循环流化床锅炉用耐磨耐火材料研究

徐建新

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摘要：如今，我国经济发展十分迅速，由于循环流化床（CFB）锅炉耐磨耐火材料选型尚缺乏完整的技术依据，部分CFB锅炉运行过程中出现耐磨耐火材料碎裂、脱落而造成炉内流化不良甚至结焦、回料系统堵塞、受热面磨损爆管等故障，直接影响了CFB机组的可靠性。为此，在国家能源领域行业标准制（修）订计划的安排下，研究了CFB锅炉耐磨耐火材料的选型方法，在总结国内CFB锅炉耐磨耐火材料选型工程经验的基础上，制定了《循环流化床锅炉耐磨耐火材料选型导则》（DL/T2498-2022）。CFB锅炉耐磨耐火材料按照材料特性分为4大类，根据煤质特性及其变化范围、磨损指数、锅炉部位及磨损程度对耐磨耐火材料的要求，明确了耐磨耐火材料的选型原则与方法，该项电力行业技术标准将会对CFB锅炉耐磨耐火材料的设计选择、工程建设及运行维护起到重要指导作用。

关键词：循环流化床锅炉；耐磨耐火材料

引言

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。

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。

2.2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。

3如何提高循环流化床锅炉耐火材料施工质量

3.1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。

3.2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。

3.3机组停炉冷却速度控制

正常情况下锅炉停炉12h后，可开启引风机进、出口挡板及调节挡板，水平烟道人孔门，进行自然通风。在特殊情况下经总工批准方可进行快速冷却。停炉过程中，增大排渣量以减少锅炉蓄热量，投入风道燃烧器运行，控制炉膛及尾部烟道降温率不超过100℃/h。停炉过程中，当床温降到400℃时，不停运风机，继续通风进行强制通风冷却。但风阀挡板开度不得过大，控制降温速率不超过100℃/h。当床温降到200℃时，停运外置式换热器（FBHE）高压流化风机、一次风机、二次风机，返料高压流化风机运行10min后停止运行，控制炉膛负压50Pa,降低引风机出力，引风机继续运行5min后停止运行。4h后开大引风机挡板，打开水平烟道及尾部烟道人孔门进行自然通风。

3.4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。

结语

通过对循环流化床锅炉耐磨耐火材料的优化，有效地避免了浇筑料脱落和开裂现象，延长了耐磨耐火内衬材料的检修周期。

参考文献

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