CFB 锅炉耐火耐磨衬里损坏原因及解决方案CFB 锅炉耐火耐磨衬里损坏原因及解决方案王迪 （濮阳濮耐高温材料集团股份有限公司 475100）摘要： 本文针对循环流化床锅炉内部非金属衬里的损坏原因和解决方案进行了阐述，通过全面的技术分析，找出目前循环流化床锅炉内部非金属衬里损坏的主要原因以及相关方面存在的问题，并提出相应解决建议，为循环流化床锅炉大型化设计、施工、选择和使用提供一定的科学依据。关键词：循环流化锅炉；耐磨耐火材料；耐火耐磨衬里前言：循环流化床锅炉内部非金属衬里结构，在锅炉运行过程中起到非常关键的作用。随着循环流化床锅炉的快速普及和大型化的发展需求，对循环流化床锅炉非金属衬里结构使用的可靠性提出了更高的要求。根据统计，目前投运的环流化床锅炉，因衬里损坏原因而造成锅炉的故障率高达 75%以上，已经严重地影响到了锅炉的长周期经济运行。因此充分认识循环流化床锅炉内部非金属衬里损坏机理，提高循环流化床锅炉内部非金属衬里的使用寿命，是目前设计单位、材料生产单位、施工单位及使用单位共同关心的问题，也是今后循环流化床锅炉大型化所要重点关注的课题。1 循环流化床锅炉内部非金属衬里损坏的原因和机理影响循环流化床锅炉耐火耐磨衬里使用寿命的因素很多，主要集中在以下几个面：1.1 耐火耐磨材料本身的失效和损坏：1.1.1 耐火耐磨材料的种类和性能:目前，应用到循环流化床锅炉上的非金属内衬材料主要有以下两种：定型产品：包括耐磨耐火砖，异型结构件（包括：吊挂砖，弧型砖、楔型砖）等。非定型产品：包括耐磨耐火浇注料，保温浇注料和其它保温材料等。定型产品由于是在材料生产厂，通过严格的工艺配方程序，经过高温炉窑的煅烧烘烤，因此在物理性能、化学性能和材料使用性能方面都有很好的保证。非定型产品由于需要现场二次配制，对运输、储藏、保管和施工都有严格的要求，因此、质量受场地及人为因素影响较大。另外非定型产品必须经过后期的高温烘炉烘烤，才能达到使用性能，由于受烘炉工艺的限制，非定型产品无法达到定型产品的烘烤温度，因此各项物理和化学指标达不到定型产品指标，总体性能低于定型产品。1.1.2 耐火耐磨材料的失效原理:耐火耐磨材料的失效，不但与骨料材料的相对纯度，结合剂和外加剂的种类、用量、配合比有关，也与施工工程中的搅拌、捣打、后期的养护及高温烘烤有关。为特定的循环流化床锅炉开发的耐火耐磨材料，并不是一般意义上的耐火材料，而是具有较高特殊性能指标要求的专用高温耐火耐磨材料。耐火耐磨材料失效过程如下：当高温烟气和物料冲刷在耐火耐磨材料表面时，首先耐火耐磨材料结合骨料的微粉等结合材料，在高温和侵蚀气体以及外力的作用下开始失效丢失，耐火耐磨材料中的主要成分骨料，被孤立出来，最终被冲刷掉，最后造成大面积的磨损失效。另外，在锅炉启动、负荷变动或故障状态下时，由于耐火耐磨材料表面温度和内部温度变化速率的不同，而产生材料内部结构应力，造成耐火材料的开裂损坏。1.2 施工全过程管理对耐火耐磨材料衬里使用寿命的影响施工全过程管理是保证循环流化床锅炉内部衬里施工质量的重要前提，施工过程的失控，必将对循环流化床锅炉内部衬里的使用寿命造成影响。目前在循环流化床锅炉内部衬里施工过程中，主要存在以下几个方面的问题：1.2.1 施工方对耐火耐磨材料衬里设计的理解不到位：目前，承揽循环流化床锅炉耐火耐磨衬里施工的单位很多，但是真正具有循环流化床锅炉专业高级技术管理和施工管理人员的单位很少，很多施工单位凭借煤粉炉的施工经验，承接循环流化床锅炉内部衬里工程，对循环流化床锅炉内部衬里的特殊结构要求理解的不全面，不能完全理解设计意图和设计要求。对循环流化床锅炉的热膨胀系统缺乏了解。甚至不按图纸施工，在施工过程中留下隐患，影响了循环流化床锅炉内部衬里的使用寿命。1.2.2 现场材料的选择存在问题：由于循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料的特殊性，生产厂家普遍采用配方保密措施，国家没有统一的牌号标准。因此、锅炉设计单位只能提供一些基础设计要求，对现场实际施工材料不做特殊要求。施工单位和使用单位在不能充分理解各种耐火耐磨衬里材料的特殊使用要求和的前提下，选择的随意性很大。不合理的选择材料和布置材料，不但增加了结构成本，而且影响了锅炉耐火耐磨衬里材料的使用寿命。1.2.3 施工方案修改和论证存在不足：锅炉设计单位提供的设计方案和图纸，具有一定的指导性和原则性的意见。在实际循环流化床锅炉耐火耐磨衬里施工工程中，需要设计、施工和业主根据采用厂家材料性能、使用要求，进行一些现场修改设计。