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      淺談循環流化床鍋爐和耐火耐磨材料。

      作者:寰洋實業  發布日期:2021-09-11

      1  耐火耐磨材料特性   耐火材料是服務于高溫技術的基礎材料,由于在高溫技術的行業中,耐火材料是輔助性材料,所以往往被人們所忽視。正是由于這一點的存在,往往所選用的耐火耐磨材料產品質量達不到使用要求的標準,運行中經常造成主設備停用事故。例如,冶金系統由于耐火材料使用周期短,經常停爐影響生產,由于耐火度不夠冶煉鋼材達不到標準質量。發電、制藥、造紙、化工等行業由于用在爐子上的耐火耐磨材料不過關經常造成停爐,不但給使用單位造成直接的經濟損失,而且也給廣大人民群眾生活帶來諸多不便,有時甚至還造成連帶經濟損失。所以說,雖然耐火耐磨材料在高溫技術領域是呈輔助性材料特性出現,但萬萬不可對該材料掉以輕心,根據爐型的特點精心選用合適的耐火耐磨材料,而且還需制定出相應的標準、規范、要求、合理配方,并組織技術力量過硬的隊伍去完成施工任務。   耐火材料是種礦產物資,礦產資源質量的好壞是與合成的溫度、壓力、年限有關系。耐火材料又是一種非均質體,有主、副成分之分,我們通常將其基本成分稱為主要成分,而將其它成分稱為副成分,而副成分又是有意添加的以提高產品某些方面性能的成分和材料中本身攜帶的雜質所組成。耐火材料中的主要成分是該材料中的主體,也是我們選中要用材料的標準。限度地選用主要成分較高的份額和降低有害成分或雜質較少的份額,是保證耐火材料質量的重要一環?;蛘咄ㄟ^一些有效的措施辦法和手段,例如:使用一些添加劑、結合劑、穩定劑、燒結劑、減水劑、抗水劑、抗氧化劑、促凝劑等等,這些都是為了提高耐火材料本身的抗壓、耐溫、耐磨、抗沖刷、耐腐蝕的作用,終的目的就是為了讓耐火耐磨材料能夠滿足在高溫條件下的運行要求,為高溫領域的技術服好務。   我們知道,耐火耐磨材料的主要功能是抵隅高溫作用的,因此,它由較高熔點的化合物所組成。只有較高熔點的化合物在原材料中的含量較多時,耐火材料才能獲得較高的耐火溫度;只有較高的耐火溫度才能抵隅高溫情況下產生的對耐火材料各種破壞力,這是我們選用耐火耐磨材料的原則。如果我們選用的耐火耐磨材料不能在高溫下抵隅由物理、化學、機械等方面產生的作用力,不能抵隅爐渣、煙塵、腐蝕性氣體等有害雜質元素的侵蝕,勢必就會產生耐火材料的熔融、軟化、融蝕、磨損和迸裂損壞。為了避免這類情況發生,我們應優先選用一些適合循環流化床鍋爐本身情況的耐火耐磨材料,如果我們一味地選用高擋材料,雖然能滿足使用要求,但造價昂貴很不經濟;如果選用的材料不能滿足這種爐型的運行要求,再經濟的耐火材料也不能使用在鍋爐設備上,所以說選用什么樣的材料是一項技術性很強、知識面很廣、需要考慮諸多因素的細致工作,決不是一項一般的工作,更不能粗心大意。

      2  磨損機理   鍋爐的運行調整,說穿了就是對燃燒的調整,而燃燒本身又是一種化學反應過程。燃料入爐后,在合適溫度、充足氧量、均勻攪拌、足夠時間的條件下進行完全燃燒。循環流化床鍋爐也不例外,只是爐內的燃燒是采用低溫燃燒新技術,爐內的燃燒溫度要比煤粉爐、鏈條爐、旋風爐等爐型低一些。而均勻攪拌和足夠燃燼時間卻比目前投放市場運行的任何爐型都優越,這就是循環流化床鍋爐燃燒效率高的優點之一。   循環流化床鍋爐的燃燒原理是:新燃料入爐后,立即被卷入到大量的物料中,在熾熱的物料里,首先吸熱、蒸發水分和揮發份的析出并燃燒,而后進行焦碳的燃燒及灰份的形成。這一系列燃燒過程都是在劇烈的流化循環過程中進行的。