在目前國(guó)內(nèi)沒有CFB用耐火材料統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，建議設(shè)計(jì)單位和使用廠家選用耐火材料時(shí)，建議聘請(qǐng)CFB用耐火材料的技術(shù)人員和有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估論證，以期達(dá)到耐磨損和耐高溫等具體要求。

 

 

一、

 

煤的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是近二十年發(fā)展起來的一種新型燃煤技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)的爐排爐和煤粉爐的一個(gè)重大革新。由于爐內(nèi)物料的高熱容量、強(qiáng)摻混和低溫燃燒的特點(diǎn)，它可以有效燃用褐煤、煙煤和無煙煤，也可燃用造氣爐渣和石油焦等劣質(zhì)燃料，在同一臺(tái)鍋爐上還可以同時(shí)燃用多個(gè)煤種，燃料適應(yīng)性好。循環(huán)流化床燃燒可以通過添加石灰石，進(jìn)行爐內(nèi)煙氣脫硫處理，為高硫煤的合理利用提供了途徑，而一般的尾部脫硫技術(shù)成本高，難以在中國(guó)的中小鍋爐上推廣應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐遍布世界各地，經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了結(jié)構(gòu)各異、形式多樣的許多爐型。在我國(guó)，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展很快，各種形式的CFB不斷出現(xiàn)，并逐漸向大型化發(fā)展，CFB的優(yōu)勢(shì)已得到了廣大用戶的認(rèn)可。從潔凈煤燃燒角度看，也是我國(guó)近期解決環(huán)保問題的一個(gè)重要出發(fā)點(diǎn)。

 

二、磨損產(chǎn)生的機(jī)理

 

CFB 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)爐上部出口進(jìn)入分離器，在分離器中進(jìn)行氣、固兩相分離，分離后的煙氣進(jìn)入鍋爐尾部煙道，分離出來的固體粒子，經(jīng)回料閥再返回爐膛下部。在CFB的運(yùn)行中，含有燃料灰、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(dòng)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(dòng)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(dòng)。因此，在循環(huán)回路的相應(yīng)部位必然產(chǎn)生磨損。磨損不僅影響鍋爐的運(yùn)行，還限制了這類鍋爐的一些優(yōu)點(diǎn)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)用增大，機(jī)組利用率降低，給用戶造成巨大的損失。

 

磨損是煤或灰粒子以某一角度(0~90°)撞擊受熱面管子表面，引起沖蝕損，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(duì)較軟的金屬表面上滑動(dòng)切削出槽溝。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(shí)還與材料、環(huán)境、介質(zhì)等多種因素密切相關(guān)。CFB 受熱面管子的磨1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(duì)流運(yùn)動(dòng)，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?fù)p的部位通常發(fā)生在粒子流速突變區(qū)域。CFB的受熱面損主要發(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。

 

目前 CFB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(guó)外早期投入的CFB和國(guó)內(nèi)的一些CFB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。

 

三、耐火材料失效的原因

 

目前，人們對(duì) CFB還缺乏經(jīng)驗(yàn)，特別是大型的CFB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，CFB用耐火材料失效是由多種因素造成的。

 

沖刷磨損是各種 CFB用耐火材料須面對(duì)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(duì)耐火材料的沖刷速度也不同，熱態(tài)下對(duì)耐火材料的磨損也不同。另外爐子的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和流速都與沖刷有直接關(guān)系，這些問題需要實(shí)際試驗(yàn)與論證，才可把沖刷磨損降到低限度。鍋爐結(jié)構(gòu)特殊部位常會(huì)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(dòng)共同作用下，經(jīng)常產(chǎn)生塌落，這些須從設(shè)計(jì)、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，如果此膨脹和收縮受到約束，材料內(nèi)部會(huì)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CFB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(gè)因素的影響。

 

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)€變化是主要的考核指標(biāo)，同時(shí)高溫耐壓強(qiáng)度指標(biāo)也要考慮。特別是一些澆注料在CFB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110℃干燥后強(qiáng)度達(dá)到高峰，但隨著溫度的升高強(qiáng)度下降，700~1100℃時(shí)強(qiáng)度低。還有許多耐火材料結(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CFB上選用效果不理想。

