流化床锅炉耐火保温内衬材料要求.docx

探索了循环流化床锅炉各部位工作特性对其内衬材料的性能要求，并提出了相应 的实际应用方案关键字：循环流化床锅炉 锅炉内衬 耐磨耐腐蚀性能1引言循环流化床锅炉（简称CFBB）的燃烧特点是节约能源，减少对大气的污染， 是我国热能动力发展的方向在CFBB中，飞灰循环倍率较高的情况下，可以提 高燃烧效率，增强传热效果，但循环倍率的高低也确定了炉内烟气中固体颗粒的 浓度，因此，较高的循环倍率将导致含灰烟气流对内衬及受热面的严重磨损如 果煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，更加剧了锅 炉内衬的磨损流化床锅炉的燃烧方式和性质决定了锅炉内衬的工作状况，要长 期地经受带煤粒子的高温烟气高速冲刷，并且要在一定的工作年限内保持正常运 转而不损坏而实际情况是，内衬使用寿命一般较短，要频繁地拆换检修，这对 整个热力机组不利，造成较大经济损失解决好 CFB 锅炉内衬的破坏问题，是 进一步发展流化床燃烧技术的2 循环流化床锅炉工况分析CFBB 的炉膛运行在一种特殊的流体动力特性下，细颗粒被以超过平均粒径 颗粒终端速度的气流输送通过炉膛，同时又有足够的颗粒返混以保证炉膛内的温 度分布均匀离开炉膛的大部分颗粒，由气固分离装置捕集并以足够高的速率从靠近炉膛 底部的回送口再循环进入炉膛，使炉膛内的颗粒返混维持在最低程度。

燃烧一次风（风量通常小于化学当量值）通过布风装置送入炉膛，二次风则 在布风装置以上的一定高度从侧壁送入炉膛燃料在炉膛中燃烧产生热量，这些 热量一部分由布置在炉膛内的水冷或蒸汽冷却受热面所吸收，余下部分则被尾部 的对流受热面所吸收通常被称为快速流态化或稀相返混的特殊流体动力特性的形成，对循环流化 床是非常关键的风速、再循环速率、颗粒特性、物料量和系统几何形状的特殊 组合，就可以产生特殊的流体动力特性在这种流体动力特性下，固体物料被速 度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，同时在这种流体动力特性下，固体物 料并不像在垂直气力输送系统中立即被气流所夹带，相反地物料以颗粒团的形式 上下运动、产生高度的返混这种细长的颗粒团既向上运动、向周围运动，也向 下运动颗粒团不断地形成、解体又重新形成这种特殊的流体动力特性也可携 带一定数量其终端速度远大于截面平均气速的大颗粒物料，这种气固运动方式产 生了大的气固滑移速度上述特性使循环流化床锅炉区别于其它形式的锅炉循环流化床锅炉的炉膛中有一定量的固体颗粒，这些颗粒的粒度通常在0.1〜0.3mm范围内固体颗粒包括：1）砂或砾石（燃用木屑等低灰燃料时）；（2）新鲜的或反应过的石灰石（燃用高硫煤或需要脱硫时）；（3）煤灰（燃用高灰或中灰煤而不需要脱硫时）。

有时床料也可以是组合物料燃料的粒度（特别对于低灰燃料）并不一定对 床料的粒度起控制作用，这是因为在循环流化床锅炉中燃料只占床料总量的很小 一部分（1〜3%）流化床锅炉的工作特性决定了它必然对内衬材料的性能有更 高的要求3 内衬材料的性能要求对CFBB内衬材料的性能可按下列步骤进行分析:①熟悉系统特点和整体性 能；②分析内衬敷设点的工作环境；③了解内衬敷设和锅炉性能的相关因素；④ 确定内衬的目的与功能按照上述步骤对低循环倍率CFBB的几种常见炉型典型内衬进行分析，其性 能要求如下:（1）内循环涡流型湍流床内衬，要求高耐磨、高耐温性和抗冲刷；（ 2）高温外循环分离器入口段内衬，要求高耐磨、高耐温性；（ 3）中温外循环分离器入口，要求高耐磨、高耐温性；（ 4）中、高温外循环分离器筒体，要求耐热、保温、热惰性小；（5）点火燃烧室烟道，要求耐热；（ 6）悬浮室，要求高耐热、耐磨、热惰性小对燃用城市废弃物、化工废料等含腐蚀性成分的CFBB，要根据具体情况考 虑防腐和内衬材料的稳定性等问题蒸发量35t/h以上的外循环CFBB膜式或光管组成的炉膛，炉型为悬吊式 对这种炉膛的湍流床和悬浮室内衬结构设计要求:内衬要薄，宜单层结构，材料 的物化性能要高。

