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耐火耐磨層材料的干燥特性與低溫烘爐曲線
摘要：對耐火耐磨層材料的干燥特性進行測定，證實低溫烘爐曲線的可行性
關鍵詞：CFB 烘爐 爐襯 干燥特性
1.前言
循環流化床(CFB)鍋爐運行中，爐膛及物料循環系統內表面長期承受高濃度循環固體爐料沖刷，對耐火耐磨內襯材料的性能提出了嚴格的要求。新施工耐火耐磨內襯材料的烘干過程直接關系到內襯材料的施工質量和性能，就顯得格外重要。傳統的燃木柴加啟動油燃燒器的烘爐方法已經難以滿足大型CFB鍋爐烘爐要求。哈爾濱普華烘爐技術服務有限責任公司首次在國內推出了一種新型的烘爐工藝——無焰烘爐法，并且形成了兩段烘爐較為定型的烘爐工藝：以低溫無焰烘爐來保證爐襯材料的干燥和避免其損壞，以鍋爐初次投運時啟動油燃燒器來完成的高溫烘爐。實踐證實這種烘爐法不僅能確保烘爐質量，而且是一種省工、省時、省(燃)料的先進烘爐工藝。
CFB鍋爐爐料循環系統都有耐火耐磨內襯，大量采用耐火耐磨搗打料和混凝土澆注料。耐火耐磨內襯都在現場施工，不可避免的存有游離水、結晶水等不同形態的濕分。在受熱升溫過程中，如果水分迅速蒸發，產生的水蒸汽分壓超過混凝土的結合力，可能使爐墻爆裂損壞，甚至可能造成大面積爐墻倒塌;耐火耐磨內襯中難免有應力集中，如果再加上初始熱膨脹過快、不均勻，也會由于熱應力而受到損壞。因此，耐火耐磨內襯材料的干燥——烘爐是新施工或大修后的CFB鍋爐啟動運行前的一項重要工作，烘爐質量直接影響耐火耐磨內襯的壽命和CFB鍋爐運行可靠性。
低溫無焰烘爐要實現的目標是：為避免水分快速蒸發而導致爐墻損壞，必須使耐火耐磨材料內的水分緩慢蒸發析出，而且得到充分的干燥。
結合鍋爐初次投運的高溫烘爐要實現的目標是：使耐火耐磨內襯材料充分固化，保持耐火耐磨層的高溫強度和穩定性，提高耐火耐磨層強度;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力集中或耐火耐磨材料晶格轉變時膨脹不均勻造成耐火耐磨層損壞等。
根據國外CFB鍋爐烘爐資料,以及國內烘爐實踐表明，耐火耐磨內襯的干燥掌握住緩慢和均勻地加熱是保證爐墻質量的關鍵所在。按照爐襯材料在80℃～110℃開始緩慢、均勻排出游離水，在250℃～330℃開始緩慢、均勻排出結晶水的烘爐工藝，低溫烘爐溫控曲線如圖1。
為總結烘爐經驗、指導今后的烘爐工作，在烘爐現場取來的兩個耐火耐磨成型材料樣品, 就其干燥特性做試驗室測定，探索、積累實用數據，評估、驗證現行150℃±25℃，375℃±25℃作為恒溫控制值的低溫烘爐曲線的合理性, 以及探討進一步縮短烘爐時間、更多節約燃料的可能性。
2.測試內容和測試方法
2.1游離水析出特性比較：
游離水以吸附、附著方式與材料結合，通常在105℃～110℃就能分解逸出，本次試驗參照煤工業分析方法GB/T211—1996，取120℃、150℃兩個溫度測試作為比較。
2.2結晶水析出特性比較：
結晶水作為礦物晶格的一部分、以某種化合方式同礦物質結合，通常在200℃以上才能分解逸出，試驗參照煤工業分析方法GB/T211—1996，取350℃、375℃、400℃三個溫度測試作為比較。
2.3 熱分析動態失重率(水分析出特性)測定：
使用10mg ，<0.2mm的試樣，在空氣氣氛中進行熱重測試：
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.測試結果分析
3.1.游離水：
由于試樣經過了較長時間的空氣干燥，游離水量已經較低，試塊120℃測定的游離水析出量為2.42%，150℃的測定值要增大0.36%，相對增加15%;散料120℃測定的游離水析出量更小，為1.30%，150℃的測定值要增大0.28%，相對增加22%;表明游離水的析出隨熱源溫度提高有所增加，但并不是有嚴格的溫度界線，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結晶水：
以分析溫度測得的全水析出量與120℃測得游離水析出量之差作為結晶水，兩個試樣在不同溫度下測得的結晶水析出量分別為：
試塊 散料
350℃ 1.76% 1.02%
375℃ 1.84% 0.92%
400℃ 1.86% 0.78%
可以看出，三個溫度下測得的結晶水釋放量變化不大，在煙氣溫度350℃～400℃范圍內結晶水析出量對熱源溫度不敏感，在該溫度區保持一段較長的時間是合理的，進一步提高熱源溫度并不需要。
3.3熱分析動態失重率
測試結果見圖2、3，可以看出水分釋放基本上是連續的，隨熱源溫度提高水分釋放在每一個恒溫段都有近飽和段，水分釋放速率較低，至400℃基本穩定，表明較低的溫升速率和350℃～400℃一定的保溫時間是充分干燥所需要的。
4.測試結論
當前公認的烘爐質量檢驗是采用模擬試塊，在爐內各烘爐部位放置結構與該部位相同的試塊，烘爐結束測試模擬試塊的殘余水分，小于2.5%，即為烘爐合格。實際烘爐中按圖1低溫烘爐溫度控制曲線烘爐的試塊水分測試數據表明，殘留水分均遠低于1%以下，完全能滿足烘爐要求，因此現行低溫烘爐曲線以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服務有限責任公司已經在30多臺CFB鍋爐上進行烘爐，都取得圓滿成功，通過耐火耐磨材料的干燥試驗得到了理論上的支持，同時也說明了進一步縮短烘爐時間和節約燃料的可能性。
5.參考文獻
1任國斌 尹汝珊等，Al2O3-SiO2實用耐火材料，冶金工業出版社，1995.
2向英溫 李靜安，煉焦爐的特殊操作—烘爐 開工 悶爐和冷爐，冶金工業出版社，1995.
3丁國旺 侯棟岐，CFB鍋爐無焰烘爐法，技術交流論文集，烏魯木齊，2004.
作者簡介
侯棟岐, 研究員級高工, 長期從事鍋爐技術開發, 哈爾濱普華烘爐技術服務有限責任公司工作, 單位地址：哈爾濱市旭升街1號, 郵編 150046， Email： hdq 55690324@126.com, 聯系電話：0451-55690324 FAX：0451-82948847