中倍率的循環流化床鍋爐新入爐的燃料只占整個循環物料的6 ~8%左右甚至更少,可以講新燃料入爐后在燃燒過程中所放出的全部熱量首先傳給循環物料和維持爐內溫度。循環流化床鍋爐在正常運行中,所謂的循環物料就是一種載熱體。由于整個燃燒過程都是在劇烈的流化循環中進行,所以說在整個的鍋爐運行中,就存在著一個循環物料與各受熱面,循環物料與爐襯材料的磨損問題,各處磨損的嚴重與否,磨損量的多少。經各國的多次實驗和實際運行情況總結得出的結果是成下列關系式:A=V3.P.фQ/K,A??磨損量、V??循環物料的運動速度、P??爐內壓力、φ??循環物料直徑、Q??循環物料的濃度、K??燃用煤種的可磨性系數。即:磨損量與物料運動速度三次方、與爐內壓力、物料直徑和爐內的物料濃度成正比,而與煤種的可磨性系數成反比例關系。所以講爐子的密相區由于氣、固兩種物質流速快,壓力相對比較高,物料直徑和濃度比較大,致使磨損較嚴重。而爐膛出口雖然爐內壓力、循環物料直徑和濃度都較小,但流速在加快,同樣磨損也很嚴重,密相區及爐膛出口均在受熱面上打一層耐磨材料,其用意就在這里。    我們經分析知道了磨損是由于物料的運動速度、物料濃度、物料的直徑和爐內壓力所造成的,而這些因素都是循環流化床鍋爐固有的特性,是不以人們的意志為轉移的,是無法改變和抗拒的,只有循環物料運動速度是隨燃燒調整中送、引風量的多少而隨時變化。不論從減輕磨損的角度,還是從經濟運行的角度,一定要調整的送、引風量。因為多余的送風,不但能造成過快的煙氣流速加速磨損。而且還會造成廠用電上升,排煙熱損失增大,鍋爐效率下降,白白浪費廠用電和熱能源。所以說過多的送風不僅僅是一個造成經濟損失的問題,而且也是一個影響安全指標的問題。運行調整中一定要以確保安全為原則,以提高鍋爐的經濟運行為核心、以為企業創的經濟效益為目的,以獲得爐子滿負荷較長運行周期為出發點,實實在在做好運行中的調整工作。   在爐膛內,氣、固兩種物質的運動是錯綜復雜的,從宏觀上講是按照設計流向進行的,但從微觀上看,物料運動的方向自密相區的始端開始就雜亂無序,物料和入爐的原煤在一、二次風的作用下被強烈流化并向上運動,在向上運動的所有物料粒子都同時受著三個方面的作用力;即粒子本身向下的重力,煙風向上流動對粒子的推動力,以及粒子和粒子之間向上運動時的摩擦力。經分析得知:當粒子本身的重力和粒子向上運動時之間的摩擦力之和大于煙風流動對粒子向上推動力時,該粒子就會向下降落或向煙風推動力較小的四周漂移后沿水冷壁及鰭片下滑,下滑到一定高度當粒子重力和摩擦力之和小于煙風向上流動力時又被托起,較大的顆粒物料直至返回到密相區。煤粒在運動中燃燒了自己變成了飛灰,煤中的雜質變成了物料,原來的物料在強烈運動的摩擦中使自身的質量下降,上升高度不斷增加直到后離開爐膛,爐膛內每時每刻總是這樣周而復始地進行著。所以說循環流化床鍋爐的爐膛內從微觀上分析,有成千上萬個小循環。而且在高度上的不論哪個截面,以及截面和截面之間其物料的濃度、直徑、爐內壓力都不一樣,這些參數都和爐膛高度成反比例關系,所以爐內的磨損量也是呈下面比上面嚴重這種關系變化的。   爐內磨損無論是對受熱面還是對爐襯材料,都是從表面開始,逐漸向內延進。由于爐內溫度較高且又有一些腐蝕性氣體,物料的磨損只占其中的一部分,而且還要經受高溫腐蝕、氧化腐蝕、二氧化硫及三原子氣體的腐蝕等等。受熱面都是用金屬材料制造的,受各種氣體腐蝕的因素較少,主要是受循環物料的磨損,而對爐襯材料來說磨損和腐蝕確是全方位的。我們選用的爐襯材料都是由各種礦物質根據不同化學配方制成的,在配制過程中,選用了各種級配比的骨料和相當數量的粉料以及超細微粉另加添加劑和促凝劑,從而獲得一種較理想的高強度、耐磨損、抗沖刷、抗剝落、熱穩定性能好的耐火材料。