循环流化床耐磨耐火材料

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,多多学习对工作有益,耐火材料的主要种类,一、按化学矿物组成分类,1、氧化硅质耐火材料 2、硅酸铝质耐火材料,3、镁质耐火材料 4、白云石质耐火材料,5、橄榄石质耐火材料 6、尖晶石质耐火材料,7、含碳质耐火材料 8、含锆质耐火材料,9、特殊耐火材料,1,二、按化学性质分类,1、酸性耐火材料 2、中性耐火材料,3、碱性耐火材料,三、按制造方法分类,1、定型制品耐火材料 2、不定形耐火材料,四、按材料的耐火度分类,1、普通耐火材料（耐火度15801770,o,C ),2、高级耐火材料（耐火度17702000,o,C ),3、特级耐火材料（耐火度2000,o,C以上 ),五、按制品形状和尺寸分类,1、标准砖 2、异型砖,3、特异型砖,六、按材料密度和导热性分类,1、重质耐火材料 2、轻质耐火材料,2,不定形耐火材料,一、按施工制作方法分类,1、耐火浇注料,2、耐火捣打料,3、耐火可塑料,4、耐火喷涂料,5、耐火涂抹料,6、耐火投射料,7、耐火泥浆和耐火泥,3,二、按结合剂种类分类,结 合 剂,不定形耐火材料,种类,材料举例,胶结形成,硬化条件,水泥,硅酸盐水泥，铝酸盐水泥,水合,水硬性,化学,水玻璃，磷酸，磷酸铝，硫酸铝，卤水,化学、聚合,气硬性、热硬性,黏土,软质黏土,凝聚、水合,热硬性、气硬性,超微粉,活性氧化硅，氧化铝,凝聚、水合,气硬性、热硬性,有机,纸浆废液，焦油沥青，酚醛树脂,化学、黏附,气硬性,复合,软质黏土与铝酸盐水泥,水合、凝聚,气硬性,4,第二部分 CFB炉炉衬破坏情况分析与比较,1 应用现状,该部分列出了耐火材料在循环流化床锅炉炉膛及分离器上的应用情况的图片资料，包括循环流化床锅炉用耐火材料的各种常见破坏情况以及耐火材料在循环流化床锅炉炉膛及分离器上的使用情况。,2 材料破坏理论分析,该部分结合循环流化床锅炉运行工况特性，一是对耐火材料的磨损破坏现象进行分析，二是对耐火材料的剥落破坏情况进行讨论。,2.1 CFBB磨损现象研究,幻灯片 33,由于循环流化床锅炉燃烧的劣质煤含灰量高，飞灰粒子尺寸又大，分离器对煤灰分离并循环燃烧，使得烟气中飞灰浓度很高，这样就出现了飞灰粒子对炉内受热面及内衬的碰撞传热和严重的冲蚀磨损问题。,飞灰对锅炉受热面及内衬的磨损是颗粒流的冲击磨损，这里既有颗粒对炉内的撞击，又有含灰气流对炉内壁的冲刷。对于各种不同形式的磨损来说，尽管表面破坏的机械性能相似，但按颗粒的运动速度和方向，以及冲击载荷的大小，其磨损的机理可分为以下三种典型的形式：,(1)灰粒平行于炉内壁冲刷(颗粒流冲击角,=0,),这种磨损亦称为低应力擦伤磨损，其特点是在内壁表面上产生滑动擦伤，灰粒本身受到的应力很小，属表层摩擦磨损，磨损量较小。,(2)灰粒的斜冲击磨损(0,90,),5,(3)表面冲击磨损(,90,),这种磨损亦称为凿削冲刷磨损，其特点是由于灰粒的高速运动与冲击，内壁表面被撕裂和切削。这种冲刷磨损量是较大的，是引起锅炉受热面管束泄漏或爆管以及内衬严重磨损的主要磨损因素。,这种磨损亦称为正冲击磨损，颗粒以接近垂直的角度直接冲击炉内壁表面。对延性材料和脆性材料来说，其磨损机理有所不同。对于前者，在颗粒的撞击下磨损的主要因素是塑性变形；而对于后者则可能是断裂。对金属材料性能的研究表明，锅炉受热面管子所用的钢材为延性材料，故在颗粒冲击作用下，当冲击角,90,时，其磨损量并不大，而主要是塑性变形。但锅炉内衬为脆性材料，当颗粒冲击角,90,时，磨损量较大，甚至断裂。,从50年代开始，许多研究者根据其研究结果提出了不同的材料受固体颗粒冲击磨损的理论，其中几种典型的磨损理论为：,(1)冲击磨损的微切削理论,(2)变形磨损理论,(3)非刚体颗粒破碎的二次冲击磨损理论,(4)高温环境下灰粒冲击磨损理论,其中，第(1)(2)种理论都将颗粒假定为不破碎的刚体，属理想化情况，这与实际情况有一定的差异。而第(3)(4)种理论是结合实际工况对第(1)(2)种理论的修正与补充。,从磨损的实质来分析，机械作用的磨损主要决定于下列因素：,(1),烟气流速。,烟气流速是影响炉内壁磨损最主要,的因素，研究表明，磨损量与烟,6,气流速的3次方成正比关系。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)飞灰浓度,。在CFB锅炉中，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炉内壁的严重磨损。