浅谈循环流化床锅炉各位置浇筑料磨损与选材

雷震

摘 要：循环流化床燃烧是一种新型的高效、低污染的清洁燃烧技术，以及它脱硫、脱硝的特点，被广泛应用于化工和发电行业。但由于它的燃烧特性，也造成了循环流化床锅炉高磨损的特点。针对这种特点，市场上产生了多种多样的耐磨浇注料和耐磨耐火砖。循环流化床锅炉的耐火材料有很多种，包括：耐火砖、耐磨耐火砖、保温砖、耐火浇注料、耐磨浇注料、可塑料、保温浇注料等。各个位置的不同，磨损程度也不尽相同，而浇注料的磨损情况直接决定着锅炉的使用寿命。根据不同位置的磨损情况，选用不同类型的浇注料是保证锅炉使用寿命的关键因素之一。

关键词：浇注料;保温;磨损

0 引言

循环流化床（CFB）锅炉技术是一种较为成熟的清洁燃烧技术，CFB锅炉具有极佳的燃料适应性，几乎可以燃用任何化石燃料。可直接向炉内投放石灰石脱除90%的SO2，NOx的排放浓度低，只有煤粉炉的1/4。锅炉灰渣活性好，可作为建筑填充材料。其中保温耐火材料以其耐火、耐磨和保温等效果已经成为锅炉重要的组成部分。而由于循环流化床锅炉各位置作用的不同，使得锅炉各位置需要的保温耐火材料也不尽相同。

1 锅炉结构

唐山中润煤化工有限公司75t/h循环流化床锅炉为太原锅炉集团有限公司生产。设计燃料为烟煤，可掺烧一定比例的煤气。锅炉掺烧气体燃料量为总燃料量的30%（按热量计算）。锅炉适用于半露天布置。锅炉采用前吊后支相结合的固定方式，锅炉运转层标高为7m。锅炉采用单锅筒、自然循环、分散下降管、平衡通风、绝热式旋风气固分离器、循环流化床燃烧方式，对流竖井烟道内布置对流受热面。

2 锅炉耐火材料破坏的原因

耐火材料的损坏分为两种情况：①耐火材料的磨损;②耐火材料的破坏。

2.1 耐火材料的磨损 致使耐火材料磨损的炉内工况为：①锅炉炉膛内的工作温度为900～1050℃;②炉膛内的氧化还原气氛;③烟气冲刷、撞击：炉膛一般为3～6m/s，分离器为20～30m/s。

烟气冲刷、撞击，是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。冲刷磨损：颗粒与固体表面的冲击角度较小，接近平行。在垂直分速度和相切分速度的合力作用下，颗粒对固体表面形成一种刨削作用，从而对耐火材料逐步的进行破坏。撞击磨损：冲击角度大，接近垂直。颗粒以一定的速度撞击固体表面使其产生裂纹和变形。长期的撞击使固体表面破坏，变形层会脱落。

2.2 耐火材料的破坏（剥落）

耐火材料的破坏有以下几种：①热剥落;②结构剥落;③机械应力剥落。热剥落是因为锅炉启动、停止过程中由于温度变化快和受热不均匀，使耐火材料内部产生温度差，从而产生应力，导致耐火材料开裂、剥落。结构剥落是材料在锅炉长期使用过程中，材料组成发生改变（质变），表面材料发生剥落。机械应力造成耐火材料剥落的原因是由耐火材料和穿过耐火材料的金属结构（测温、测压元件，耐火材料抓钉等）的热膨胀系数不同造成的。

3 锅炉各位置的工况条件

3.1 点火风道 该公司75t/h锅炉为床下点火，采用床下点火方式时，该部位升溫快，点火时最高温度可达1200～1400℃，温度变化快，有较高的抗热震稳定性能，不易脱落。由于颗粒少，对耐磨要求低，可以选择耐高温类的浇注料。

3.2 流化床床面 流化床床面工作温度在800～1100℃之间，耐磨耐火材料铺设在流化床风帽之间。

3.3 锅炉炉膛 循环流化床锅炉炉膛工作温度在900～1000℃之间，其密相层和半密相层物料和灰浓度很大，并在不停地沸腾和循环之中，气流方向改变频繁，对流化床四壁耐火材料的要求很高，既要有较大的耐火性和粘附性，又必须有很高的耐磨性。其结构型式采用水冷壁管上焊销钉涂耐火可塑料的方式。

3.4 炉顶防磨层 炉顶的烟气转弯处，工作温度在850～1100℃。炉顶耐火防磨层采用下列型式，即，耐火浇注料浇注或异形砖铺设或耐火耐磨可塑料（采用膜式壁时加销钉）。

3.5 旋风分离器直筒和锥体 循环流化床锅炉旋风分离器为分离烟气中的碳粒子和灰粒子而设，分离器中的粒子有很高的速度，工作条作恶劣，工作温度为800～950℃，并有二次燃烧的可能性，内衬材料须有较高的耐磨性。多采用高铝质或钢玉质浇注料。

3.6 立管及回料器 工作温度800～950℃，颗粒浓度高，但颗粒的粒度细，灰的热容量大，对内衬的热冲击大。工作条件不差，一般选用高铝质材料。但这些部位的施工条件差，要特别注意施工工艺，保证施工质量。

3.7 尾部烟道 温度较低，内衬的磨损较小，采用普通耐火砖彻筑即可。

4 各部位选材

该公司75t/h循环流化床锅炉使用的耐火材料主要为：刚玉耐磨可塑料、硅藻土保温浇注料、高强度耐磨浇注料、磷酸盐耐火混凝土、轻质保温砖、硅藻土保温砖、耐火砖等。

其中炉膛下部防磨层、炉膛出口主要使用刚玉耐磨可塑料;分离器进口烟道及靶区使用高强度耐磨浇注料;分离器筒体及锥体内部使用轻质保温砖，表面用高强度耐磨浇注料;布风装置、点火风道、炉门使用磷酸盐耐火混凝土;尾部各受热面主要使用硅藻土保温砖和耐火砖。

5 耐火材料使用时注意的问题

①必须使用清洁水，加水量为6%～8%;②使用强制式搅拌机，所有搅拌工具必须清洁。拌合到料均匀为止;③搅拌时，材料添加量不少于整包，加水前干混15min，达到混合均匀的目的;④浇注料通过大量销钉与锅炉金属表面进行加固。销钉为金属材料，热膨胀系数远远大于耐火材料，所以销钉在安装前需要进行预热处理;⑤所有模具的浇注面均应涂一层机油;⑥每批料必须在搅拌完毕后10～30分钟内灌注，宜一次浇注到所规定的厚度，振动到完全密封为止;⑦浇注后24小时脱模，总养护时间为3天。

6 结束语

CFB锅炉50%以上的问题都是出在浇注料上，浇注料的选择和施工对于CFB锅炉的使用寿命有着决定性的影响。只有对CFB锅炉的工作原理、磨损特点和各种浇注料的特性有充分的了解，才能保证施工质量，增加CFB锅炉的使用寿命。

参考文献：

[1]TG-75/3.82-M54锅炉设计说明书.太原锅炉集团有限公司，2007.

[2]蒋敏华，肖平.大型循环流化床锅炉技术[M].中国电力出版社，2009.