GQ系列多元高强高导热复合耐磨材料及对CFB锅炉密相区降床温的调控设计

GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料对CFB锅炉密相区降床温的调控设计绪言循环流化床（CFB）燃烧技术是一项近20年发展起来的清洁煤燃烧技，具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石炉内脱硫、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床在世界范围内得。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床在世界范围内得到广泛的应用，大容量的循环床锅炉已被发电行业所接受。循环流化床低成本实现了严格的污染物排放指标，同时燃用劣质燃料，在负荷适应性和灰渣综合利用等方面具有综合优势，成为电站锅炉的发展方向之一。随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，各循环流化床锅各循环流化床锅炉制造厂家和研究机构都十分重视CFB锅炉的大型化。循环流化床燃煤锅炉容量不断增加。其运行的可靠性很大程度循环流化床燃煤锅炉容量不断增加。其运行的可靠性很大程度上取决于耐火材料的稳定性。大型化循环流化床锅炉对耐火材料的性能提出了更高的要求。目前锅炉制造厂可以向用户直接承诺的可靠性由于受到耐火材料性能的影响而只能在1个大修期左右。正如耐火材料本身特性决定的那样，不同条件下耐火材料的使用有不同的要求。循环流化床锅炉的磨损循环流化床锅炉相对于其他锅炉磨损严重,其表现为受热面金属件和炉墙耐火材料磨损。国外循环流化床锅炉发展初期,对耐火材料并不十分重视,到80年代中期以后,随着大量循环流化床锅炉的相继投运,耐火材料损坏造成的事故不断发生,耐火材料问题才引起人们的注意。美国ABB公司、CE公司早期的循环流化床锅炉在最初运行几个月后就发生耐火材料损坏,尤其是旋风分离器内的耐火材料,主要损坏形式是产生裂纹、脱落、磨损,运行1年后全部更换。又如美国纽克热电厂420t/h循环流化床锅炉运行事故率,因耐火材料损坏而造成的事故占设备事故的15%,是仅次于受热面磨损的第2大事故。密相区耐火耐磨层材料磨损高温分离器耐磨层材料热震破坏炉膛密相区耐磨层材料层状剥落分离器膨胀缝处材料挤压破坏分离器耐磨层材料选用不当造成磨损循环流化床锅炉耐火材料使用的范围循环流化床锅炉需使用大量耐火材料来进使用大量耐火材料来进行保护,如燃烧室壁面、顶棚、分离器入口、高温分离器、回料管、外置式换热器,都是选用外置式换热器,都是选用关键耐火材料。循环流化床锅炉耐火材料固定方式水（汽）冷分离器的固定方式高温旋风分离器筒体的固定方式循环流化床锅炉耐火材料固定方式密相区/导向风帽的固定方式CFB锅炉床温控制的意义我国现在研制和生产的循环流化床锅炉的沸腾床温大都选在800～900℃的范围，选这一床温主要基于两个原因：一是该床温低于我国绝大多数煤质的结焦温度，能有效地避免炉床的结焦；二是该床温是常用的石灰石脱硫剂的最佳反应温度，能最大限度地发挥脱硫剂的脱硫能力。因此，将锅炉床温控制在这一范围内是十分必要的。在循环流化床锅炉中，床温高低影响到锅炉的燃烧效。在循环流化床锅炉中，床温高低影响到锅炉的燃烧效率、热效率、脱硫效率及安全运行。因此，将床温控制在合理的范围，以获得较高的燃烧效率和较低的污染物排放量尤为重要。CFB锅炉床温控制的意义循环床锅炉在实际运行中如出现床温的超温状况，可能产生下列不良的后果：脱硫剂偏离最佳反应温度，脱硫效果下降：床温超过或局部超过燃料的结焦温度，炉膛内出现燃料高温结焦尤其是布风板上和返料阀处的结焦处理十分棘手，只能停炉后人工敲除物料循环回路受热面与尾部受热面吸热比例超出设计范围，引起过热蒸汽可调范围变化或主蒸汽，再热蒸汽温度超出设计范围变化。循环床在实际运行中如出现床温的降温状况，也可能产生下列不良后果：产生下列不良后果：脱硫剂脱硫效果下降。炉膛温度低于燃料的着火温度，锅炉出现低温熄火.锅炉出力下降。由以上的分析比较可见：炉床的超温后果比降温后果严重得多。