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耐火耐磨內襯材料損壞原因分析及解決措施

文檔作者：劉昕王戒文檔來源： 1．美國西肯塔基大學 2．武漢巨能技術開發有限責任公司			點擊數：
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熱電技術 2005年第3期(總第87期)
耐火耐磨內襯材料損壞原因分析及解決措施
劉 昕 ，王 戒。
(1．美國西肯塔基大學，肯塔基州I 42104；2．武漢巨能技術開發有限責任公司，湖北武漢430062)
摘要循環流化床鍋爐耐火耐磨內襯材料的損壞脫落常
常造成鍋爐事故停爐，影響鍋爐的連續安全運行，加大了鍋
爐的檢修工作量和提高了運行費用。分析了循環流化床鍋
爐耐火耐磨內襯材料損壞的原因，并提出了相應的解決措
施。
關鍵詞 循環流化床鍋爐 耐火耐磨材料
1 前言
循環流化床鍋爐具有對燃料適應性特別好、燃
燒效率高和環境性能好等優點，近些年來在國內得
到了快速的發展。至今，國內有近3000臺循環流化
床鍋爐在設計建造與運行中。目前已投運的循環流
化床鍋爐普遍存在耐火耐磨內襯材料磨損脫落、金
屬受熱面磨損、輔機故障等問題。這些問題嚴重地
影響了鍋爐的連續運行時間。
2 耐火耐磨內襯材料使用部位及運行工況
一般循環流化床鍋爐耐火耐磨內襯材料的使用
部位如圖1所示。
可以看出：一般循環流化床鍋爐燃燒室下部由
于防磨，防腐蝕和熱平衡的要求，布置一定厚度的用
銷釘固定的耐火防磨層1，其厚度一般為50—70mm；
燃燒室出口氣流方向改變布置了防磨層2；高溫旋風
分離器內氣流作旋轉運動，磨損嚴重，布置了防磨層
3；腿料，返料器和返料管內分別布置了防磨絕熱層
4．5．6；分離器排氣管內氣流速度高，布置了防磨絕
熱層7。燃燒室與分離器之間連接管氣流速度高布
置了防磨層8。
燃燒室下部的燃燒溫度一般為850—1050℃ ，粒
子粗，濃度大，氣流速度5 5．5m／s，磨損嚴重。
燃燒室出口燃燒溫度一般為800—900℃，燃燒
室上部的氣流速度為5．5 6．0m／s，也是嚴重磨損
區。
分離器內的粒子由于離心力的作用碰壁而分離
下來，工作溫度為850—950~C，對耐火耐熱層帶來嚴
重磨損。
1、燃燒室下部2、燃燒室出口 3、旋風分離器
4、料腿5、返料器6、返料管7、分離器出口管
8、連接管
圖1 循環流化床鍋爐耐火耐磨內襯材料敷設示意圖
料腿，返料器，返料管工作條件不算惡劣，但施
工條件和施工工藝及烘爐要特別注重。連接管內氣
流速度、工作溫度、粒子濃度較高，磨損重。
從上述情況可看出：循環流化床各部位工作溫
度對耐火材料而言不算高，屬中溫工作區間，低于耐
火材料的燒結溫度(耐火材料的燒結溫度在1350以
上)。燃燒室下部和高溫旋風分離器內耐火防磨層
的工作條件是最惡劣的，其它部位施工難度大，要特
別注重施工工藝，和烘爐及其燒結過程。
3 耐火耐磨層內襯的主要損壞原因
3．1 沖擊和切削磨損
燃燒室下部床料粒子大，濃度高，在它的運行工
況下，粒子對耐火、防磨層的磨損以沖擊最為嚴重，
切削磨損次之。另外，燃燒室下部帶有一點還原燃
燒氣氛，該氣氛下的化學腐蝕也起一定作用。
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熱電技術 2005年第3期(總第87期)
高溫旋風分離器內，粒子較細，但高速的旋轉運
動，粒子對器壁的切削，沖擊磨損均較嚴重。
3．2 侵蝕
