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解决方案

循环流化床锅炉耐磨耐火浇注料脱落的原因及预防

以绥化热电有限公司为例,该公司规划容量为6炉2机,工程分两期建设:一期是工程安装4炉2机,二期工程后期完成总体设计。选用130t/h高温高压绝热式循环流化床锅炉。在运行中出现的问题如以下几点:

经过两个取暖期的运行,4台循环流化床锅炉在炉内砌筑方面不同程度的暴露出许多问题

(1)炉膛密相区耐磨耐火浇注料成鱼;磷状脱落,甚至裸露出销钉头,面积最大处105×210mm。

(2)U型回料阀立管出现多处环向裂纹,最宽处5mm左右。U型回料阀斜料腿处非金属补偿器烧毁、窜灰。

(3)旋风分离器及旋风分离器出口烟道顶棚、旋风分离器入口烟道浇注料和耐火砖连接处出现大面积坍塌。旋风分离器锥体面膨胀起拱。

此处,还存在多处耐磨耐火材料的磨损、开裂、凸起等现象。

问题的原因及解决方法

施工工艺不合理

(1)浇注料在搅拌时“灰水比” 控制不好。加水量过多,浇注料成型后材料内部气孔率高,材料强度降低,自然凝固时间过长,养生时间加长。加水量太少,材料流动性不好,振动不密实,容易留下气孔、洞穴等,强度也将大大降低。

(2)搅拌时间和振动时间控制不好。搅拌时间太短,材料混合不均匀,不密实,强度较低;浇注料的浇注应采用震捣机分层进行震捣。振动时间过长,材料易产生分层,细粉浮在表面,骨料沉在底部,导致材料强度降低易剥落。浇注料拌和后30min内用完,宜一次浇注到所规定的厚度和高度。浇注料施工应在5℃以上的环境下进行,因为温度太低,材料不易凝固,即使凝固,也是一种假凝现象,浇注料一般应连续进行浇注,在前一层浇注料初凝前,应将下一层浇注料浇注完。如施工间隙超过其初凝时,应按施工缝要求进行处理。

(3)脱模时间控制不好。浇注料还没有硬化就进行脱模。应在浇注料强度能保证及其棱角不因脱模受损坏时,方可拆除。承重模板应在浇注料达到强度的70%时方可拆模。为便于脱模,浇筑前所有模具的浇注面均应涂一层机油。

(4)浇注料养生时间控制不好。锅炉砌筑完后要有足够的自然干燥期,使耐火层中大部分水分能析出,防止烘炉时大量水分不能及时排除,使耐火层爆裂和脱落。

(5)烘炉质量控制不好。烘炉是将炉衬材料中自然干燥无法排除的游离水和结晶水排除,同时对浇注料进行高温固化以达到一定的强度。

烘炉之前,炉衬材料必须要有一定的自然强度(足够的养生期)才能进行。烘炉原则“宜长不宜短,宜慢不宜快”。要按事先制定的烘炉曲线进行,升温速度要均匀平稳,控制好恒温时间及温度,保持温度波动不大于±20℃。防止升温过快,水分不能及时排除,冲破耐磨耐火层;其次防止耐火耐磨层内温度梯度过大,产生巨大热应力,使耐磨耐火层开裂、凸起、脱落。

耐磨耐火材料层外钢壳(如返料腿、旋风分离器锥体)开排汽孔过少,也是不容忽视的因素。

结构设计不合理和浇注料质量差

耐火耐磨结构设计不合理

(1)耐火耐磨材料膨胀缝设计不合理。环向、纵向膨胀缝设计数量不够。锅炉运行后,耐磨耐火材料受热、体积膨胀,互相挤压、产生裂纹。

旋风分离器入口烟道耐磨耐火浇注料和耐火砖链接处膨胀缝由5mm改为10mm,预留充分的间隙来满足膨胀要求。膨胀缝改为Z字形,防止锅炉灰贯穿,冲刷保温层。膨胀缝填充材料要求两侧有牛皮层耐火纤维毡,防止耐火泥浆浸入填充材料内。环向膨胀缝设计间隔由1500mm改为1000mm。

分离器出口烟道和分离器锥体等大面积区,浇注面由(2.5×2.5m)改为小面积的方块(1.5×1.5m)一次成形砌筑,同时设置膨胀缝,膨胀缝宽度≤3mm。填充材料要求刚性强的胶合板,防止振捣时变形。锅炉运行后,胶合板高温烧毁,空间变成膨胀缝。

(2)旋风分离器筒体沿高度方向设有砖衬支撑托板,以达到砖砌墙分层卸载的目的,通过对筒体实际耐火砖重量计算,设计一层托板达不到卸载的目的,根据现场实际情况支撑托板改为二层布置。

返料器立管耐磨耐火浇注料托板由3层改为4层布置,间距缩小为2.5m,达到浇注料分层卸载。

(3)锅炉内Y型抓钉的形状需改进,材质耐热性要强。制做夹角60~80°为最佳,保证抓钉顶部形状,才能增强抓钉对浇注料的抓捉力。

抓钉、布风板、排渣管、风管是金属材料,受热后膨胀系数远大于耐火材料的膨胀系数,如果不进行预处理,金属与耐火材料的接触面上就会形成网状裂纹,导致开裂、脱落。耐火材料接触金属表面要清楚油污及灰渍并均匀涂以1mm以上的沥青。要保证沥青的浓度和涂抹厚度,坚决杜绝用沥青漆代替沥青油。

耐火耐磨材料质量不过关

(1)耐磨材料的骨料与基质的匹配性和结合性,对材料的耐磨性具有重要影响。骨料与基质失配会导致成型后材料本体出现裂纹,而骨料与基质的结合性差,则会导致冲刷时基质先被冲蚀,然后骨料被孤立出来,进而脱落,这样,即使骨料有着相当优异的耐磨性能也是没用的。最佳的耐磨材料是基质和骨料以相同的速度被磨蚀。

(2)耐磨耐火材料过了保管期限,材料失效,部分材料保存不当,受潮变质,也能造成锅炉砌筑质量不合格。

预防措施

针对上述情况,为保障工程质量,在绥化热电二期工程建设中,我们还采取了以下措施:

(1)在耐磨耐火浇注料选型方面,根据CFB锅炉不同部位对耐磨性的要求,采用不同性能的耐磨耐火材料。严格控制材料施工工序、工艺和质量,关键工序进行全过程旁站质监。

(2)和锅炉生产厂家、砌筑单位共同分析研究。在浇注料中适当加入钢纤维,改善耐火耐磨层的整体性能。另外适量加棉质纤维,棉质纤维在烘炉过程中会烧失,留下许多非贯通的孔隙,这些孔隙能使烘炉过程中产生的水蒸汽顺利排出,防止耐火防磨层因水气不出去而产生爆裂和脱落。

在锅炉顶棚容易坍塌的部位用直径6mm的1Cr13的钢筋焊接加固,增加抓钉的拉伸强度,钢筋长度不超过0.5m,间隔性进行加固,采用“[”形式和顶棚版焊接,或者和Y型抓钉的V字口焊接。

(3)对施工现场的砌筑材料进行抽检。性能要达到规定(特别是高强度、高耐磨性、耐热性、抗热震稳定性、抗爆裂性等性能指标)。

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