循環流化床鍋爐耐磨澆注料脫落原因及預防

　　案例：130t/h高溫高壓絕熱式循環流化床鍋爐經過兩個取暖周期，4臺鍋爐在爐內砌筑方面發現以下問題:

(1)爐膛密相區耐磨澆注料成魚磷狀脫落,甚至裸露出銷釘頭,面積大處105mm×210mm。

(2)U型回料閥立管出現多處環向裂紋,寬裂紋5mm左右。U型回料閥出口與爐膛之間的回料管非金屬補償器局部燒損,并發生竄灰。

(3)中置式旋風分離器出口煙道頂棚、入口煙道澆注料和耐火磚接縫處出現澆注料坍塌,分離器錐體面表面局部因膨脹起拱。此外,在其他部位還發現多處耐磨耐火材料磨損沖刷、開裂、凸起等現象。

一、存在問題的原因及技術改造措施

原因之一:筑爐施工工藝不合理,是導致鍋爐澆注料脫落事故發生的重要原因之一。

①澆注料在攪拌時“灰水比”控制不當。

在施工過程中,澆注料配制時灰水比例要嚴格控制。具體要求:參見廠家《耐磨耐火材料現場配置技術規范》。如果加水量過多,澆注料成型后材料內

部氣孔率高,材料強度大大降低,特別是低溫環境時,自然凝固時間加長。加水量太少,材料流動性不好,振動不密實,容易留下氣孔、洞穴等,澆注料強度也將大大降低。

②攪拌時間和澆注料振搗時間控制不當。

澆注料在澆注時應采用振搗機分層進行振搗。攪拌時間太短,材料混合不均勻;振動時間過長,材料易產生分層,細粉浮在表面,骨料沉在底部,導致材料強度降低易剝落。澆注料拌和后30min內用完,宜一次澆注到所規定的厚度和高度。澆注料施工應在≥5°以上環境溫度進行,溫度太低材料不易自然凝固,或出現“假凝”現象。澆注料一般應連續進行澆注,在前一層澆注料初凝前,應將下一層澆注料澆注完。如施工間隙超過其初凝時,應按施工縫要求進行處理。

③脫模時間控制不好。

澆注料還沒有硬化不能進行脫模,應在澆注料強度能保證其棱角不因脫模受損時,方可拆除。承重模板:應在澆注料達到強度的70%時方可拆模。為便于脫模,澆注前所有模具澆注面均應涂一層機油。

④澆注料養護時間控制不當。

鍋爐砌筑完工后,要有足夠的自然干燥期,以便使耐火層中大部分水分析出,避免烘爐時大量水分不能及時排出導致耐火層開裂和脫落。

⑤烘爐升溫速度和溫度梯度控制不當。

其主要原因是主觀上對烘爐的重要性認知不到位。

(1)烘爐是將爐襯材料中自然干燥無法排除的游離水和結晶水排除,同時對澆注料進行高溫固化以達到一定的強度。烘爐之前,爐襯材料要有一定的自然強度(足夠的養生期),才能進行。

(2)烘爐原則“宜長不宜短,宜慢不宜快”。要按事先制定的烘爐曲線進行,升溫速度要均勻平穩,要控持好恒溫時間、恒溫溫度,并保持溫度波動不大于±20℃,防止烘爐過程中升溫過快,料層中產生的水分不能及時排出,造成內存水汽壓力過高而沖破耐磨耐火層導致裂紋。此外,烘爐時溫度梯度也不能過大,以免產生巨大熱應力,使耐磨耐火層開裂、凸起、脫落。

(3)耐磨耐火材料層的外鋼殼(如返料腿、旋風分離器錐體)排汽孔預留過少時,烘爐過程中耐火層內水氣外排受阻,耐火層因水汽只能內排造成爆裂和脫落,也是不容忽視的重要因素。 原因之二:耐火防磨結構設計不夠完善,或耐磨澆注料質量存在問題,是導致鍋爐砌筑質量不合格的又一原因。

①耐火耐磨材料膨脹縫設計不合理。

由于環向、縱向膨脹縫設計數量不夠或其它原因,導致鍋爐耐磨耐火材料受熱后體積膨脹,互相擠壓,產生裂紋。

(1)旋風分離器入口煙道耐磨澆注料和耐火磚連接處膨脹縫考慮澆注因素適當加寬,由5mm改為10mm,預留充分的間隙來滿足膨脹要求。膨脹縫改為Z字形,防止縫隙直接貫穿,造成爐灰沖刷保溫層。膨脹縫填充材料要求兩側有牛皮紙層耐火纖維氈,防止水泥漿直接浸入填充材料內,固化并占居膨脹填充材料的膨脹空間。環向膨脹縫設計間隔由1500mm改為1000mm。

