚、耐火磚等。

其中爐膛下部防磨層、爐膛出口主要使用剛玉耐磨可塑料;分離器進(jìn)口煙道及靶區(qū)使用高強(qiáng)度耐磨澆注料;分離器筒體及錐體內(nèi)部使用輕質(zhì)保溫磚，表面用高強(qiáng)度耐磨澆注料;布風(fēng)裝置、點(diǎn)火風(fēng)道、爐門(mén)使用磷酸鹽耐火混凝土;尾部各受熱面主要使用硅藻土保溫磚和耐火磚。

5 耐火材料使用時(shí)注意的問(wèn)題

①必須使用清潔水，加水量為6%～8%;②使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，所有攪拌工具必須清潔。拌合到料均勻?yàn)橹?③攪拌時(shí)，材料添加量不少于整包，加水前干混15min，達(dá)到混合均勻的目的;④澆注料通過(guò)大量銷(xiāo)釘與鍋爐金屬表面進(jìn)行加固。銷(xiāo)釘為金屬材料，熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耐火材料，所以銷(xiāo)釘在安裝前需要進(jìn)行預(yù)熱處理;⑤所有模具的澆注面均應(yīng)涂一層機(jī)油;⑥每批料必須在攪拌完畢后10～30分鐘內(nèi)灌注，宜一次澆注到所規(guī)定的厚度，振動(dòng)到完全密封為止;⑦澆注后24小時(shí)脫模，總養(yǎng)護(hù)時(shí)間為3天。

6 結(jié)束語(yǔ)

CFB鍋爐50%以上的問(wèn)題都是出在澆注料上，澆注料的選擇和施工對(duì)于CFB鍋爐的使用壽命有著決定性的影響。只有對(duì)CFB鍋爐的工作原理、磨損特點(diǎn)和各種澆注料的特性有充分的了解，才能保證施工質(zhì)量，增加CFB鍋爐的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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[2]蔣敏華，肖平.大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2009.