循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火材料做內(nèi)襯的主要目的是為了保護(hù)爐體鋼殼不被所燃燒的物料沖蝕磨損。循環(huán)流化床鍋爐燃燒的劣質(zhì)煤含灰量高,飛灰粒子尺寸又大,分離器對煤灰分離并循環(huán)燃燒,使得煙氣中飛灰濃度很高,這樣就出現(xiàn)了飛灰粒子對爐內(nèi)受熱面及內(nèi)襯的碰撞傳熱和嚴(yán)重的沖蝕磨損問題,所燃燒物料的循環(huán)燃燒路徑:煤粉(一般用粒度0~10mm)和石灰石粉經(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)過對流煙道進(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)流化床鍋爐為例,各部位耐火材料工作條件下:
(1)密相區(qū),該區(qū)深度為(220~1530mm,長2100mm沙狀介質(zhì)(煤粉和石灰石粉))在此沸騰,此區(qū)壓為13818~20580pa,煙氣流速約1.2~1.8m,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1.2~3·-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(4)旋風(fēng)分離器,正常工作溫度為850~930℃,旋風(fēng)出口處煙氣流速可達(dá)29m·S-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
從磨損的實(shí)質(zhì)來分析,機(jī)械作用的磨損主要決定于下列因素:
(1)煙氣流速。煙氣流速是影響爐內(nèi)壁磨損最主要的因素,研究表明,磨損量與煙氣流速的3次方成正比關(guān)系。煙氣流速的大小直接影響到流動飛灰的運(yùn)動動能和單位時(shí)間內(nèi)沖擊到爐內(nèi)壁的灰粒量。
(2)飛灰濃度。在CFB鍋爐中,飛灰循環(huán)倍率較高的情況下,可以提高燃燒效率,增強(qiáng)傳熱效果,但循環(huán)倍率的高低也確定了爐內(nèi)煙氣中固體顆粒的濃度,因此,較高的循環(huán)倍率將導(dǎo)致含灰煙氣流對爐內(nèi)壁的嚴(yán)重磨損。如果煤質(zhì)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(nèi)襯的磨損。
(3)飛灰的撞擊可能性系數(shù)。這與飛灰的顆粒特性有關(guān),顆粒愈大,撞擊的可能性也愈大。
(4)灰粒磨損特性;伊Dp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(zhì)、灰粒粗大而有棱角,則灰粒的磨損特性增強(qiáng)。
(5)爐內(nèi)壁磨損量大小還受煙氣中飛灰濃度及流速不均勻分布特性的影響。
(6)磨損量大小與受熱面及內(nèi)襯的材質(zhì)有關(guān)。在同等條件下,材質(zhì)耐磨性能越好,則磨損量越;反之亦然。
按照設(shè)計(jì)要求,該鍋爐平均工作時(shí)間為8600h,每年啟停爐2~10次。每次點(diǎn)火需12~24h,點(diǎn)火后按65℃·h速度升溫至800℃,并保溫8h。爐襯使用壽命要求至少2年。
循環(huán)流化床內(nèi)襯耐火材料工作和損毀可歸納如下:
(1)中溫,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯各部位的工作溫度在800~1000℃。從耐火材料角度看,此屬中溫區(qū)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(jié)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(jù)。對于不定型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)硫化床鍋爐每年啟停2~10次。在投運(yùn)初期,由于操作不當(dāng),每年啟停耐火材料內(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(huán)流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耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷磨損,特別是在旋風(fēng)筒的沖擊區(qū),沖蝕最為嚴(yán)重。對于單側(cè)回料的循環(huán)硫化床鍋爐和旋風(fēng)分離器,物料循環(huán)流動造成耐火材料內(nèi)襯墻磨損區(qū)