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耐材问答

循环流化床锅炉内衬易磨损部位和磨损机理分析

发布时间:2019-12-17

循环流化床锅炉内衬采用耐火材料制成,耐火材料设置目的主要是为了防止锅炉高温烟气和物料对金属构件的高温氧化腐蚀和磨损,并具有隔热作用。物料的损坏磨损,首先发生在耐火材料上,从而保证金属结构的使用寿命,这是保证循环流化床锅炉长期安全运行的主要措施之一,也是循环流化床锅炉的主要特色之一。耐火材料对减少金属结构的作用、降低造价、检修维护,都具有十分重要的意义。耐火材料的外观一般呈平面或圆弧结构,与物料的运行方向基本一致,因而磨损普遍较为均匀。但由于其组成骨料较粗,大约为0.5mm,其表面不可能达到相当光滑,所以其磨损速度仍较快。在一些部位,由于烟气及物料运行方向的改变,物料速度增加,造成严重的磨损,必须引起足够的重视。

循环流化床锅炉使用耐火材料的主要区域有:燃烧室、高温分离器、外置式换热器、烟道及物料回送管路等。

内衬磨损的主要部位

 

1.1燃烧室

①磨损原因

循环流化床锅炉的主要优点之一就是具有较强的负荷调节性能。在循环流化床锅炉中,正常运行时燃烧室温度达到900℃~1000℃,为适应负荷变化或调峰的需求,经常会出现负荷波动而发生热和温度循环变化,或者由于调峰需求而进行启动或停炉;如有时燃烧室内温度的变化在几分钟就可达到500℃,有时一周之内可能有十几次的启动、停炉,这些均会造成对燃烧室耐火材料的热冲击和热应力,使耐火材料受到破坏。

炉膛部分采用厚炉衬,由(75~150)mm的致密抗磨损的浇注料或可塑料覆盖住相似厚度的保温材料构成,通常毁坏都由过度的裂缝和挤压剥落而引起。干燥时的收缩、热震、应力下的塑性变形是产生裂缝的主要原因。不锈钢纤维有助于减少裂缝,但是不能彻底解决问题。当床料被裂缝夹住时,炉衬反复的温度循环变化时就会出现挤压剥落。

②燃烧室常用衬里材料

磷酸盐粘合的莫来石基耐火可塑料在燃烧区域内经久耐用,主要由于其体积稳定(抗热膨胀及收缩)及其良好的抗磨特性。鉴于磷酸盐粘合剂与现成的材料结合力很好,因此常常用来修补有缺陷的区域。在使用时应确保修补的区域有支撑,至少应使用两个销钉。暴露在特高温区的可塑料炉衬应使用陶瓷或铸造合金销钉。另外,可以单独使用销钉来支撑保温层。

位于炉膛上部的稀相区,常用碳化硅瓦来减少水冷壁管的磨损。在瓦的后面使用金刚砂灰浆来改进对管子的传热,瓦一般用焊接的支撑件支撑在管子上。在水冷壁管子向下延伸到燃烧室底部这一段设计中,衬里通常都包括有一层薄的、密实的、热导率高的、耐磨的可塑料或浇注料。

通常在焊有销钉的管子上都使用碳化硅基浇注料,因为这些浇注料可以用磷酸盐粘合可塑料进行修补,特别是含碳化硅的填料热导率高。如果床料或循环灰含碱比较高的话,应使用磷酸盐粘合料,原因是铝酸钙水泥在高温下和碱作用后发生毁坏。

