浅谈循环流化床锅炉与耐火耐磨材料

2  磨损机理  

锅炉的运行调整，说穿了就是对燃烧的调整，而燃烧本身又是一种化学反应过程。燃料入炉后，在合适温度、充足氧量、均匀搅拌、足够时间的条件下进行完全燃烧。循环流化床锅炉也不例外，只是炉内的燃烧是采用低温燃烧新技术，炉内的燃烧温度要比煤粉炉、链条炉、旋风炉等炉型低一些。而均匀搅拌和足够燃烬时间却比目前投放市场运行的任何炉型都优越，这就是循环流化床锅炉燃烧效率高的最大优点之一。  

循环流化床锅炉的燃烧原理是：新燃料入炉后，立即被卷入到大量的物料中，在炽热的物料里，首先吸热、蒸发水分和挥发份的析出并燃烧，而后进行焦碳的燃烧及灰份的形成。这一系列燃烧过程都是在剧烈的流化循环过程中进行的。中倍率的循环流化床锅炉新入炉的燃料只占整个循环物料的6 ～8%左右甚至更少，可以讲新燃料入炉后在燃烧过程中所放出的全部热量首先传给循环物料和维持炉内温度。循环流化床锅炉在正常运行中，所谓的循环物料就是一种载热体。由于整个燃烧过程都是在剧烈的流化循环中进行，所以说在整个的锅炉运行中，就存在着一个循环物料与各受热面，循环物料与炉衬材料的磨损问题，各处磨损的严重与否，磨损量的多少。经各国的多次实验和实际运行情况总结得出的结果是成下列关系式：A=V3.P.фQ/K，A？？磨损量、V？？循环物料的运动速度、P？？炉内压力、φ？？循环物料直径、Q？？循环物料的浓度、K？？燃用煤种的可磨性系数。即：磨损量与物料运动速度三次方、与炉内压力、物料直径和炉内的物料浓度成正比，而与煤种的可磨性系数成反比例关系。所以讲炉子的密相区由于气、固两种物质流速快，压力相对比较高，物料直径和浓度比较大，致使磨损较严重。而炉膛出口虽然炉内压力、循环物料直径和浓度都较小，但流速在加快，同样磨损也很严重，密相区及炉膛出口均在受热面上打一层耐磨材料，其用意就在这里。   

我们经分析知道了磨损是由于物料的运动速度、物料浓度、物料的直径和炉内压力所造成的，而这些因素都是循环流化床锅炉固有的特性，是不以人们的意志为转移的，是无法改变和抗拒的，只有循环物料运动速度是随燃烧调整中送、引风量的多少而随时变化。不论从减轻磨损的角度，还是从经济运行的角度，一定要调整最佳的送、引风量。因为多余的送风，不但能造成过快的烟气流速加速磨损。而且还会造成厂用电上升，排烟热损失增大，锅炉效率下降，白白浪费厂用电和热能源。所以说过多的送风不仅仅是一个造成经济损失的问题，而且也是一个影响安全指标的问题。运行调整中一定要以确保安全为原则，以提高锅炉的经济运行为核心、以为企业创最大的经济效益为目的，以获得炉子满负荷较长运行周期为出发点，实实在在做好运行中的调整工作。  

在炉膛内，气、固两种物质的运动是错综复杂的，从宏观上讲是按照设计流向进行的，但从微观上看，物料运动的方向自密相区的始端开始就杂乱无序，物料和入炉的原煤在一、二次风的作用下被强烈流化并向上运动，在向上运动的所有物料粒子都同时受着三个方面的作用力；即粒子本身向下的重力，烟风向上流动对粒子的推动力，以及粒子和粒子之间向上运动时的摩擦力。经分析得知：当粒子本身的重力和粒子向上运动时之间的摩擦力之和大于烟风流动对粒子向上推动力时，该粒子就会向下降落或向烟风推动力较小的四周漂移后沿水冷壁及鳍片下滑，下滑到一定高度当粒子重力和摩擦力之和小于烟风向上流动力时又被托起，较大的颗粒物料直至返回到密相区。煤粒在运动中燃烧了自己变成了飞灰，煤中的杂质变成了物料，原来的物料在强烈运动的摩擦中使自身的质量下降，上升高度不断增加直到最后离开炉膛，炉膛内每时每刻总是这样周而复始地进行着。所以说循环流化床锅炉的炉膛内从微观上分析，有成千上万个小循环。而且在高度上的不论哪个截面，以及截面和截面之间其物料的浓度、直径、炉内压力都不一样，这些参数都和炉膛高度成反比例关系，所以炉内的磨损量也是呈下面比上面严重这种关系变化的。  

