循環(huán)流化床鍋爐澆注料問題探討

楊明杰

摘要：隨著電力的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐的得到了大力的發(fā)展。CFB鍋爐具有燃料適應范圍廣、廉價脫硫、控制污染物排放、燃燒效率高、負荷調(diào)節(jié)比大和灰渣綜合利用等優(yōu)點，同時，循環(huán)流化床鍋爐具有高磨損的特點，因此，鍋爐內(nèi)襯澆注料質(zhì)量直接關(guān)系到鍋爐的可靠性運行。通過典型問題，對澆注料磨損的原因進行分析，通過理論與實際進行比照，闡述了影響澆注料問題的因素，找到問題的根源，然后有針對性的進行設計優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐；澆注料

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.13.094

1 引言

循環(huán)流化床鍋爐機組的澆注料爐襯是CFB 鍋爐不可缺少的組成部份，爐襯材料的性能和結(jié)構(gòu)，以及爐襯施工養(yǎng)護工藝是否合理，直接影響鍋爐的安全、正常運行，因此，合理的爐襯結(jié)構(gòu)和良好的施工及養(yǎng)護、科學的運行和維護，是保證鍋爐機組正常運行的必要條件。

由于鍋爐在運行過程中，其內(nèi)部環(huán)境比較惡劣，因此，內(nèi)襯材料必須具有良好的組織結(jié)構(gòu)、熱學性能、力學性能和使用性能，即有較高的耐火度、荷重軟化溫度、抗熱震性和抗化學侵蝕等性能，才能承受各種物理化學變化和機械作用，其質(zhì)量直接關(guān)系到鍋爐的可靠運行時間。爐襯的基本作用是防止高溫煙氣和物料對金屬構(gòu)件、受熱面的高溫氧化腐蝕和磨損，同時進行絕熱保溫作用，從而提高鍋爐使用壽命、保證機組運行的安全性和經(jīng)濟性。

2 澆注料典型設計

現(xiàn)以菲律賓普丁巴圖項目2*135MW的循環(huán)流化床鍋爐為例，對澆注料內(nèi)襯設計和施工中的問題進行探討。

本鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的超高壓、一次中間再熱自然循環(huán)單汽包循環(huán)流化床鍋爐，過熱蒸汽流量440t/h（BMCR工況）。

（1）所用的主要內(nèi)襯材料介紹。具體見圖1。

（2）主要的設計區(qū)域。

爐膛密相區(qū)、屏過、高再、旋風分離器等敷設耐磨可塑料，布風板四周布置高的耐磨澆注料凸臺。

風室頂部敷設耐磨可塑料，風室內(nèi)其余部分采用耐火澆注料。

旋風分離器出口煙道和回料器內(nèi)襯直筒段采用耐磨澆注料和絕熱澆注料與無石棉微孔硅酸鈣的復合結(jié)構(gòu)。

回料器閥體區(qū)域的內(nèi)襯結(jié)構(gòu)為兩層耐磨澆注料+絕熱澆注料+保溫澆注料和硅酸鋁纖維毯。

點火風道點火段采用側(cè)面含鋯硅酸鋁耐火纖維模塊+硅酸鋁耐火纖維毯；底面為耐火澆注料+絕熱澆注料+兩層無石棉微孔硅酸鈣。

點火燃燒器噴口內(nèi)襯處為重質(zhì)耐火澆注料。

3 澆注料問題原因淺析

3.1 氣固流對澆注料的磨損

從鍋爐內(nèi)襯磨損區(qū)域看，主要產(chǎn)生氣固流相對較高的區(qū)域，由于結(jié)構(gòu)的要求，此區(qū)域內(nèi)襯為耐磨可塑料。耐磨可塑料是手工搗打料，以水（不高于6%）為膠結(jié)劑，無施工膨脹縫，厚度較小，不易產(chǎn)生深度裂紋。

高速的二次風夾雜床料沖刷著二次風口處的耐磨可塑料。其磨損發(fā)生在風口的下邊緣，此磨損與氣流的角度有關(guān)，沿爐墻下落的物料與二次風產(chǎn)生了擾動并形成了局部渦流。對此，為了減弱沿水冷壁向下的床料與風口成90°夾角后對風口下邊緣的沖刷，對二次風口處結(jié)構(gòu)進行了微小修改，即在出口處做出凸臺，擴大入口直徑，其目的減弱風速，改變床料的沖擊角度，從而減小了磨損。