但是由于施工单位不了解材料的实际使用性质和特性，对现场锅炉的特殊结构认识不足；电厂使用单位对循环流化床锅炉耐火耐磨衬里施工的技术要求缺乏了解，造成施工过程技术失控。在施工技术层面上留下隐患，影响了循环流化床锅炉内部衬里的使用寿命。1.2.4 耐火耐磨材料衬里工程的质量过程控制不到位：循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料施工的特点是，多工种配合，劳动强度大，交叉作业，持续时间长，受空间限制和作业场所限制，隐蔽项目多。这就给耐火耐磨衬里材料施工的全过程质量控制增加了难度。对于甲方业主和第三方监理人员，很难作到 24 小时全天监控，施工过程中失控事情多有发生，隐蔽工程验收不到位，给设备的运行留下隐患。13 耐火耐磨材料衬里设计问题：由于循环流化床锅炉发展速度很快，特别是近年来大型的 200WM 以上循环流化床锅炉机组的发展和普及，一些相关的循环流化床锅炉技术发展，没有跟上循环流化床锅炉自身的发展速度，循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的结构设计和材料的研究还存在一定的差距和不足，设计人员对循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的结构设计和耐火耐磨衬里材料的性质，有一定的理解偏差，对现场实际出现的问题认识不足。循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的设计不能只注意到耐火耐磨材料的性能上，更主要的是如何设计及处理非金属材料和金属材料的固定组合结构问题。防止因两者的材料性质和膨胀差异引起的循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的损坏。循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料固定在锅炉本体钢结构上面，合理的固定方式，足够的支撑强度，科学的设计结构是保证循环流化床锅炉内部衬里使用寿命的前提。目前，循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的结构设计和材料的选择上有两种不同的观点，一种是主张尽量采用定型产品的结构设计，另一种是尽可能的使用非定型产品设计。主张第一种观点的人员认为：定型产品由于是在材料生产厂，通过严格的工艺配方程序，经过高温炉窑的煅烧烘烤，因此在物理性能、化学性能和材料使用性能方面都有很好的保证。另外、在现场安装过程中，由于减少了水的使用量，因此后续的烘炉要求不是很高，可以减少烘炉费用。非定型产品由于需要现场二次配制，对运输、储藏、保管和施工都有严格的要求，因此、质量受场地及人为因素影响较大，另外非定型产品必须经过后期的高温烘炉烘烤，才能达到使用性能，目前、由于受烘炉工艺的限制，非定型产品无法达到定型产品的烘烤温度。并且烘炉费用较高。因此、非定型产品各项物理和化学指标达不到定型产品指标。总体性能低于定型产品。第二种主张的理由是非定型产品已经具备了取代定型产品的条件，具有施工方便，总体造价低，密封性能好，不受锅炉特殊结构限制，安装周期短等优点，因此有一定的优越性。另外，在目前循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的结构设计上，几乎所有锅炉厂都普遍采用大量的密集抓钉结构固定方式。在密相区和汽冷式旋风分离器上，采用密集抓钉设计对锅炉的传热和衬里材料的固定具有很好的效果。但是在绝热式旋风分离器、返料器、绝热烟道及返料腿上，过多的密集抓钉将热量传到金属外壁，造成锅炉本体超温。金属超温后会产生很大的膨胀位移，由于锅炉内部衬里抓钉被固定在锅炉外壁的钢结构上面，因此锅炉内部衬里在抓钉的应力作用下，开裂损坏，进一步加剧了锅炉本体超温。目前循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的结构设计，还没有实质性和突破性的进展，各个锅炉厂家的设计不尽相同，或多或少都存在一些设计上的问题。能否在循环流化床锅炉衬里结构设计上有所突破，特别是大型循环流化床锅炉机组上采用新型的结构材料和工艺设计，是我们科技工作者所面临的挑战。