有鉴于此，循环床锅炉的床温控制应重点实行床温的超温控制。CFB锅炉床温控制现状由于循环流化床锅炉床温的变化过程是多变量耦合及非线性、大滞后的工业过程，所以常用的PID控制器很难达到理想的控制效果，现在国内大多工业运行的循环流化床锅炉床温均是采用人工手工方式调节给煤量来控制床温的。采用智能控制器来控制循环流化床锅式调节给煤量来控制床温的。采用智能控制器来控制循环流化床锅炉床温国内研究的很少，大多还只是理论研究阶段，而这方面的国外文献几乎没有。近年来，根据已经商业化运行的循环流化床锅炉的结构不同，床温控制的方式与难易程度也有区别。国外循环流化床锅炉或是国内大型循环流化床锅炉很多带有外置的换热器，这样的循环流化床锅炉床温控制比较容易，可以通过调整外置换热器的换热量来调整锅炉床温控制比较容易，可以通过调整外置换热器的换热量来调整床温；而国内普遍采用的循环流化床锅炉无外置换热器，采用的是绝热式或汽冷式高温旋风分离器，炉膛壁面布置水冷壁，下部密相区受热面采用耐高温的防磨材料覆盖，炉膛上部布置过热器，该炉型结构简单、紧凑。但是不能通过调整外置换热器的换热量来控制床温，床温控制较复杂。CFB锅炉床温控制现状另外不同的返料方式床温的控制方法也有所不同。采用水冷式的低温返料循环流化床锅炉可以利用返料来调节床温，这样就不会发生床温的调节、汽压调节与一次节床温，这样就不会发生床温的调节、汽压调节与一次风调节的耦合现象，控制就比较容易。但是低温返料的循环流化床锅炉容易造成返料系统的磨损，所在现在大多数循环流化床锅炉改用高温返料，返料的温度与床温差不多，这样就只能采用其它方法来控制床温。影响床温的因素很多，主要包括：锅炉负荷、煤质、给煤量、风量，床内存料量，底渣排放量等。其中我们能够控制的主参数是给煤量与风量。循环流化床锅炉传热分析简述循环流化床锅炉的受热面主要包括炉膛内部水冷壁受热面、屏式受热面（含水冷屏、过热屏和再热屏）和尾部受热面，有些循环流化床锅炉还有外置式换热器受热面。循环流化床锅炉炉膛中的传热是一个复杂的过程，传热系数的计算精度直接影响了受热面设计时的布置数量，从而影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传热系数是循环流化床锅炉设计的关键之一，也是区别于煤粉炉的重要方面。CFB锅炉的传热，尤其是炉膛受热面的传热与煤粉炉相比差别甚大，且机理较为复杂。许多已有理论计算结果与实际工程的应用有相当大的差别。当前的大型循环流化床锅炉设计中，为了避免底部密相区受热面的磨损，一般不布置埋管受热面，而且密相区的膜式水冷壁受热面都敷设耐磨耐火材料，使得其传热能力大大减少。因此对于现代大型循环流设耐磨耐火材料，使得其传热能力大大减少。因此对于现代大型循环流化床锅炉，密相区传热量所占比例很小。幸好一个正常的循环流化床，密相区的燃烧份额比传统沸腾炉低得多，加上循环流化床燃烧室上部已经形成了以颗粒聚团为特征的快速床状态，带来了强烈的纵向物料混合，可以将密相区燃烧热量带到燃烧室上部。密相区内即使没有受热面也能平衡到与上部相同的温度。循环流化床锅炉传热分析简述循环流化床锅炉的受热面主要包括炉膛内部水冷壁受热面、屏式受热面（含水冷屏、过热屏和再热屏）和尾部受热面，有些循环流化床锅炉还有外置式换热器受热面。循环流化床锅炉炉膛中的传热是一个复杂的过程，传热系数的计算精度直接影响了受热面设计时的布置数量，从而影响锅炉的实际出力、蒸汽参数和燃烧温度。正确计算燃烧室受热面传热系数是循环流化床锅炉设计的关键之一，也是区别于煤粉炉的重要方面。稀相区水冷壁受热面屏式受热面高温旋风分离器密相区尾部受热面循环流化床锅炉传热分析简述清华大学对CFB锅炉炉膛传热作了深入的研究，长江动力公司、华中理工大学、浙江大学等单位也对CFB锅炉炉膛中的传热过程进行了有益的探索。CFB炉膛内传热系统是导热、对流和辐射三者合成的复合换热体系。其内的换热情况与普通的煤粉炉或链条炉相比，有显著的不同。如果说在煤粉炉内，以辐射换热为绝对支配地位的话，那么在CFB锅炉内稀相区与密相区的传热机制可以简化为颗粒对流和颗粒相与水冷壁的辐射换热两项。由此得出，在CFB炉内求取传热系数时，应分别对密相区和稀相区作计算。