循環(huán)流化床鍋爐耐磨澆注料選材

淄博云泰爐業(yè)科技有限公司是循環(huán)流化床鍋爐耐磨耐火材料產(chǎn)品生產(chǎn)、筑爐、烘爐、維修一系列服務(wù)的專業(yè)供應(yīng)商。

1　CFBB的磨損與防護(hù)
CFBB以其燃料適應(yīng)范圍廣、廉價脫硫、控制污染物排放、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大和灰渣綜合利用等優(yōu)點，成為清潔燃燒技術(shù)的一個發(fā)展方向，受到各國普遍關(guān)注，是解決節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境兩大難題的一條新途徑。從80年代初國內(nèi)開始開發(fā)CFBB，并有一批35t/h、75t/h、220t/h和410t/h的CFBB投入商業(yè)運(yùn)行。
CFBB與傳統(tǒng)的煤粉鍋爐不同，爐內(nèi)床料在煙氣攜帶下沿爐膛上升，經(jīng)爐膛上部出口進(jìn)入分離器，在分離器中進(jìn)行氣、固兩相分離，被分離后的煙氣經(jīng)分離器上部出口，進(jìn)入鍋爐尾部煙道，被分離出來的固體粒子，經(jīng)回料閥再返回爐膛下部(見CFBB防磨位置示意圖)。在CFBB的運(yùn)行中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反應(yīng)產(chǎn)物的固體床料，在爐膛—分離器—回料閥—爐膛這一封閉循環(huán)回路里處于不停的高溫循環(huán)流動中，并在爐內(nèi)以850℃～900℃進(jìn)行**率燃燒及脫硫反應(yīng)。除床料在這一回路中作外循環(huán)流動外，床料在重力作用下，在爐內(nèi)不斷地進(jìn)行內(nèi)循環(huán)流動。因此，在循環(huán)回路的相應(yīng)部位必然產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。磨損不僅影響鍋爐的安全運(yùn)行，還限制了這類鍋爐的一些優(yōu)點的發(fā)揮；磨損給鍋爐造成的直接危害是使承受內(nèi)壓的受熱面金屬管子壁厚減薄直至爆管停爐；磨損使鍋爐的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用加大，機(jī)組利用率降低，給用戶造成巨大的損失。
磨損是煤或灰粒以某一角度(0?～90?)撞擊受熱面管子表面，引起沖蝕磨損，造成管子表面金屬流失。沖蝕磨損主要是沖擊與切削的作用，而切削是主要因素，固體粒子作為微小切削工具在相對較軟的金屬表面上滑動切削出槽溝的痕跡。磨損是非常復(fù)雜的失效過程，不僅受力學(xué)原因的影響，同時還與材料、環(huán)境、介質(zhì)等多種因素密切相關(guān)。CFBB受熱面管子的磨損是受煤粒子與灰粒子濃度、粒子特性、流道幾何形狀影響的。在固體粒子濃度較高區(qū)域，磨損主要取決于固體粒子及煙氣流與受熱面管子的對流運(yùn)動，磨損與煙氣流速密切相關(guān)，固體粒子的速度是影響磨損的主要因素，因此嚴(yán)重磨損的部位通常發(fā)生在粒子流速突變區(qū)域。 
CFBB的受熱面磨損主要發(fā)生在燃燒室下部、爐膛上部出口周圍及布置在燃燒室中屏式受熱面的下部。

