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耐火材料行业动态

循环流化床锅炉应如何合理的选择耐火砖及内衬耐火浇注料

  随着洁净煤燃烧技术的普及和推广以及国家对大气污染治理力度的加大,循环流化床锅炉基于本身的脱硫、脱硝的特点已成为中小热电企业规模扩张的首选。但在使用和检修过程中,我们也了解了循环流化床锅炉高磨损的特点,其磨损不同于普通的磨损,而是温差变化在800~900℃条件下的磨损,为解决磨损的难题市场诞生了形形色色的浇注材料。循环流化床锅炉的耐火、耐磨材料有许多种,按其特点分有普通耐火砖、耐火耐磨浇注料、可塑料、保温浇注料等等,落实到具体的生产企业就会有各种各样的名称和代号。所以面对各式各样,各种名称的材料时有些茫然在所难免,下面从几个方面探讨一下循环流化床锅炉的耐磨、耐火材料的选用问题。
  锅炉内耐火材料破坏的原因分析
  耐火材料的破坏分为两种情况:其一是耐火材料的磨损;其二是耐火材料的破坏。以典型的循环流化床锅炉为例,炉内与磨损有关的工况特性如下:
  ①炉膛内的工作温度:850~950℃
  ②炉膛内的工况气氛:含SO2的氧化气氛或还原气氛。
  ③冲刷介质:含灰渣类烟气和贴壁下流的返料灰④烟气冲刷速度:炉膛一般3~6m/s,旋风分离器入口一般20~30m/s。
  ⑤冲刷角度:任意角度
  ⑥粉尘粒度0~8um。
  ⑦炉膛灰渣深度:10~20mg/Nm3
  ⑧灰渣的参考特性数值如下:灰的变形、软化和熔化温度均>1400℃;SiO2:50%~55%;Al2O3:25~35%;TiO2:>1%;Fe2O3:5%左右;CaO:2%左右;MgO:1%左右;K2O:1%左右;NaO:<0.5%;SO2:2%左右。
  1、耐火材料的磨损
  飞灰对锅炉耐火材料的磨损是颗粒流的冲击磨损,这里既有颗粒对炉内耐火材料的撞击,又有高浓度含灰气流的冲刷。这种磨损量的大小和速度主要取决于下列因素:
  (1)烟气流速。烟气流速是影响耐火材料磨捐损的最主要因素,有研究表明,磨损量与烟气流速的3.6次方成正比关系。(2)飞灰浓度。循环流化床锅炉,高的循环倍率意味着可以提高燃烧效率,增强传热效果,但同时高的循环倍率也决定了烟气中高深度的固体颗粒和严重的磨损。(3)飞灰撞击可能性系数。(4)飞灰颗粒的磨损特性。飞灰的颗粒和磨损特性是指灰的硬度、温度、形状和颗粒大小等的影响。(5)磨损量的大小还与耐火材料的材质有关。同等条件下,材质耐磨性能越好,磨损量愈小。
  2、耐火材料的剥落
  耐火材料的剥落有以下几种:(1)热剥落;热剥落是启停炉时由于温度循环波动和热冲击使耐火层内部和表面产生大的温度梯度,从而产生很大的应力,应力的变化导致耐火材料开裂引起表面剥落。(2)结构剥落;结构剥落是由于材料在长期使用过程中,材料组成和晶相结构发生改变,在小的温差应力下使其表面的变质层脱落。(3)机械应力剥落。机械应力所造成的耐火材料的破坏主要是由于耐火材料与穿过耐火材料内衬处的金属件热膨胀系数不同造成的。
  工况条件及选材要求
  由于耐磨耐火材料相比之下价格和性能差距相当大,怎样正确选用既关系到锅炉的运行寿命,又关系到企业的原始投入。综合上述诸多原因并结合我们几年的检修和运行实践,提出下述见解:
  (1)点火风道。采用床下点火方式时,该部位升温迅速,温度高,瞬间温度髙达1400℃,最高可达1600℃左右。在选材上要求耐火材料要有高的耐火度、有较高的抗热震稳定性能,不易脱落。
  (2)水冷风室。该部位是热风通道,无磨损,运行期间温度在700℃左右,点火时可到10O0℃。对耐火材料要求有好的热震稳定性,防止脱落;有较好的耐火性能和抗压强度。
  (3)流化床布风板。工作温度800-1000℃,主要是固定风相和水平角度的平衡作用。选用矾土水泥耐火浇注料即可。
