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耐火耐磨內(nèi)襯材料損壞原因分析及解決措施

文檔作者：劉昕王戒文檔來源： 1．美國西肯塔基大學(xué) 2．武漢巨能技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月13日
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熱電技術(shù) 2005年第3期(總第87期)
耐火耐磨內(nèi)襯材料損壞原因分析及解決措施
劉 昕 ，王 戒。
(1．美國西肯塔基大學(xué)，肯塔基州I 42104；2．武漢巨能技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北武漢430062)
摘要循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨內(nèi)襯材料的損壞脫落常
常造成鍋爐事故停爐，影響鍋爐的連續(xù)安全運(yùn)行，加大了鍋
爐的檢修工作量和提高了運(yùn)行費(fèi)用。分析了循環(huán)流化床鍋
爐耐火耐磨內(nèi)襯材料損壞的原因，并提出了相應(yīng)的解決措
施。
關(guān)鍵詞 循環(huán)流化床鍋爐 耐火耐磨材料
1 前言
循環(huán)流化床鍋爐具有對燃料適應(yīng)性特別好、燃
燒效率高和環(huán)境性能好等優(yōu)點(diǎn)，近些年來在國內(nèi)得
到了快速的發(fā)展。至今，國內(nèi)有近3000臺循環(huán)流化
床鍋爐在設(shè)計建造與運(yùn)行中。目前已投運(yùn)的循環(huán)流
化床鍋爐普遍存在耐火耐磨內(nèi)襯材料磨損脫落、金
屬受熱面磨損、輔機(jī)故障等問題。這些問題嚴(yán)重地
影響了鍋爐的連續(xù)運(yùn)行時間。
2 耐火耐磨內(nèi)襯材料使用部位及運(yùn)行工況
一般循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨內(nèi)襯材料的使用
部位如圖1所示。
可以看出：一般循環(huán)流化床鍋爐燃燒室下部由
于防磨，防腐蝕和熱平衡的要求，布置一定厚度的用
銷釘固定的耐火防磨層1，其厚度一般為50—70mm；
燃燒室出口氣流方向改變布置了防磨層2；高溫旋風(fēng)
分離器內(nèi)氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，磨損嚴(yán)重，布置了防磨層
3；腿料，返料器和返料管內(nèi)分別布置了防磨絕熱層
4．5．6；分離器排氣管內(nèi)氣流速度高，布置了防磨絕
熱層7。燃燒室與分離器之間連接管氣流速度高布
置了防磨層8。
燃燒室下部的燃燒溫度一般為850—1050℃ ，粒
子粗，濃度大，氣流速度5 5．5m／s，磨損嚴(yán)重。
燃燒室出口燃燒溫度一般為800—900℃，燃燒
室上部的氣流速度為5．5 6．0m／s，也是嚴(yán)重磨損
區(qū)。
分離器內(nèi)的粒子由于離心力的作用碰壁而分離
下來，工作溫度為850—950~C，對耐火耐熱層帶來嚴(yán)
重磨損。
1、燃燒室下部2、燃燒室出口 3、旋風(fēng)分離器
4、料腿5、返料器6、返料管7、分離器出口管
8、連接管
圖1 循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨內(nèi)襯材料敷設(shè)示意圖
料腿，返料器，返料管工作條件不算惡劣，但施
工條件和施工工藝及烘爐要特別注重。連接管內(nèi)氣
流速度、工作溫度、粒子濃度較高，磨損重。
從上述情況可看出：循環(huán)流化床各部位工作溫
度對耐火材料而言不算高，屬中溫工作區(qū)間，低于耐
火材料的燒結(jié)溫度(耐火材料的燒結(jié)溫度在1350以
上)。燃燒室下部和高溫旋風(fēng)分離器內(nèi)耐火防磨層
的工作條件是最惡劣的，其它部位施工難度大，要特
別注重施工工藝，和烘爐及其燒結(jié)過程。
3 耐火耐磨層內(nèi)襯的主要損壞原因
3．1 沖擊和切削磨損
燃燒室下部床料粒子大，濃度高，在它的運(yùn)行工
況下，粒子對耐火、防磨層的磨損以沖擊最為嚴(yán)重，
切削磨損次之。另外，燃燒室下部帶有一點(diǎn)還原燃
燒氣氛，該氣氛下的化學(xué)腐蝕也起一定作用。
一27 —
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熱電技術(shù) 2005年第3期(總第87期)
高溫旋風(fēng)分離器內(nèi)，粒子較細(xì)，但高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)