薄体内衬与CFBB具有快速负荷响应能力的特性相适应蒸发量35t/h以下的CFBB 一般采用光管宽节距管架式或支撑式水冷壁这 种内衬多采用复合结构内衬的荷载靠水泥地基承担或用分段卸载方式导给炉室 构架这种结构由耐磨耐热层、绝热层、保温层和密封层组成该结构热惰性较 大，不适应负荷突变的需要4 内衬材料的实际应用材料选择要从材料的物化性质(包括耐磨性、耐热性、耐蚀性、导热性、稳 定性、热胀性、收缩率、抗压抗折性和容重)着手，兼顾经济性结合内衬部位 的特点、承载内衬的部件结构、耐温抗磨要求进行综合比较，做到技术先进、结 构可靠和经济合理其中对内衬材料耐磨性影响最直接的因素是抗压强度B. CLAVAUD等人 曾做了 400个样品的磨蚀试验，按ASTM C704法的磨蚀与冷态抗压强度之间的 关系见图 2由图 2 可见，当冷态抗压强度高于 80MPa 时，磨损量较低；高于 120MPa时，磨损量可确保低于12cm3；高于140MPa时，磨损量可低于4cm3 图3为1000°C下热态磨损和1000°C烧后冷态磨损之间的关系我们认为：一般 磨损部位，其材料的冷态抗压强度达到80MPa就够了；对于磨损严重的部位(如 旋风筒入口处)，其抗压强度最好能达到140MPa左右，这时按ASTM C704法试 验的磨损量低于4cm3；对于耐磨浇注料来说，强度应选得更高些。

在湍流床部位，内衬的工作条件恶劣，要求内衬材料应有高耐磨性，耐温好， 抗折耐压性好以及导热系数低，容重尽量小的特点应主要着眼于满足耐磨和耐 温这两个条件，再考虑能否满足适应温度频繁变化的抗热震稳定性，导热系数可 限定在15〜20W/ (m. K)范围内满足这样条件的材料有两种：一种是SiC， 另一种是黑体硅酸锆两种材料性质基本相同两种材料的缺点是容重都较大(> 2500kg/m3)，价格较贵由于湍流床区域内衬面积只占炉室内衬敷设总面积的 1/4 左右，使用这种材料寿命长，稳定性好，可减少因炉衬事故而导致的停炉检 修次数，节省运行费用因此，综合效果还是较好外循环CFBB分离器入口处是易磨损区，材料应选耐磨的，分离器筒体部分 内衬要耐高温因为对高温型分离器，有一部分未燃尽粒子有时会在这里继续燃 烧 CFBB 的分离灰主要部分要参与再循环以控制床温和提高燃烧效率灰入炉 温度要求不大于烟气炉膛出口温度与分离器灰出口温度差±5°C范围，这也就要 求该区域内衬结构既要耐热又要保温要求耐热材料的导热系数V2 W/(m. K) 这种材料可选择高铝制品或其它相近材料5结语CFBB 内衬材料随着锅炉向高参数、大容量、新技术发展而不断发展，开发 了许多新品种、新的施工方法和技术，促进了内衬结构的创新和改进，使耐磨耐 热性能不断改善，推动了流化床燃烧技术的进步探索了循环流化床锅炉各部位工作特性对其内衬材料的性能要求，并提出了相应的实际应用方案。

关键字：循环流化床锅炉 锅炉内衬 耐磨耐腐蚀性能1引言循环流化床锅炉（简称CFBB）的燃烧特点是节约能源，减少对大气的污染，是我国热能动力发展的 方向在 CFBB 中，飞灰循环倍率较高的情况下，可以提高燃烧效率，增强传热效果，但循环倍率的高低 也确定了炉内烟气中固体颗粒的浓度，因此，较高的循环倍率将导致含灰烟气流对内衬及受热面的严重磨 损如果煤质变差，灰分增加，燃煤量也增加，造成烟气中飞灰浓度剧增，更加剧了锅炉内衬的磨损流 化床锅炉的燃烧方式和性质决定了锅炉内衬的工作状况，要长期地经受带煤粒子的高温烟气高速冲刷，并 且要在一定的工作年限内保持正常运转而不损坏而实际情况是，内衬使用寿命一般较短，要频繁地拆换 检修，这对整个热力机组不利，造成较大经济损失解决好CFB锅炉内衬的破坏问题，是进一步发展流化 床燃烧技术的2 循环流化床锅炉工况分析CFBB 的炉膛运行在一种特殊的流体动力特性下，细颗粒被以超过平均粒径颗粒终端速度的气流输送 通过炉膛，同时又有足够的颗粒返混以保证炉膛内的温度分布均匀离开炉膛的大部分颗粒，由气固分离装置捕集并以足够高的速率从靠近炉膛底部的回送口再循环进入 炉膛，使炉膛内的颗粒返混维持在最低程度。

