循环流化床(CFB)锅炉因其燃料适应性广、脱硫成本低而在热电行业广泛应用,全国在役CFB锅炉超过4000台。但CFB锅炉特有的高浓度物料循环对炉衬造成强烈冲刷,耐磨耐火材料的磨损和脱落是导致非计划停炉的首要原因,约占总停炉次数的35%。掌握耐磨耐火材料的施工和烘炉工艺,是延长CFB锅炉运行周期的关键。
耐磨耐火材料的选型
CFB锅炉不同部位的工况差异很大,材料选型必须"因地制宜"。炉膛下部密相区温度约850℃至950℃,物料浓度高、颗粒速度达5至8m/s,应选用高强度耐磨浇注料,如SiC含量≥50%的低水泥耐磨浇注料,常温耐压强度≥80MPa,耐磨性(ASTM C704)≤8cm³。炉膛出口旋风分离器入口烟气流速可达20至28m/s,冲刷最为剧烈,应选用SiC含量≥70%的超高耐磨浇注料或耐磨可塑料。
返料器和外置床工作温度约850℃,但物料浓度极高且流动状态复杂,宜采用磷酸盐结合高铝耐磨可塑料,该材料具有中温强度高、热震稳定性好的特点。尾部烟道温度较低(200℃至500℃),磨损相对较轻,可选用普通高铝浇注料以降低成本。某电厂曾在分离器锥段误用普通高铝浇注料替代SiC浇注料,运行仅3个月就出现大面积冲刷磨损,被迫停炉抢修,直接损失超过80万元。
锚固系统的焊接质量
锚固钉(锚固件)是耐磨耐火衬里与金属壳体之间的"骨架",其焊接质量直接关系到衬里是否脱落。锚固钉通常采用Y型或V型耐热钢筋,材质为Cr25Ni20或0Cr25Ni20,直径8至12mm。锚固钉间距一般为150至250mm,呈梅花形布置,在拐角和开孔部位应加密至100至150mm。
焊接要求满焊,焊脚高度不小于锚固钉直径的0.7倍,焊接后逐个进行锤击检查,虚焊和假焊必须铲除重焊。锚固钉表面应涂刷0.5至1mm厚的沥青漆或缠绕胶布,预留受热膨胀空间,防止金属与耐火材料线膨胀系数差异导致衬里开裂。某240t/h CFB锅炉曾因锚固钉未涂沥青漆,烘炉后衬里出现大量网状裂纹,最终被迫返工。
浇筑施工控制要点
耐磨浇注料的拌和必须严格按照厂家提供的加水量执行,通常加水量为5%至7%,误差不超过±0.5%。加水过多会降低强度和耐磨性,加水过少则振捣不密实。拌和应采用强制式搅拌机,先干混2至3分钟,再加水湿混3至5分钟。拌和好的料应在30分钟内用完,已初凝的料不得二次加水使用。
浇筑应连续进行,分层浇筑厚度不超过300mm,采用插入式振捣器振捣,振捣间距不大于300mm,每点振捣时间10至20秒,至表面返浆、气泡基本排出为止。振捣棒不得触及锚固钉和模板。施工缝应留在膨胀缝位置,不得随意留设。浇筑完成后12至24小时内脱模(具体时间视环境温度和材料凝结特性而定),脱模后及时检查衬里表面,对蜂窝、麻面和裂纹进行修补。
养护与烘炉曲线
耐磨浇注料浇筑后需要充分的自然养护,时间不少于3天,养护期间保持环境温度在5℃至35℃之间,每天洒水2至3次保持湿润。养护完成后进入烘炉阶段,烘炉是整个施工过程中最关键的环节,其目的是排除衬里中的游离水和结晶水,使材料达到设计强度。
烘炉曲线应根据材料厂家提供的参数和锅炉实际情况制定,一般遵循"缓慢升温、分级恒温"的原则。典型烘炉曲线如下:以≤10℃/h的速率从常温升至110℃,恒温24至48小时排除游离水;以≤15℃/h升至300℃,恒温24小时排除结晶水;以≤20℃/h升至550℃,恒温24小时完成陶瓷结合;最后以≤25℃/h升至工作温度(850℃至950℃),恒温12小时。整个烘炉周期通常为5至7天。
烘炉过程中,应在衬里内部不同深度埋设热电偶(至少3层:表面、中部、贴近管壁),监控衬里内外温差,任何时候温差不应超过80℃,否则应降低升温速率或延长恒温时间。烘炉完成后,应在不同部位钻孔检查衬里含水率,要求≤2.5%。如果含水率超标,必须延长恒温时间,不得急于升压投运。
常见质量问题及预防
耐磨衬里最常见的质量问题包括:表面裂纹、局部脱落和冲刷磨损。表面裂纹宽度≤0.5mm且深度不超过衬里厚度1/3的,通常不影响使用,可在烘炉后用同材质耐火泥涂抹封闭。宽度>0.5mm的贯穿性裂纹必须开槽修补。局部脱落多由锚固钉焊接不牢或膨胀缝设置不当引起,应从施工源头控制。冲刷磨损则与材料选型和运行风速控制有关,运行中应控制烟气流速不超过设计值。
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