循环流化床锅炉用耐磨耐火材料研究

循环流化床锅炉用耐磨耐火材料研究

李畅

422202198612157018

摘要：如今，我国经济发展十分迅速，循环流化床燃烧技术是一种新型燃煤技术，锅炉内物料具有高热容、强掺混、低温燃烧的特点，这种燃烧技术对燃料的适应性强，不仅可以燃用褐煤、烟煤、无烟煤以及煤矸石、造气炉渣和石油焦等劣质燃料，并且可以在同一台锅炉上同时燃用多个煤种；还可以实现煤的洁净燃烧，通过添加石灰石粉或电石渣实现对高硫煤炉内烟气脱硫，有利于煤资源的综合利用。相对于普通的煤粉炉，这种锅炉在运行中，含有燃料煤粉、石灰石粉的床料在一次风、二次风的作用下在炉膛下部密相区沸腾燃烧，烟气裹挟着大量固体颗粒向上流动，经稀相区至旋风筒入口切向进入炉内旋风分离器，粗颗粒分离后回到炉膛继续燃烧，烟气携带飞灰经对流烟道依次冲刷过热器、对流管束、省煤器等受热面后经空气预热器、除尘器、引风机、烟囱排入大气。物料系统的高速循环流动对锅炉的相应部位产生严重磨损，容易发生因承受内压的金属管子受热面壁厚减薄造成爆管停炉事故，使锅炉的运行成本、维修成本增加，机组利用率降低。

关键词：循环流化床锅炉；耐磨耐火材料

引言

循环流化床(CFB)锅炉因具有燃料适应性广，环保性能好及负荷调节灵活等优点，近年来得到了快速发展和广泛应用。CFB锅炉由于其结构特点和特殊燃烧方式等，使得炉内有大量因循环燃烧反应产生的高温固体颗粒物料，由此造成了锅炉各部件严重磨损现象。CFB锅炉主要采用敷设耐磨耐火材料来解决上述问题，因此，其使用状况直接关系着锅炉运行的安全稳定性，一旦发生耐磨耐火材料大面积损坏、脱落等现象，将导致锅炉被迫停运。CFB锅炉耐磨耐火材料性能和结构影响其使用情况，其中，性能主要取决于材料的化学组成，而结构则与设计及施工等有关。对于现役CFB锅炉用耐磨耐火材料，主要通过设备检修维护等保证其使用，其中关键是检修中材料选择、工艺执行和质量管控等。因此，科学选择材料和合理实施维护是耐磨耐火材料安全可靠使用的基础，也是CFB锅炉长期安全稳定运行的重要保障。

1耐磨耐火材料的种类

1.1定形材料

1)耐磨耐火材料(高密度耐火材料):硅铝砖类(硅砖、耐火土砖、高铝砖)、锆硅砖、非氧化物砖类(碳砖、硅碳砖)、镁钙铬砖类和电溶镁类产品(镁砖、铬镁砖、铬砖、白云石砖)。2)保温材料:耐火保温砖、保温砖、保温块、陶瓷纤维。

1.2不定形材料

不定形材料有浇注料、抹压料、可塑料、修补料、枪喷式料、投注式料、振动料、灰泥涂抹料等。从形态上分为粉沫、泥、粘团。

2CFB锅炉耐磨材料的设计

2.1耐磨材料破坏的原因

在CFB锅炉内，一方面，大量高速运动的高温固体粒子不断冲刷耐磨材料而使其破坏，另一方面，因炉内温度波动、热冲击及机械应力等造成耐磨材料产生裂纹和剥落，同时，碱金属等的渗透也易造成耐磨材料的失效和破坏。

2.2耐磨材料的设计

在CFB锅炉中，易磨损区主要包括水冷壁及炉膛内布置的受热面、分离回料系统、尾部烟道入口及排渣系统。使用耐磨材料的主要区域包括炉膛密相区、炉内屏式受热面下部区域、炉膛出口、分离器、料腿、回料阀、分离器出口烟道及尾部对流烟道。考虑到以上磨损的特点、耐磨材料的物理性能及施工特点，一般采用单层或多层耐磨耐火材料的敷设。单层敷设的部位包括水冷壁、屏式受热面、水冷隔墙、双面水冷壁、汽冷分离器等薄衬里处，用φ6或φ10的圆柱销钉(或Y型V型销钉)将耐磨耐火浇注料支撑在管壁烟气侧。薄衬里更能经得起锅炉起停时的快速热冲击，同时，为增强其刚性及冲击能力，需在浇注料中增加不锈钢纤维。厚衬里分为两层或三层，烟气侧为耐磨耐高温的耐磨耐火砖砌筑或耐磨可塑料浇注而成，内衬的保温材料目的是减少热损失，降低壳体温度。

