循環(huán)流化床鍋爐耐磨耐火材料的應(yīng)用

耐磨耐火材料的應(yīng)用 

循環(huán)流化床鍋爐燃用熱值較低、含硫量較高的煤種時，灰分濃度大、流速高、磨損嚴重，因此循環(huán)流化床鍋爐中大部分受熱面都敷設(shè)有耐火材料，耐火材料被廣泛的用來防治受熱面的磨損。循環(huán)流化床鍋爐運行中燃煤顆粒具有很高的流化速度，高溫下對耐火材料襯里有強烈的沖擊磨損作用，煤粉中的雜質(zhì)會與襯里材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及頻繁的熱交換，鑒于以上原因耐火材料應(yīng)具有耐高溫、抗侵蝕、耐磨損和抗熱震的性能。尤其鍋爐的燃燒室及旋風(fēng)分離器等區(qū)域長期經(jīng)受顆粒、氣流、煙塵等的沖擊磨損及熱震作用，很容易導(dǎo)致耐火材料襯里的剝落和坍塌，嚴重影響了鍋爐的正常運行和生產(chǎn)。可以說循環(huán)流化床鍋爐的安全可靠運行在很大程度上取決于耐火材料的穩(wěn)定性，耐火材料的設(shè)計、選擇及維護對于循環(huán)流化床鍋爐的安全經(jīng)濟運行起到舉足輕重的作用。

（1）耐磨耐火材料性能

CFB鍋爐熱循環(huán)回路中耐磨耐火材料的破壞由過度的裂縫和擠壓剝落引起，當循環(huán)物料被裂縫夾住時，爐內(nèi)的耐磨耐火材料經(jīng)歷反復(fù)的溫度變化熱循環(huán)就會出現(xiàn)擠壓剝落。因此，CFB鍋爐耐磨耐火材料要具備一定的耐火度、抗壓強度、抗折強度、抗熱震性及足夠小的線變化率。 

耐磨耐火材料主要理化指標有如下幾個：

（1）體積密度；

（2）耐火度；

（3）常溫抗壓強度與抗折強度；

（4）線變化率；

（5）抗熱震性。

（2）耐磨耐火材料分類

目前國內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐用耐火材料一般按作用可分為三類：

（1）耐磨耐火材料磚、澆注料、可塑料和灰漿；

（2）耐火材料磚、澆注料和灰漿；

（3）耐火保溫材料磚、澆注料和灰漿。

通常采用的耐磨耐火材料的品種有：磷酸鹽磚和澆注料，硅線石磚和澆注料，碳化硅磚和澆注料，剛玉磚和澆注料，耐磨耐火磚和澆注料，最高檔次的還有氮化硅結(jié)合碳化硅產(chǎn)品等品種。 

（3）耐火材料的失效原因及磨損機理

循環(huán)流化床鍋爐運行在高溫條件下，溫度變化頻繁，造成循環(huán)熱沖擊，此外爐內(nèi)有大量高速運動的高溫固體物料，因此循環(huán)流化床鍋爐需要使用大量的耐火材料進行保護。在循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的初期，人們對耐火材料并不十分重視。隨著大量循環(huán)流化床鍋爐的相繼投運，耐火材料破壞造成的事故不斷發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，該事故占鍋爐設(shè)備事故率的17％左右，是僅次于受熱面磨損的第二大事故，因而耐火材料問題才引起人們的重視。對耐火材料的合理維修是循環(huán)流化床鍋爐正常經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。而維護耐火材料襯里首先要對其失效原因進行全面分析，通常耐火材料的失效有以下兩方面的原因：耐火材料的剝落、耐火材料的沖刷磨損。

⑴ 耐火材料的剝落

耐火材料的剝落包括熱剝落、結(jié)構(gòu)剝落和機械應(yīng)力剝落，熱剝落是指由于熱沖擊或機械應(yīng)力引起的材料損失。熱沖擊是指骨料與結(jié)合料由于膨脹系數(shù)不同在溫度循環(huán)波動時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力從而破壞耐火材料層，熱沖擊會導(dǎo)致耐火材料襯里的大裂縫和剝落，而溫度快速變化造成的熱沖擊（如啟動過程中）可使耐火材料內(nèi)的應(yīng)力超過抗拉強度而剝落；結(jié)構(gòu)剝落是指材料經(jīng)過長期的使用，組成和內(nèi)部晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即使在小的溫差應(yīng)力下就能使其表面的變質(zhì)層剝落；機械應(yīng)力是由于耐火材料與穿過耐火材料襯里的金屬件間熱膨脹系數(shù)不同引起的，在設(shè)計時若不考慮適當?shù)呐蛎浛臻g就會造成耐火材料的剝落。

