循環(huán)硫化床鍋爐燃燒技術(shù),是目前公認(rèn)的清潔煤燃燒技術(shù)。它具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩大優(yōu)勢(shì)所決定:(1)燃燒效率高,燃料在爐內(nèi)擾動(dòng)和停留時(shí)間長(zhǎng),燃料得以充分燃燒:(2)燃燒溫度低,約800~900℃,采用分級(jí)送風(fēng),使得NO1,排放量大大降低:(3)可同燃料一起加入石灰石粉脫降燃料中的硫,使SO2排放量大大降低:(4)可使用劣質(zhì)燃料,由于循環(huán)物料熱慣性高,燃燒溫度低于灰分的熔點(diǎn),使得高灰分、高濕度的劣質(zhì)煤也能穩(wěn)定燃燒。
循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)物料循環(huán)路徑是:煤粉(一般粒度0~10mm)和石灰石粉(粒度0~1mm)經(jīng)送料器送入流態(tài)化床燃燒室(密相區(qū)),燃料在此區(qū)沸騰燃燒。煙氣上升,經(jīng)稀相區(qū)至分離器入口進(jìn)入旋風(fēng)分離器,粗顆粒下沉經(jīng)回料閥返回燃燒室再次燃燒。煙氣挾帶飛灰上升經(jīng)對(duì)流煙道進(jìn)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(fēng)分離器及回料閥等處。
以220t循環(huán)硫化床鍋爐為例各部位耐火材料工作條件如下:(1)密相區(qū),該區(qū)深度為1220~1530mm,長(zhǎng)2100mm,沙狀介質(zhì)(煤粉和石灰石粉)在此沸騰,此區(qū)壓力為13818~20580Pa,煙氣流速約1.2~1.8m·S-1,正常工作溫度820~900℃:(2)稀相區(qū),二次風(fēng)口以上的區(qū)域是燃料燃燒的細(xì)顆粒集中處,此處固體物料濃度約12~16Kg·m-3 ,煙氣流速1.2~3m·g-1 ,正常工作溫度930~980℃:(3)爐頂區(qū),正常工作溫度850~1100℃,在分離器入口處煙氣流速增值18m·S-1 (4)旋風(fēng)分離器,正常工作溫度850~930℃,旋風(fēng)出口處煙氣流速可達(dá)29m·g-1 :(5)旋風(fēng)分離器出氣總管,此處煙氣含塵量70~530g·m-3,正常工作溫度為850—930℃,最大煙氣流速18m·S-1
循環(huán)流化床鍋爐耐火材料內(nèi)襯的工作環(huán)境和損毀可歸納如下:
(1)中溫,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯各部位的工作溫度在800~1100℃。從耐火材料角度看,此屬中溫區(qū)間,選擇耐火材料時(shí)首先必須考慮的中溫理化性能。對(duì)于燒成制品,一般燒結(jié)溫度均高于此溫度范圍,故其在高溫下的理化性能均可直接用作選擇耐火材料的依據(jù)。對(duì)于不定形耐火材料和不燒制品,必須考察其中溫理化性能。有機(jī)結(jié)合的材料或水化結(jié)合的水硬性材料,中溫強(qiáng)度往往最差,這些材料在高溫下產(chǎn)生陶瓷結(jié)合,強(qiáng)度大大提高,故其高溫下的理化指標(biāo)不能用作選擇耐火材料的依據(jù)。
(2)熱震 在正常運(yùn)行情況下,循環(huán)流化床鍋爐每年啟停至少要有2~4次。在投運(yùn)每次啟停耐火材料內(nèi)襯都要受到一次強(qiáng)烈的熱震。若耐火材料抗熱震性能差,則熱震造成耐火材料剝落將成為其損毀的致命因素。
(3)沖刷磨損,循環(huán)硫化床鍋爐中煙氣流速大(最高可達(dá)29m·S-1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(duì)耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖砂磨損,特別是在旋風(fēng)筒的沖擊區(qū),沖蝕最為嚴(yán)重。對(duì)于單側(cè)回料的循環(huán)流化床鍋爐和旋風(fēng)分離器、物料循環(huán)流動(dòng)造成的耐火材料內(nèi)襯強(qiáng)磨損區(qū)。此外,煙氣中SO2、SO3、H2S和CO等均對(duì)耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生侵蝕,堿金屬滲透和滲碳也使耐火材料內(nèi)襯變質(zhì)損壞。
循環(huán)流化床鍋爐耐火材料內(nèi)襯由于個(gè)部位工作條件不同,所用耐火材料也不一樣。主要結(jié)構(gòu)形式有水冷壁和非水冷壁兩種。典型的不定形耐火材料襯里結(jié)構(gòu)首先使用了輕質(zhì)隔熱澆注料其次是高耐磨耐火材料工作襯。
國(guó)外公司曾在旋風(fēng)筒煙氣流沖擊區(qū)使用不同的耐火材料作對(duì)比試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)以氧氮化硅結(jié)合的碳化硅磚使用效果最好,其余依次為:AL2O3 >95%的剛玉磚、AL2O3 >90% 的磷酸鹽結(jié)合可塑料、SiC >80%的磷酸鹽結(jié)合可塑料,以磷酸鹽結(jié)合的AL2O3—Cr2O3 可塑料最差。
循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯今后的發(fā)展趨勢(shì)是:根據(jù)不同的爐型和采用的燃料類型,選著性能適當(dāng)?shù)哪突鸩牧,施工更方便,質(zhì)量控制更嚴(yán)格,以便降低成本,延長(zhǎng)使用壽命。耐火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質(zhì),不同性能的耐火材料達(dá)到爐襯均衡蝕損,以提高鍋爐綜合經(jīng)濟(jì)效益。