循環流化床鍋爐為什么要用耐磨耐火材料 | 技術前沿

 

循環流化床鍋爐燃燒的劣質煤含灰量高，飛灰粒子尺寸又大，分離器對煤灰分離并循環燃燒，使得煙氣中飛灰濃度很高，這樣就出現了飛灰粒子對爐內受熱面及內襯的碰撞傳熱和嚴重的沖蝕磨損問題。

 

循環流化床鍋爐所燃燒物料的循環燃燒路徑：煤粉(一般用粒度0~10mm)和石灰石粉經送料器送入流態化床燃燒室(密相區)，燃料在此區沸騰燃燒。煙氣上升，經稀相區至分離器入口進入旋風分離器，粗顆粒下沉經回料閥返回燃燒室再次燃燒。煙氣挾帶飛灰上升經過對流煙道進入外置換熱器。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循環流化床鍋爐為例，各部位耐火材料工作條件如下：

 

1、密相區

 

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

 

2、稀相區

 

二次風口以上的區域是燃料燃燒的細顆粒集中處，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

 

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

 

4、旋風分離器

 

該部位正常工作溫度為850~930°C，旋風出口處煙氣流速可達29m/s。

 

5、旋風分離器出氣總管

 

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、機械作用的磨損決定因素

 

1、煙氣流速

 

煙氣流速是影響爐內壁磨損主要的因素，研究表明，磨損量與煙氣流速的3次方成正比關系。煙氣流速的大小直接影響到流動飛灰的運動動能和單位時間內沖擊到爐內壁的灰粒量。

 

2、飛灰濃度

 

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

 

3、飛灰的撞擊可能性系數

 

這與飛灰的顆粒特性有關，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、灰粒粗大而有棱角，則灰粒的磨損特性增強。

 

5、飛灰濃度及流速不均勻分布特性

 

6、受熱面及內襯的材質

 

在同等條件下，受熱面及內襯的材質耐磨性能越好，則磨損量越小；反之亦然。

 

按照設計要求，該鍋爐平均工作時間為8600h,每年啟停爐2~10次。每次點火需12~24h，點火后按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、內襯耐火材料工作和損毀歸納

 

1、溫度

 

中溫循環流化床鍋爐內襯各部位的工作溫度在800~1000℃。從耐火材料角度看，此屬中溫區間，選擇耐火材料首先考慮材料的中溫理化性能。對于燒成制品，一般燒結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。對于不定型耐火材料和不燒制品，須考察其中溫理化性能。有機結合的材料或水化結合的水硬性材料，中溫強度往往較差，這些材料在高溫下產生陶瓷結合，強度大大提高，故其高溫下的理化指標不能用作選擇耐火材料的依據。 

 

2、熱震 

 

在正常運行情況下，循環硫化床鍋爐每年啟停2~10次。在投運初期，由于操作不當，每年啟停耐火材料內襯都要受到一次強烈的熱震。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 

 

循環流化床鍋爐中煙氣流速大(可高達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耐火材料內襯產生強烈沖刷磨損，特別是在旋風筒的沖擊區，沖蝕較為嚴重。對于單側回料的循環硫化床鍋爐和旋風分離器，物料循環流動造成耐火材料內襯磨損。

 

供稿 | 余朋輝

 

審核 | 楊建軍 馬姍姍