在目前國內(nèi)沒有CFB用耐火材料統(tǒng)一標準的情況下，建議設(shè)計單位和使用廠家選用耐火材料時，建議聘請CFB用耐火材料的技術(shù)人員和有實踐經(jīng)驗對以下內(nèi)容進行評估論證，以期達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)，是對傳統(tǒng)的爐排爐和煤粉爐的一個重大革新。由于爐內(nèi)物料的高熱容量、強摻混和低溫燃燒的特點，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，在同一臺鍋爐上還可以同時燃用多個煤種，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，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)勢已得到了廣大用戶的認可。從潔凈煤燃燒角度看，也是我國近期解決環(huán)保問題的一個重要出發(fā)點。

 

二、磨損產(chǎn)生的機理

 

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)爐上部出口進入分離器，在分離器中進行氣、固兩相分離，分離后的煙氣進入鍋爐尾部煙道，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)流動中，并在爐內(nèi)以850~900℃進行率燃燒及脫硫反應(yīng)。除床料在這一回路中作外循環(huán)流動外，床料在重力作用下，在爐內(nèi)不斷地進行內(nèi)循環(huán)流動。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行，還限制了這類鍋爐的一些優(yōu)點的發(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行維護費用增大，機組利用率降低，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較軟的金屬表面上滑動切削出槽溝。損是非常復(fù)雜的失效過程，不僅受力學原因的影響，同時還與材料、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流運動，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，因此嚴重損的部位通常發(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，國外早期投入的CFB和國內(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 CFB還缺乏經(jīng)驗，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用耐火材料須面對的問題，由于鍋爐本身的特性，在運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，其化學成分、揮發(fā)份和灰份不同，對耐火材料的沖刷速度也不同，熱態(tài)下對耐火材料的磨損也不同。另外爐子的設(shè)計結(jié)構(gòu)和流速都與沖刷有直接關(guān)系，這些問題需要實際試驗與論證，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)和機械振動共同作用下，經(jīng)常產(chǎn)生塌落，這些須從設(shè)計、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，由于它的熱導率和彈性較小、抗拉強度低、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度、抗折強度、耐磨性、熱震穩(wěn)定性和重燒線變化是主要的考核指標，同時高溫耐壓強度指標也要考慮。特別是一些澆注料在CFB燃燒溫度下使用，不能達到燒結(jié)溫度而強度較低。如加入高鋁水泥的澆注料，由于鈣的帶入量增加，常溫和110℃干燥后強度達到高峰，但隨著溫度的升高強度下降，700~1100℃時強度低。還有許多耐火材料結(jié)合劑須經(jīng)1200℃以上溫度燒結(jié)后才有一定強度，在1200℃以下使用因耐火材料達不到燒結(jié)溫度而強度很低，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，在施工和安裝中不能嚴格按照設(shè)計要求和材料生產(chǎn)廠提供的耐火材料施工要求進行監(jiān)督施工。一些安裝公司也沒有CFB耐火材料的安裝經(jīng)驗，按照工業(yè)鍋爐的砌筑辦法和經(jīng)驗進行施工，結(jié)果造成安裝質(zhì)量缺陷較大。還有個別工程為了縮短安裝工期提前運行，由于沒有達到鍋爐要求，使材料中所含的水分未完全轉(zhuǎn)化為水蒸氣逸出，爐子點火運行后耐火材料中的水蒸氣壓力超過了材料的拉伸強度時引起襯里分層和崩潰，導致爐子點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)計材料大部分采用磷酸鹽磚和磷酸鹽澆注料。當時建材行業(yè)制定了一種磷酸鋁耐磨磚標準，而其他行業(yè)沒有制定耐磨材料標準。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燃燒達不到這個溫度范圍，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。

 

碳化硅制品在高溫無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層，主要原因是CFB燃燒中帶有少量氧化氣氛，有關(guān)文獻指出，美國也嚴禁在CFB中選用碳化硅耐火材料制品，且價格較高。

 

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，原因就在于鍋爐運行中壓火、提火現(xiàn)象較多，較短時間內(nèi)溫度變化頻繁，造成耐火材料使用壽命縮短。另一個因素是鍋爐使用溫度低，耐火材料達不到燒結(jié)溫度，耐性得不到充分發(fā)揮。

 

以上幾種 CFB用耐火材料在國內(nèi)具有代表性，根據(jù)對大多數(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)計單位選用耐火材料品種繁多，沒有統(tǒng)一標準，其耐磨性能高，與爐子能夠達到同周期運行，同周期性檢修，并能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟價值和社會效益的耐火材料少。國內(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到相同的指標，

 

隨著國外CFB技術(shù)的引進，國內(nèi)一些CFB設(shè)計制造廠家依據(jù)國外公司對CFB耐火材料的要求，制定了有關(guān)耐火材料的技術(shù)要求，補充和完善了國內(nèi)CFB耐火材料的規(guī)范，但是目前國內(nèi)各鍋爐生產(chǎn)廠家和設(shè)計單位各持已見，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，運行不到72小時就出現(xiàn)大面積塌落或磨損，結(jié)果是用戶既花了大價錢，又不能滿足需要，給用戶造成很大的經(jīng)濟損失;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，提起CFB 就認為損問題解決不了。CFB用耐火材料已被列為“九五”重點科技攻關(guān)項目，針對不同爐型和不同部位對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

在目前國內(nèi)沒有CFB用耐火材料統(tǒng)一標準的情況下，建議設(shè)計單位和使用廠家選用耐火材料時，應(yīng)聘請CFB用耐火材料的技術(shù)人員和有實踐經(jīng)驗對以下內(nèi)容進行評估論證，以期達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有耐壓強度、抗折強度、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，檢驗的指標是否達到設(shè)計說明書要求;應(yīng)對耐火材料的使用情況進行認真調(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可;耐火材料的價格、使用壽命及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益能否達到理想效果;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)人員進行現(xiàn)場施工技術(shù)指導和監(jiān)督。

 

建議使用單位購進耐火材料時，應(yīng)該及時委托檢驗機構(gòu)檢驗;耐火材料使用單位由第三方作為檢驗者來監(jiān)督耐火材料的施工和安裝;對安裝人員的技術(shù)水平預(yù)行測驗，這將大大減少將來的維修費用:施工和安裝時，除遵守設(shè)計要求外，還要按照耐火材料生產(chǎn)廠家提供的升溫曲線進行烘爐。

 

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

 

供稿 | 余朋輝

 

審核 | 楊建軍 馬姍姍