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1、 828华能济宁电厂 440t/h 循环流化床锅炉 炉内耐磨耐火材料的选型和施工实践 冯运生1 张海波1 李平1 李德文2 常洪春2 （1 北京天坛股份有限公司通达耐火技术分公司，2 山东华能济宁电厂） 摘 要： 随着循环流化床锅炉逐渐趋于大型化， 对耐火材料的要求越来越高， 不仅要求好的耐磨性、抗剥落性、导热性等，还要有好的施工性能。本文介绍了华能济宁电厂 440t/h 循环流化床锅炉炉内耐磨耐火材料的布置及特性， 对循环流化床锅炉耐磨耐火材料的施工管理和质量控制作了分析和讨论。 关键词：耐磨耐火材料 选型 施工 1 前言 随着我国经济发展和社会进步，进入 21 世纪后我国电力仍将以较高的速
2、度发展。在电源结构中，以占能源 70%的煤为燃料的火力发电将长期保持较高的增长势头。近年来，随着煤炭应用范围的扩大以及人们环保意识的增强，循环流化床锅炉作为一种主要的清洁煤燃烧技术被广泛采用，并逐渐趋于大型化。由于循环流化床锅炉用耐磨耐火材料的一些特殊性，受到各有关人士的更广泛关注。各耐火材料生产厂家也都致力于进一步提高耐火材料的各项性能，开发不同种类的耐火材料，基本实现了对循环流化床锅炉用耐磨耐火材料的配套。但是，仍存在诸多因素制约着循环流化床锅炉用耐磨耐火材料使用水平的进一步发展，如产品质量不稳定，销售市场混乱，砌筑和使用不规范等等。特别是在对不定形耐磨耐火材料的选择使用上，各锅炉制造厂的
3、设计差别很大，缺乏行业共同认可的技术规范，这给不定形耐磨耐火材料产品性能的统一和稳定带来一定的影响。本文以华能济宁电厂 440t/h 循环流化床锅炉的建设为例， 初步分析和探讨了耐磨耐火材料的选型和施工实践。 2 概况 华能济宁电厂 2135MW 机组扩建工程采用上海锅炉厂有限公司制造的两台 440t/h 循环流化床锅炉。循环流化床锅炉采用循环燃烧机理有其特殊性。在这两台循环流化床锅炉中，炉内床料在烟气携带下沿炉膛上升，经后水冷壁上部出烟口分别进入后侧两个旋风分离器，在旋风分离器中进行气固两相分离。未被分离的固体粒子经分离器上部出口进入出口烟道去锅炉尾部烟道，被分离下来的固体粒子经回料阀在返回
4、炉膛下部。在循环流化床锅炉的运行中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料， 在炉膛旋风分离器回料阀炉膛这一封闭的回路里处于不停的高速循环流动中，在炉内进行高效率燃烧及脱硫反应。除床料在这一回路中作外循环流动外，床料在重829力作用下， 沿炉内四壁不断地进行内循环。 因此， 在循环回路的相应部位必须采取可靠的防磨措施，以防止循环回路中产生的严重磨损，确保锅炉长期、安全运行。 燃料中的灰分和石灰反应产物一部分由烟气携带离开锅炉， 另一部分烟气带不走较粗颗粒通过地渣排放离开锅炉。灼热的底渣进入位于炉膛前墙的二个风水冷联合冷渣器中，冷却后排入排渣系统。冷渣器回灰管弯头处必须采取可靠的防磨措施
5、，保证安全、可靠运行。 具体的防磨措施是由膜式壁构成的炉膛下部以及出口烟道采用销钉固定的防磨结构； 炉膛中上部悬挂水冷屏采用圆销钉固定的防磨结构；有钢板制成的旋风分离器、出口烟道、回料腿、回料阀及冷渣器则作为防磨的绝热炉墙设计。 3 正确选择耐磨耐火材料 对耐磨耐火材料的选择，直接关系到今后锅炉运行的效果。对于大型循环流化床锅炉耐磨耐火材料的选择要慎之又慎，因为只要炉内任何一个地方耐磨耐火材料出现问题，都可能随时造成被迫停炉，甚至酿成事故，并且耐磨耐火材料的修复很困难。要选择技术力量强、生产设备先进、检测设备齐全的供货商作为分供方，尤其是不定形耐磨耐火材料的生产，质量波动比较大，对分供方的质量
6、保证体系要进行严格的考察。目前为 440t/h CFB 锅炉配置的耐磨耐火材料从技术指标和使用效果来看，能够满足锅炉的正常运行要求，也是目前大多数循环流化床锅炉采用的通用材料。主要产品技术指标如下： 表 1 指标 项目 耐火浇注料 D-16 耐磨浇注料 D-17M 耐磨可塑料 D-16S 耐磨耐火砖 制品的容重 kg/m3 2600 27502950 27502850 26502800 110 90100 65 耐压强度 Mpa 1100 80 90100 90100 8090 110 10 8 抗折强度 Mpa 1100 10 10 15 烧后线变化率% 1100 -0.4 -0.4 -0.