炉内磨损无论是对受热面还是对炉衬材料，都是从表面开始，逐渐向内延进。由于炉内温度较高且又有一些腐蚀性气体，物料的磨损只占其中的一部分，而且还要经受高温腐蚀、氧化腐蚀、二氧化硫及三原子气体的腐蚀等等。受热面都是用优质金属材料制造的，受各种气体腐蚀的因素较少，主要是受循环物料的磨损，而对炉衬材料来说磨损和腐蚀确是全方位的。我们选用的炉衬材料都是由各种矿物质根据不同化学配方制成的，在配制过程中，选用了各种级配比的骨料和相当数量的粉料以及超细微粉另加添加剂和促凝剂，从而获得一种较理想的高强度、耐磨损、抗冲刷、抗剥落、热稳定性能好的耐火材料。耐火耐磨材料的性能是否能满足循环流化床锅炉的需要是各耐火材料生产厂家的迫切愿望，也是各使用循环流化床锅炉用户的希望所在，所以说选用的耐火耐磨材料质量好坏对后天锅炉安全经济运行十分重要。  

根据几个锅炉厂投放市场后若干台循环流化床锅炉的运行情况看，有相当数量的炉子其选用的耐火耐磨炉衬材料，都不能满足运行要求。经几千小时运行，其表面就有明显磨损，各种级配的骨料裸露在表面，有相当一部分一动马上就要掉落。从实际磨损留下的痕迹分析得知；就是所选用的耐磨材料黏合剂或结合剂不能将所有的各种级配的骨料和粉料黏结在一起，使之达到循环流化床锅炉运行所需要的高强度、耐磨损、抗冲刷、抗剥落、热稳定性好的要求。由于耐磨浇注料中的骨料和粉料是均匀分布的，其黏结强度不好致使粉料磨损后，骨料就被裸露在表面就变成了无本之木，就会自然脱落或漫漫的被全部磨光，所保护的受热面和担当的密封作用都将无用，这样的情况还算是不错的。还有一种情况，使用在设备上的耐火材料，不但表面上磨损严重，而且内部变酥松强度急剧下降，这样的耐磨材料经常造成大面积脱落，及早的失去保护受热面和密封的作用，绝大多数还会造成事故停炉，严重影响了热动设备的安全运行。造成这种事情发生的根本原因，不是我们选用的耐火耐磨材料骨料和粉料质量差，不能满足使用要求，而是配制的技术不过关和配比比例不合适。先进发达国家生产的耐磨材料，使用在密相区仅有20-30毫米厚，就可使用五万小时以上而且表面很光滑，质量是非常好的。而从我们使用的耐火耐磨材料磨损留下的痕迹分析，耐火材料中的骨料和各种粉料耐磨性能是可以的，由施工后表面特别光滑，当运行一段时间后，其表面就很粗糙或非常粗糙，这时比较粗糙的表面就会一层一层的脱落，更严重的用手一掰就下来一大块，用锤子一敲发出砰砰的酥松声音，追其根本原因就是使用在耐磨材料中的结合剂或粘结剂不好，不能将各种级配的耐火材料有机结合在一起，不能获得较高的强度和耐磨性能，不能使整个混凝土强度达到骨料的强度，这样就很难抵抗由高温造成的各种腐蚀和破坏，就很难确保炉子的正常运行，经常造成事故停炉就成了必然的结果，就成了一个无法抗拒的事实，所以选用什么样的耐火耐磨材料对后天安全运行意义特别深远和重大。如果一旦选用了不合适的耐火耐磨材料，以后想彻底更换要花费几倍的努力才能实现，这方面的教训实在是太多太多啦。
 

3  结束语  

人类的生存、生活和生产均离不开用火，为了防止高温造成的损坏，必须将耐火材料这门技术研究好和利用好。地球上的耐温氧化物质分布和含量基本差不多，而后天的合成方法及配比技术，是随各国的技术状况相差很大，我国的耐火材料与发达国家相比落后很多，不论是耐压强度、抗折强度、粘合强度，还是体积密度、真实比重等都与发达国家有较大的差距，在这种情况下我们更应该高度重视为高温技术服务的耐温耐磨材料的质量。在使用前根据情况精心选料，精心配制；在施工中严格按要求精心施工、精心养护；在运行中尽量避免对耐火、耐磨材料造成急冷急热而产生的膨胀不均造成的不应有的损坏。让耐火材料在热动设备、冶金工业、人类生活等方面发挥出他应有的作用，服务好高温技术、服务好人类的生产和生活。同时我们也呼吁国家级科研单位及早研制开发出若干种高强、耐磨、抗冲刷、热稳定性好的耐温耐磨材料，将我国与先进国家在耐火材料领域的差距缩小，从而赶上或超过发达国家，从而让耐温、耐磨这种辅助性材料在为热动设备服务的过程中不能影响其安全经济运行。