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                循環流化床鍋爐使用耐磨耐火材料的突進

                發布時間:2020/11/17 行業新聞 標簽:輕質保溫磚瀏覽次數:229

                  循環流化床燃燒技術是一種新型燃煤技術,鍋爐內物料具有高熱容、強摻混、低溫燃燒的特點,這種燃燒技術對燃料的適應性強,不僅可以燃用褐煤、煙煤、無煙煤 以及煤矸石、造氣爐渣和石油焦等劣質燃料,并且可以在同一臺鍋爐上同時燃用多個煤種;還可以實現煤的潔凈燃燒,通過添加石灰石粉或電石渣實現對高硫煤爐內煙氣脫硫,有利于煤資源的綜合利用。相對于普通的煤粉爐,這種鍋爐在運行中,含有燃料煤粉、石灰石粉的床料在一次風、二次風的作用下在爐膛下部密相區沸騰燃燒,煙氣裹挾著大量固體顆粒向上流動,經稀相區至旋風筒入口切向進人爐內旋風分離器,粗顆粒分離后回到爐膛繼續燃燒,煙氣攜帶飛灰經對流煙道依次沖刷過熱器、對流管束、省煤器等受熱面后經空氣預熱器、除塵器、引風機、煙囪排入大氣。物料系統的高速循環流動對鍋爐的相應部位產生嚴重磨損,容易發生因承受內壓的金屬管子受熱面壁厚減薄造成爆管停爐事故,使鍋爐的運行成本、維修成本增加,機組利用率降低。


                  2 耐磨澆注料簡介


                  不定形耐火材料由于具有工藝簡單、施工方便、整體性好、節能降耗的優點,越發受到廣泛關注和認可,這也代表著一個未來的發展趨勢。目前,不定形耐火材料在一些國家快速發展,我國的不定形耐火材料產量占比也在逐年增加。它主要包括澆注料、可塑耐火材料、搗打料、耐火泥等種類,根據不定形耐火材料具備的一些特殊性能又有耐酸料、耐堿料、耐磨料、輕質澆注料、免烘烤搗打料等品種。這些材料主要以澆注、振搗、噴涂、涂抹的方式進行施工建造,經定型、養護、烘烤形成相應設備工位的耐火材料或防護內襯層,對熱工設備具有耐火、耐磨、隔熱或散熱能力,這種防護能夠延長設備的工作壽命,提高設備的工作效率,降低生產成本,從而節能降耗。


                  澆注料是一種由耐火物料、骨料、粉料、基質、結合劑 制成的粒狀及粉狀松散無定型的耐火材料,在施工時加入一些水和助劑,強力攪拌后以澆注、振搗方式施工。經過一段時間的發展,澆注料結合劑的技術已經由最初的鋁酸鹽水泥結合劑發展到純鋁酸鈣水泥結合劑、電熔高鋁水泥結合劑、無水泥超細粉結合劑技術和氣硬性的磷酸結合劑、硫酸鋁結合劑、水玻璃結合劑技術。


                  耐磨澆注料應用于經受高溫高速流動的物料或氣流沖刷的部位,比如CFB鍋爐的風室、燃燒室、旋風分離器、回料管、前煙道爐頂等部位。這些部位因為工作運行而常發生爐墻磨損和結構層剝落現象,會發生灰粒平行于爐壁的平行沖刷、灰粒的斜沖擊磨損、表面正沖擊磨損,以及由于經受各種應力(啟停爐時因溫度變化而引起的熱應力、運行時變質層和原始層之間產生的結構應力、機械應力、內部氣壓誘導力等)而導致的防護結構層剝落。對于CFB鍋爐不同部位的結構件要采取不同的防磨措施,國內研究和應用較多的有埋管加裝鰭片+防護瓦防磨技術、衛燃帶與水冷壁交界區域采用噴涂耐磨涂料+澆注耐火材料重疊防磨技術。材料的耐磨性與其密實度具有密切的正相關性,耐磨澆注料除要求其骨料、粉料具有良好的耐磨耐火性能外,其粒度級配需形成最小空隙,并在拌合時摻加相應性能的減水劑、分散劑、促凝劑、抗裂增強劑等助劑,進行科學拌制和筑爐施工。


