循環流化床鍋爐耐磨耐火材料簡介

CFB鍋爐在高溫下運行，爐內溫度變化較為頻繁，造成循環熱沖擊。同時，爐內存在大量高速運動的高溫固體粒子，不斷沖刷受熱面，因此需要敷設耐磨耐火材料來保護，本文僅介紹向火側(煙氣側)的耐磨耐火材料。 

1.1.1定形材料
1)耐磨耐火材料(高密度耐火材料)：硅鋁磚類(硅磚、耐火土磚、高鋁磚)、鋯硅磚、非氧化物磚類(碳磚、硅碳磚)、鎂鈣鉻磚類和電溶鎂類產品(鎂磚、鉻鎂磚、鉻磚、白云石磚)。
2)保溫材料：耐火保溫磚、保溫磚、保溫塊、陶瓷纖維。

1.1.2不定形材料

不定形材料有澆注料、抹壓料、可塑料、修補料、槍噴式料、投注式料、振動料、灰泥涂抹料等。從形態上分為粉沫、泥、粘團。

耐磨耐火材料是在高溫下不易損壞和變形的特殊產品，為防止煙和飛灰磨損，在一些易磨損部件的內部鋪設了耐磨材料，正確地選擇和安裝這些耐磨材料是至關重要的，它能夠保證系統長期的性能，減少耐磨材料的脫落和維修的次數。

耐磨耐火材料在化學成分上主要由鋁、硅化合物組成，總含量占80%～95%。

在CFB鍋爐中，為了承受環境所帶來的影響，耐磨耐火材料必須具備一定的耐火度、抗壓強度、抗折強度、抗熱震性及足夠小的線變化率。耐磨耐火材料的理化指標主要由以下幾個方面：

1.2.1耐火度

耐火度是指耐磨耐火材料在無外力作用時在高溫下抵抗熔化的能力。耐火度通常也用最高使用溫度表示，是指材料在該溫度下煅燒5h后線變化率不大于1.5%的溫度。

1.2.2體積密度

體積密度，也稱容重，是指耐磨耐火材料單位體積的質量，可反映出耐火材料的致密程度，單位為kg/m³。

1.2.3導熱系數

導熱系數是指單位溫度梯度下，單位時間內耐磨耐火材料通過單位垂直面積的熱量，單位為W/(m.K)。耐火材料導熱系數的大小不僅與其用途有關，而且也是直接影響制品熱震穩定性的重要因素。

1.2.4熱震穩定性

熱震穩定性是指耐磨耐火制品抵抗溫度急劇變化而不被破壞的能力，也稱抗熱震性、抗溫度急變性、耐急冷急熱性。耐火材料在使用過程中，經常會受到環境溫度迅速變化的影響，導致材料產生裂紋、剝落甚至崩潰。影響熱震穩定性的因素包括材料的熱膨脹率、導熱系數及材料的組織結構、制品的形狀及顆粒組成等。

1.2.5線變化率

線變化率是指耐磨耐火材料在單位溫度變化下長度的不可逆變化量與原長度的比值，以百分率表示，也稱線脹系數。是耐火材料結構設計和膨脹縫設計的依據之一，線變化率過大，耐磨耐火材料易剝落。

α=(L2－L1)/L1
式中：L1為試樣在室溫下的長度，mm；L2為試樣加熱至試驗溫度t時的長度，mm。

1.2.6常溫抗壓強度和抗折強度

抗壓強度，通常指常溫下的耐壓強度，是常溫下耐磨耐火材料在單位面積上所能承受的極限壓力，若超過此值，材料就被破壞，抗壓強度主要表示耐火材料的燒結、結合情況及與組織結構相關的性質，是耐磨耐火材料檢驗的常用項目，也有稱冷壓強度?？箟簭姸鹊挠嬎愎剑?/span>

