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耐火耐磨層材料的干燥特性與低溫烘爐曲線(xiàn)
摘要：對(duì)耐火耐磨層材料的干燥特性進(jìn)行測(cè)定，證實(shí)低溫烘爐曲線(xiàn)的可行性
關(guān)鍵詞：CFB 烘爐 爐襯 干燥特性
1.前言
循環(huán)流化床(CFB)鍋爐運(yùn)行中，爐膛及物料循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)表面長(zhǎng)期承受高濃度循環(huán)固體爐料沖刷，對(duì)耐火耐磨內(nèi)襯材料的性能提出了嚴(yán)格的要求。新施工耐火耐磨內(nèi)襯材料的烘干過(guò)程直接關(guān)系到內(nèi)襯材料的施工質(zhì)量和性能，就顯得格外重要。傳統(tǒng)的燃木柴加啟動(dòng)油燃燒器的烘爐方法已經(jīng)難以滿(mǎn)足大型CFB鍋爐烘爐要求。哈爾濱普華烘爐技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司首次在國(guó)內(nèi)推出了一種新型的烘爐工藝——無(wú)焰烘爐法，并且形成了兩段烘爐較為定型的烘爐工藝：以低溫?zé)o焰烘爐來(lái)保證爐襯材料的干燥和避免其損壞，以鍋爐初次投運(yùn)時(shí)啟動(dòng)油燃燒器來(lái)完成的高溫烘爐。實(shí)踐證實(shí)這種烘爐法不僅能確保烘爐質(zhì)量，而且是一種省工、省時(shí)、省(燃)料的先進(jìn)烘爐工藝。
CFB鍋爐爐料循環(huán)系統(tǒng)都有耐火耐磨內(nèi)襯，大量采用耐火耐磨搗打料和混凝土澆注料。耐火耐磨內(nèi)襯都在現(xiàn)場(chǎng)施工，不可避免的存有游離水、結(jié)晶水等不同形態(tài)的濕分。在受熱升溫過(guò)程中，如果水分迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生的水蒸汽分壓超過(guò)混凝土的結(jié)合力，可能使?fàn)t墻爆裂損壞，甚至可能造成大面積爐墻倒塌;耐火耐磨內(nèi)襯中難免有應(yīng)力集中，如果再加上初始熱膨脹過(guò)快、不均勻，也會(huì)由于熱應(yīng)力而受到損壞。因此，耐火耐磨內(nèi)襯材料的干燥——烘爐是新施工或大修后的CFB鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行前的一項(xiàng)重要工作，烘爐質(zhì)量直接影響耐火耐磨內(nèi)襯的壽命和CFB鍋爐運(yùn)行可靠性。
低溫?zé)o焰烘爐要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：為避免水分快速蒸發(fā)而導(dǎo)致?tīng)t墻損壞，必須使耐火耐磨材料內(nèi)的水分緩慢蒸發(fā)析出，而且得到充分的干燥。
結(jié)合鍋爐初次投運(yùn)的高溫烘爐要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是：使耐火耐磨內(nèi)襯材料充分固化，保持耐火耐磨層的高溫強(qiáng)度和穩(wěn)定性，提高耐火耐磨層強(qiáng)度;使耐火耐磨層緩慢、充分、而又均勻地膨脹，避免耐火耐磨層由于熱應(yīng)力集中或耐火耐磨材料晶格轉(zhuǎn)變時(shí)膨脹不均勻造成耐火耐磨層損壞等。
根據(jù)國(guó)外CFB鍋爐烘爐資料,以及國(guó)內(nèi)烘爐實(shí)踐表明，耐火耐磨內(nèi)襯的干燥掌握住緩慢和均勻地加熱是保證爐墻質(zhì)量的關(guān)鍵所在。按照爐襯材料在80℃～110℃開(kāi)始緩慢、均勻排出游離水，在250℃～330℃開(kāi)始緩慢、均勻排出結(jié)晶水的烘爐工藝，低溫烘爐溫控曲線(xiàn)如圖1。
為總結(jié)烘爐經(jīng)驗(yàn)、指導(dǎo)今后的烘爐工作，在烘爐現(xiàn)場(chǎng)取來(lái)的兩個(gè)耐火耐磨成型材料樣品, 就其干燥特性做試驗(yàn)室測(cè)定，探索、積累實(shí)用數(shù)據(jù)，評(píng)估、驗(yàn)證現(xiàn)行150℃±25℃，375℃±25℃作為恒溫控制值的低溫烘爐曲線(xiàn)的合理性, 以及探討進(jìn)一步縮短烘爐時(shí)間、更多節(jié)約燃料的可能性。
2.測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法
2.1游離水析出特性比較：
