循环流化床机组为何要用耐热的耐火材料|技术前沿

循环流化床机组用耐热耐火材料做内衬的主要目的是为了保护炉体钢壳不被所燃烧的物料冲刷锈蚀。

循环流化床机组燃烧的劣质煤含灰量高，飞灰粒子规格又大，分离器对炉灰分离并循环燃烧，并且烟气中飞灰含量很高，那样就出现了飞灰粒子对炉内受热面及内衬的碰撞传质和严重的泥岩锈蚀问题。

循环流化床机组所燃烧物料的循环燃烧路径：原煤(通常用细度0~10mm)和石灰炉渣经送景泰蓝送入紊流化床燃烧室(密相区)，燃料在此区沸腾燃烧。烟气上升，经稀相区至分离器入口步入旋风分离器，粗颗粒下沉经回料阀返回燃烧室再度燃烧。烟气挟带飞灰上升经过对流烟道踏入内置换热。耐火材料主要渡槽在燃烧室、顶棚、分离器入口、高温旋风分离器及回料阀等处。

图注：循环流化床机组模型

1、以220t循环流化床机组为例，各部位耐火材料工作条件如下

1)密相区

该区深度为220~1530mm，长2100mm，沙状介质(褐煤和石灰炉渣)在此沸腾，此区压为13818~20580pa，烟气流速约1.2~1.8m/s，正常工作气温820~900℃。

2)稀相区

二次风口以上的区域是燃料燃烧的细颗粒集中处，此处固体物料含量约12~16kg/m3，烟气流速1.2~3m/s，正常工作气温930-980℃

3)转炉区

转炉区正常工作气温850~1100℃，在分离器入口处烟气流速增值18m/s。

4)旋风分离器

该部位正常工作气温为850~930°C，旋风出口处烟气流速可达29m/s。

5)旋风分离器喘气总管

此处烟含尘量70~530g/m3，常工作气温为850~930°C，最大烟气流速18m/s。

2、从锈蚀的实质来剖析，机械作用的锈蚀主要决定于下述诱因

1)烟气流速

烟气流速是影响炉内壁锈蚀最主要的诱因，研究阐明，锈蚀量与烟气流速的3次方成反比关系。烟气流速的大小直接影响到流动飞灰的运动动能和单位时间内冲击到炉内壁的灰粒量。

2)飞灰含量

在CFB机组中，飞灰循环倍率较高的状况下，可以增加燃烧效率，提高传质疗效，但循环倍率的高低也确定了炉内烟气中固体颗粒的含量，所以，较高的循环倍率将造成含灰烟气流对炉内壁的严重锈蚀。假如煤质变差，产率降低，燃煤量也降低，导致烟气中飞灰含量高涨，更提高了分离器内衬的锈蚀。

3)飞灰的撞击或许性系数

这与飞灰的颗粒特征有关，颗粒愈大，撞击的或许性也愈大。

4)灰粒磨蚀特征

灰粒磨蚀特征指灰的强度、温度、形状和颗粒大小等的影响。假如灰中多硬性物质、灰粒粗大而有棱角，则灰粒的磨蚀特征提升。

5)飞灰含量及流速不均匀分布特征

6）受热面及内衬的材质

在同等条件下，受热面及内衬的材质耐热功耗越好，则磨蚀量越小；反之亦然。

根据设计要求，该机组平均工作时间为8600h,每年启停炉2~10次。每天打火需12~24h，打火后按65°C/h速率回暖至800°C循环流化床，并保温8h。碳化物使用寿命要求起码2年。

图注：高强耐热耐火浇铸料

3、循环流化床内衬耐火材料工作和毁坏可归纳如下：

1)中温

循环流化床机组内衬各部位的工作气温在800~1000℃。从耐火材料视角看，此属中温区间，选择耐火材料首先考虑材料的中温理化功耗。对于烧成制品，通常焙烧气温均低于此盐度范围循环流化床，故其在低温下的理化功耗可直接用作选择耐火材料的依照。对于不定型耐火材料和不烧制品，应当视察其中温理化功耗。有机结合的材料或水化结合的水硬性材料，中温硬度常常最差，这种材料在低温下形成陶瓷结合，硬度大大增加，故其低温下的理化指标不能用作选择耐火材料的根据。

2)热震

在正常运行状况下，循环硫化床机组每年启停2~10次。在投产早期，因为操作不当，每年启停耐火材料内衬都要遭到一次强烈的热震。若耐火材料耐旱震功耗差，则热震致使的耐火材料脱落将成为其受损的致命诱因。

3）冲砂锈蚀

循环流化床机组中烟气流速大(最高可达29m/s以上)，固体物料含量高。在中温下高速烟气夹带大量固体颗粒对耐火材料内衬形成强烈冲蚀锈蚀，非常是在旋风筒的冲击区，冲刷最为严重。对于单侧回料的循环硫化床机组和旋风分离器，物料循环流动导致耐火材料内衬锈蚀。

图注：循环流化床机组内衬耐火材料施工现场

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