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  • 循環(huán)流化床鍋爐內襯易磨損部位和磨損機理分析

    日期:2024-06-06    編輯:榮盛耐材    


    循環(huán)流化床鍋爐內襯采用耐火材料制成,耐火材料設置目的主要是為了防止鍋爐高溫煙氣和物料對金屬構件的高溫氧化腐蝕和磨損,并具有隔熱作用。物料的損壞磨損,首先發(fā)生在耐火材料上,從而保證金屬結構的使用壽命,這是保證循環(huán)流化床鍋爐長(cháng)期運行的主要措施之一,也是循環(huán)流化床鍋爐的主要特色之一。耐火材料對減少金屬結構的作用、降低造價(jià)、檢修維護,都具有十分重要的意義。耐火材料的外觀(guān)一般呈平面或圓弧結構,與物料的運行方向基本一致,因而磨損普遍較為均勻。但由于其組成骨料較粗,大約為0.5mm,其表面不可能達到相當光滑,所以其磨損速度仍較快。在一些部位,由于煙氣及物料運行方向的改變,物料速度增加,造成嚴重的磨損,須引起足夠的重視。

    循環(huán)流化床鍋爐使用耐火材料的主要區域有:燃燒室、高溫分離器、外置式換熱器、煙道及物料回送管路等。

    1.內襯磨損的主要部位

    1.1燃燒室

    ①磨損原因

    循環(huán)流化床鍋爐的主要優(yōu)點(diǎn)之一就是具有較強的負荷調節性能。在循環(huán)流化床鍋爐中,正常運行時(shí)燃燒室溫度達到900℃~1000℃,為適應負荷變化或調峰的需求,經(jīng)常會(huì )出現負荷波動(dòng)而發(fā)生熱和溫度循環(huán)變化,或者由于調峰需求而進(jìn)行啟動(dòng)或停爐;如有時(shí)燃燒室內溫度的變化在幾分鐘就可達到500℃,有時(shí)一周之內可能有十幾次的啟動(dòng)、停爐,這些均會(huì )造成對燃燒室耐火材料的熱沖擊和熱應力,使耐火材料受到破壞。

    爐膛部分采用厚爐襯,由(75~150)mm的致密抗磨損的澆注料或可塑料覆蓋住相似厚度的保溫材料構成,通常毀壞都由過(guò)度的裂縫和擠壓剝落而引起。干燥時(shí)的收縮、熱震、應力下的塑性變形是產(chǎn)生裂縫的主要原因。不銹鋼纖維有助于減少裂縫,但是不能解決問(wèn)題。當床料被裂縫夾住時(shí),爐襯反復的溫度循環(huán)變化時(shí)就會(huì )出現擠壓剝落。

    ②燃燒室常用襯里材料

    磷酸鹽粘合的莫來(lái)石基耐火可塑料在燃燒區域內經(jīng)久耐用,主要由于其體積穩定(抗熱膨脹及收縮)及其良好的抗磨特性。鑒于磷酸鹽粘合劑與現成的材料結合力很好,因此常常用來(lái)修補有缺陷的區域。在使用時(shí)應確保修補的區域有支撐,至少應使用兩個(gè)銷(xiāo)釘。暴露在特高溫區的可塑料爐襯應使用陶瓷或鑄造合金銷(xiāo)釘。另外,可以單獨使用銷(xiāo)釘來(lái)支撐保溫層。

    位于爐膛上部的稀相區,常用碳化硅瓦來(lái)減少水冷壁管的磨損。在瓦的后面使用金剛砂灰漿來(lái)改進(jìn)對管子的傳熱,瓦一般用焊接的支撐件支撐在管子上。在水冷壁管子向下延伸到燃燒室底部這一段設計中,襯里通常都包括有一層薄的、密實(shí)的、熱導率高的、耐磨的可塑料或澆注料。

    通常在焊有銷(xiāo)釘的管子上都使用碳化硅基澆注料,因為這些澆注料可以用磷酸鹽粘合可塑料進(jìn)行修補,特別是含碳化硅的填料熱導率高。如果床料或循環(huán)灰含堿比較高的話(huà),應使用磷酸鹽結合的可塑料,原因是鋁酸鈣水泥在高溫下和堿作用后發(fā)生毀壞。

    1.2旋風(fēng)分離器入口及筒體

    ①磨損原因

    爐膛頂部及分離器入口段,旋風(fēng)筒弧面與煙道平面相交部位是磨損主要部位。在此部位煙氣發(fā)生旋轉,物料方向改變,速度高且粒度粗、密度大,磨損就很快。同時(shí),該部位耐火材料較厚,一般情況下又不均勻,溫度梯度也不均勻,加之經(jīng)受900℃左右的高溫,偶爾也會(huì )達到1100℃以上,因此過(guò)度的熱沖擊會(huì )引起襯里材料的裂縫,造成耐磨材料的破壞。另外,分離器筒體和錐體都承受著(zhù)相當惡劣的工作條件,其中可能會(huì )承受幾分鐘之內500℃~600℃的溫度沖擊、循環(huán)變化及磨損等。對許多襯里來(lái)說(shuō),反復的熱沖擊、溫度循環(huán)變化、磨損和擠壓剝落等共同導致了大面積損壞。當裂紋或磨損發(fā)生時(shí),表面更粗造或有凸起,磨損速度將進(jìn)一步加快。