 

施工、安裝和烘爐不合理也是耐火材料損壞的主要原因之一。大多數(shù)廠家都沒有施工和安裝的經(jīng)驗(yàn)，在施工和安裝中不能嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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CFB耐火材料的安裝經(jīng)驗(yàn)，按照工業(yè)鍋爐的砌筑辦法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，結(jié)果造成安裝質(zhì)量缺陷較大。還有個(gè)別工程為了縮短安裝工期提前運(yùn)行，由于沒有達(dá)到鍋爐要求，使材料中所含的水分未完全轉(zhuǎn)化為水蒸氣逸出，爐子點(diǎn)火運(yùn)行后耐火材料中的水蒸氣壓力超過了材料的拉伸強(qiáng)度時(shí)引起襯里分層和崩潰，導(dǎo)致爐子點(diǎn)火不久就引起爐墻大面積塌落。

 

四、CFB用耐火材料的現(xiàn)狀

 

目前國(guó)內(nèi)CFB用耐火材料一般按作用可分為三類:耐耐火材料的磚、澆注料、可塑料2和灰漿;耐火材料的磚、澆注料和灰漿;耐火保溫材料的磚、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;高品質(zhì)的還有化硅結(jié)合碳化硅產(chǎn)品等品種。從現(xiàn)有的CFB的使用結(jié)果上看，這些材料的使用效果都不很理想。

 

磷酸鹽磚是經(jīng)低溫(500℃)熱處理的不燒磚，通常在1200~1600℃范圍內(nèi)使用，它在水泥窯上應(yīng)用已有多年，早期CFB的設(shè)計(jì)材料大部分采用磷酸鹽磚和磷酸鹽澆注料。當(dāng)時(shí)建材行業(yè)制定了一種磷酸鋁耐磨磚標(biāo)準(zhǔn)，而其他行業(yè)沒有制定耐磨材料標(biāo)準(zhǔn)。尤其CFB用耐火材料，更是少有人知道和研究。由于CFB是在850~900℃范圍內(nèi)運(yùn)行，在這種溫度下，該耐火材料物理性能不穩(wěn)定，耐磨性能得不到充分發(fā)揮。磷酸鹽澆注料的理化性能與磚相同，所不同的是它的施工比較復(fù)雜，受環(huán)境限制。雖然磷酸鹽材料在CFB上使用有它的不足，但是它的價(jià)格能使用戶接受，

 

硅線石是一種高品質(zhì)耐火材料，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CFB上使用是一種理想的耐磨耐火材料:但是硅線石澆注料因CFB燃燒達(dá)不到這個(gè)溫度范圍，硅線石的耐磨性就不能充分發(fā)揮出來，另外硅線石材料價(jià)格較高，增加了使用者的成本，這些影響了硅線石澆注料在CFB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，主要原因是CFB燃燒中帶有少量氧化氣氛，有關(guān)文獻(xiàn)指出，美國(guó)也嚴(yán)禁在CFB中選用碳化硅耐火材料制品，且價(jià)格較高。

 

剛玉制品在 CFB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、耐性能好，但它的熱震穩(wěn)定性差，這給CFB使用帶來了困難。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(shí)間內(nèi)溫度變化頻繁，造成耐火材料使用壽命縮短。另一個(gè)因素是鍋爐使用溫度低，耐火材料達(dá)不到燒結(jié)溫度，耐性得不到充分發(fā)揮。

 

以上幾種 CFB用耐火材料在國(guó)內(nèi)具有代表性，根據(jù)對(duì)大多數(shù)用戶使用情況了解，用戶反應(yīng)不一，主要是各鍋爐生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位選用耐火材料品種繁多，沒有統(tǒng)一標(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(jià)值和社會(huì)效益的耐火材料少。國(guó)內(nèi)早期35t/h、75t/h的CFB選用的耐火材料，基本是參照相關(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(duì)耐火材料的高耐火度和高抗渣浸的要求不同，CFB 要求耐火材料具有高溫耐性和高熱震穩(wěn)定性，施工時(shí)要求耐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)，