1.燃燒室下部；2.水冷屏或過熱器屏；3.燃燒室出煙口；4.分離器出口煙道；5.分離器；6.返料裝置
目前CFBB的防磨措施多采用敷設(shè)較厚的非金屬耐火磚、澆注料或可塑料。根據(jù)現(xiàn)已掌握的有關(guān)資料，國外早期投入的CFBB和國內(nèi)的一些CFBB的事故停爐，多數(shù)原因是由于物料的沖刷磨損造成耐火材料失效、脫落，阻塞排渣口和物料循環(huán)回路，使受熱面被磨損造成爆管。沖刷磨損是CFBB本身的特性，這就要求有關(guān)工程技術(shù)人員對CFBB用耐火材料的選用、施工和檢修有一個深入了解，開發(fā)出綜合性能優(yōu)異的耐火材料，并執(zhí)行嚴(yán)格規(guī)范的施工質(zhì)量保證體系，就能滿足CFBB的要求。
2　耐火材料失效的原因
CFBB在我國是變新事物，還缺乏經(jīng)驗，特別是大型的CFBB在選用材料上，尚有很多問題需要解決，其中耐火材料的耐磨性問題就是一大難題。由于各種耐火材料的綜合理化性能不同，根據(jù)使用部位、用途及鍋爐特性不同，合理選擇耐火材料至關(guān)重要。從目前有關(guān)資料和使用情況來看，CFBB用耐火材料易出現(xiàn)失效是由多種因素造成的。
沖刷磨損是各種CFBB用耐火材料必須面對的問題，由于鍋爐本身的特性，在運(yùn)行中耐火材料每天要受到燃料、燃料灰、石灰石及其反應(yīng)產(chǎn)物的固體床料的磨損。煤種不同其化學(xué)成分、揮發(fā)份和灰份不同，對耐火材料的沖刷速度也不同，熱態(tài)下對耐火材料的磨損也不同。另外爐子的大小、設(shè)計結(jié)構(gòu)和流速都與沖刷有直接關(guān)系，這些問題需要實際試驗與論證，才可把沖刷磨損降到限度。鍋爐結(jié)構(gòu)特殊部位常常會引起耐火材料的提前失效，尤其是爐膛上部出口及分離器上部的耐火材料在熱循環(huán)和機(jī)械振動共同作用下，經(jīng)常產(chǎn)生塌落，這些必須從設(shè)計、選材和安裝上綜合考慮解決。
耐火材料隨溫度的升降，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(yīng)力。耐火材料是非均質(zhì)的脆性材料，與金屬制品相比，由于它的熱導(dǎo)率和彈性較小、抗拉強(qiáng)度低、抵抗熱應(yīng)力破壞能力差、抗熱震性較低，熱沖擊循環(huán)作用下，耐火材料易先出現(xiàn)開裂剝落終至整體損壞，這是CFBB耐火材料的提前失效又一重要原因。影響耐火材料熱震穩(wěn)定性的因素是比較復(fù)雜的，要綜合考慮各個因素的綜合影響。
耐火材料的理化性能非常重要，一般來說耐火材料的耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐磨性、熱震穩(wěn)定性和重?zé)�線變化是主要的考核指標(biāo)，同時高溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)也要考慮。特別是一些澆注料在CFBB燃燒溫度下使用，不能達(dá)到燒結(jié)溫度而強(qiáng)度較低。如加入高鋁水泥的澆注料，由于鈣的帶入量增加，常溫和100℃干燥后強(qiáng)度達(dá)到高峰，但隨著溫度的升高度度下降，700℃～1100℃時強(qiáng)度。還有許多種耐火材料結(jié)合劑須經(jīng)1200℃以上溫度燒結(jié)后才有一定強(qiáng)度，在1200℃ 
以下使用因耐火材料達(dá)不到燒結(jié)溫度而強(qiáng)度很低，因此在CFBB上選用效果不理想。
施工、安裝和烘爐不合理也是耐火材料的損壞主要原因之一。大多數(shù)廠家都沒有施工和安裝的經(jīng)驗，在施工和安裝中不能嚴(yán)格按照設(shè)計要求和材料生產(chǎn)廠提供的耐火材料施工要求進(jìn)行監(jiān)督施工。一些安裝公司也沒有CFBB耐火材料的安裝經(jīng)驗，按照工業(yè)鍋爐的砌筑，這已被眾多廠家所了解。雖然磷酸鹽材料在CFBB上使用有它的不足，但是它的價格能使各個廠家接受。
硅線石是一種優(yōu)質(zhì)耐火原料，通常加入到耐火材料中能使荷重軟化溫度提高100℃～150℃，耐火材料起變化的溫度是1450℃～1600℃，硅線石磚成型燒結(jié)溫度達(dá)到這一溫度，因此硅線石磚在CFBB上使用是一種理想的耐磨耐火材料；但是硅線石澆注料因CFBB燃燒達(dá)不到這個溫度范圍，硅線石的耐磨性就不能充分發(fā)揮出來，另外硅線石材料本身價格較高，生產(chǎn)出的產(chǎn)品價格也高，增加了使用者的成本，這些影響了硅線石澆注料在CFBB上的推廣應(yīng)用。
碳化硅制品在高溫?zé)o氧化氣氛下，使用具有較好的耐磨性和很好的熱震穩(wěn)定性，在一定溫度下燒結(jié)其表面能形成一層釉面保護(hù)層，根據(jù)國內(nèi)個別使用單位情況了解，對CFBB也不能得到滿意的使用效果。主要原因是CFBB燃燒中帶有少量氧化氣氛。從有關(guān)CFBB技術(shù)的文獻(xiàn)中看到，美國也嚴(yán)禁在CFBB中選用碳化硅耐火材料制品。同時其價格較高，好材料沒有得到合理的應(yīng)用，用戶不能產(chǎn)生好的經(jīng)濟(jì)效益，也是一種浪費(fèi)。
剛玉制品在CFBB上的使用品種有白剛玉、高鋁剛玉(也叫亞白剛玉)和棕剛玉。剛玉的主要性能是耐火度高、體積密度高、耐磨性能好，但它的熱震穩(wěn)定性差，這給CFBB使用帶來了困難。根據(jù)所了解到的情況，剛玉質(zhì)澆注料在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌落現(xiàn)象，原因就在于鍋爐運(yùn)行中壓火、提火現(xiàn)象較多，較短時間內(nèi)溫度變化頻繁，造成耐火材料使用壽命縮短。另一個因素是鍋爐使用溫度低，耐火材料達(dá)不到燒結(jié)溫度，耐磨性得不到充分發(fā)揮。有較多用戶為解決磨損問題，往往花大價錢選用剛玉材料，結(jié)果卻得不到好的經(jīng)濟(jì)效益。
以上幾種CFBB用耐火材料在國內(nèi)具有代表性，根據(jù)對大多數(shù)用戶使用情況了解，用戶反映不一，存在問題較多，主要是各鍋爐生產(chǎn)廠家和設(shè)計單位選用耐火材料品種繁多，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，其耐磨性能高，與爐子能夠達(dá)到同周期運(yùn)行，同周期性檢修，并能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益的耐火材料少。國內(nèi)早期35t/h、75t/h的CFBB選用的耐火材料，基本上是參照相關(guān)行業(yè)(如冶金、石化)用耐火材料，但是與冶金、石化行業(yè)對耐火材料的高耐火度和高抗渣浸的要求不同，CFBB要求耐火材料具有高溫耐磨性和高熱震穩(wěn)定性，施工時要求耐磨耐火材料和保溫密封材料分層施工、膠結(jié)一體，即重質(zhì)和輕質(zhì)、定型和不定型配套施工，生產(chǎn)工藝不同和施工方式不同的耐火材料要求達(dá)到相同的指標(biāo)。