循环流化床锅炉耐磨耐火材料的应用

耐磨耐火材料的应用 

循环流化床锅炉燃用热值较低、含硫量较高的煤种时，灰分浓度大、流速高、磨损严重，因此循环流化床锅炉中大部分受热面都敷设有耐火材料，耐火材料被广泛的用来防治受热面的磨损。循环流化床锅炉运行中燃煤颗粒具有很高的流化速度，高温下对耐火材料衬里有强烈的冲击磨损作用，煤粉中的杂质会与衬里材料发生化学反应以及频繁的热交换，鉴于以上原因耐火材料应具有耐高温、抗侵蚀、耐磨损和抗热震的性能。尤其锅炉的燃烧室及旋风分离器等区域长期经受颗粒、气流、烟尘等的冲击磨损及热震作用，很容易导致耐火材料衬里的剥落和坍塌，严重影响了锅炉的正常运行和生产。可以说循环流化床锅炉的安全可靠运行在很大程度上取决于耐火材料的稳定性，耐火材料的设计、选择及维护对于循环流化床锅炉的安全经济运行起到举足轻重的作用。

（1）耐磨耐火材料性能

CFB锅炉热循环回路中耐磨耐火材料的破坏由过度的裂缝和挤压剥落引起，当循环物料被裂缝夹住时，炉内的耐磨耐火材料经历反复的温度变化热循环就会出现挤压剥落。因此，CFB锅炉耐磨耐火材料要具备一定的耐火度、抗压强度、抗折强度、抗热震性及足够小的线变化率。 

耐磨耐火材料主要理化指标有如下几个：

（1）体积密度；

（2）耐火度；

（3）常温抗压强度与抗折强度；

（4）线变化率；

（5）抗热震性。

（2）耐磨耐火材料分类

目前国内循环流化床锅炉用耐火材料一般按作用可分为三类：

（1）耐磨耐火材料砖、浇注料、可塑料和灰浆；

（2）耐火材料砖、浇注料和灰浆；

（3）耐火保温材料砖、浇注料和灰浆。

通常采用的耐磨耐火材料的品种有：磷酸盐砖和浇注料，硅线石砖和浇注料，碳化硅砖和浇注料，刚玉砖和浇注料，耐磨耐火砖和浇注料，最高档次的还有氮化硅结合碳化硅产品等品种。 

（3）耐火材料的失效原因及磨损机理

循环流化床锅炉运行在高温条件下，温度变化频繁，造成循环热冲击，此外炉内有大量高速运动的高温固体物料，因此循环流化床锅炉需要使用大量的耐火材料进行保护。在循环流化床锅炉发展的初期，人们对耐火材料并不十分重视。随着大量循环流化床锅炉的相继投运，耐火材料破坏造成的事故不断发生。据统计，该事故占锅炉设备事故率的17％左右，是仅次于受热面磨损的第二大事故，因而耐火材料问题才引起人们的重视。对耐火材料的合理维修是循环流化床锅炉正常经济运行的关键。而维护耐火材料衬里首先要对其失效原因进行全面分析，通常耐火材料的失效有以下两方面的原因：耐火材料的剥落、耐火材料的冲刷磨损。

⑴ 耐火材料的剥落

耐火材料的剥落包括热剥落、结构剥落和机械应力剥落，热剥落是指由于热冲击或机械应力引起的材料损失。热冲击是指骨料与结合料由于膨胀系数不同在温度循环波动时产生内应力从而破坏耐火材料层，热冲击会导致耐火材料衬里的大裂缝和剥落，而温度快速变化造成的热冲击（如启动过程中）可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落；结构剥落是指材料经过长期的使用，组成和内部晶相结构发生变化，即使在小的温差应力下就能使其表面的变质层剥落；机械应力是由于耐火材料与穿过耐火材料衬里的金属件间热膨胀系数不同引起的，在设计时若不考虑适当的膨胀空间就会造成耐火材料的剥落。

⑵ 耐火材料的磨损

耐火材料的磨损是由固体物料对耐火材料的冲刷而造成的耐火材料破坏。循环流化床内耐火材料易磨损区域包括边角区、旋风分离器和固体物料回送管路。物料从汽包到锥形筒转弯处的冲击区是发生磨损较严重的部位，通常有圆形边缘和光滑明亮的表面是易磨损的锅炉区域。磨损随冲击角的增大而增加，因此在旋风分离器、烟道等的设计时，应尽量减小冲击角。

除上述两种原因外，循环流化床锅炉耐火材料的破坏还有因碱金属的渗透造成的耐火材料渐衰失效、渗碳造成的耐火材料变质破坏、抓固钉失效造成的耐火材料层脱离等。为了改善耐火材料的破坏状况，运行时应尽量使烟气分布均匀，在磨损不可避免且较严重的部位采用技术指标较好的耐火材料，如碳化硅、硅线石制品等。而磷酸盐耐火混凝土因其配料、施工工艺较复杂，养护条件不易达到，在锅炉运行温度下，不能良好地发挥其优势，现在已很少使用。

（4）耐火材料衬里

循环流化床锅炉应用的耐火衬里主要有三方面的积极作用。

（1）保护受热面不受磨损：颗粒群在循环流化床锅炉旋风分离器、循环回路及床层间高速循环，正常情况下，工作温度在850?950℃之间。而且，常规锅炉大部分换热表面都是由水冷壁组成的，若不对其采取适当的保护措施，在颗粒高速的流动冲刷下换热表面就会严重磨损；

（2）充当绝热表面，减少热量损失：在气流速度很高的区域不适宜布置水冷壁换热面，炉衬可以有效防止这一区域的热损失，提高热效率，此外，炉衬还可以保护暴露在超出允许温度氛围的管壁；

（3）蓄热作用，提高锅炉运行可靠性：炉衬还具有一定的蓄热能力，在锅炉正常运行及停工时可以充当附加的高温辐射受热面，在锅炉重新启动时迅速释放储热帮助锅炉恢复正常运行。

目前循环流化床锅炉主要采用3种不同型式的衬里：水冷壁衬里、薄的或厚的非水冷壁衬里。

（5）耐火材料的选用原则

循环流化床锅炉耐火材料的选用必须根据使用部位的温度和磨损情况合理配置，并坚持优先使用耐火砖的原则。合理选配耐火材料，才能使循环流化床锅炉的大修周期得以延长。一般来说，耐火材料的选择遵循以下原则：

（1）根据使用情况选择耐火材料，在循环流化床锅炉中，因燃烧室、旋风分离器、物料回送管路等部位所处的环境不同，受热冲击、温度循环变化或冲刷的程度也不一样，不同的区域可选用不同性能的耐火材料，如炉膛部分可选用致密抗磨损的耐火浇注料；炉膛顶部选用密实的有不锈钢纤维丝的耐磨耐火可塑料等,应根据各区域受破坏的原因及程度不同选用合理的耐火材料；

（2）确定耐火材料的理化性能是否满足循环流化床锅炉的设计要求。通常耐火材料都应具有较高的热强度、优良的抗蚀性能以及良好的高温体积稳定性，而不同形式的循环流化床又有着不同的要求，这就需要使用方应根据具体情况做出合理的选择；

（3）在保证良好理化性能的条件下，应选择价格适中的产品。