神华国华电力研究院利用现场试验（宁东发电有限公司由东方锅炉集团公司制造的330循环流化床锅炉）和数值模拟研究结果，建立了1）密相区（鼓泡床传热模型）、2）稀相区（颗粒团更新模型）、3）悬吊屏（清华大学传热模型）、4）汽冷旋风分离器（组合传热模型）、5）尾部MW（清华大学传热模型）、4）汽冷旋风分离器（组合传热模型）、5）尾部受热面（前苏联73标准）5个炉膛分区段传热模型计算主循环回路受热面的传热系数，计算结果为同煤种、同类型的循环流化床锅炉设计提供了可靠的参考数据。循环流化床锅炉传热分析简述悬吊屏（清华大学传热模型）1、辐射传热系数；2、对流传热系数；汽冷旋风分离器（组合传热模型）1、辐射传热系数；密相区稀相区（颗粒团更新模型）1、颗粒团传热系数；2、离散颗粒传热系数；3、颗粒团时均覆盖率。2、对流传热系数；3、基于屏的投影面积。1、辐射传热系数；2、对流传热系数；3、基于投影面积。尾部受热面（前苏联73标准）1、烟气侧热阻；2、工质侧热阻；3、灰污系数/密相区（鼓泡床传热模型）1、乳化团传热系数；2、料层辐射传热系数；3、气泡贴壁时间分额。3/热有效系数/利用系数。大型循环流化床锅炉的炉膛分区段传热计算模型循环流化床锅炉传热分析简述循环流化床锅炉密相区（鼓泡床传热模型）是基于：a、乳化团传热系数；b、料层辐射传热系数；c、气泡贴壁时间分额建K11K1立的传热模型。对于密相区膜式水冷壁，基于管内工质为饱和蒸汽和饱和水的混合物，因此管内工质侧的传热热值可以忽略不计，另外工质侧热阻和金属本身热阻相对于炉膛烟气侧也可不予考虑，因此，总传热系数可按烟气侧热阻和受热面耐火耐磨材料带来的asasK11aaas热阻计算，。而为受热面耐火耐磨材料带来的热阻。由此可见受热面耐火耐磨材料的导热系数对于循环流化床锅炉密相区的传热具有相当大的影响。耐火材料的导热系数概述各种耐火材料的导热系数与其化学矿物组成和组织结构以及温度密切相关。当耐火材料是由晶体构成时,晶体的性质对导热系数度密切相关。当耐火材料是由晶体构成时,晶体的性质对导热系数有明显的影响。无机非金属材料中晶格振动偏离谐振程度愈大,导热系数愈小。而晶格振动偏离程度又随构成各组分物质原子量的差别增大而增加,所以单质的导热系数最大。具有复杂结构的晶体,对晶格波热散射作用更大,导热系数变得更小。耐火材料的导热系数是热工计算的基本数据。材料的导热系数是隔热材料的最重要的指标。因此,对隔热耐火材料,在保证其具有相当的化学和力学等性能的基础上,应力求降低其导热系数。但是对循环流化床锅炉某些隔焰部位用耐火材料,提高其导热系数对节能和提高热效率是十分重要的。GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料基于受热面耐火耐磨材料的导热系数对于循环流化床锅炉密相区的传热的影响特性，为了达到既要保证循环流化床锅炉的受压部件的防磨损作用又要起到增大密相区单位受热面积传热能力，降低循环流化床床温的效果。宜兴市国强炉业有限公司针对循环流化床锅炉密相区、过渡区、分离器、回料器、料腿等防磨隔焰部位防磨耐火材料的特性和需要，根据影响耐火材料的导热系数的综合因素与武汉理工大学等科研院校合作研发了GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料。GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料具有优异的耐磨性，抗侵GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料具有优异的耐磨性，抗侵蚀性，耐冲刷性，热震稳定性及导热系数可调性等一系列综合优异特性。特别是其导热系数可根据需要进行任意调配，在目前来说是其它耐火耐磨材料无可比拟的。正是GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料具有的高导热特性，将它应用在循环流化床锅炉密相区和过渡区作为耐火防磨层，不但能起到保护循环流化床锅炉密相区膜式水冷壁的防磨功能，更重要的是它能提高密相区的传热系数，增加密相区单位受热面积的传热能力，从而起到降低循环GQ系列多元高强、高导热复合耐磨材料区的传热系数，增加