1、1循环流化床锅炉用耐磨耐火材料研究摘 要：本文介绍了循环流化床燃烧技术的优越性以及 CFB 锅炉炉墙的防磨耐火需求，论述了不定形耐火材料的技术现状和发展趋势，谈及了我司陶瓷耐火材料研究团队的研究成果和后续研发思路。 关键词：循环流化床锅炉；CFB 锅炉；耐磨耐火材料；浇注料 1 前言 循环流化床燃烧技术是一种新型燃煤技术，锅炉内物料具有高热容、强掺混、低温燃烧的特点，这种燃烧技术对燃料的适应性强，不仅可以燃用褐煤、烟煤、无烟煤以及煤矸石、造气炉渣和石油焦等劣质燃料，并且可以在同一台锅炉上同时燃用多个煤种；还可以实现煤的洁净燃烧，通过添加石灰石粉或电石渣实现对高硫煤炉内烟气脱硫，有利于煤资源的综
2、合利用。相对于普通的煤粉炉，这种锅炉在运行中，含有燃料煤粉、石灰石粉的床料在一次风、二次风的作用下在炉膛下部密相区沸腾燃烧，烟气裹挟着大量固体颗粒向上流动，经稀相区至旋风筒入口切向进入炉内旋风分离器，粗颗粒分离后回到炉膛继续燃烧，烟气携带飞灰经对流烟道依次冲刷过热器、对流管束、省煤器等受热面后经空气预热器、除尘器、引风机、烟囱排入大气1。物料系统的高速循环流动对锅炉的相应部位产生严重磨损，容易发生因承受内压的金属管子受热面壁厚减薄造成爆管停炉事故，使锅炉的运行成本、维修成本增加，机组利用率降低2，3。 22 耐磨浇注料简介 不定形耐火材料由于具有工艺简单、施工方便、整体性好、节能降耗的优点，越
3、发受到广泛关注和认可，这也代表着一个未来的发展趋势。目前，不定形耐火材料在一些国家快速发展，我国的不定形耐火材料产量占比也在逐年增加。它主要包括浇注料、可塑耐火材料、捣打料、耐火泥等种类，根据不定形耐火材料具备的一些特殊性能又有耐酸料、耐碱料、耐磨料、轻质浇注料、免烘烤捣打料等品种。这些材料主要以浇注、振捣、喷涂、涂抹的方式进行施工建造，经定型、养护、烘烤形成相应设备工位的耐火材料或防护内衬层，对热工设备具有耐火、耐磨、隔热或散热能力，这种防护能够延长设备的工作寿命，提高设备的工作效率，降低生产成本，从而节能降耗。 浇注料是一种由耐火物料、骨料、粉料、基质、结合剂制成的粒状及粉状松散无定型的耐
4、火材料，在施工时加入一些水和助剂，强力搅拌后以浇注、振捣方式施工。经过一段时间的发展，浇注料结合剂的技术已经由最初的铝酸盐水泥结合剂发展到纯铝酸钙水泥结合剂、电熔高铝水泥结合剂、无水泥超细粉结合剂技术和气硬性的磷酸结合剂、硫酸铝结合剂、水玻璃结合剂技术4。 耐磨浇注料应用于经受高温高速流动的物料或气流冲刷的部位，比如 CFB 锅炉的风室、燃烧室、旋风分离器、回料管、前烟道炉顶等部位。这些部位因为工作运行而常发生炉墙磨损和结构层剥落现象，会发生灰粒平行于炉壁的平行冲刷、灰粒的斜冲击磨损、表面正冲击磨损，以及由于经受各种应力（启停炉时因温度变化而引起的热应力、运行时变质3层和原始层之间产生的结构应
5、力、机械应力、内部气压诱导力等）而导致的防护结构层剥落。对于 CFB 锅炉不同部位的结构件要采取不同的防磨措施，国内研究和应用较多的有埋管加装鳍片+防护瓦防磨技术5、卫燃带与水冷壁交界区域采用喷涂耐磨涂料+浇注耐火材料重叠防磨技术3。材料的耐磨性与其密实度具有密切的正相关性，耐磨浇注料除要求其骨料、粉料具有良好的耐磨耐火性能外，其粒度级配需形成最小空隙，并在拌合时掺加相应性能的减水剂、分散剂、促凝剂、抗裂增强剂等助剂，进行科学拌制和筑炉施工。 3 CFB 锅炉用耐磨耐火材料简介 由于 CFB 锅炉是正压沸腾炉，物料和床料对受热面的磨损非常严重2。一些部位的磨损强度排序：旋风筒入口处炉内旋风分离
6、器区密相区稀相区分离器出口烟室1。CFB 锅炉相应部位的防磨措施采用镶嵌或铺设一定厚度的非金属耐磨层材料，如耐火砖、浇注料或可塑料。国内早期的 CFB 锅炉选用的防护材料是参照冶金、石化行业用的耐火材料，但是 CFB 锅炉与冶金、石化行业对耐火材料的要求有区别，冶金、石化行业要求材料的高耐火度和高抗渣性，而 CFB 锅炉要求材料具有良好的高温耐磨性和高抗热震稳定性。故 CFB 锅炉防护层施工时耐磨耐火材料和保温密封材料要分别分层施工，并胶结成一体，将重质材料和轻质材料、定型材料和不定型材料协同施工应用，且在锅炉运行中具有一致的热工性能。 对于 CFB 锅炉耐磨耐火材料曾经采用的有：磷酸盐砖及其