(2)分離器出口煙道和分離器錐體等大面積區,澆注面由(2.5m×2.5m)改為小面積的方塊(1.5m×1.5m)一次成形砌筑,同時設置膨脹縫,膨脹縫寬度≤3mm,填充材料要求剛性強的膠合板,防止震搗時變形。鍋爐運行后,膠合板高溫燒毀,空間變成膨脹縫。

(3)旋風分離器筒體沿高度方向設有磚襯支撐托板,以達到磚砌墻分層卸載的目的,通過對筒體實際耐火磚重量計算,設計一層托板達不到卸載的目的,根據現場實際情況支撐托板改為二層布置。

(4)返料器立管耐磨澆注料托板由3層改為4層布置,間距縮小為2.5m,達到澆注料分層卸載。

②抓釘形狀和釘腿強度需要改進。

(1)鍋爐內Y型抓釘的形狀需要改進。密實程度不夠,抓釘材質耐熱性要強。抓釘腿佳夾角為60°～80°之間,兩釘腿頭部各煨制10mm水平段,這樣才能增強抓釘對澆注料的抓捉力。

(2)鍋爐內的抓釘均焊接在布風板、排渣管、風管等金屬板上,抓釘受熱后的膨脹系數遠遠大于耐火材料的膨脹系數。如果抓釘不進行涂瀝青預處理,直接與耐火材料澆注接觸,在金屬材料與耐火材料的接觸面上勢必會形成網狀微裂紋,導致耐火材料后開裂、脫落。耐火材料接觸金屬表面要清除油污及灰漬并均勻涂以0.5mm以上的瀝青。要保證瀝青的濃度和涂抹厚度,堅決杜絕用瀝青漆代替瀝青油做抓釘涂層漆料。

③耐火耐磨材料質量不過關或保管不善。

耐磨材料的骨料與基質的匹配性和結合性,對材料的耐磨性具有重要影響:骨料與基質失配會導致成型后材料本體出現裂紋;而骨料與基質的結合性差,則會導致沖刷時基質先被沖蝕,然后骨料被孤立出來,進而脫落。保證骨料和基質的質量,選用合適的結合劑和添加劑至關重要。不同的材料生產廠家,有不同的配料方式,但對用戶來說:終要保證耐磨耐火材料的各項性能指標,保證材料質量過關,滿足鍋爐各部位運行工況和膨脹指標的要求。此外,耐磨耐火材料過了保管期限(3～6個月,一般不超過3個月使用效果佳),材料失效,部分材料保存不當,受潮變質,也會造成鍋爐砌筑質量不合格。

4預防辦法

針對上述情況,應采取以下預防辦法:

(1)在耐磨耐火材料選型方面,根據CFB鍋爐不同部位對耐磨性的要求,采用不同性能的耐磨耐火材料。施工中要加強管理,嚴格控制材料施工工序、工藝和質量,關鍵工序進行全過程跟蹤監督。鍋爐施工前應編制《循環流化床鍋爐砌筑施工質量檢驗及評定標準》。

(2)和鍋爐生產廠家、鍋爐砌筑單位共同分析研究。

在澆注料中適量加入鋼纖維,改善耐火防磨層的整體性能。另外適量加棉質纖維,棉質纖維在烘爐過程中會燒失,留下許多非貫通的孔隙。這些孔隙能使烘爐過程中產生的水蒸汽順利排出,防止耐火防磨層因水氣不出去而產生裂紋和脫落。

(3)在鍋爐頂棚容易坍塌的的部位,用￠6mm、材質為1Cr13的鋼筋焊接做加固處理,以增加抓釘的拉伸強度。加固筋長度不超過0.5m,距澆注層外表面25～35mm,進行間斷性焊接加固,加固筋采用“[”字形式和頂棚板焊接,或者和“Y”字型抓釘的V字口焊接。

(4)對到達施工現場的砌筑材料要進行抽檢。性能指標要達到《火力發電廠鍋爐耐火材料技術條件》的規定(特別是材料強度、耐磨性、耐熱性、抗熱震穩定性、抗爆裂性等性能指標)。

(5)砌筑和澆注材料的運輸、倉儲,要求嚴格按GB/T10325-1988標準執行。

(6)根據《耐磨耐火材料的堆放、取樣、驗收、保管和運輸規定》,耐火材料與保溫材料應分類堆放。堆放區域應有防雨、防潮設施。

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