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，更增加了分离器内衬的磨损。,(3)飞灰的撞击可能性系数,。这与飞灰的颗粒特性有关，颗粒愈大，撞击的可能性也愈大。,(4)灰粒磨损特性。,灰粒磨损特性指灰的硬度、温度、形状和颗粒大小等的影响。如果灰中多硬性物质、灰粒粗大而有棱角，则灰粒的磨损特性增强。,(5)炉内壁磨损量大小还受烟气中飞灰浓度及流速,不均匀分布特性,的影响。,(6)磨损量大小与受热面及内衬的材质有关,。在同等条件下，材质耐磨性能越好，则磨损量越小；反之亦然。,通过以上讨论，磨损量与各影响因素的关系，考虑到运行时间，可用下式表达：,HN,W,3,3,w,式中,H,灰粒磨损特性系数,N,材料耐磨系数,飞灰的撞击可能性系数,烟气中的飞灰浓度,W,烟气流速，也看作飞灰速度,飞灰浓度不均匀分布系数,w,飞灰流速不均匀分布系数,t,运行时间,7,2.2 剥落问题分析,幻灯片 35,剥落是指因外力和内因导致的耐火材料损坏。下列原因可导致剥落：（1）启停炉时温度变化而引起的热应力；（2）锅炉运行过程中，变质层和原始层之间所引起的结构应力；（3）机械应力；（4）内部气压诱导力。,2.2.1热剥落,当耐火材料表面被加热时，其内部和表面之间就会产生大的温度梯度，从而导致很大的应力。材料内部的温度分布和温度差的存在，导致应力的变化，温度梯度随时间的变化也导致材料内部应力的变化。,比较加热和冷却时的应力可知，当材料被加热时，材料表面产生压应力，而中心产生涨应力。由于耐压强度通常比抗拉强度高好多倍，因此压应力是不大可能造成材料损毁的。实际上，与加热相比，材料冷却时其表面更易产生裂纹。然而当材料快速加热时，由于材料表面背后产生涨应力、压应力超过耐火材料的耐压强度，将导致材料开裂，所产生的开裂将引起表面剥落。因此，突然的加热或冷却会造成耐火材料意想不到的损坏，所承受的热应力不能超出其性能和形状所允许的极限。,2.2.2,结构剥落,使用期间，由于材料组成和矿相结构改变而引起的性能变化，以及小的温度差而引起的内部应力，会使耐火材料表面附近的变质层发生结构剥落。变质层通常以薄的或厚的剥层或剥片状剥落。耐火材料表面,过热产生的液相形成玻璃质层或,8,致密层。 由原始层和变质层交界处附近的收缩和温度变化而引起的应力增加会导致材料开裂和损坏。,2.2.3,机械剥落,机械剥落是一种作用于炉衬局部的非均匀机械力而导致的应力集中所造成的破坏现象。这种剥落是由于不同耐火材料间以及不同金属结构间的热膨胀差异造成的损坏。机械剥落通常与不合理的炉衬设计和不合理的膨胀缝有关，一般与耐火材料性质无关。,3 密相区与分离器内衬破坏情况比较,3.1 工况特点,项 目,密相区,分离器,工作温度,900950,C,可能出现二次燃烧，温度可能高达1100,C,，耐火材料发生爆裂现象,冲刷介质,煤、石灰石、灰渣,灰渣,灰渣浓度,20kg/Nm,3,10kg/Nm,3,冲刷速度,46m/s,1215m/s(入口处),介质粒度,大渣多，粒径范围大,细颗粒,9,3.2 磨损情况比较,根据本文第2部分中磨损量表达式，结合3.1所示工况条件，且假定炉膛密相区与分离器内衬均为同一种材料，则可以粗略估算分离器入口处内衬磨损量是密相区的10倍左右。,根据经验，炉膛密相区左右侧墙磨损比较明显，而前后墙完好；旋风分离器进口处靶区磨损比较严重。对于冷却式分离器，其内衬比炉膛密相区薄，要使其具有更好的抗磨性，长期稳定运行，必须使材料的机械强度以及耐磨性高于密相区用材料。,3.3 剥落情况比较,汽冷式分离器内内衬材料厚度比密相区薄，导致抗剥落性差，温度变化比密相区要快，要求材料抗热震性要好。,介于此，首先要考虑耐火材料应具有适当的热膨胀系数，使材料在使用过程中热胀冷缩性能与分离器金属材料同步。并考虑添加不锈钢纤维，使材料具有较强的整体性，提高抗剥落性能。,3.4 总结,通过上述分析及比较，可以看出，炉膛密相区与旋风分离器均存在磨损及剥落破坏现象，但由于二者工况条件各有特点，对所用材料的要求是有较大差别的。用于分离器（特别是水冷或汽冷式分离器）的内衬材料必须同时具有更高的机械强度、耐磨性能以及抗热震性，这就要求在配制材料时，原材料具有更高纯度，颗粒级配更加优化，结合剂高温性能好，外加防爆剂，而且热膨胀系数要求与金属件匹配。密相区所用材料不能用在分离器（特别是水冷或汽冷式分离器）上，应区别开来。