大型循环流化床锅炉防磨材料及工艺研究(2)

可见，在燃用烟煤的()*中，炉衬的失效原因主要是剥落和磨损，而剥落问题更为突出。

$()*关键部位的防磨材料及炉衬结构的试验研究

由于()*内衬的损毁形式主要有剥落和磨损两

种，而剥落的主要原因又是锅炉频繁启停形成的热应力造成的；因此，选择了关键部位使用的<6(砖和磷酸盐结合高铝矾土耐磨可塑料进行磨损试验和抗热震试验，并对“可塑料:销钉:膜式壁”结构进行了模拟试验。!"#

材料的破坏性试验

$=7=7试验方法

!7#磨损试验。按美国><5-(?,"进行。该试验是将试样平面按规定角度对着喷嘴，用""+@./的压缩空气在"$,A7$B内，将7,,,A$C粒状磨损介质!一般用’%8<6(砂#从喷嘴!内径&"=+DD#喷到1,’DD外的试样表面上，测量试样上被磨损的体积，单位为立方厘米!EE#，用以表示材料在室温下抵抗磨损的能力。该试验选择了"种冲刷角度，即7$F、’,F、%,F、G,F。

!1#抗热震试验。参照H*:5’?%=7—7GG$进行。在规定的试验温度!77,,I#和水冷介质条件下，试样经受多次急冷急热的温度突变后，通过测量其受热端面的破损程度来确定耐火材料的抗热震性。$=7=1

试验结果及分析

$=7=1=7<6(砖

其磨损试验结果如图7所示，随着冲刷角度的增大，<6(砖的磨损量增加，说明对冲磨损比切向磨损更具破坏性。但总体上看，<6(砖的磨损量不大，在设计规定值以内，具有较好的耐磨性。可以认为，它在()*中受到的破坏主要不是来自飞灰的磨损，而是来自锅炉频繁启停引起的热应力作用。

!1;东方电气评论第!8

卷

图!冲刷角度对"#$砖磨损量的影响

从抗热震试验结果来看，在!!’’(条件下，用水冷法经过&)次急冷急热其破坏程度很小。一些文献资料指出，耐火材料的抗热震性能若用冷水法测定，则需不低于!*次；若用空冷法测定，则需不低于%’次，可见，一次水冷对材料的破坏可粗略地认为相当于两次空冷对它的破坏。此种"#$砖能经受&)次水冷法抗热震，相当于能经受*&次以上的空冷法抗热震。需说明的是，实际工况下启停炉比试验室条件对材料的破坏作用小得多。

*+!+&+&磷酸盐结合高铝矾土耐磨可塑料

试验表明，随着烘烤温度的升高，该耐磨可塑料的磨损量减小,图&-。说明对于可塑料、浇注料一类的不定形材料，需按规范进行充分烘烤后，性能才能达到或优于设计要求。

图&烘烤温度对耐磨可塑料磨损量的影响

与"#$砖相似，该耐磨可塑料的磨损量也是随冲刷角度的增加而增大的,图%-。但总的来说，由于其具有较高的强度，耐磨性也较好，因此，也可以相信，它在燃用烟煤的$./中受到的破坏主要不是飞灰的磨损而是锅炉频繁启停引起的热应力破坏。从抗热震试验结果来看，在!!’’(条件下，用水急冷法经过&)次急冷急热破损率为%’0，但直到第&’次时其破坏程序也很小。如果把一次水冷对

图%

冲刷角度对可塑料磨损量的影响

材料的破坏视为两次空冷的作用，此种耐磨可塑料经受&’次水急冷法抗热震试验后仍不被破坏，相当于能安全地经受1’次以上的空冷法抗热震。而在实际工况下，启停炉对材料的破坏作用比试验室条件对它的破坏小得多。!"#“可塑料$销钉$膜式壁”结构的模拟试验*+&+!

试样

1个试样具有不同的管间距和不同的销钉密

度，编号分别为!2、&2、%2、12。

1个试样均敷设高铝磷酸盐结合矾土耐磨可塑料，厚度均为*!33,从膜式壁管中心线算起-。试样的制作过程：膜式壁结构件的焊接*配制可塑料*敷设可塑料*!!’(烘干&14。*+&+&试验方法

,!-磨损试验。按5"67$8’1进行，磨损介质改用%)2白刚玉砂，冲刷角度9’:。

,&-抗热震性试验。将经过磨损试验的1块膜式壁结构试样分别进行水冷法抗热震性试验，具体方法是用膜式壁试样代替马弗炉炉门，可塑料面朝炉内,即受热面，炉内温度9;’(-，水冷壁管子在炉外,低温-，与实际工况相当。试样受热一定时间后，用自来水急剧冷却，如此反复，直至其被破坏。该方法称为模拟实验或仿真实验。

*+&+%试验结果及分析

由膜式壁试样的磨损试验结果,图1-得知，!2、&2、%2、12膜式壁炉衬结构具有较好的耐磨性，可以认为，它们在$./中受到的破坏主要不是来自飞灰的磨损，而是来自锅炉频繁启停引起的热应力作用。从抗热震性试验结果,表!-来看，在9;’(条件下，用水急冷法经过&’次急冷急热其破损状况各不相同，它们开始破损所经历的次数也不尽相同，!2、&2、%2、12试样开始破损经历的次数分别为!*次、!%次、!*次、!’次。如果一次水冷对材料的

第$期

李健等大型循环流化床锅炉防磨材料及工艺研究

!%&

表!

