国内某公司生产的300MW“W”火焰锅炉是引进美国FW公司技术设计制造的。锅炉燃用的是无烟煤,无烟煤着火困难,燃尽时间长。针对这一特点,在炉膛结构上,前、后水冷壁在冷灰斗以下形成炉拱,燃烧器布置在拱上,向下喷燃形成“W”火焰,使火焰加长,有利于煤粉燃尽。同时在炉拱区域敷设卫燃带,保证炉拱区有足够的温度,利于煤粉着火。为防止尾部包墙集箱受高速灰粒的磨损,在集箱上敷设耐磨材料。在“W”火焰锅炉中要求耐火材料的性能一是抗磨性好,高温下体积稳定性好;二是气体透过率低,化学惰性高,密封性好,并且对水冷壁卫燃带区域销钉传热要好。为满足FW公司提出的材料性能要求,该公司选用了以下几种耐火材料。
1、高铝磷酸盐结合耐火可塑料
高铝磷酸盐结合耐火可塑料具有整体性强、热稳定性高、高温力学性能好等特点,但在炉拱区域施工比较困难。其理化指标:最高使用温度1650℃;密度(110℃×24h)大于2.70g/cm3;耐压强度110℃×24h时大于25MPa,815℃×3h时大于30MPa;抗折强度110℃×24h时大于6.3MPa,815℃×3h时大于8.4MPa;烧后线变化率110℃×24h时小于-0.5%,815℃×3h时小于-0.6%;主要化学成分:Al2O3大于82%,Fe2O3小于0.5%,P2O5小于4.5%。其使用部位在下炉膛区域和前后墙炉拱区域。在水冷壁上焊20mm长的销钉,以固定耐火材料,耐火材料总厚度为25mm(管子外壁算起)。在前后炉拱区,由于让管,所敷设耐火材料厚度不等,最小25mm,最大200mm,在耐火材料较厚的区域增加<6mm的耐热钢筋,以防止耐火材料的脱落。在水冷壁背火面敷设了粘土质超强耐火浇注料。
但是,液态排渣炉与旋风炉不宜选用高铝磷酸盐耐火可塑料或捣打料,这种材料抗渣性、耐磨性差,使用中产生裂缝和剥落,寿命短,修补频繁。
2、刚玉浇注料
FW公司选用的是板状氧化铝浇注料,由于国内尚未有理想的板状氧化铝原料,进口原料的价格昂贵,故决定采用刚玉浇注料替代。由于“W”火焰锅炉所燃用的燃料一般是低挥发分、高灰分的低品位煤,含尘的烟气流对尾部集箱的冲击及磨损比较严重,而刚玉为粒状,与板状氧化铝相比,成型后的致密性和韧性都差一些,中温强度也有所下降,抗侵蚀的能力也较弱,但是通过增加微粉(AI2O3)比例,可以提高致密度,有效地控制中温强度的下降,增加材料的耐磨性。
刚玉浇注料的理化指标:最高使用温度1815℃;密度(110℃×24h)大于2.76g/cm3;耐压强度110℃×24h时大于50MPa,815℃×3h时大于40MPa;抗折强度110℃×24h时大于8MPa,815℃×3h时大于5.5MPa;烧后线变化率110℃×24h时小于-0.2%,815℃×3h时小于-0.3%;主要化学成分:Al2O3大于92%,CaO小于4.5%。
其使用部位在尾部包墙集箱,此区域煤粉粒子浓度大,烟气速度高,集箱易受磨损。在集箱上焊V形销钉,以固定耐磨材料,耐磨材料厚度为60mm。
上述2种不定形耐火材料已在山西阳泉第二发电厂(2×300MW)、河北上安电厂(2×300MW)“W”火焰锅炉上使用,现场施工反映良好,锅炉投运后使用效果良好。
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