煙氣中的s0 、H2s、s0，等酸性氣體對各部位的
耐火防磨層產生一定腐蝕。另外，堿金屬滲透也使
耐磨層變質損壞。
3．3 熱損壞
循環流化床鍋爐具有負荷調節范圍大，變化速
率高的優點，但鍋爐啟停和負荷變化時，如果不控制
啟動、停爐和負荷變化時的耐火防磨層的溫度變化
速率，會使耐火層內產生很大的熱應力而造成耐火
層的損壞、破裂和脫落。
3．4 烘爐不當帶來耐火層損壞
耐火層沒有布置排氣孔，加上烘爐工藝不妥造
成耐火層的一些死角部位—— 料腿、返料器、分離器
錐體下部等，沒有達到烘干要求，加之點火過程太
短，溫升太快，耐火層中的大量水汽排不出去，造成
蒸汽壓力劇增而沖破耐火層，使之破裂脫落，堵塞返
料器。此種情況帶來的后果是極其嚴重的，造成鍋
爐帶不上額定負荷，點火啟動失敗。
4 解決措施
4．1 材料的選擇
循環流化床鍋爐各部位的工作溫度一般在850
— 1050℃ ，此溫度低于耐火材料的燒結溫度。在此
溫度下耐火材料不能被燒結而形成陶瓷結合。在選
擇耐火材料時必須注意以下兩點：耐火磚及其它耐
火材料定形制品是經高溫燒結而成，燒結溫度遠高
于1050℃ ，因此，循環流化床鍋爐采用耐火磚和定形
制品時，直接選用高鋁耐火磚就行了；對非定形澆注
料，可塑料，由于使用前沒有燒結，在鍋爐使用過程
中燒結。而循環流化床各部位耐火防磨層的工作溫
度屬中溫范圍，達不到其燒結溫度。如何保證中溫
工況下耐火材料的燒結性能，只能依靠化學的方法
— — 即加入化學添加劑等來降低其燒結溫度，即在
正常運行溫度條件下使其燒結，形成陶瓷結合，達到
所需要的強度。
4．2 骨料、粉料、結合劑和添加劑的選配
耐火材料主要由骨料、粉料、結合劑和添加劑等
組成。骨料在材料的構成中起骨架的作用。它的強
度高低對耐火材料的強度影響很大。目前使用較多
的有：剛玉、碳化硅、特級高鋁(AI O，≥88％)。細粉
在材料構成中起填充作用。目前普遍存在一種現
象：即骨料的耐磨性好，細粉的耐磨性差，導致細粉
首先被沖刷掉，骨料被孤立出來，然后脫落。因此，
使骨料與粉料的耐磨性一致(或粉料耐磨性更高)是
非常重要的。結合劑主要是使骨料和粉料能緊密結
合，從而提高材料的強度。結合劑主要有水硬性結
合劑和化學結合劑兩種。添加劑的作用是改善材料
燒結性能，從而提高材料的中溫性能指標。
有了好的原料，還必須有一個合理的配比，即骨
料、細粉、結合劑和添加劑的加入比率。循環流化床
鍋爐內襯耐火耐磨材料除了耐磨外，還要求耐急冷
急熱性好，因為鍋爐的每次啟停，都會使內襯材料受
到一次強烈的熱震。因此在確定配比時，要綜合考
慮這些因素。骨料太多，不易成型，強度低。粉料太
多，耐急冷急熱性能不好，材料容易剝落。
此外，在耐磨材料的配比中，也經常加入鋼纖維
和防爆纖維。加入鋼纖維的作用主要是保證材料的
整體性，使耐火材料在使用過程中不易脫落，但加入
量不宜過大，一是從經濟成本考慮，二是加入量過
大，易產生裂紋(因兩種材料膨脹系數不一樣)。加
入防爆纖維主要是保證在烘爐過程中，材料不會因
溫度急劇升高而產生炸裂和剝落。因為防爆纖維遇
熱即會熔化，在材料內部及表面產生許多細小的通
道(非貫通)，這些細小的通道保證了在烘爐過程中
水蒸汽的順利排出。
4．3 施工
耐火耐磨材料的施工質量的好壞，對材料的使
用壽命有很大的影響。好的材料如果沒有一個好的
施工質量做保證，同樣達不到滿意效果。耐火防磨
材料在施工過程中應注意以下幾個方面：
a． 耐火磚砌筑
首先在耐火磚的選擇上要特別注重：耐火磚不
能有裂紋、層裂(有些是在耐火磚里面)、缺邊、掉角