3如何提高循环流化床锅炉耐火材料施工质量

3.1搅拌

搅拌、浇筑、振捣必须连续施工。通常一盘料从搅拌到浇筑完成不应超过30min。搅拌是一个重要的工序，它直接影响到耐火耐磨浇筑质量的好坏。应搅拌充分，严格控制加水量。水量的控制是关键，加水过多，凝固时间延长，机械强度降低;加水过少，振动质量差，强度低，不利于排气而易出现内部气孔。搅拌时间:搅拌时间根据耐火耐磨浇筑料种类而不同。一般不应超过7min。搅拌顺序:将材料倒入搅拌机后先干搅拌30s～60s，以保证水泥、骨料搅拌均匀，然后加80%的水进行充分的搅拌。余下的水，根据目测或利用抛球试验检查拌料情况决定加水多少，以达到最佳效果。搅拌必须要专人负责。搅拌人员与浇筑操作人员必须配备良好的通讯工具，以保持密切联系，有效控制整个浇筑的时间。若停电或机具出故障，搅拌好的耐火耐磨材料超过30min未用完，则报废。为保证浇筑料的正常凝固和硬化，水质非常重要，一般采用洁净的生活饮用水(pH值6．5～7);施工现场温度在+5℃～+30℃为宜。

3.2施工过程

耐磨耐火材料修补前应将所有施工机具清理干净，以免夹杂物影响材料的凝固和黏结强度;同时，应对修补部位进行全面清理，尤其是采用不锈钢锚固件时应将壳体内表面的油漆、铁锈等打磨掉;旧耐磨耐火材料拆除过程中不得损伤受热面管子及鳍片。耐磨耐火材料修补中的锚固件安装完毕后应对其位置、结构及间距等进行检查验收;耐磨耐火浇注料模板接口等符合规定;新旧耐磨耐火材料搭接时表面平整，无开裂、鼓包等缺陷;多层结构施工时，前一工序材料充分凝固后方可进行下一工序施工。耐磨耐火材料修补后，应对其表面平整度、垂直度及厚度等进行检查验收，偏差应符合要求;耐磨耐火浇注料和可塑料施工后，表面应采用4mm铁丝按每平米25～30个孔制作排湿孔，深度为材料厚度的2/3;材料施工结束后应预留足够的自然干燥时间，并按照要求进行养护及烘炉。

3.3耐磨耐火材料的热养生

由于无基矿物质原料含有一定的水份，在配制成浇注料过程中又加进了一定量的水做溶剂，这些水份需要通过自然干燥及热养生将水份排出，因耐磨耐火浇注料的致密度较高，其结晶水又在其分子结构内部，所以热养生烘炉是需要足够时间的过程。虽然热养生采用可控温热烟气养生，但养生时锅炉受热面还是要加水来保护其安全。通常热养生的升温曲线由材料供应商提供，或由供应商认可的升温曲线来进行。热养生后，所有在密封盒上开的浇注孔需要封闭并且焊好，所有为热养生开的蒸汽通道均应封焊。

结语

循环流化床耐磨耐火材料的使用年限既与施工质量有关，同时也与设计、材料质量、运行有密切联系，只有在完善设计、材料优良、精心施工、精确运行各方面的通力合作才能确保循环流化床锅炉耐磨耐火材料的使用寿命，同时建议耐磨耐火材料供应商、施工队伍和烘炉为同一厂商，这样避免了责任不清和材料浪费，促使其在施工过程中不断优化配比。

参考文献

[1]焦武军,李贞军.内循环流化床锅炉用耐火材料[J].锅炉压力容器安全技术,2021(5):39~39.

[2]郭锦涛,崔鹏,张永红.循环流化床锅炉防磨技术研究[J].锅炉制造,2018(3):7~8.

[3]邓化凌.循环流化床锅炉水冷壁磨损机理及防磨技术研究[D].中国石油大学（华东）,2019.

[4]薛群虎,徐维忠.耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,2019.

[5]田辉,王光.循环流化床锅炉防磨措施与正确安装[J].应用能源技术,2019(1):13~14.

[6]柴少辉,蔡远超.烘炉机对循环流化床锅炉炉墙烘炉的改进[J].广东化工,2019,39(3):180~181.