7、浇注料、硅线石砖及其浇注料、碳化硅砖及其浇注料、刚玉砖及其浇注料、其他4耐磨耐火砖及其浇注料，包括氮化硅结合碳化硅制品。但是，由于各种原因，有些材料的使用效果不甚理想。比如硅线石制品，虽然硅线石是一种优质耐火材料，硅线石砖在经过 1600左右的高温烧结后耐磨耐火性能优异，但在使用时难以达到如此高的温度，耐磨性难以充分发挥。再比如碳化硅制品虽然耐磨性好、抵抗酸性熔渣性能良好，但易受碱性熔渣侵蚀，与石灰在 525即开始发生反应，到 1000时反应显著，在8001200时还易与氧化镁、氧化铜、氧化铁反应4。而在 CFB 锅炉中常会加入石灰石粉或电石渣脱硫，所以碳化硅制品的应用受限。 刚玉制品虽然耐火
8、度高、耐磨性好，但其热震稳定性差，而锅炉运行中压火、提火操作较多，高低温变化频繁，浇注料容易出现剥落，影响锅炉的发电效率和使用寿命。磷酸在常温下并不与酸性或中性耐火材料反应，但在一定条件下，磷酸能与一些耐火材料反应生成酸式磷酸盐，产生能胶结与硬化的胶结相物质如磷酸铝、磷酸锆、磷酸铬及一些复合磷酸盐。磷酸盐结合剂可在 500左右获得较高的强度，被称为热硬性结合剂。磷酸盐砖是经过 500低温处理的免烧砖，在用于 12001600的温度范围内时其中温强度较高4。 依据耐火砖和不定形耐火材料的特点，综合不定形耐火材料整体施工性能好、无缝、结构一致性好、节能的优点，结合 CFB 锅炉不同部位各自的工况特
9、点加以应用，建议在锅炉结构设计、防护层设计和施工时融合技术和材料进步的经验成果。对于受热面防磨措施当为优化设计，炉膛内屏式过热器与屏式再热器采用膜式结构使运行中烟气形成垂直流动减低磨损；对于水冷壁宜采用销钉固定的薄型耐磨耐火材料，不再敷5设保温材料层，并在密相区与稀相区交界处采取让管设计结构，在交界面下部的水冷壁拐角处采用水冷壁周向外弯结构，没有敷设耐磨耐火材料的区域的裸露的金属管进行耐磨涂料喷涂，并设置多道防磨梁；对于分离器既要敷设防磨耐火材料，同时必须防止耐磨耐火材料的脱落造成意外的磨损，可采用结合牢固的耐磨砖衬+保温砖设计、耐磨砖衬+保温浇注料设计、耐磨浇注料+保温浇注料设计；对于省煤器
10、的防磨首先合理控制烟气流速，其次对易发生严重磨损区的管子迎风面和拐弯处加防磨瓦，在施工安装时保证管子的平齐和垂直度，避免发生短板效应2。 4 结语 CFB 锅炉运行中设备负荷大，防磨损在设备的设计和检修时都要给予高度关注，选用耐磨材料的性能、耐磨材料的施工情况和烘烤制度都是筑炉操作中的关键质量控制点，决定着锅炉的安全运行和工作效率。所以既要优选质量性能过硬的产品，还要聘请技术力量雄厚、经验丰富的施工队伍进行筑炉施工，并依照作业流程和设计参数进行烘炉操作以保障锅炉的工作性能。 对于烘炉操作应遵循如下原则：（1）低温阶段，即自室温至 500左右阶段，因筑炉完成之后轻质保温料约含水 30%左右，耐磨
11、耐火材料含水 10%左右，通过低温慢烘，使含水率降至 3%以下。控制升温速率为1020/h，降温速率为 20/h，并分阶段长时间保温烘烤，完成耐磨耐火材料的初步固化；（2）高、中温阶段，即自 500左右至 800左右，可以通过试投燃料煤加热炉膛，升温速率略高，使耐火材料进一步固化和烧结，机械物理性能趋于稳定6。 6我司与焦作安泰新型耐磨材料有限公司等合作研究了一种具有出色耐磨耐火性能的纳米增韧耐磨陶瓷料，并于 2015 年 1 月通过了河南省科技厅的成果鉴定。该研究团队在后续的研发中将重点关注新型不定形耐磨耐火材料的绿色环保性能，考虑将一些耐火制品生产过程中产生的废渣进行合理高效利用，比如电熔
12、锆刚玉、电熔石英制品生产过程中产生的切磨废渣等高价值废弃物的综合利用。 参考文献 1 焦武军，李贞军.内循环流化床锅炉用耐火材料J.锅炉压力容 器安全技术， 2002（5）：3939. 2 郭锦涛，崔鹏， 张永红.循环流化床锅炉防磨技术研究J.锅炉制 造， 2008（3）：78. 3 邓化凌.循环流化床锅炉水冷壁磨损机理及防磨技术研究D. 中国石油大学（华东） ，2006. 4 薛群虎，徐维忠.耐火材料M.北京：冶金工业出版社，2009. 5 田辉，王光.循环流化床锅炉防磨措施与正确安装J.应用能源 技术，2009（1）：1314. 6 柴少辉，蔡远超.烘炉机对循环流化床锅炉炉墙烘炉的改进J. 广东化工，2012， 39（3）：180181.