⑵ 耐火材料的磨損

耐火材料的磨損是由固體物料對耐火材料的沖刷而造成的耐火材料破壞。循環(huán)流化床內(nèi)耐火材料易磨損區(qū)域包括邊角區(qū)、旋風(fēng)分離器和固體物料回送管路。物料從汽包到錐形筒轉(zhuǎn)彎處的沖擊區(qū)是發(fā)生磨損較嚴重的部位，通常有圓形邊緣和光滑明亮的表面是易磨損的鍋爐區(qū)域。磨損隨沖擊角的增大而增加，因此在旋風(fēng)分離器、煙道等的設(shè)計時，應(yīng)盡量減小沖擊角。

除上述兩種原因外，循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的破壞還有因堿金屬的滲透造成的耐火材料漸衰失效、滲碳造成的耐火材料變質(zhì)破壞、抓固釘失效造成的耐火材料層脫離等。為了改善耐火材料的破壞狀況，運行時應(yīng)盡量使煙氣分布均勻，在磨損不可避免且較嚴重的部位采用技術(shù)指標較好的耐火材料，如碳化硅、硅線石制品等。而磷酸鹽耐火混凝土因其配料、施工工藝較復(fù)雜，養(yǎng)護條件不易達到，在鍋爐運行溫度下，不能良好地發(fā)揮其優(yōu)勢，現(xiàn)在已很少使用。

（4）耐火材料襯里

循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用的耐火襯里主要有三方面的積極作用。

（1）保護受熱面不受磨損：顆粒群在循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器、循環(huán)回路及床層間高速循環(huán)，正常情況下，工作溫度在850?950℃之間。而且，常規(guī)鍋爐大部分換熱表面都是由水冷壁組成的，若不對其采取適當?shù)谋Ｗo措施，在顆粒高速的流動沖刷下?lián)Q熱表面就會嚴重磨損；

（2）充當絕熱表面，減少熱量損失：在氣流速度很高的區(qū)域不適宜布置水冷壁換熱面，爐襯可以有效防止這一區(qū)域的熱損失，提高熱效率，此外，爐襯還可以保護暴露在超出允許溫度氛圍的管壁；

（3）蓄熱作用，提高鍋爐運行可靠性：爐襯還具有一定的蓄熱能力，在鍋爐正常運行及停工時可以充當附加的高溫輻射受熱面，在鍋爐重新啟動時迅速釋放儲熱幫助鍋爐恢復(fù)正常運行。

目前循環(huán)流化床鍋爐主要采用3種不同型式的襯里：水冷壁襯里、薄的或厚的非水冷壁襯里。

（5）耐火材料的選用原則

循環(huán)流化床鍋爐耐火材料的選用必須根據(jù)使用部位的溫度和磨損情況合理配置，并堅持優(yōu)先使用耐火磚的原則。合理選配耐火材料，才能使循環(huán)流化床鍋爐的大修周期得以延長。一般來說，耐火材料的選擇遵循以下原則：

（1）根據(jù)使用情況選擇耐火材料，在循環(huán)流化床鍋爐中，因燃燒室、旋風(fēng)分離器、物料回送管路等部位所處的環(huán)境不同，受熱沖擊、溫度循環(huán)變化或沖刷的程度也不一樣，不同的區(qū)域可選用不同性能的耐火材料，如爐膛部分可選用致密抗磨損的耐火澆注料；爐膛頂部選用密實的有不銹鋼纖維絲的耐磨耐火可塑料等,應(yīng)根據(jù)各區(qū)域受破壞的原因及程度不同選用合理的耐火材料；

（2）確定耐火材料的理化性能是否滿足循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計要求。通常耐火材料都應(yīng)具有較高的熱強度、優(yōu)良的抗蝕性能以及良好的高溫體積穩(wěn)定性，而不同形式的循環(huán)流化床又有著不同的要求，這就需要使用方應(yīng)根據(jù)具體情況做出合理的選擇；

（3）在保證良好理化性能的條件下，應(yīng)選擇價格適中的產(chǎn)品。