循環(huán)流化床鍋爐為什么要用耐磨耐火材料 | 技術(shù)前沿

循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火材料做內(nèi)襯的主要目的是為了保護(hù)爐體鋼殼不被所燃燒的物料沖蝕磨損。

循環(huán)流化床鍋爐燃燒的劣質(zhì)煤含灰量高，飛灰粒子尺寸又大，分離器對(duì)煤灰分離并循環(huán)燃燒，使得煙氣中飛灰濃度很高，這樣就出現(xiàn)了飛灰粒子對(duì)爐內(nèi)受熱面及內(nèi)襯的碰撞傳熱和嚴(yán)重的沖蝕磨損問題。

循環(huán)流化床鍋爐所燃燒物料的循環(huán)燃燒路徑：煤粉(一般用粒度0~10mm)和石灰石粉經(jīng)送料器送入流態(tài)化床燃燒室(密相區(qū))，燃料在此區(qū)沸騰燃燒。煙氣上升，經(jīng)稀相區(qū)至分離器入口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，粗顆粒下沉經(jīng)回料閥返回燃燒室再次燃燒。煙氣挾帶飛灰上升經(jīng)過對(duì)流煙道進(jìn)入外置換熱器。耐火材料主要襯砌在燃燒室、頂棚、分離器入口、高溫旋風(fēng)分離器及回料閥等處。

一、各部位耐火材料工作條件

以220t循環(huán)流化床鍋爐為例，各部位耐火材料工作條件如下：

1、密相區(qū)

該區(qū)深度為220~1530mm，長2100mm，沙狀介質(zhì)(煤粉和石灰石粉) 在此沸騰，此區(qū)壓為13818~20580pa，煙氣流速約1.2~1 .8m/s，正常工作溫度820~900℃。

2、稀相區(qū)

二次風(fēng)口以上的區(qū)域是燃料燃燒的細(xì)顆粒集中處，此處固體物料濃度約12~ 16kg/m3，煙氣流速1.2~3m/s，正常工作溫度930-980℃

3、爐頂區(qū)

爐頂區(qū)正常工作溫度850~ 1100℃，在分離器入口處煙氣流速增值18m/s 。

4、旋風(fēng)分離器

該部位正常工作溫度為850~930°C，旋風(fēng)出口處煙氣流速可達(dá)29m/s。

5、旋風(fēng)分離器出氣總管

此處煙含塵量70~530g/m3，常工作溫度為850~930°C，較大煙氣流速18m/s。

二、機(jī)械作用的磨損決定因素

1、煙氣流速

煙氣流速是影響爐內(nèi)壁磨損主要的因素，研究表明，磨損量與煙氣流速的3次方成正比關(guān)系。煙氣流速的大小直接影響到流動(dòng)飛灰的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和單位時(shí)間內(nèi)沖擊到爐內(nèi)壁的灰粒量。

2、飛灰濃度

在CFB鍋爐中，飛灰循環(huán)倍率較高的情況下，可以提高燃燒效率，增強(qiáng)傳熱效果，但循環(huán)倍率的高低也確定了爐內(nèi)煙氣中固體顆粒的濃度，因此，較高的循環(huán)倍率將導(dǎo)致含灰煙氣流對(duì)爐內(nèi)壁的嚴(yán)重磨損。如果煤質(zhì)變差，灰分增加，燃煤量也增加，造成煙氣中飛灰濃度劇增，更增加了分離器內(nèi)襯的磨損。

3、飛灰的撞擊可能性系數(shù)

這與飛灰的顆粒特性有關(guān)，顆粒愈大，撞擊的可能性也愈大。

4、灰粒磨損特性

灰粒磨損特性指灰的硬度、溫度、形狀和顆粒大小等的影響。如果灰中多硬性物質(zhì)、灰粒粗大而有棱角，則灰粒的磨損特性增強(qiáng)。

5、飛灰濃度及流速不均勻分布特性

6、受熱面及內(nèi)襯的材質(zhì)

在同等條件下，受熱面及內(nèi)襯的材質(zhì)耐磨性能越好，則磨損量越��；反之亦然。

按照設(shè)計(jì)要求，該鍋爐平均工作時(shí)間為8600h,每年啟停爐2~10次。每次點(diǎn)火需12~24h，點(diǎn)火后按65°C/h速度升溫至800°C，并保溫8h。爐襯使用壽命要求至少2年。

三、內(nèi)襯耐火材料工作和損毀歸納

1、溫度

中溫循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯各部位的工作溫度在800~1000℃。從耐火材料角度看，此屬中溫區(qū)間，選擇耐火材料首先考慮材料的中溫理化性能。對(duì)于燒成制品，一般燒結(jié)溫度均高于此溫度范圍，故其在高溫下的理化性能可直接用作選擇耐火材料的依據(jù)。對(duì)于不定型耐火材料和不燒制品，須考察其中溫理化性能。有機(jī)結(jié)合的材料或水化結(jié)合的水硬性材料，中溫強(qiáng)度往往較差，這些材料在高溫下產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，強(qiáng)度大大提高，故其高溫下的理化指標(biāo)不能用作選擇耐火材料的依據(jù)。 

2、熱震 

在正常運(yùn)行情況下，循環(huán)硫化床鍋爐每年啟停2~10次。在投運(yùn)初期，由于操作不當(dāng)，每年啟停耐火材料內(nèi)襯都要受到一次強(qiáng)烈的熱震。若耐火材料抗熱震性能差，則熱震造成的耐火材料剝落將成為其損毀的致命因素。

3、沖砂磨損 

循環(huán)流化床鍋爐中煙氣流速大(可高達(dá)29m/s以上)，固體物料濃度高。在中溫下高速煙氣夾帶大量固體顆粒對(duì)耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷磨損，特別是在旋風(fēng)筒的沖擊區(qū)，沖蝕較為嚴(yán)重。對(duì)于單側(cè)回料的循環(huán)硫化床鍋爐和旋風(fēng)分離器，物料循環(huán)流動(dòng)造成耐火材料內(nèi)襯磨損。

供稿 | 余朋輝

審核 | 楊建軍 馬姍姍