等外觀質量問題。其次是耐火磚的化學成分、密度、
燒后強度和燒成溫度(燒成溫度越高越好)等理化指
標達到設計要求。
耐火磚是由耐火泥漿砌筑而成，如果耐火泥漿
的強度不高，將首先被沖劇掉，導致整塊耐火磚松
動，直至脫落。耐火磚在砌筑時要求灰縫飽滿，磚縫
為2—3mm。此外，一個班(8小時)一次砌筑耐火磚
的高度以1．2m左右較為合適，因為這樣既能保證磚
縫飽滿及磚縫要求，又能使磚縫受壓均衡。
b． 澆注料施工
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劉 昕等：耐火耐磨內襯材料損壞原因分析及解決措施
澆注料在施工過程中，首先要嚴格控制攪拌中
的加水量。加水量過多，成型后材料內部氣孑L率高，
材料強度大大降低(根據研究，加水量每增加1％ ，材
料的強度降低5％左右)。加水量太少，材料流動性
不好，振動不密實，容易留下氣孔、洞穴等，強度也大
大降低。
其次要控制攪拌時間和振動時間。攪拌時間
短，材料混合不均勻，影響材料質量。振動時間短，
材料不密實，強度降低。振動時間過長，材料易產生
分層，細粉浮在表面，骨料沉在底部，導致材料強度
降低、易剝落。
澆注料施工應在5℃ 以上環境下進行。因為溫
度太低，材料不易凝固，即使凝固，也是一種假凝現
象。
c． 可塑料(搗打料)施工
搗打料在攪拌時要求用混碾機或強力攪拌機，
因為該材料粘性較大，所以攪拌時間應盡可能長，以
使材料能混合均勻。在搗打時，有條件的可使用機
械搗打，沒有條件的可用木錘人工搗打，但要保證搗
打的密實度。搗打料與搗打料之間的結合面，一定
要進行處理，否則容易形成分層。
由于搗打料屬熱硬性材料(澆注料為水硬性材
料)，因此施工完后應保持一定的環境溫度，以使搗
打料能快速硬化。
d． 銷釘(錨固件)的處理
在鍋爐內有很多銷釘(錨固件)。銷釘是金屬材
料，它受熱后的膨脹系數遠遠大于耐火材料的膨脹
系數。如果銷釘不進行預處理而直接將耐火材料敷
設在其上面，在銷釘與耐火材料的接觸面上就會形
成網狀裂紋，導致耐火材料最后開裂、脫落。
e． 烘烤
要嚴格按照烘爐曲線進行烘烤。升溫速度不宜
太快，因為升溫太快，材料內部大量的水迅速轉化為
水蒸氣，水蒸汽達到一定壓力后，便會使材料表面崩
裂。
f． 啟動和運行
耐火耐磨材料使用壽命的長短，除了與材料質
量和施工有很大關系外，啟動和運行過程也對它有
很大的影響。應盡可能減少鍋爐的啟停次數，因為
每一次啟停對耐火耐磨材料都是一次劇烈的熱沖擊
(急冷急熱)。運行中增減負荷時，應控制負荷變化
速率，減少耐火層內產生過大熱應力而破裂。因此，
保證鍋爐的連續運行，對提高耐火耐磨材料的使用
壽命是非常有益的。
5 結束語
通過循環流化床鍋爐耐火耐磨材料的研制并應
用，體會到：
a． 耐火材料制造廠家應與鍋爐設計、制造單
位緊密結合，使用戶能夠用到質優、合格的耐火耐磨
材料。
b． 耐火耐磨材料的選擇不宜片面追求高檔產
品，要根據循環流化床鍋爐經濟運行周期的需要，在
鍋爐的不同部位采用不同材料、不同性能的耐火耐
磨材料，達到爐襯均衡磨損，提高鍋爐耐火耐磨內襯
材料的檢修周期。
c． 耐火耐磨材料的施工質量非常重要，直接
影響到材料的使用壽命。
參考文獻
1．黨黎軍．循環流化床鍋爐的啟動調試與安全運行．中
國電力出版社，2002年
2．劉德昌．流化床燃燒技術的工業應用．中國電力出版
社，1999年

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