                  3 CFB鍋爐用耐磨耐火材料簡介


                  由于CFB鍋爐是正壓沸騰爐,物料和床料對受熱面的磨損非常嚴重一些部位的磨損強度排序:旋風筒入口處>爐內旋風分離器區>密相區>稀相區>分離器出口煙室。CFB鍋爐相應部位的防磨措施采用鑲嵌或鋪設一定厚度的非金屬耐磨層材料,如耐火磚、澆注料或可塑料。國內早期的CFB鍋爐選用的防護材料是參照冶金、石化行業用的耐火材料,但是CFB鍋爐與冶金、石化行業對耐火材料的要求有區別,冶金、石化行業要求材料的高耐火度和高抗渣性,而CFB鍋爐要求材料具有良好的高溫耐磨性和高抗熱震穩定性。故CFB鍋爐防護層施工時耐磨耐火材料和保溫密封材料要分別分層施工,并膠結成一體,將重質材料和輕質材料、定型材料和不定型材料協同施工應用,且在鍋爐運行中具有一致的熱工性能。


                  對于CFB鍋爐耐磨耐火材料曾經采用的有:磷酸鹽磚及其澆注料、硅線石磚及其澆注料、碳化硅磚及其澆注料、剛玉磚及其饒注料、其他耐磨耐火磚及其澆注料,包括氮化硅結合碳化硅制品。但是,由于各種原因,有些材料的使用效果不甚理想。比如硅線石制品,雖然硅線石是一種優質耐火材料,硅線石磚在經過1600℃左右的高溫燒結后耐磨耐火性能優異,但在使用時難以達到如此高的溫度,耐磨性難以充分發揮。再比如碳化硅制品雖然耐磨性好、抵抗酸性熔渣性能良好,但易受堿性熔渣侵蝕,與石灰在525℃即開始發生反應,到1000℃時反應顯著,在800~1200℃時還易與氧化鎂、氧化銅、氧化鐵反應。而在CFB鍋爐中常會加入石灰石粉或電石渣脫硫,所以碳化硅制品的應用受限。


                  剛玉制品雖然耐火度高、耐磨性好,但其熱震穩定性差,而鍋爐運行中壓火、提火操作較多,高低溫變化頻繁,澆注料容易出現剝落,影響鍋爐的發電效率和使用壽命。磷酸在常溫下并不與酸性或中性耐火材料反應,但在一定條件下,磷酸能與一些耐火材料反應生成酸式磷酸鹽,生能膠結與硬化的膠結相物質如磷酸鋁、磷酸鋯、磷酸鉻及一些復合磷酸鹽。磷酸鹽結合劑可在500℃左右獲得較高的強度,被稱為熱硬性結合劑。磷酸鹽磚是經過500℃低溫處理的免燒磚,在用于1200~1600℃的溫度范圍內時其中溫強度較高。


                  依據耐火磚和不定形耐火材料的特點,綜合不定形耐火材料整體施工性能好、無縫、結構一致性好、節能的優點,結合CFB鍋爐不同部位各自的工況特點加以應用,建議在鍋爐結構設計、防護層設計和施工時融合技術和材料進步的經驗成果。對于受熱面防磨措施當為優化設計,爐膛內屏式過熱器與屏式再熱器采用膜式結構使運行中煙氣形成垂直流動減低磨損;對于水冷壁宜采用銷釘固定的薄型耐磨耐火材料,不再敷設保溫材料層,并在密相區與稀相區交界處采取讓管設計結構,在交界面下部的水冷壁拐角處采用水冷壁周向外彎結構,沒有敷設耐磨耐火材料的區域的裸露的金屬管進行耐磨涂料噴涂,并設置多道防磨梁;對于分離器既要敷設防磨耐火材料,同時必須防止耐磨耐火材料的脫落造成意外的磨損,可采用結合牢固的耐磨磚襯+保溫磚設計、耐磨磚襯+保溫澆注料設計、耐磨澆注料+保溫澆注料設計;對于省煤器的防磨首先合理控制煙氣流速,其次對易發生嚴重磨損區的管子迎風面和拐彎處加防磨瓦,在施工安裝時保證管子的平齊和垂直度,避免發生短板效應。


                  4結語


                  CFB鍋爐運行中設備負荷大,防磨損在設備的設計和檢修時都要給予高度關注,選用耐磨材料的性能、耐磨材料的施工情況和烘烤制度都是筑爐操作中的關鍵質量控制點,決定著鍋爐的安全運行和工作效率。對于烘爐操作應遵循如下原則:(1) 低溫階段,即自室溫至500℃左右階段,因筑爐完成之后輕質保溫料約含 水30%左右,耐磨耐火材料含水10%左右,通過低溫慢烘,使含水率降至3%以下。控制升溫速率為降溫速率為20℃/h,并分階段長時間保溫烘烤,完成耐磨耐火材料的初步固化;(2) 高、中溫階段,即自500℃左右至800℃左右,可以通過試投燃料煤加熱爐膛,升溫速率略高,使耐火材料進一步固化和燒結,機械物理性能趨于穩定間。

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