動，粒子對器壁的切削，沖擊磨損均較嚴(yán)重。
3．2 侵蝕
煙氣中的s0 、H2s、s0，等酸性氣體對各部位的
耐火防磨層產(chǎn)生一定腐蝕。另外，堿金屬滲透也使
耐磨層變質(zhì)損壞。
3．3 熱損壞
循環(huán)流化床鍋爐具有負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，變化速
率高的優(yōu)點(diǎn)，但鍋爐啟停和負(fù)荷變化時，如果不控制
啟動、停爐和負(fù)荷變化時的耐火防磨層的溫度變化
速率，會使耐火層內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力而造成耐火
層的損壞、破裂和脫落。
3．4 烘爐不當(dāng)帶來耐火層損壞
耐火層沒有布置排氣孔，加上烘爐工藝不妥造
成耐火層的一些死角部位—— 料腿、返料器、分離器
錐體下部等，沒有達(dá)到烘干要求，加之點(diǎn)火過程太
短，溫升太快，耐火層中的大量水汽排不出去，造成
蒸汽壓力劇增而沖破耐火層，使之破裂脫落，堵塞返
料器。此種情況帶來的后果是極其嚴(yán)重的，造成鍋
爐帶不上額定負(fù)荷，點(diǎn)火啟動失敗。
4 解決措施
4．1 材料的選擇
循環(huán)流化床鍋爐各部位的工作溫度一般在850
— 1050℃ ，此溫度低于耐火材料的燒結(jié)溫度。在此
溫度下耐火材料不能被燒結(jié)而形成陶瓷結(jié)合。在選
擇耐火材料時必須注意以下兩點(diǎn)：耐火磚及其它耐
火材料定形制品是經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，燒結(jié)溫度遠(yuǎn)高
于1050℃ ，因此，循環(huán)流化床鍋爐采用耐火磚和定形
制品時，直接選用高鋁耐火磚就行了；對非定形澆注
料，可塑料，由于使用前沒有燒結(jié)，在鍋爐使用過程
中燒結(jié)。而循環(huán)流化床各部位耐火防磨層的工作溫
度屬中溫范圍，達(dá)不到其燒結(jié)溫度。如何保證中溫
工況下耐火材料的燒結(jié)性能，只能依靠化學(xué)的方法
— — 即加入化學(xué)添加劑等來降低其燒結(jié)溫度，即在
正常運(yùn)行溫度條件下使其燒結(jié)，形成陶瓷結(jié)合，達(dá)到
所需要的強(qiáng)度。
4．2 骨料、粉料、結(jié)合劑和添加劑的選配
耐火材料主要由骨料、粉料、結(jié)合劑和添加劑等
組成。骨料在材料的構(gòu)成中起骨架的作用。它的強(qiáng)
度高低對耐火材料的強(qiáng)度影響很大。目前使用較多
的有：剛玉、碳化硅、特級高鋁(AI O，≥88％)。細(xì)粉
在材料構(gòu)成中起填充作用。目前普遍存在一種現(xiàn)
象：即骨料的耐磨性好，細(xì)粉的耐磨性差，導(dǎo)致細(xì)粉
首先被沖刷掉，骨料被孤立出來，然后脫落。因此，
使骨料與粉料的耐磨性一致(或粉料耐磨性更高)是
非常重要的。結(jié)合劑主要是使骨料和粉料能緊密結(jié)
合，從而提高材料的強(qiáng)度。結(jié)合劑主要有水硬性結(jié)
合劑和化學(xué)結(jié)合劑兩種。添加劑的作用是改善材料
燒結(jié)性能，從而提高材料的中溫性能指標(biāo)。
有了好的原料，還必須有一個合理的配比，即骨
料、細(xì)粉、結(jié)合劑和添加劑的加入比率。循環(huán)流化床
鍋爐內(nèi)襯耐火耐磨材料除了耐磨外，還要求耐急冷
急熱性好，因?yàn)殄仩t的每次啟停，都會使內(nèi)襯材料受
到一次強(qiáng)烈的熱震。因此在確定配比時，要綜合考
慮這些因素。骨料太多，不易成型，強(qiáng)度低。粉料太
多，耐急冷急熱性能不好，材料容易剝落。
此外，在耐磨材料的配比中，也經(jīng)常加入鋼纖維
和防爆纖維。加入鋼纖維的作用主要是保證材料的
整體性，使耐火材料在使用過程中不易脫落，但加入
量不宜過大，一是從經(jīng)濟(jì)成本考慮，二是加入量過
大，易產(chǎn)生裂紋(因兩種材料膨脹系數(shù)不一樣)。加
入防爆纖維主要是保證在烘爐過程中，材料不會因
溫度急劇升高而產(chǎn)生炸裂和剝落。因?yàn)榉辣w維遇
熱即會熔化，在材料內(nèi)部及表面產(chǎn)生許多細(xì)小的通
道(非貫通)，這些細(xì)小的通道保證了在烘爐過程中
水蒸汽的順利排出。
4．3 施工
耐火耐磨材料的施工質(zhì)量的好壞，對材料的使
用壽命有很大的影響。好的材料如果沒有一個好的
施工質(zhì)量做保證，同樣達(dá)不到滿意效果。耐火防磨
材料在施工過程中應(yīng)注意以下幾個方面：
a． 耐火磚砌筑
首先在耐火磚的選擇上要特別注重：耐火磚不
能有裂紋、層裂(有些是在耐火磚里面)、缺邊、掉角