    ②常用的耐火材料

    從耐火材料結構上來(lái)看,旋風(fēng)筒的澆注為分層分塊澆注,各層均用銷(xiāo)釘固定于金屬結構上。每塊之間留有膨脹間隙,分層錯開(kāi)。一般情況下,對于爐膛頂部及分離器入口這兩個(gè)部位均使用密實(shí)且含有不銹鋼纖維絲的抗磨材料,這種材料具有令人滿(mǎn)意的使用壽命。若由于熱沖擊、溫度波動(dòng)等原因造成過(guò)多的裂縫或損壞時(shí),可以采用熔氧化硅基澆注料取而代之。

    對于旋風(fēng)分離器和錐體,一般采用高強澆注料。當發(fā)生裂縫磨損時(shí),修補方案之一是用耐磨莫來(lái)石磚覆蓋的耐火磚或耐火預制塊來(lái)代替澆注的厚襯里。也可以用磷酸鹽粘結可塑料進(jìn)行修補。另一種可能性是使用熱膨脹系數低的薄襯里,諸如熔氧化硅澆注料一類(lèi)的材料用襯里。但是,與磷酸鹽粘結莫來(lái)石可塑料相比,大多數熔氧化硅抗磨性差,因而使用壽命較短。

    1.3立管及返料器

    在鍋爐實(shí)際運行中,這一部分經(jīng)常出問(wèn)題。熱沖擊、嚴重的磨損及循環(huán)變化導致了反復的損壞。原始設計是使用厚的密實(shí)保溫澆注料,不過(guò)因為很難有足夠的施工空間,這種材料很難施工得當。襯里的澆注料保溫層用振動(dòng)澆注法施工。在耐磨澆注料中應考慮添加不銹鋼纖維絲。用保溫磚或澆注料打底,上鋪耐磨磚的襯里使用起來(lái)效果也不錯。含有不銹鋼纖維絲的磷酸鹽粘結可塑料主要用在現有鍋爐襯里的修補上。

    1.4膨脹節的磨損

    有兩種重要的膨脹節(回料腿膨脹節和旋風(fēng)分離器進(jìn)口膨脹節),為了補償膨脹差異而設置,當膨脹超過(guò)設計間隙或間隙內進(jìn)入高溫物料時(shí),造成膨脹節耐火材料摩擦或受力擠壓而損壞,這樣大量的高溫物料進(jìn)入膨脹節內,加劇了磨損,甚至直接燒壞金屬物件,造成鍋爐不能運行。

    2.內襯磨損機理

    2.1熱應力和熱沖擊造成的破壞

    由于溫度循環(huán)波動(dòng)和熱沖擊以及機械的應力造成耐火材料產(chǎn)生裂縫和剝落,是耐火材料被破壞的一個(gè)原因。溫度循環(huán)波動(dòng)時(shí),由于耐火材料骨料和粘合料間熱膨脹系數不同而形成內應力從而破壞耐火材料層,溫度循環(huán)波動(dòng)常常造成耐火材料內襯的大裂縫和剝落。溫度快速變化造成的熱沖擊可使耐火材料內的應力超過(guò)抗拉強度而剝落。機械應力所造成的耐火材料的破壞則主要是由于耐火材料與穿過(guò)耐火材料內襯處金屬件間熱膨脹系數不同而造成,因而在設計時(shí)若不考慮適當的膨脹空間就會(huì )造成耐火材料的剝落。

    2.2固體物料的沖刷造成的破壞

    由于物料對耐火材料的沖刷而造成耐火材料的磨損,是耐火材料被破壞的二個(gè)原因。循環(huán)流化床鍋爐內耐火材料易磨損區域包括邊角區、旋風(fēng)分離器和固體物料回送管路等。一般情況下,耐火材料磨損隨沖擊角的加大而增加;此外,在旋風(fēng)分離器、煙道等設計時(shí),應使沖擊角盡量地小。

    2.3耐火材料性質(zhì)的變化造成的破壞

    在運行中,由于耐火材料的性質(zhì)發(fā)生變化而造成耐火材料的損壞是耐火材料被破壞的另一個(gè)原因。如因堿金屬的滲透而造成耐火材料漸衰失效和滲碳而造成的耐火材料的變質(zhì)破壞等,均屬于耐火材料性質(zhì)變化而引起的破壞。

    供稿 | 余朋輝

    審核 | 楊建軍 馬姍姍
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