1.2旋风分离器入口及筒体

①磨损原因

炉膛顶部及分离器入口段,旋风筒弧面与烟道平面相交部位是磨损主要部位。在此部位烟气发生旋转,物料方向改变,速度高且粒度粗、密度大,磨损就很快。同时,该部位耐火材料较厚,一般情况下又不均匀,温度梯度也不均匀,加之经受900℃左右的高温,偶尔也会达到1100℃以上,因此过度的热冲击会引起衬里材料的裂缝,造成耐磨材料的破坏。另外,分离器筒体和锥体都承受着相当恶劣的工作条件,其中可能会承受几分钟之内500℃~600℃的温度冲击、循环变化及磨损等。对许多衬里来说,反复的热冲击、温度循环变化、磨损和挤压剥落等共同导致了大面积损坏。当裂纹或磨损发生时,表面更粗造或有凸起,磨损速度将进一步加快。

②常用的耐火材料

从耐火材料结构上来看,旋风筒的浇注为分层分块浇注,各层均用销钉固定于金属结构上。每块之间留有膨胀间隙,分层错开。一般情况下,对于炉膛顶部及分离器入口这两个部位均使用密实且含有不锈钢纤维丝的抗磨材料,这种材料具有令人满意的使用寿命。若由于热冲击、温度波动等原因造成过多的裂缝或损坏时,可以采用熔氧化硅基浇注料取而代之。

对于旋风分离器和锥体,一般采用超强浇注料。当发生裂缝磨损时,修补方案之一是用耐磨莫来石砖覆盖的耐火砖或耐火预制块来代替浇注的厚衬里。也可以用磷酸盐粘结可塑料进行修补。另一种可能性是使用热膨胀系数低的薄衬里,诸如熔氧化硅浇注料一类的材料用衬里。但是,与磷酸盐粘结莫来石可塑料相比,大多数熔氧化硅抗磨性差,因而使用寿命较短。

1.3立管及返料器

在锅炉实际运行中,这一部分经常出问题。热冲击、严重的磨损及循环变化导致了反复的损坏。原始设计是使用厚的密实保温浇注料,不过因为很难有足够的施工空间,这种材料很难施工得当。衬里的浇注料保温层用振动浇注法施工。在耐磨浇注料中应考虑添加不锈钢纤维丝。用保温砖或浇注料打底,上铺耐磨砖的衬里使用起来效果也不错。含有不锈钢纤维丝的磷酸盐粘结可塑料主要用在现有锅炉衬里的修补上。

1.4膨胀节的磨损

有两种重要的膨胀节(回料腿膨胀节和旋风分离器进口膨胀节),为了补偿膨胀差异而设置,当膨胀超过设计间隙或间隙内进入高温物料时,造成膨胀节耐火材料摩擦或受力挤压而损坏,这样大量的高温物料进入膨胀节内,加剧了磨损,甚至直接烧坏金属物件,造成锅炉不能运行。

内衬磨损机理

 

2.1热应力和热冲击造成的破坏

由于温度循环波动和热冲击以及机械的应力造成耐火材料产生裂缝和剥落,是耐火材料被破坏的第一个原因。温度循环波动时,由于耐火材料骨料和粘合料间热膨胀系数不同而形成内应力从而破坏耐火材料层,温度循环波动常常造成耐火材料内衬的大裂缝和剥落。温度快速变化造成的热冲击可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落。机械应力所造成的耐火材料的破坏则主要是由于耐火材料与穿过耐火材料内衬处金属件间热膨胀系数不同而造成,因而在设计时若不考虑适当的膨胀空间就会造成耐火材料的剥落。

2.2固体物料的冲刷造成的破坏

由于物料对耐火材料的冲刷而造成耐火材料的磨损,是耐火材料被破坏的第二个原因。循环流化床锅炉内耐火材料易磨损区域包括边角区、旋风分离器和固体物料回送管路等。一般情况下,耐火材料磨损随冲击角的增大而增加;此外,在旋风分离器、烟道等设计时,应使冲击角尽量地小。

2.3耐火材料性质的变化造成的破坏

在运行中,由于耐火材料的性质发生变化而造成耐火材料的损坏是耐火材料被破坏的另一个原因。如因碱金属的渗透而造成耐火材料渐衰失效和渗碳而造成的耐火材料的变质破坏等,均属于耐火材料性质变化而引起的破坏。

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