循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯易磨損部位和磨損機理分析

循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯采用耐火材料制成，耐火材料設(shè)置目的主要是為了防止鍋爐高溫?zé)煔夂臀锪蠈�金屬�?gòu)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(jié)構(gòu)的使用壽命，這是保證循環(huán)流化床鍋爐長期安全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(jié)構(gòu)的作用、降低造價、檢修維護(hù)，都具有十分重要的意義。耐火材料的外觀一般呈平面或圓弧結(jié)構(gòu)，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(dá)到相當(dāng)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(yán)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(qū)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(nèi)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)點之一就是具有較強的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。在循環(huán)流化床鍋爐中，正常運行時燃燒室溫度達(dá)到900℃～1000℃，為適應(yīng)負(fù)荷變化或調(diào)峰的需求，經(jīng)常會出現(xiàn)負(fù)荷波動而發(fā)生熱和溫度循環(huán)變化，或者由于調(diào)峰需求而進(jìn)行啟動或停爐；如有時燃燒室內(nèi)溫度的變化在幾分鐘就可達(dá)到500℃，有時一周之內(nèi)可能有十幾次的啟動、停爐，這些均會造成對燃燒室耐火材料的熱沖擊和熱應(yīng)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(gòu)成，通常毀壞都由過度的裂縫和擠壓剝落而引起。干燥時的收縮、熱震、應(yīng)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，但是不能解決問題。當(dāng)床料被裂縫夾住時，爐襯反復(fù)的溫度循環(huán)變化時就會出現(xiàn)擠壓剝落。

②燃燒室常用襯里材料

磷酸鹽粘合的莫來石基耐火可塑料在燃燒區(qū)域內(nèi)經(jīng)久耐用，主要由于其體積穩(wěn)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(xiàn)成的材料結(jié)合力很好，因此常常用來修補有缺陷的區(qū)域。在使用時應(yīng)確保修補的區(qū)域有支撐，至少應(yīng)使用兩個銷釘。暴露在特高溫區(qū)的可塑料爐襯應(yīng)使用陶瓷或鑄造合金銷釘。另外，可以單獨使用銷釘來支撐保溫層。

位于爐膛上部的稀相區(qū)，常用碳化硅瓦來減少水冷壁管的磨損。在瓦的后面使用金剛砂灰漿來改進(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(shè)計中，襯里通常都包括有一層薄的、密實的、熱導(dǎo)率高的、耐磨的可塑料或澆注料。

通常在焊有銷釘?shù)墓茏由隙际褂锰蓟�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(dǎo)率高。如果床料或循環(huán)灰含堿比較高的話，應(yīng)使用磷酸鹽結(jié)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(zhuǎn)，物料方向改變，速度高且粒度粗、密度大，磨損就很快。同時，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，偶爾也會達(dá)到1100℃以上，因此過度的熱沖擊會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相當(dāng)惡劣的工作條件，其中可能會承受幾分鐘之內(nèi)500℃～600℃的溫度沖擊、循環(huán)變化及磨損等。對許多襯里來說，反復(fù)的熱沖擊、溫度循環(huán)變化、磨損和擠壓剝落等共同導(dǎo)致了大面積損壞。當(dāng)裂紋或磨損發(fā)生時，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(jié)構(gòu)上來看，旋風(fēng)筒的澆注為分層分塊澆注，各層均用銷釘固定于金屬結(jié)構(gòu)上。每塊之間留有膨脹間隙，分層錯開。一般情況下，對于爐膛頂部及分離器入口這兩個部位均使用密實且含有不銹鋼纖維絲的抗磨材料，這種材料具有令人滿意的使用壽命。若由于熱沖擊、溫度波動等原因造成過多的裂縫或損壞時，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(dāng)發(fā)生裂縫磨損時，修補方案之一是用耐磨莫來石磚覆蓋的耐火磚或耐火預(yù)制塊來代替澆注的厚襯里。也可以用磷酸鹽粘結(jié)可塑料進(jìn)行修補。另一種可能性是使用熱膨脹系數(shù)低的薄襯里，諸如熔氧化硅澆注料一類的材料用襯里。但是，與磷酸鹽粘結(jié)莫來石可塑料相比，大多數(shù)熔氧化硅抗磨性差，因而使用壽命較短。

1.3立管及返料器

在鍋爐實際運行中，這一部分經(jīng)常出問題。熱沖擊、嚴(yán)重的磨損及循環(huán)變化導(dǎo)致了反復(fù)的損壞。原始設(shè)計是使用厚的密實保溫澆注料，不過因為很難有足夠的施工空間，這種材料很難施工得當(dāng)。襯里的澆注料保溫層用振動澆注法施工。在耐磨澆注料中應(yīng)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效果也不錯。含有不銹鋼纖維絲的磷酸鹽粘結(jié)可塑料主要用在現(xiàn)有鍋爐襯里的修補上。

1.4膨脹節(jié)的磨損

有兩種重要的膨脹節(jié)(回料腿膨脹節(jié)和旋風(fēng)分離器進(jìn)口膨脹節(jié))，為了補償膨脹差異而設(shè)置，當(dāng)膨脹超過設(shè)計間隙或間隙內(nèi)進(jìn)入高溫物料時，造成膨脹節(jié)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(jié)內(nèi)，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(nèi)襯磨損機理

2.1熱應(yīng)力和熱沖擊造成的破壞

由于溫度循環(huán)波動和熱沖擊以及機械的應(yīng)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原因。溫度循環(huán)波動時，由于耐火材料骨料和粘合料間熱膨脹系數(shù)不同而形成內(nèi)應(yīng)力從而破壞耐火材料層，溫度循環(huán)波動常常造成耐火材料內(nèi)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(nèi)的應(yīng)力超過抗拉強度而剝落。機械應(yīng)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耐火材料內(nèi)襯處金屬件間熱膨脹系數(shù)不同而造成，因而在設(shè)計時若不考慮適當(dāng)?shù)呐蛎浛臻g就會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原因。循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料易磨損區(qū)域包括邊角區(qū)、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(shè)計時，應(yīng)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