7、4 -0.03 热震稳定性 1100水冷次 25 25 25 耐磨耗指数 cc 6 7 7 可塑性指数 % 4060 成型方式 浇注 浇注或手工捣打手工捣打 830表 2 按照目前的材料选型，耐磨耐火浇注料的骨料主要成分是高铝矾石，耐磨可塑料用磷酸盐作为结合剂，耐火浇注料采用低水泥浇注料，耐磨砖采用高强高铝砖，能够满足锅炉正常运行的需要。单就材料来说，从技术指标的设计上看，已经超过国外指标。如果要提高材料档次，可以在材料基质组成上多做一些工作，如将材料中部分小颗粒的高铝骨料更换为棕刚玉骨料，并添加部分刚玉细粉、-Al2O3微粉及高效分散剂，这样整个材料的品质能够得到提升，材料的体积密度可以提高
8、到2700 kg/m32950 kg/m3左右，耐磨耗指数可以提高到 5.5cc 以内，同时材料强度也有较大提高。由于材料试验检测指标和实际施工后的衬体指标必然存在一定的差异， 因此在材料设计上留出一定的富裕指标对保证最终使用效果还是很有必要的。 因为循环流化床锅炉的实际运行温度在 800900左右，不定形材料在此温度下很难形成稳定的晶相结构，因此材料的最佳性能很难发挥出来，过分追求原料品级，有时会适得其反。例如，白刚玉浇注料就不适宜用在循环流化床锅炉，因为它的优点主要在于高温下（至少 1500）的综合性能，在 800900时它的综合性能还发挥不出来，而且它的致命弱点抗热震稳定性差对锅炉的影响
9、也是致命的。因此，耐火材料的选择原则应该是“没有最好，只有最合适” 。 另外经调研，目前国内运行的其它同级别锅炉容易出现问题的部位还有回料腿、冷渣器和点火风道等，对这些部位的材料要格外重视，可以适当提高材料的要求。譬如，点火风道的点火油枪周围高温部位，由于点火操作、配风等原因容易造成热量积聚和剧烈热冲击等现象，可以提高材料的最高使用温度和抗热冲击性，可以选用高性能莫来石浇注料。据了解，目前国内流化床锅炉冷渣器耐火材料出现问题的比较多，主要问题是结焦、材料脱落，有些单位将与冷渣器直接接触部位的耐指标 项目 耐火保温浇注料DL-10 保温浇注料 DL-7 保温浇注料 DL-5 耐火保温砖 制品使用
10、温度 1100 900 800 1100 制品的容重 kg/m3 900-1000 750 500-600 1000 耐压强度 Mpa 110 2 1.2 1 6 抗折强度 Mpa 110 1.0 0.6 350 （平均） 0.20 0.13 导热系数 w/m.k 900 （热面） 0.23 0.32 540 -0.7 -0.8 线变化率% 815 -0.6 -0.7 831火材料改为碳化硅材质的，效果很好，但目前直接新装设备中还未见有此材料的选型设计。 4 各部位耐磨耐火材料砌衬部位及施工要点 华能济宁电厂 2135MW 机组扩建工程耐磨耐火材料正式施工阶段自 2003 年 2 月 5 日开
11、始。在此之前，华能济宁电厂非常重视耐磨耐火材料的安装施工，先后两次组织安装公司、监理单位及材料厂家进行耐火材料施工的技术交底。施工期间，材料厂家派专业技术人员到现场指导施工并共同讨论施工技术方案，解决实际问题。在循环流化床锅炉的安装过程中，耐磨耐火材料的安装和砌筑质量，将直接影响到锅炉的安全运行和使用寿命。由于耐磨耐火材料的安装面积大，部位多，结构复杂，并且这些部位运行条件苛刻，因此在施工过程中一定要严格遵守安装施工规范，做好施工监督，确保砌筑质量。 耐磨耐火材料主要砌衬在循环流化床锅炉的布风床上表面、炉膛水冷壁底部、炉膛出口区域、屏式过热器、旋风分离器入口烟道、旋风分离器筒体、回料腿、回料阀