游離水以吸附、附著方式與材料結(jié)合，通常在105℃～110℃就能分解逸出，本次試驗(yàn)參照煤工業(yè)分析方法GB/T211—1996，取120℃、150℃兩個(gè)溫度測(cè)試作為比較。
2.2結(jié)晶水析出特性比較：
結(jié)晶水作為礦物晶格的一部分、以某種化合方式同礦物質(zhì)結(jié)合，通常在200℃以上才能分解逸出，試驗(yàn)參照煤工業(yè)分析方法GB/T211—1996，取350℃、375℃、400℃三個(gè)溫度測(cè)試作為比較。
2.3 熱分析動(dòng)態(tài)失重率(水分析出特性)測(cè)定：
使用10mg ，<0.2mm的試樣，在空氣氣氛中進(jìn)行熱重測(cè)試：
20℃——————150℃————150℃——————350℃
升溫速率7℃/min 恒溫20min 升溫速率7℃/min
350℃——————400℃————400℃—————600℃—————
升溫速率7℃/min 恒溫20min 升溫速率7℃/min 恒溫20min
3.測(cè)試結(jié)果分析
3.1.游離水：
由于試樣經(jīng)過(guò)了較長(zhǎng)時(shí)間的空氣干燥，游離水量已經(jīng)較低，試塊120℃測(cè)定的游離水析出量為2.42%，150℃的測(cè)定值要增大0.36%，相對(duì)增加15%;散料120℃測(cè)定的游離水析出量更小，為1.30%，150℃的測(cè)定值要增大0.28%，相對(duì)增加22%;表明游離水的析出隨熱源溫度提高有所增加，但并不是有嚴(yán)格的溫度界線(xiàn)，而是逐步析出，故采用緩慢升高熱源溫度、并在150℃的煙氣溫度保溫是必要的。
3.2結(jié)晶水：
以分析溫度測(cè)得的全水析出量與120℃測(cè)得游離水析出量之差作為結(jié)晶水，兩個(gè)試樣在不同溫度下測(cè)得的結(jié)晶水析出量分別為：
試塊 散料
350℃ 1.76% 1.02%
375℃ 1.84% 0.92%
400℃ 1.86% 0.78%
可以看出，三個(gè)溫度下測(cè)得的結(jié)晶水釋放量變化不大，在煙氣溫度350℃～400℃范圍內(nèi)結(jié)晶水析出量對(duì)熱源溫度不敏感，在該溫度區(qū)保持一段較長(zhǎng)的時(shí)間是合理的，進(jìn)一步提高熱源溫度并不需要。
3.3熱分析動(dòng)態(tài)失重率
測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2、3，可以看出水分釋放基本上是連續(xù)的，隨熱源溫度提高水分釋放在每一個(gè)恒溫段都有近飽和段，水分釋放速率較低，至400℃基本穩(wěn)定，表明較低的溫升速率和350℃～400℃一定的保溫時(shí)間是充分干燥所需要的。
4.測(cè)試結(jié)論
當(dāng)前公認(rèn)的烘爐質(zhì)量檢驗(yàn)是采用模擬試塊，在爐內(nèi)各烘爐部位放置結(jié)構(gòu)與該部位相同的試塊，烘爐結(jié)束測(cè)試模擬試塊的殘余水分，小于2.5%，即為烘爐合格。實(shí)際烘爐中按圖1低溫烘爐溫度控制曲線(xiàn)烘爐的試塊水分測(cè)試數(shù)據(jù)表明，殘留水分均遠(yuǎn)低于1%以下，完全能滿(mǎn)足烘爐要求，因此現(xiàn)行低溫烘爐曲線(xiàn)以150℃±25℃，375℃±25℃作為恒溫控制溫度，從耐火耐磨材料的干燥特性看是可行的。哈爾濱普華烘爐技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司已經(jīng)在30多臺(tái)CFB鍋爐上進(jìn)行烘爐，都取得圓滿(mǎn)成功，通過(guò)耐火耐磨材料的干燥試驗(yàn)得到了理論上的支持，同時(shí)也說(shuō)明了進(jìn)一步縮短烘爐時(shí)間和節(jié)約燃料的可能性。
5.參考文獻(xiàn)
1任國(guó)斌 尹汝珊等，Al2O3-SiO2實(shí)用耐火材料，冶金工業(yè)出版社，1995.
2向英溫 李靜安，煉焦?fàn)t的特殊操作—烘爐 開(kāi)工 悶爐和冷爐，冶金工業(yè)出版社，1995.
3丁國(guó)旺 侯棟岐，CFB鍋爐無(wú)焰烘爐法，技術(shù)交流論文集，烏魯木齊，2004.
作者簡(jiǎn)介
侯棟岐, 研究員級(jí)高工, 長(zhǎng)期從事鍋爐技術(shù)開(kāi)發(fā), 哈爾濱普華烘爐技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司工作, 單位地址：哈爾濱市旭升街1號(hào), 郵編 150046， Email： hdq 55690324@126.com, 聯(lián)系電話(huà)：0451-55690324 FAX：0451-82948847