CCS=F/A

式中：CCS為抗壓強度，單位MPa；F為材料所能承受的極限壓力；A為材料的受壓面積。

耐磨耐火材料在使用時，除承受壓應力外，還要承受拉應力、彎曲應力和剪切應力的作用?？拐蹚姸?，通常指常溫下的抗折強度，是指試樣在室溫下受到彎曲負荷作用而斷裂時的極限應力，其單位為MPa。

抗壓強度和抗折強度取決于結合劑及其外加劑的種類和用量，也受原材料純度、配比、拌合用液體數量、施工方法和養護方法等因素的影響。

1.2.7耐磨指數

將1磅重的石英砂以一定的速度向耐磨材料噴射，所磨掉的耐磨材料的量稱為耐磨指數，其單位為：g/cm²。通常耐磨指數是衡量耐磨澆注料、耐磨磚耐磨性的重要指標。

 2.1  耐磨材料破壞的原因

在CFB鍋爐內，一方面，大量高速運動的高溫固體粒子不斷沖刷耐磨材料而使其破壞，另一方面，因爐內溫度波動、熱沖擊及機械應力等造成耐磨材料產生裂紋和剝落，同時，堿金屬等的滲透也易造成耐磨材料的失效和破壞。

 2.2  耐磨材料的設計

在CFB鍋爐中，易磨損區主要包括水冷壁及爐膛內布置的受熱面、分離回料系統、尾部煙道入口及排渣系統。使用耐磨材料的主要區域包括爐膛密相區、爐內屏式受熱面下部區域、爐膛出口、分離器、料腿、回料閥、分離器出口煙道及尾部對流煙道。

考慮到以上磨損的特點、耐磨材料的物理性能及施工特點，一般采用單層或多層耐磨耐火材料的敷設。單層敷設的部位包括水冷壁、屏式受熱面、水冷隔墻、雙面水冷壁、汽冷分離器等薄襯里處，用φ6或φ10的圓柱銷釘(或Y型V型銷釘)將耐磨耐火澆注料支撐在管壁煙氣側。薄襯里更能經得起鍋爐起停時的快速熱沖擊，同時，為增強其剛性及沖擊能力，需在澆注料中增加不銹鋼纖維。厚襯里分為兩層或三層，煙氣側為耐磨耐高溫的耐磨耐火磚砌筑或耐磨可塑料澆注而成，內襯的保溫材料目的是減少熱損失，降低殼體溫度。

因金屬材料與耐磨材料受熱后線脹系數的差異，在耐磨耐火材料施工前，必需在金屬材料(包括銷釘，托板及管子)表面涂瀝青，涂刷瀝清是在澆注料與受熱面之間留有一定的間隙，運行時受熱面熱膨脹差不會對耐磨材料造成破壞。

 3.3  振搗

澆注料施工必不可少的程序“振搗”，如果振搗不足或不到位，則耐磨澆注料密度不能達到要求或不均勻，都可造成澆注料強度不足，難以起到防磨作用，難于施工的位置模板應盡量小些。

 3.4  耐磨耐火材料的熱養生

由于無基礦物質原料含有一定的水份，在配制成澆注料過程中又加進了一定量的水做溶劑，這些水份需要通過自然干燥及熱養生將水份排出，因耐磨耐火澆注料的致密度較高，其結晶水又在其分子結構內部，所以熱養生烘爐是需要足夠時間的過程。雖然熱養生采用可控溫熱煙氣養生，但養生時鍋爐受熱面還是要加水來保護其安全。通常熱養生的升溫曲線由材料供應商提供，或由供應商認可的升溫曲線來進行。熱養生后，所有在密封盒上開的澆注孔需要封閉并且焊好，所有為熱養生開的蒸汽通道均應封焊。

為滿足機組安全運行，CFB鍋爐耐磨耐火材料應具備以下性能：較高的常溫與熱態強度；較低的磨損量；優良的抗侵蝕性；良好的高溫體積穩定性。在國內尚無CFB鍋爐耐磨耐火材料統一標準的情況下，具備以上性能的耐磨耐火材料才能滿足CFB鍋爐的特殊要求。