,10,水冷壁材料磨损（待修复部位）,幻灯片 27,11,热震破坏（分离器）,12,材料层状剥落（炉膛）,13,膨胀缝处材料挤压破坏（分离器）,14,材料选用不当造成磨损（分离器）,幻灯片 30,15,耐 火 材 料 示 意 图,炉膛水冷壁,: BH-1刚玉耐磨浇注料 BH-1p刚玉质可塑料,BH-4碳化硅耐磨浇注料 BH-5莫来石质耐磨浇注料,BH-2高铝耐磨浇注料,炉膛水冷屏,: BH-1p刚玉质可塑料 BH-2高铝耐磨浇注料,BH-5莫来石质耐磨浇注料,水冷风室,: BH-3高强度耐火浇注料 BH-3a高强度耐火可塑料,点火风道,: BH-3a高强度耐火可塑料 BH-3b抗热震耐火浇注料,BH-8轻质耐热保温料,点 火 器,:,BH-1p刚玉质可塑料 BH-3b抗热震耐火浇注料,BH-8轻质耐热保温料,分 离 器:,BH-1刚玉耐磨浇注料 BH-2B耐磨砖,BH-1p刚玉质可塑料 BH-5莫来石质耐磨浇注料,BH-8轻质耐热保温料 BH-B系列耐火保温砖,料 腿,: BH-2高铝耐磨浇注料 BH-8轻质耐热保温料,回 料 器,:,BH-2高铝耐磨浇注料 BH-8轻质耐热保温料,回料斜管,: BH-2高铝耐磨浇注料 BH-8轻质耐热保温料,烟 道,: BH-3高强度耐火浇注料 BH-3a高强度耐火可塑料,BH-8轻质耐热保温料,过热器炉墙,:,BH-6高温微膨胀耐火可塑料 BH-2B高铝质耐磨砖,BH-B系列耐火保温砖,省煤器炉墙,:,BH-6高温微膨胀耐火可塑料 BH-2B高铝质耐磨砖,BH-B系列耐火保温砖,16,BH-1刚玉耐磨浇注料,类型：,耐磨浇注料,组成,： 板状刚玉 - Al,2,O,3,微粉 铝酸盐水泥 添加剂等,施工方法：,模板浇筑,加水量：,4-5,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2900,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 90,11003h 120,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 15,11003h 20,重烧线变化率（%）,11003h -0.2-0,热震稳定性,1100水冷,20次,耐磨性（ASTM C-704） 6 cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,90,Fe,2,O,3,0.5,17,18,BH-1p刚玉质可塑料,类型：,耐磨可塑料,组成,： 板状刚玉 - Al,2,O,3,微粉 氧化镁 磷酸盐 添加剂等,施工方法：,手工涂抹,加水量： 5,-6,%,凝固时间： 6,0分钟,烘干制度：,免烘炉,正常使用寿命：,25000小时,适用部位：,炉膛水冷壁 分离器 冷渣器耐磨层 点火风道 风室,性能参数：,耐火度（） 1790,最高使用温度（） 1600,体积密度（冷态）（kg/m,3,）11003h 2700,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 50,11003h 80,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 10,11003h 14,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,1100水冷,20,次,耐磨性（ASTM C-704） 8cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,89,Fe,2,O,3,0.5,19,20,BH-4碳化硅耐磨浇注料,类型：,耐磨浇注料,组成,： 碳化硅 - Al,2,O,3,微粉 铝酸盐水泥 添加剂等,施工方法：,模板浇筑,加水量： 5,-6,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2600,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 70,11003h 90,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 14,11003h 18,重烧线变化率（%）,11003h -0.2-0,热震稳定性,1100水冷,3,0次,耐磨性（ASTM C-704） 7 cc,化学成分（%）：,SiC 85,Al,2,O,3,12,21,BH-2B高铝质耐磨砖,类型：,耐磨砖,组成,： 