12、、旋风分离器出口烟道、尾部烟道前墙上部、冷渣器、炉底风室、点火风道以及各类门孔、密封盒等部位。 4.1 炉底水冷布风板施工 水冷布风板由水冷布风板由膜式壁和风帽构成。为防止炉底布风板处的强烈磨损，此处浇注耐火浇注料（D-16） 。耐火浇注料浇筑前，须将风帽外罩取下，施工时不允许将浇注料浇入风帽内管、进风管内，因此须有稳妥可靠的预防措施。由于非金属耐火材料与进风管的膨胀量不同，为保证运行中它们能自由膨胀， 在施工耐磨耐火材料前将布风板上所有进风管的外表面与浇注料接触部分包裹 3mm 厚的陶瓷纤维纸。布风板浇注料浇注时要保证设计尺寸。在布风板表面的前后水冷壁有一斜坡台阶，有耐火浇注料的台阶应由“Y
13、”型抓钉固定，焊于水冷壁的鳍片上，可视需加长或切短，并在浇注前将此抓钉涂以沥青。此处耐火材料应在炉膛上部耐火材料安装完后再进行安装，并在浇注前清理布风板，清理布风板上的杂物一般用压缩空气进行清扫。施工时，应以某侧墙为起点，向带有人孔的另一侧墙顺序浇注施工。每次浇注一个宽约 300500mm 的狭条，并用振动棒捣实。施工过程中，施工人员不可直接踩在空气喷嘴上，为此可在没有施工的部位铺上一条木板，供操作人员站踩和行走。 4.2 炉膛密相区水冷壁 锅炉运行时，循环流化床锅炉炉膛内部气固两相流动，工况极为复杂。在炉膛下部区域，物料浓度很高，大量的回混物料严重的冲涮着四周壁面，为防止该区域受热面的磨损，
14、在四周水冷壁范围内都预焊了 Y 型销钉，以固定耐磨浇注料（D-17M） 。在下炉膛四周水冷壁区域，有许多开孔，包括：出渣口及回灰口、回料口、启动燃烧器开口、二次风口、测温测压口及人孔，对于所有穿管结构，除测温管及启动燃烧器处浇注孔与该管外径相同外，其余穿管处浇注孔径应与该管处的内径相同，且上述所有穿管与浇注孔同轴。 施工前，要求对炉膛底部所有部位进行一次全面的清洗，可用压缩空气进行一次吹扫，尤其是墙箱底部堆积的杂物。 832此外，在回料阀口、启动燃烧器口周围处的膜式壁扁钢上或密封盒板上还应焊一些 Y 型抓钉，以固定这些开口周围区域的耐磨浇注料，这些抓钉也应在施工前涂沥青。 施工时，炉膛底部四周
15、水冷壁不可能成为一体而同时施工，应对其进行分片。左、右墙由于不宽，且结构简单、可独立为一片进行施工；前后墙较宽时分片施工。分片时，炉膛的四角应完整分为一片， 分界面应距角部 300mm 以上， 分片时， 耐磨耐火材料可按尺寸 1000800 的面积交替施工，即间隔位置施工，以便保留有规则的伸缩缝。由于此部位耐磨层厚度较薄28mm(水冷壁管径63.5mm 外表起)，浇注较为困难，采取捣打施工。 4.3 炉膛上部悬吊屏 悬吊屏有汽冷屏（4 排） 、过热屏（32 排） 。锅炉运行中，高温烟气携带床料直接冲刷悬吊屏下沿及相应前后水冷壁，因此在水冷壁弯管及穿越前都预焊销钉设置耐磨层，管排平面厚度25mm
16、，侧面34mm(水冷壁管径外表起)，管排间距 640mm。由于厚度较薄，并有弯头，不易支模，采用耐磨可塑料的 D-16S 捣打施工。 4.4 炉膛后水冷壁上部出烟口 高温烟气携带着床料粒子从炉膛进入旋风分离器时，在流经出烟口处，气固两相流动速度急剧增大，出烟口及其相邻的后水冷壁部分区域受到粒子的冲刷磨损，因此在出烟口和周边炉膛区域分别预焊了短的圆销钉，并浇注 28mm(水冷壁管径外表起)耐磨耐火浇注料。此处可进行立面手工捣打施工。 4.5 旋风分离器入口段顶棚及筒体顶棚 大型旋风分离器的顶棚面积较大，若按正常仰脸施工，难度较大，更不容易捣实，是施工的一大难点。在施工中，一般情况下可采取隔开顶棚板，加开施工孔的办法。割下的护板要做好标记，妥善保管。割开护板时，应根据抓钉和护板外部槽钢的布置情况而定，开方孔约 200200mm，均匀分布。在现场实际施工过程中，由于割开护板的面积大，且护板上都