對于測點周圍澆注料及管道的磨損的主要因素是物料沿水冷壁墻向下流動而導致的。在澆注料的上部兩角，是物料的集中區(qū)，此處下降的物料濃度相對較高，將澆注料磨損的角部和管道磨損。因此，將兩角的延長，分散床料的流動集中，同時將澆注料的邊緣止于水冷壁管的中心線，增大邊緣處的流通空間，相對減少物料流動速度。

以上磨損屬于非裂紋與剝落性的磨損，是由于物料顆粒對耐磨可塑料的撞擊，又有高速氣流攜帶著固體物料的沖刷。這種磨損量的大小和速度主要取決于以下因素：

（1）煙氣流速。煙氣流速是響應耐磨可塑料磨損的最主要因素，有研究計算表明，耐磨可塑料的磨損速率與煙氣流速的3.5次方成正比關(guān)系。

（2）飛灰濃度。循環(huán)流化床鍋爐高的循環(huán)倍率可以提高燃燒效率，增強傳熱效果，但高的循環(huán)倍率也導致了煙氣中高濃度的固體顆粒和嚴重磨損。（3）飛灰撞擊可能性系數(shù)。（4）飛灰顆粒的磨損特性。飛灰顆粒的磨損特性是指床料、飛灰的硬度、溫度、形狀、和大小等。（5）磨損量的大小還與可塑料的耐磨系數(shù)關(guān)。

因此，為了防止磨損，應從以上幾個方面入手，降低流速、降低飛灰能促，改變飛灰撞擊角度，增大可塑料的耐磨系統(tǒng)等等。

3.2 熱應力對澆注料的破壞，導致澆注料裂縫、脫落

從點火風道和返料器內(nèi)現(xiàn)象看，其裂紋和脫落是由于溫度循環(huán)波動和熱沖擊造成的。表2的兩個區(qū)域是熱應力集中的區(qū)域，此處澆注料易發(fā)生脫落和裂紋。

對于耐火澆注料和耐磨澆注料，有一項重要的理化指標為熱震穩(wěn)定性，即將澆注料加熱到1000℃后立即水冷不產(chǎn)生裂紋的次數(shù)或在1350℃后立即風冷不產(chǎn)生裂紋的次數(shù)，次數(shù)越多，說明熱震穩(wěn)定性越好。澆注料另一個特性就是線變化率小于0，即在澆注料由室溫加熱到800-1100℃后冷卻至室溫，澆注料的體積變化率。因此，隨著鍋爐啟停次數(shù)的增加，澆注料會產(chǎn)生裂紋。本項目檢測的澆注料線變換率為0～-0.2%。為了減小裂紋的產(chǎn)生，除了選用線性變換率小的澆注料外，在澆注料施工時設計了膨脹縫。

在啟停爐時，由于溫度的循環(huán)波動，澆注料骨料、粘結(jié)劑、金屬件之間的熱膨脹系數(shù)不同而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成內(nèi)應力，從而裂紋。當溫度變化快速時，澆注料產(chǎn)生膨脹或收縮，如果此膨脹或收縮受到約束，材料內(nèi)部會產(chǎn)生應力。與金屬制品相比，由于它的熱導率和彈性較小、抗拉強度低、抵抗熱應力破壞能力差、抗熱震性較低，熱沖擊循環(huán)作用下，澆注料內(nèi)的應力超過抗拉強度而開裂剝落。特別是點火風道內(nèi)，當點火啟動時，穩(wěn)燃罩內(nèi)的溫度從常溫升至600攝氏度僅用10-15分鐘，導致了耐火澆注料與外層鋼板的膨脹量偏差較大，成塊狀脫落。因此，對于點火風道，耐磨性能并不是重要的，重要的是抗熱穩(wěn)定性，以抵抗熱沖擊。

由于在裂紋形成后，其特點是數(shù)量多，貫穿性，寬度5-10mm。通過在裂縫內(nèi)填充膠泥、可塑料材料、硅酸鋁纖維毯等試驗，均未收到較好效果。因此，對于澆注料出現(xiàn)剝落的原因可以歸納為以下3種：（1）熱剝落，啟停爐時由于溫度循環(huán)波動和熱沖擊使?jié)沧⒘蟽?nèi)部和表面產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而產(chǎn)生很大的應力，應力的編號導致澆注料開裂引起表明脫落。（2）結(jié)構(gòu)剝落，由于材料在長期運行使用過程中，材料組成和晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，在小的溫差應力下使其表面的變質(zhì)層脫落。（3）機械應力剝落，由于澆注料與其固定的金屬件（銷釘）熱膨脹系數(shù)不同而造成的。

參考文獻

[1]趙軍.普丁巴圖項目鍋爐內(nèi)襯說明書[Z].

[2]韓永亮.普丁巴圖項目鍋爐運行說明書[Z].