等外觀質(zhì)量問題。其次是耐火磚的化學(xué)成分、密度、
燒后強(qiáng)度和燒成溫度(燒成溫度越高越好)等理化指
標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。
耐火磚是由耐火泥漿砌筑而成，如果耐火泥漿
的強(qiáng)度不高，將首先被沖劇掉，導(dǎo)致整塊耐火磚松
動，直至脫落。耐火磚在砌筑時要求灰縫飽滿，磚縫
為2—3mm。此外，一個班(8小時)一次砌筑耐火磚
的高度以1．2m左右較為合適，因?yàn)檫@樣既能保證磚
縫飽滿及磚縫要求，又能使磚縫受壓均衡。
b． 澆注料施工
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劉 昕等：耐火耐磨內(nèi)襯材料損壞原因分析及解決措施
澆注料在施工過程中，首先要嚴(yán)格控制攪拌中
的加水量。加水量過多，成型后材料內(nèi)部氣孑L率高，
材料強(qiáng)度大大降低(根據(jù)研究，加水量每增加1％ ，材
料的強(qiáng)度降低5％左右)。加水量太少，材料流動性
不好，振動不密實(shí)，容易留下氣孔、洞穴等，強(qiáng)度也大
大降低。
其次要控制攪拌時間和振動時間。攪拌時間
短，材料混合不均勻，影響材料質(zhì)量。振動時間短，
材料不密實(shí)，強(qiáng)度降低。振動時間過長，材料易產(chǎn)生
分層，細(xì)粉浮在表面，骨料沉在底部，導(dǎo)致材料強(qiáng)度
降低、易剝落。
澆注料施工應(yīng)在5℃ 以上環(huán)境下進(jìn)行。因?yàn)闇?
度太低，材料不易凝固，即使凝固，也是一種假凝現(xiàn)
象。
c． 可塑料(搗打料)施工
搗打料在攪拌時要求用混碾機(jī)或強(qiáng)力攪拌機(jī)，
因?yàn)樵摬牧险承暂^大，所以攪拌時間應(yīng)盡可能長，以
使材料能混合均勻。在搗打時，有條件的可使用機(jī)
械搗打，沒有條件的可用木錘人工搗打，但要保證搗
打的密實(shí)度。搗打料與搗打料之間的結(jié)合面，一定
要進(jìn)行處理，否則容易形成分層。
由于搗打料屬熱硬性材料(澆注料為水硬性材
料)，因此施工完后應(yīng)保持一定的環(huán)境溫度，以使搗
打料能快速硬化。
d． 銷釘(錨固件)的處理
在鍋爐內(nèi)有很多銷釘(錨固件)。銷釘是金屬材
料，它受熱后的膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耐火材料的膨脹
系數(shù)。如果銷釘不進(jìn)行預(yù)處理而直接將耐火材料敷
設(shè)在其上面，在銷釘與耐火材料的接觸面上就會形
成網(wǎng)狀裂紋，導(dǎo)致耐火材料最后開裂、脫落。
e． 烘烤
要嚴(yán)格按照烘爐曲線進(jìn)行烘烤。升溫速度不宜
太快，因?yàn)樯郎靥欤牧蟽?nèi)部大量的水迅速轉(zhuǎn)化為
水蒸氣，水蒸汽達(dá)到一定壓力后，便會使材料表面崩
裂。
f． 啟動和運(yùn)行
耐火耐磨材料使用壽命的長短，除了與材料質(zhì)
量和施工有很大關(guān)系外，啟動和運(yùn)行過程也對它有
很大的影響。應(yīng)盡可能減少鍋爐的啟停次數(shù)，因?yàn)?
每一次啟停對耐火耐磨材料都是一次劇烈的熱沖擊
(急冷急熱)。運(yùn)行中增減負(fù)荷時，應(yīng)控制負(fù)荷變化
速率，減少耐火層內(nèi)產(chǎn)生過大熱應(yīng)力而破裂。因此，
保證鍋爐的連續(xù)運(yùn)行，對提高耐火耐磨材料的使用
壽命是非常有益的。
5 結(jié)束語
通過循環(huán)流化床鍋爐耐火耐磨材料的研制并應(yīng)
用，體會到：
a． 耐火材料制造廠家應(yīng)與鍋爐設(shè)計、制造單
位緊密結(jié)合，使用戶能夠用到質(zhì)優(yōu)、合格的耐火耐磨
材料。
b． 耐火耐磨材料的選擇不宜片面追求高檔產(chǎn)
品，要根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行周期的需要，在
鍋爐的不同部位采用不同材料、不同性能的耐火耐
磨材料，達(dá)到爐襯均衡磨損，提高鍋爐耐火耐磨內(nèi)襯
材料的檢修周期。
c． 耐火耐磨材料的施工質(zhì)量非常重要，直接
影響到材料的使用壽命。
參考文獻(xiàn)
1．黨黎軍．循環(huán)流化床鍋爐的啟動調(diào)試與安全運(yùn)行．中
國電力出版社，2002年
2．劉德昌．流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用．中國電力出版
社，1999年

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