14 电厂实际用使用过程中存在的问题：根据统计，新建电厂或新投运的锅炉，或多或少都出现了循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料损坏问题，轻者衬里开裂漏灰漏渣，重者脱落，堵塞渣管和返料器，造成锅炉停炉故障。根据现场反馈情况看，很多损坏与电厂的实际操作有一定的关系。例如：某厂在调试过程中，燃烧器混凝土烧塌，主要原因是启动燃烧器油枪负荷过大，配风不合理，油枪雾化片雾化角设计过大，没有直接观火手段，造成高温火焰直接冲刷燃烧器混凝土，将燃烧器混凝土烧塌。很多电厂为了节省启动费用，采取缩短启炉时间方式，燃烧器风室温度控制过高，在1000 度左右，快速升温造成耐火耐磨衬里的开裂损坏。受热面的频繁爆管，锅炉的急起急停，也是循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料损坏的主要原因。因此提高运行人员的操作水平，增强锅炉启动、停止以及事故状态下对锅炉本体结构的保护意识，是我们技术管理人员不可推脱的责任。加强锅炉运行管理，可以在一定程度上提高循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的使用寿命。2 保证施工质量、提高环流化床锅炉耐火耐磨衬里的使用寿命需要做的工作：针对以上分析，要保证循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的使用寿命，特别是新建和扩建电厂，为了最大限度的保证循环流化床锅炉耐火耐磨衬里工程的质量，必须作好以下几个方面工作：2.1 把好材料关：循环流化床锅炉的耐火耐磨材料，并不是一般意义上的耐火材料，它有较高的特殊性能指标要求。目前生产耐火材料的厂家很多，但真正具有独立开发能力，具有规模生产能力，具有实验和检验设备和手段的厂家并不多，很多耐火材料不能满足循环流化床锅炉的耐火耐磨衬里的特殊需要。特别是在大型循环流化床锅炉内部衬里材料的选择上，一定要把好材料关，合格的材料是保证锅炉长周期运行的基础保证。2.2 把好施工关：好的材料还需好的施工队伍来完成施工。过去由于材料的生产厂家和施工单位脱节，工程中出现的问题责任不清。原因是材料生产厂家不清楚锅炉的结构和特殊使用要求，施工单位不理解材料的实际使用条件和性能，另外，材料生产厂家为了技术保密的需要，在技术上有所保留，在工程中留下隐患。在施工队伍选择上，应选择有一定专业施工能力，具有循环流化床锅炉专业的高级技术管理人员的企业。目前普遍大家形成一种共识，就是在循环流化床锅炉耐火耐磨工程发包过程中，选择即有材料生产能力又有现场施工能力和现场实际经验的大型优秀企业，是保证循环流化床锅炉耐火耐磨工程质量的前提条件2.3 把好设计关：对于新建和扩建企业，在设计初期，应作好前期的图纸会审工作。由于循环流化床锅耐火耐磨衬里的特殊性和复杂性，在前期设计过程中应和材料生产厂家取得联系，根据厂家材料的使用性能，有针对性的进行共同设计，避免在现场施工过程中的盲目修改。这种科学的设计理念，目前已经被锅炉厂和用户所采用。2.4 把好运行关：在新建和扩建企业锅炉机组的调试、试运和投产过程中，应加强环流化床锅炉耐火耐磨衬里方面的技术培训工作，增强操作人员对流化床锅耐火耐磨衬里的保护意识。防止锅炉机组在调试、试运和投产过程中，对循环流化床锅炉耐火耐磨衬里造成损坏。应增加必要的观察和监测手段，以防止超温和火焰直接冲刷耐火耐磨衬里材料。2.5 把好合作关循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的总体质量及使用期限，涉及到很多方面。因此，为了保证循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的长周期安全使用，需要多方面的共同努力。在循环流化床锅炉耐火耐磨衬里工程施工和投运过程中，设计、材料、施工及运行方面的积极主动配合，是提高环流化床锅炉耐火耐磨衬里结构长周期安全运行的有利保证。 3 濮耐（集团）股份有限公司对大型循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的解决方案和采取的保证措施：濮阳濮耐（集团）股份有限公司，做为目前国内综合实力最强的高温材料集团公司，致力于大型循环流化床锅炉耐火耐磨衬里材料及耐火耐磨衬里结构的研究，针对目前循环流化床锅炉耐火耐磨衬里在使用过程中存在的问题和循环流化床锅炉大型化可能出现的