  (4)炉膛密相区、炉膛出口、炉顶、过热器处转向室。工作温度在800~1000℃,磨损严重,烟速4~6m/S。在此区域经常发生热冲击和温度的循环变化,燃烧室内的温度变化几分钟内就可达500℃。炉内还原性的气氛要求耐火材料中含游离态铁或铁的氧化物少。因为铁能促使CO生成C02和C从而引起内部膨胀及材料的逐渐损坏。该部位一般选用厚的炉衬,因为通常的破坏都由过度的裂缝和挤压剥落引起的。干燥时的收缩、热震、应力下的塑性变形是产生裂纹的主要原因。该部位的耐火材料要求有良好的抗磨损性能,良好的抗侵蚀性能,良好的导热性能,重烧线变化率低。
  (5)分离器入口烟道。该部位一般经受900℃左右的高温,偶尔也会达到1100℃以上,磨损严重,烟速30m/s左右,顶部极易坍塌。在选材上要求增强抗磨损性及抗热展性能。
  (6)分离器直筒段和锥体。该部位都承受者相当恶劣的工作条件,温度波动范围达到500℃左右,并有二次燃烧的可能性。选材上主要解决防磨问题以保证炉衬的整体性能,选材的规格和档次上要格外重视。
  (7)立管及回料器。该部位灰流不均匀,灰的热容M大,对内衬的热冲击大。该部位要重点解决热冲击问题,选择强度高、耐磨性好的耐火材料。
  (8)尾部烟道。温度较低,内衬的磨损较小,采用普通耐火砖砌筑即可。
  耐火材料的基本构成
  耐磨耐火浇注料一般是以莫来石、刚玉和死烧铝矾土为骨料(根据不同用途可选择一种或多种骨料),以SiC和硅线石细粉、硅微粉、Al2O3微粉为基质,铝酸盐或磷酸盐水泥为结合剂构成。其中硅微粉作为添加剂以调节材料的中温强度,用A1203微粉增加材料的耐磨强度,同时增加材料的流动性。选择高铝水泥还是磷酸盐水泥要看循环流化床锅炉的床料或循环灰成分中碱性金属(钠离子,钾离子)的含量及浇注料本身的碱金属含量,一般推荐使用磷酸盐水泥作为结合剂。因为耐火材料的磨损主要是基质的磨损,而莫来石晶相能够提高材料的抗热震稳定性,Si02微粉+Al2O3微粉在800℃时反应生成莫来石,因此合理添加将大大增加材料的抗热震稳定性。选择耐火材料时要特别注意生产厂家对基质的选择,对既有热震稳定性要求又有高耐磨性能要求的材料在合理基质搭配的基础上,选用部分刚玉作为骨料增强耐磨性能,同时添加适量不锈钢纤维以增加韧性。
  各部位浇注料的选材
  ◆点火风道和水冷风室选择莫来石基抗热震耐火浇注料;◆布风板选择矾土水泥浇注料;
  ◆炉膛密相区选择磷酸盐粘和的莫来石基耐火浇注料;◆旋风分离器入口及烟道、分离器直筒段和锥段采用磷酸盐粘和的钢纤维莫来石基刚玉浇注料为好或采用熔氧化硅基浇注料,直筒段也可选用耐火耐磨砖砌筑。
  在选择使用耐火材料(不定型的浇注料、成型的耐磨耐火砖)时,要控制所用材料的热膨胀系数在合理的范围内,烧后线变化率不大于±1%,并且不定型材料要严格试块试验。
  耐火浇注料使用时注意的问题
  (1)大规模使用时材料要分类存放,严禁混合存放,使用前必须向施工人员进行技术交底。
  (2)使用前对每批材料必须制作试块,试块材料必须要有代表性。
  (3)严格按照生产厂家使用说明施工,搅拌用水?或其它胶体必须按技术说明控制用量;用水必须是淸洁水,最好是纯净水,有数据表明水的用量每超过1%,材料的强度降低10%。
  (4)搅拌必须使用强制式搅拌机,坚持加水前干混15min,达到均匀混合的目的。
  (5)保持施工机具干净,施工场地淸洁,严禁浇注料中混人灰、土等杂物。
  (6)坚持勤和、少和浇注料的原则,和好一锅必须30min用完。
  (7)检修修补时,必须事先凿出浇注料原有的钢构件,重新连接后浇注。对深度裂缝要凿出燕尾槽再施工。
  浇注料的施工不同于普通的泥瓦工工作,它要求施工人员必须了解循环流化床的工作原理和磨损特点,必须了解各种浇注料的特性。循环流化床锅炉50%以上的问題出现在浇注料上,因此对耐火浇注料的破坏问题并解决之值得我们进行更深入的研究。


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