膜式壁试样的抗热震稳定性能

试样热面温度冷面温度次数现

象

开始剥落

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&’($

#’细小颗粒剥落，露出两颗销钉，破损率)*!$

开始剥落

&+’&’($

#’细小颗粒剥落，出现一些表面细小裂纹，破损率+*!)

开始剥落

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#’细小颗粒剥落，破损率)*

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开始剥落

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细小颗粒剥落，出现一些#’

深度细小裂纹，破损率图%膜式壁试样的磨损试验结果

破坏大体上相当于两次空冷的破坏，那么这些膜式壁炉衬结构可以安全地经受!)次、!$次、!)次、!’次水急冷法抗热震，相当于能分别经受$’次、#-次、$’次、#’次空冷法抗热震。需说明的是，实际工况下，启停炉对材料的破坏作用比试验室条件对它的破坏小得多。

在!".%"试样中，!"和%"试样具有相同的管节距和管径，但%"试样的销钉比!"试样少%’*，其风冷法抗热震性次数也比!"少!’次；#"和$"试样具有相同的管节距和管径，但$"试样的销钉比#"试样少)%*，而它的风冷法抗热震性次数却比#"多%次。

值得一提的是，%"试样在敷设可塑料时，比其余试样都疏松，其抗热震性能也最差，因此，施工质量是影响使用寿命的一个重要因素。

-施工工艺对防磨材料性能的影响的实验研究

锅炉用非金属材料的形式主要有成型砖、弧形陶瓷瓦片、可塑料、浇注料和喷射料等。成型砖、弧形陶瓷瓦片等定形材料性能可靠，而可塑料、浇注料等不定形材料制造及施工方便，被大量用于替

代定形材料。但不定形材料，尤其是在现场进行拌和的材料，其最终性能很大程度上取决于现场施工质量。所以，只有制定详细完善的施工工艺规范，并且保证现场施工严格按规范进行，才能使防磨材料的性能得到充分发挥，确保炉衬质量达到设计要求，以满足/01的运行需要。

在/01使用的耐火材料中，浇注料是受现场施工因素影响最大的一类材料。因此，该研究选择具有典型代表性的耐磨浇注料作为实验对象，通过控制烧结温度、水用量、外加剂用量、结合剂用量、水质、养护温度等因素来研究其宏观性能受影响的程度。!"#

实验方法

通过人为地控制下列因素来模拟现场施工中一些极端的情况，以研究材料性能受损的程度。

2!3烘烤温度。将烘烤温度分别设定为!!’,、)%’,、+!),、!!’’,，并分别测定耐磨浇注料试样在不同温度烘烤后性能的变化情况。

2#3水用量。分别按正常水用量、偏高#4)*、偏高%4)*的水用量拌和耐磨浇注料试样，然后测量不同水用量的试样的宏观性能随烧结温度的变化

情况。

2$3减水剂。分别按’*、!*、#!*比例的减水剂配制试样，观测其强度的变化情况。

2%3缓凝剂。分别按’*、"*、#"*比例的缓凝剂配制试样，观测其强度的变化情况。

2)3水质。在拌和水中人为地加入有害物质，观测浇注料的施工作业性与强度的变化。外加有害杂质：’45+*/6/7#、’4-5*89/7#、’4+#*:6/7，溶于拌和水后/7;含量均为)’’’<!’;-；

2-3拌和均匀程度。现场搅拌物料时，若混练不均匀会导致骨料偏析、结合剂偏析、外加剂偏析等情况，其中结合剂偏析将对材料造成较大的影响。因此，实验中采用正常水泥用量#*的试样代表搅拌均匀的情况，用’4)#*和!4)#*的水泥用量的试样分别模拟结剂偏多和偏少的情况，通过其强度变化情况来研究拌和不均匀所造成的影响。

253养护温度。利用恒温设备对成型后的浇注料试样分别在’,、#),2标准养护3、)’,的温度进行养护，观测养护温度对材料强度的影响。!"$

实验结果及讨论

-4#4!烘烤温度

烘炉是不定形耐火材料施工和使用中的关键环节，其主要作用是排除衬体中的游离、化学结合水和获得高温使用性能。只有经过完善的烘烤，不定

)#’东方电气评论第)"

卷

形耐火材料的性能才能得到充分地发挥。而在现场施工过程，烘烤很难得到保证，主要表现在两个方面，一是烘炉温度达不到规范要求，另一个是升温速率过快，保温时间不充分。

烘烤温度对耐磨浇注料性能的影响见图#&%。从图中可以看出：烧结温度升高，材料的强度也随之增加，最高点在$’’(左右，与))’(比较，耐压强度提高了#)*%+，抗折强度提高了"!*%+。强度在高温段略有下降，这是由材料的组成特性决定的。此外，随着烧结温度的提高，浇注料的体积密度有所下降，显气孔率上升，永久线收缩,线变化率-增加。表明：经过高温烘烤后，材料中的游离水和化学水已充分排出，组织结构发生了明显的变化，并趋于稳定，体积变化经过高温处理发生改变后也趋于稳定。因此，足够高的烘烤温度可以使材料的强度大幅提升，体积稳定性增强，从而提高了炉衬的耐磨能力、抗外力冲击能力和抗剥落能力。

升温速率和保温时间，则与材料的品种和性能、施工制作方法、衬体厚度以及使用条件等因素有关。因此，制定烘烤曲线时应充分考虑各方面的情况，总的原则是在!’’(以前应缓慢升温和保

图#烧结温度对烧后耐压强度的影响

图!

烧结温度对烧后抗折强度的影响

图"

烧结温度对体积密度的影响