 

隨著國(guó)外CFB技術(shù)的引進(jìn)，國(guó)內(nèi)一些CFB設(shè)計(jì)制造廠家依據(jù)國(guó)外公司對(duì)CFB耐火材料的要求，制定了有關(guān)耐火材料的技術(shù)要求，補(bǔ)充和完善了國(guó)內(nèi)CFB耐火材料的規(guī)范，但是目前國(guó)內(nèi)各鍋爐生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)單位各持已見，用戶選材中有一定程度的盲目性，加上一些廠家產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，耐火材料施工安裝后，運(yùn)行不到72小時(shí)就出現(xiàn)大面積塌落或磨損，結(jié)果是用戶既花了大價(jià)錢，又不能滿足需要，給用戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失;給CFB的推廣應(yīng)用造成了不良影響，一些用戶在鍋爐選型時(shí)，提起CFB 就認(rèn)為損問題解決不了。CFB用耐火材料已被列為“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，針對(duì)不同爐型和不同部位對(duì)耐火材料的不同要求，開展系統(tǒng)全面的研究工作。

 

五、耐火材料的選用、安裝和檢修的建議

在目前國(guó)內(nèi)沒有CFB用耐火材料統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的情況下，建議設(shè)計(jì)單位和使用廠家選用耐火材料時(shí)，應(yīng)聘請(qǐng)CFB用耐火材料的技術(shù)人員和有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估論證，以期達(dá)到耐磨損和耐高溫等具體要求。

 

所選用的耐火材料是否專為CFB使用而研制的:耐火材料的理化性能能否滿足CFB的特殊性能要求(耐火材料的主要指標(biāo)有耐壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、耐性能和熱震穩(wěn)定性等);耐火材料的理化性能是否經(jīng)過權(quán)威部門檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)說明書要求;應(yīng)對(duì)耐火材料的使用情況進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查和了解，耐火材料的周期性使用性能是否得到眾多用戶認(rèn)可;耐火材料的價(jià)格、使用壽命及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益能否達(dá)到理想效果;耐火材料生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)設(shè)備、檢驗(yàn)手段和質(zhì)量保證能否滿足耐火材料生產(chǎn)要求;能否提供耐火材料全面技術(shù)說明和施工資料，是否有技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督。

 

建議使用單位購(gòu)進(jìn)耐火材料時(shí)，應(yīng)該及時(shí)委托檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn);耐火材料使用單位由第三方作為檢驗(yàn)者來監(jiān)督耐火材料的施工和安裝;對(duì)安裝人員的技術(shù)水平預(yù)行測(cè)驗(yàn)，這將大大減少將來的維修費(fèi)用:施工和安裝時(shí)，除遵守設(shè)計(jì)要求外，還要按照耐火材料生產(chǎn)廠家提供的升溫曲線進(jìn)行烘爐。

 

建議用戶嚴(yán)格執(zhí)行定期檢修，一般是一年一次小修，三年進(jìn)行一次大修。小修是對(duì)嚴(yán)重磨損區(qū)域進(jìn)行一次修補(bǔ)。鍋爐在運(yùn)行中要盡量減少停爐次數(shù)，多次停爐和啟動(dòng)會(huì)使耐火材料產(chǎn)生熱沖擊循環(huán)應(yīng)力疲勞，局部裂縫加寬增多。檢修時(shí)如發(fā)現(xiàn)yongjiu性裂縫時(shí)要及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)，可選用酸性高溫粘合劑加部分高鋁細(xì)粉混合后進(jìn)行修補(bǔ)，也可選用專用補(bǔ)爐料進(jìn)行修補(bǔ)。應(yīng)注意小的裂縫，如不及時(shí)修補(bǔ)裂縫會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大，有時(shí)灰從裂縫進(jìn)到保溫層，天長(zhǎng)日久縫隙中灰量逐步增加會(huì)引起爐墻突出塌落。

 

供稿 | 余朋輝

 

審核 | 楊建軍 馬姍姍