耐火耐磨材料的性能是否能滿足循環流化床鍋爐的需要是各耐火材料生產廠家的迫切愿望,也是各使用循環流化床鍋爐用戶的希望所在,所以說選用的耐火耐磨材料質量好壞對后天鍋爐安全經濟運行十分重要。   根據幾個鍋爐廠投放市場后若干臺循環流化床鍋爐的運行情況看,有相當數量的爐子其選用的耐火耐磨爐襯材料,都不能滿足運行要求。經幾千小時運行,其表面就有明顯磨損,各種級配的骨料裸露在表面,有相當一部分一動馬上就要掉落。從實際磨損留下的痕跡分析得知;就是所選用的耐磨材料黏合劑或結合劑不能將所有的各種級配的骨料和粉料黏結在一起,使之達到循環流化床鍋爐運行所需要的高強度、耐磨損、抗沖刷、抗剝落、熱穩定性好的要求。由于耐磨澆注料中的骨料和粉料是均勻分布的,其黏結強度不好致使粉料磨損后,骨料就被裸露在表面就變成了無本之木,就會自然脫落或漫漫的被全部磨光,所保護的受熱面和擔當的密封作用都將無用,這樣的情況還算是不錯的。還有一種情況,使用在設備上的耐火材料,不但表面上磨損嚴重,而且內部變酥松強度急劇下降,這樣的耐磨材料經常造成大面積脫落,及早的失去保護受熱面和密封的作用,絕大多數還會造成事故停爐,嚴重影響了熱動設備的安全運行。造成這種事情發生的根本原因,不是我們選用的耐火耐磨材料骨料和粉料質量差,不能滿足使用要求,而是配制的技術不過關和配比比例不合適。先進發達國家生產的耐磨材料,使用在密相區僅有20-30毫米厚,就可使用五萬小時以上而且表面很光滑,質量是非常好的。而從我們使用的耐火耐磨材料磨損留下的痕跡分析,耐火材料中的骨料和各種粉料耐磨性能是可以的,由施工后表面特別光滑,當運行一段時間后,其表面就很粗糙或非常粗糙,這時比較粗糙的表面就會一層一層的脫落,更嚴重的用手一掰就下來一大塊,用錘子一敲發出砰砰的酥松聲音,追其根本原因就是使用在耐磨材料中的結合劑或粘結劑不好,不能將各種級配的耐火材料有機結合在一起,不能獲得較高的強度和耐磨性能,不能使整個混凝土強度達到骨料的強度,這樣就很難抵抗由高溫造成的各種腐蝕和破壞,就很難確保爐子的正常運行,經常造成事故停爐就成了必然的結果,就成了一個無法抗拒的事實,所以選用什么樣的耐火耐磨材料對后天安全運行意義特別深遠和重大。如果一旦選用了不合適的耐火耐磨材料,以后想更換要花費幾倍的努力才能實現,這方面的教訓實在是太多太多啦。
        3  結束語   人類的生存、生活和生產均離不開用火,為了防止高溫造成的損壞,將耐火材料這門技術研究好和利用好。地球上的耐溫氧化物質分布和含量基本差不多,而后天的合成方法及配比技術,是隨各國的技術狀況相差很大,我國的耐火材料與發達國家相比落后很多,不論是耐壓強度、抗折強度、粘合強度,還是體積密度、真實比重等都與發達國家有較大的差距,在這種情況下我們更應該高度重視為高溫技術服務的耐溫耐磨材料的質量。在使用前根據情況精心選料,精心配制;在施工中嚴格按要求精心施工、精心養護;在運行中盡量避免對耐火、耐磨材料造成急冷急熱而產生的膨脹不均造成的不應有的損壞。讓耐火材料在熱動設備、冶金工業、人類生活等方面發揮出他應有的作用,服務好高溫技術、服務好人類的生產和生活。同時我們也呼吁科研單位及早研制開發出若干種高強、耐磨、抗沖刷、熱穩定性好的耐溫耐磨材料,將我國與先進國家在耐火材料領域的差距縮小,從而趕上或超過發達國家,從而讓耐溫、耐磨這種輔助性材料在為熱動設備服務的過程中不能影響其安全經濟運行。


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