耐火耐磨层材料的干燥特性与低温烘炉曲线

　　摘要：对耐火耐磨层材料的干燥特性进行测定，证实低温烘炉曲线的可行性

　　关键词：CFB 烘炉 炉衬 干燥特性

　　1.前言

　　循环流化床(CFB)锅炉运行中，炉膛及物料循环系统内表面长期承受高浓度循环固体炉料冲刷，对耐火耐磨内衬材料的性能提出了严格的要求。新施工耐火耐磨内衬材料的烘干过程直接关系到内衬材料的施工质量和性能，就显得格外重要。传统的燃木柴加启动油燃烧器的烘炉方法已经难以满足大型CFB锅炉烘炉要求。哈尔滨普华烘炉技术服务有限责任公司首次在国内推出了一种新型的烘炉工艺——无焰烘炉法，并且形成了两段烘炉较为定型的烘炉工艺：以低温无焰烘炉来保证炉衬材料的干燥和避免其损坏，以锅炉初次投运时启动油燃烧器来完成的高温烘炉。实践证实这种烘炉法不仅能确保烘炉质量，而且是一种省工、省时、省(燃)料的先进烘炉工艺。

　　CFB锅炉炉料循环系统都有耐火耐磨内衬，大量采用耐火耐磨捣打料和混凝土浇注料。耐火耐磨内衬都在现场施工，不可避免的存有游离水、结晶水等不同形态的湿分。在受热升温过程中，如果水分迅速蒸发，产生的水蒸汽分压超过混凝土的结合力，可能使炉墙爆裂损坏，甚至可能造成大面积炉墙倒塌;耐火耐磨内衬中难免有应力集中，如果再加上初始热膨胀过快、不均匀，也会由于热应力而受到损坏。因此，耐火耐磨内衬材料的干燥——烘炉是新施工或大修后的CFB锅炉启动运行前的一项重要工作，烘炉质量直接影响耐火耐磨内衬的寿命和CFB锅炉运行可靠性。

　　低温无焰烘炉要实现的目标是：为避免水分快速蒸发而导致炉墙损坏，必须使耐火耐磨材料内的水分缓慢蒸发析出，而且得到充分的干燥。

　　结合锅炉初次投运的高温烘炉要实现的目标是：使耐火耐磨内衬材料充分固化，保持耐火耐磨层的高温强度和稳定性，提高耐火耐磨层强度;使耐火耐磨层缓慢、充分、而又均匀地膨胀，避免耐火耐磨层由于热应力集中或耐火耐磨材料晶格转变时膨胀不均匀造成耐火耐磨层损坏等。

　　根据国外CFB锅炉烘炉资料,以及国内烘炉实践表明，耐火耐磨内衬的干燥掌握住缓慢和均匀地加热是保证炉墙质量的关键所在。按照炉衬材料在80℃～110℃开始缓慢、均匀排出游离水，在250℃～330℃开始缓慢、均匀排出结晶水的烘炉工艺，低温烘炉温控曲线如图1。

　　为总结烘炉经验、指导今后的烘炉工作，在烘炉现场取来的两个耐火耐磨成型材料样品, 就其干燥特性做试验室测定，探索、积累实用数据，评估、验证现行150℃±25℃，375℃±25℃作为恒温控制值的低温烘炉曲线的合理性, 以及探讨进一步缩短烘炉时间、更多节约燃料的可能性。

　　2.测试内容和测试方法

　　2.1游离水析出特性比较：

　　游离水以吸附、附着方式与材料结合，通常在105℃～110℃就能分解逸出，本次试验参照煤工业分析方法GB/T211—1996，取120℃、150℃两个温度测试作为比较。

　　2.2结晶水析出特性比较：

　　结晶水作为矿物晶格的一部分、以某种化合方式同矿物质结合，通常在200℃以上才能分解逸出，试验参照煤工业分析方法GB/T211—1996，取350℃、375℃、400℃三个温度测试作为比较。

　　2.3 热分析动态失重率(水分析出特性)测定：

　　使用10mg ，<0.2mm的试样，在空气气氛中进行热重测试：

　　20℃——————150℃————150℃——————350℃

　　升温速率7℃/min 恒温20min 升温速率7℃/min

　　350℃——————400℃————400℃—————600℃—————

　　升温速率7℃/min 恒温20min 升温速率7℃/min 恒温20min

　　3.测试结果分析

　　3.1.游离水：

　　由于试样经过了较长时间的空气干燥，游离水量已经较低，试块120℃测定的游离水析出量为2.42%，150℃的测定值要增大0.36%，相对增加15%;散料120℃测定的游离水析出量更小，为1.30%，150℃的测定值要增大0.28%，相对增加22%;表明游离水的析出随热源温度提高有所增加，但并不是有严格的温度界线，而是逐步析出，故采用缓慢升高热源温度、并在150℃的烟气温度保温是必要的。

　　3.2结晶水：

　　以分析温度测得的全水析出量与120℃测得游离水析出量之差作为结晶水，两个试样在不同温度下测得的结晶水析出量分别为：

　　试块 散料

　　350℃ 1.76% 1.02%

　　375℃ 1.84% 0.92%

　　400℃ 1.86% 0.78%

　　可以看出，三个温度下测得的结晶水释放量变化不大，在烟气温度350℃～400℃范围内结晶水析出量对热源温度不敏感，在该温度区保持一段较长的时间是合理的，进一步提高热源温度并不需要。

　　3.3热分析动态失重率

　　测试结果见图2、3，可以看出水分释放基本上是连续的，随热源温度提高水分释放在每一个恒温段都有近饱和段，水分释放速率较低，至400℃基本稳定，表明较低的温升速率和350℃～400℃一定的保温时间是充分干燥所需要的。

　　4.测试结论

　　当前公认的烘炉质量检验是采用模拟试块，在炉内各烘炉部位放置结构与该部位相同的试块，烘炉结束测试模拟试块的残余水分，小于2.5%，即为烘炉合格。实际烘炉中按图1低温烘炉温度控制曲线烘炉的试块水分测试数据表明，残留水分均远低于1%以下，完全能满足烘炉要求，因此现行低温烘炉曲线以150℃±25℃，375℃±25℃作为恒温控制温度，从耐火耐磨材料的干燥特性看是可行的。哈尔滨普华烘炉技术服务有限责任公司已经在30多台CFB锅炉上进行烘炉，都取得圆满成功，通过耐火耐磨材料的干燥试验得到了理论上的支持，同时也说明了进一步缩短烘炉时间和节约燃料的可能性。

　　5.参考文献

　　1任国斌 尹汝珊等，Al2O3-SiO2实用耐火材料，冶金工业出版社，1995.

　　2向英温 李静安，炼焦炉的特殊操作—烘炉 开工 闷炉和冷炉，冶金工业出版社，1995.

　　3丁国旺 侯栋岐，CFB锅炉无焰烘炉法，技术交流论文集，乌鲁木齐，2004.

　　作者简介

　　侯栋岐, 研究员级高工, 长期从事锅炉技术开发, 哈尔滨普华烘炉技术服务有限责任公司工作, 单位地址：哈尔滨市旭升街1号, 邮编 150046， Email： hdq 55690324@126.com, 联系电话：0451-55690324 FAX：0451-82948847