高铝质骨料,粘土,微粉,外加剂等,施工方法：,砌筑,烘干制度：,升温速度2700,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 70,11003h 100,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 15,11003h 20,重烧线变化率（%）,11003h -0.2-0,热震稳定性,1100水冷,20次,耐磨性（ASTM C-704） 7cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,80,Fe,2,O,3,1.0,22,BH-2s钢纤维耐磨浇注料,类型：,耐磨浇注料,组成,：,铝矾土,- Al,2,O,3,微粉,不锈钢纤维,铝酸盐水泥,添加剂,施工方法：,模板浇筑,加水量： 5,-6,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2700,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 80,11003h 100,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 16,11003h 20,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,1100水冷,25次,耐磨性（ASTM C-704） 7cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,80,Fe,2,O,3,1.0,23,BH-2高铝耐磨浇注料,类型：,耐磨浇注料,组成,：,铝矾土,- Al,2,O,3,微粉 铝酸盐水泥 添加剂等,施工方法：,模板浇筑,加水量： 5,-6,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2600,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 50,11003h 65,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 8,11003h 12,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,1100水冷,15,次,耐磨性（ASTM C-704） 8cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,68,Fe,2,O,3,1.0,24,BH-2p高铝耐磨可塑料,类型：,耐磨可塑料,组成,：,铝矾土,棕刚玉,- Al,2,O,3,微粉,磷酸盐结合剂,添加剂等,施工方法：,手工涂抹,加水量： 无,凝固时间： 6,0分钟,烘干制度：,免烘炉,正常使用寿命：,25000小时,适用部位：,炉膛水冷壁 分离器 冷渣器耐磨层 点火风道 风室,性能参数：,耐火度（） 1770,最高使用温度（） 1400,体积密度（冷态）（kg/m,3,）11003h 2700,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 70,11003h 90,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 12,11003h 16,重烧线变化率（%）,11003h -0.2-0,热震稳定性,1100水冷,20,次,耐磨性（ASTM C-704） 10cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,80,Fe,2,O,3,0.5,25,BH-5莫来石质耐磨浇注料,类型：,耐磨浇注料,组成,：,莫来石 板状刚玉 - Al,2,O,3,微粉 铝酸盐水泥 添加剂,施工方法：,模板浇筑,加水量： 5,-6,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2600,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 80,11003h 100,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 16,11003h 20,重烧线变化率（%）,11003h -0.2-0,热震稳定性,1100水冷,18,次,耐磨性（ASTM C-704） 8cc,化学成分（%）：,Al,2,O,3,78,Fe,2,O,3,1.0,26,BH-3高强度耐火浇注料,类型：,耐火浇注料,组成,：,铝矾土,焦宝石,- Al,2,O,3,微粉,铝酸盐水泥,添加剂等,施工方法：,模板浇筑,加水量： 6,-8,%,凝固时间：,180分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2500,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 40,11003h 60,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 6,11003h 8,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,900水冷,20,次,化学成分（%）：,Al,2,O,3,68,Fe,2,O,3,1.0,27,BH-3a高强度耐火可塑料,类型：,耐火可塑料,组成,：,铝矾土,焦宝石,- Al,2,O,3,微粉,磷酸盐结合剂,添加剂等,施工方法：,手工涂抹,加水量： 无,凝固时间： 3,0分钟,脱模时间： 无,烘干制度：,免烘炉,正常使用寿命：,25000小时,适用部位：,风室,烟道,性能参数：,耐火度（） 1750,最高使用温度（） 1100,体积密度（冷态）（kg/m,3,）11003h 2400,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 30,11003h 50,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 5,11003h 7,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,1100水冷,15,次,化学成分（%）：,Al,2,O,3,68,Fe,2,O,3,1.0,28,BH-3b抗热震耐火浇注料,类型：,耐火,浇注料,组成,：,焦宝石,碳化硅,- Al,2,O,3,微粉,铝酸盐水泥,添加剂等,施工方法：,模板浇筑,加水量： 5,-6,%,凝固时间：,100分钟,脱模时间：,8小时,烘干制度：,升温速度2400,抗压强度（冷态）（MPa）,11024h 40,11003h 60,抗折强度（冷态）（MPa）,11024h 8,11003h 10,重烧线变化率（%）,11003h -0.3-0,热震稳定性,1100水冷,30,次,化学成分（%）：,Al,2,O,3,68,Fe,2,O,3,1.0,29,BH-7耐热保温料,类型：,耐火浇注料,组成,： 高铝轻质骨料,粘土,硅微粉,高铝水泥,外加剂等,施工方法：,模板浇筑或捣打,加水量： 16,-18,%,凝固时间：,180分钟,脱模时间： 2,小时,烘干制度：,升温速度5,9003h 7,重烧线变化率（%）,9003h -1.2-0,导热系数(W/m.K),热面900 0.2,化学成分%：,Al,2,O,3,35,Fe,2,O,3,45,30,BH-8轻质耐热保温料,类型：,耐火浇注料,组成,： 高铝轻质骨料,粘土,硅微粉,高铝水泥,外加剂等,施工方法：,模板浇筑或捣打,加水量： 16,-18,%,凝固时间：,180分钟,脱模时间： 2,小时,烘干制度：,升温速度3,9003h 2,重烧线变化率（%）,9003h -1.5-0,导热系数(W/m.K),热面900 0.17,化学成分%：,Al,2,O,3,35,Fe,2,O,3,45,31,BH-B系列耐火保温砖,类型：,耐火保温砖,组成,： 轻质骨料,粘土,高铝水泥,外加剂等,施工方法：,砌筑,烘干制度：,升温速度40/h,正常使用寿命： 3,0000小时,适用部位：,分离器 回料器 冷渣器,性能参数:,品种,BH-B1200,粘土保温砖,BH-B900,硅藻土隔热砖,BH-B1150,漂珠砖,BH-B600 珍珠岩制品,Al,2,O,3,，%,35,15,40,15,体积密度g/cm,3,0.8,0.6,0.5,0.5,耐压强度 Mpa,6,2,4,1,重烧线变化小于2%的实验温度,1250,900,1150,600,导热系数w/m.k （350,25）,0.4,0.15,0.2,0.15,最高使用温度,1200,900,1150,600,32,CFB,锅炉耐火耐磨材料的烘炉曲线,33,