循环流化床耐磨耐火材料.ppt

多多学习对工作有益 不定形耐火材料二、按结合剂种类分类第二部分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。
2.1CFBB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)(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W3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
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