燃烧一次风（风量通常小于化学当量值）通过布风装置送入炉膛，二次风则在布风装置以上的一定高 度从侧壁送入炉膛燃料在炉膛中燃烧产生热量，这些热量一部分由布置在炉膛内的水冷或蒸汽冷却受热 面所吸收，余下部分则被尾部的对流受热面所吸收通常被称为快速流态化或稀相返混的特殊流体动力特性的形成，对循环流化床是非常关键的风速、 再循环速率、颗粒特性、物料量和系统几何形状的特殊组合，就可以产生特殊的流体动力特性在这种流 体动力特性下，固体物料被速度大于单颗物料的终端速度的气流所流化，同时在这种流体动力特性下，固 体物料并不像在垂直气力输送系统中立即被气流所夹带，相反地物料以颗粒团的形式上下运动、产生高度 的返混这种细长的颗粒团既向上运动、向周围运动，也向下运动颗粒团不断地形成、解体又重新形成 这种特殊的流体动力特性也可携带一定数量其终端速度远大于截面平均气速的大颗粒物料，这种气固运动 方式产生了大的气固滑移速度上述特性使循环流化床锅炉区别于其它形式的锅炉循环流化床锅炉的炉膛中有一定量的固体颗粒，这些颗粒的粒度通常在0.1〜0.3mm范围内固体颗粒 包括：（1） 砂或砾石（燃用木屑等低灰燃料时）；（2） 新鲜的或反应过的石灰石（燃用高硫煤或需要脱硫时）；有时床料也可以是组合物料。

燃料的粒度（特别对于低灰燃料）并不一定对床料的粒度起控制作用， 这是因为在循环流化床锅炉中燃料只占床料总量的很小一部分（1〜3%）流化床锅炉的工作特性决定了它 必然对内衬材料的性能有更高的要求3 内衬材料的性能要求对CFBB内衬材料的性能可按下列步骤进行分析：①熟悉系统特点和整体性能；②分析内衬敷设点的 工作环境；③了解内衬敷设和锅炉性能的相关因素；④确定内衬的目的与功能按照上述步骤对低循环倍率CFBB的几种常见炉型典型内衬进行分析，其性能要求如下：（1）内循环涡流型湍流床内衬，要求高耐磨、高耐温性和抗冲刷；（ 2）高温外循环分离器入口段内衬，要求高耐磨、高耐温性；（3） 中温外循环分离器入口，要求高耐磨、高耐温性；（4） 中、高温外循环分离器筒体，要求耐热、保温、热惰性小；（5） 点火燃烧室烟道，要求耐热；（6） 悬浮室，要求高耐热、耐磨、热惰性小对燃用城市废弃物、化工废料等含腐蚀性成分的CFBB,要根据具体情况考虑防腐和内衬材料的稳定 性等问题蒸发量35t/h以上的外循环CFBB膜式或光管组成的炉膛，炉型为悬吊式对这种炉膛的湍流床和悬浮 室内衬结构设计要求：内衬要薄，宜单层结构，材料的物化性能要高。

薄体内衬与CFBB具有快速负荷响 应能力的特性相适应蒸发量35t/h以下的CFBB 一般采用光管宽节距管架式或支撑式水冷壁这种内衬多采用复合结构内 衬的荷载靠水泥地基承担或用分段卸载方式导给炉室构架这种结构由耐磨耐热层、绝热层、保温层和密 封层组成该结构热惰性较大，不适应负荷突变的需要4 内衬材料的实际应用材料选择要从材料的物化性质（包括耐磨性、耐热性、耐蚀性、导热性、稳定性、热胀性、收缩率、 抗压抗折性和容重）着手，兼顾经济性结合内衬部位的特点、承载内衬的部件结构、耐温抗磨要求进行 综合比较，做到技术先进、结构可靠和经济合理其中对内衬材料耐磨性影响最直接的因素是抗压强度B. CLAVAUD等人曾做了 400个样品的磨蚀试 验，按ASTM C704法的磨蚀与冷态抗压强度之间的关系见图2由图2可见，当冷态抗压强度高于80MPa 时，磨损量较低；高于120MPa时，磨损量可确保低于12cm3；高于140MP。