焦作演马电力有限责任公司 张爱霞

钢纤维耐磨耐火烧注料在CFB锅炉上的应用

焦作演马电力有限责任公司 张爱霞

焦作演马电力公司130 t/h CFB锅炉自2002年运行后，炉膛等部位的耐火材料由于设计原因，经常出现不同程度地损坏，严重时致使锅炉被迫压火，严重影响了公司的正常生产。后经多方考察论证，该公司决定采用钢纤维耐磨耐火浇注料替代原设计选用的氮化硅砖。经过试运，该材料耐磨性好，成功解决了因锅炉耐火材料原因造成的非计划停运。

一、炉膛内衬改造背景

炉膛内衬是循环流化床锅炉防止水冷壁磨损的安全屏障，北锅CFB炉内浓相区耐火材料（二次风口以下）原设计采用氮化硅挂砖，稀相区（二次风口以上）采用高铝砖敷盖。因设计方面的原因，落煤管及人孔门周围的异型氮化硅砖，在运行2个月就开始逐步脱落。半年后，二次风口以上约2 m高区域的高铝砖在运行中磨损较为严重。其原因是由于高铝砖耐磨性差所致，而锅炉使用燃料劣质（燃料发热量设计值为12 540 kJ/kg）、颗粒度较大、硬度较高等，也在一定程度上加剧了高铝砖的磨损。近两年的运行情况表明，氮化硅砖的耐磨效果虽然很好，但其抗热震性效果不好，经常在螺栓孔处出现裂纹，这主要与锅炉的起、停操作频繁有关。用来固定的衬板、螺栓、螺母等，在浓相区受高温作用，易氧化损坏断裂，砖与水冷壁之间存在间隙，易使热灰窜入产生挤压膨胀，逐步使炉衬大面积鼓包。以上这些都是造成衬砖脱落的主要原因。长期运行中，衬砖的脱落会造成水冷壁磨损严重而爆管，同时脱落的衬砖掉入炉内还会堵塞排渣口而造成锅炉不能正常排渣，直接影响锅炉的安全运行。且因挂砖互相压边，不易局部更换，造成检修维护工作量大，费用高。

二、改造方案

鉴于以上情况，演马电力公司决定采用耐磨耐火浇注料替代氮化硅挂砖，并制定了炉膛内衬改造方案。改造方案具体内容如下：

1.施工方案。演马电力公司燃料发热量设计值为12 540 kJ/kg，实际值为10 450 kJ/kg。根据使用燃料特性，要求耐火材料的必须要具有较高的强度、较强的抗磨损性以及材料的整体稳定性。故设计在两根水冷壁管之间的鳍片上焊接“V”型抓钉，每平方米约200个。为了不影响炉内传热，采用较薄的耐磨耐火浇注料（厚度约70 mm），较原挂砖厚度增加了17 mm。施工范围从布风板至二次风口以上2 m高区域，全部取消挂砖，用钢纤维耐磨耐火浇注料进行整体浇注。其理化指标为：化学成分Al2O3≥80%，耐火度≥1790℃，体积密度≥2.9 g/cm3，烧后线变化率（1 000℃×3 h）±0.3%，抗折强度（110℃×24 h烘干）≥11 MPa、（1 000℃×3 h烧后）≥16 MPa，耐压强度（110℃×24 h烘干）≥70 MPa、（1 000℃×3 h烧后）≥120 MPa，常温磨损量（1 000℃×3 h烧后）≤5 cm3，热震稳定性（1 000℃水冷）≥25次。

2.施工工艺。耐磨耐火材料的寿命不仅仅决定于本身的性能指标，施工质量及烘炉性能也至关重要。

（1）首先将水冷壁原有的耐火砖拆除并清理干净，在水冷壁中间的鳍片上焊接“V”型抓钉，每平方米200个左右，分布均匀。抓钉采用材质为1Cr18Ni9Ti，直径为6 mm的耐热钢筋，抓钉固定后均匀涂刷一层0.5～1 mm厚的沥青，以利于水冷壁与浇注料的膨胀。

（2）浇注时采用的模具必须要有一定的刚度和强度，大部分采用钢模，边角处采用木模。为便于脱模，表面涂刷一层隔离剂。为保证浇注料表面的平整光滑，木模与浇注料接触面粘贴一层三合板。浇注时要振捣密实，采用插入式振动棒进行振捣，浇注高度以每模300 mm为宜。

（3）浇注料必须存放在干燥的库房内。施工前要进行检验，不合格的浇注料严禁使用。

（4）搅拌浇注料必须用清洁水，pH值为6～8，且要按技术要求准确称量。

（5）搅拌器具必须用强制式搅拌机，搅拌机使用后及时清理干净，以便下次再用。

（6）每次需搅拌的浇注料，要一次全部投入搅拌机内。先干混5 min，然后加入计量准确的水均匀搅拌5 min后出料。

（7）加水量可根据浇注部位和天气情况的变化稍作调整，但应严格控制在4.8%～5.5%。

（8）耐磨浇注料要在搅拌好后30 min内用完，宜1次浇注到设计厚度，并振捣到密实为止。

（9）浇注料浇注后，自然养护24 h后脱模，养护温度宜在15～25℃。冬季气温低于10℃时，要进行保温养护；夏季炎热天气施工时，要用塑料薄膜覆盖养护3～7 d。

（10）耐磨浇注料在使用前必须进行适当热处理，以25℃/h的升温速度升至110℃后，保温10 h以上。烘烤后自然冷却，冷却速度不得超过25℃/h。

三、改造效果

经过6年的运行，炉膛内衬未发生任何影响正常运行的问题，只是在内衬下部出现轻微的冲刷。改造项目实施后，经济和社会效益显著。按改造前平均每月停炉1次计，每次停炉修补内衬约20 h，则每年多发电600万kW·h，每年增加收入240万元。每次停炉后，挂砖脱落需要浇注料修补，每次费用约为0.8万元，则每年可节约10万余元。改造后，机组运行周期由原来30 d延长至90 d，较大程度地降低了工人的劳动强度。