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循环流化床锅炉耐火材料内衬的 工作环境和损毁

文章出处:东方炉衬  发表时间:2017-12-15

     循环硫化床锅炉燃烧技术,是目前公认的清洁煤燃烧技术。它具有环保和经济两大优势所决定:(1)燃烧效率高,燃料在炉内扰动和停留时间长,燃料得以充分燃烧;(2)燃烧温度低,约800~900℃,采用分级送风,大大降低NO1排放量;(3)可同燃料一起加入石灰石粉脱降燃料中的硫,降低SO2排放量;(4)可使用劣质燃料,由于循环物料热惯性高,燃烧温度低于灰分的熔点,使得高灰分、高湿度的劣质煤也能稳定燃烧。

     循环流化床锅炉炉内物料循环路径是:煤粉(一般粒度0~10mm)和石灰石粉(粒度0~1mm)经送料器送入流态化床燃烧室(密相区),燃料在此区沸腾燃烧。烟气上升,经稀相区至分离器入口进入旋风分离器,粗颗粒下沉经回料阀返回燃烧室再次燃烧。烟气挟带飞灰上升经对流烟道进入外置换热器。耐火材料主要衬砌在燃烧室,顶棚、分离器入口、高温旋风分离器及回料阀等处。

     以220t循环硫化床锅炉为例各部位耐火材料工作条件如下:(1)密相区,该区深度为1220~1530mm,长2100mm,沙状介质(煤粉和石灰石粉)在此沸腾,此区压力为13818~20580Pa,烟气流速约1.2~1.8m•S-1,正常工作温度820~900℃:(2)稀相区,二次风口以上的区域是燃料燃烧的细颗粒集中处,此处固体物料浓度约12~16Kg•m-3 ,烟气流速1.2~3m•g-1 ,正常工作温度930~980℃:(3)炉顶区,正常工作温度850~1100℃,在分离器入口处烟气流速增值18m•S-1 (4)旋风分离器,正常工作温度850~930℃,旋风出口处烟气流速可达29m•g-1:(5)旋风分离器出气总管,此处烟气含尘量70~530g•m-3,正常工作温度为850—930℃,最大烟气流速18m•S-1

     循环流化床锅炉耐火材料内衬的工作环境和损毁可归纳如下:

     (1)中温,循环流化床锅炉内衬各部位的工作温度在800~1100℃。从耐火材料角度看,此属中温区间,选择耐火材料时首先必须考虑的中温理化性能。对于烧成制品,一般烧结温度均高于此温度范围,故其在高温下的理化性能均可直接用作选择耐火材料的依据。对于不定形耐火材料和不烧制品,必须考察其中温理化性能。有机结合的材料或水化结合的水硬性材料,中温强度往往最差,这些材料在高温下产生陶瓷结合,强度大大提高,故其高温下的理化指标不能用作选择耐火材料的依据。

     (2)热震 在正常运行情况下,循环流化床锅炉每年启停至少要有2~4次。在投运每次启停耐火材料内衬都要受到一次强烈的热震。若耐火材料抗热震性能差,则热震造成耐火材料剥落将成为其损毁的致命因素。

     (3)冲刷磨损,循环硫化床锅炉中烟气流速大(最高可达29m•S-1以上),固体物料浓度高。在中温下高速烟气夹带大量固体颗粒对耐火材料内衬产生强烈冲砂磨损,特别是在旋风筒的冲击区,冲蚀最为严重。对于单侧回料的循环流化床锅炉和旋风分离器、物料循环流动造成的耐火材料内衬强磨损区。此外,烟气中SO2、SO3、H2S和CO等均对耐火材料内衬产生侵蚀,碱金属渗透和渗碳也使耐火材料内衬变质损坏。

     循环流化床锅炉耐火材料内衬由于个部位工作条件不同,所用耐火材料也不一样。主要结构形式有水冷壁和非水冷壁两种。典型的不定形耐火材料衬里结构首先使用了轻质隔热浇注料其次是高耐磨耐火材料工作衬。

     国外公司曾在旋风筒烟气流冲击区使用不同的耐火材料作对比试验。发现以氧氮化硅结合的碳化硅砖使用效果最好,其余依次为:AL2O3 >95%的刚玉砖、AL2O3 >90% 的磷酸盐结合可塑料、SiC >80%的磷酸盐结合可塑料,以磷酸盐结合的AL2O3—Cr2O3 可塑料最差。

     循环流化床锅炉内衬今后的发展趋势是:根据不同的炉型和采用的燃料类型,选着性能适当的耐火材料,施工更方便,质量控制更严格,以便降低成本,延长使用寿命。耐火材料的选择不宜片面追求高档产品,要根据循环流化床锅炉经济运行周期的需要,在锅炉的不同部位采用不同材质,不同性能的耐火材料达到炉衬均衡蚀损,以提高锅炉综合经济效益。