CN101387408B - 大型循环流化床锅炉的国产化炉衬结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出的大型循环流化床锅炉的国产化炉衬结构，主要包括有炉顶部位的非金属吊挂炉衬结构、金属锚固件做为骨架的复合侧壁和炉墙、中心筒炉衬结构、落煤管出煤端口的炉衬结构、炉膛孔洞下部的炉衬结构、旋风筒筒体及烟气进口、出口的炉衬结构。本发明的有益效果是：可使炉衬寿命延长，减少了中大修次数；炉衬密封良好，增加了热能和热容，使锅炉热效率提高；炉衬各部位联结科学，力学结构合理。炉衬膨胀缝符合炉衬材料的线变化，不跑风泄烟，无飞尘，环保节能，经济效益和社会效益显著，充分发挥CFB锅炉的优越性。

Description

大型循环流化床锅炉的国产化炉衬结构

技术领域

本发明涉及一种工业炉窑的炉衬结构，特别是涉及一种大型循环流化床(以下简称CFB)锅炉的国产化炉衬结构，是对现有CFB锅炉炉衬结构的改进，属于工业炉窑的材料设置、结构设计及筑炉技术。

背景技术

大型CFB锅炉是电力工业一种专用炉型，其制造技术由几大锅炉厂分别从各国公司引进，所以，其炉衬设计和安装砌筑工艺都无一例外带着引进方的技术特点和地域特色，特别是大吨位的循环流化床锅炉的生产和推广，更是近几年的事情。大型CFB锅炉具有适用煤种广、高效、节能、环保四大特色，但依引进技术而设计的炉衬磨损特别严重，损毁发生最多的部位和现象有：(1)落煤口下端和出口下部炉膛部分以及周边二次风口区炉衬，被挖损吃透；造成露管爆管的问题。(2)；返料斜管下斜面和出口下部炉膛转角炉衬，被挖损出深坑：(3)炉膛后上部烟气出口与旋风筒烟气入口之间的水平烟道段的双侧炉墙和炉顶，出现磨损.变形，倒塌及脱落。(4)旋风筒顶和混合室顶炉衬的变形脱落。(5)风室顶炉衬的变形脱落。(6)点火器保护炉衬的变形脱落。(7)旋风分离器侧壁炉衬变形的磨损开裂和局部坍塌。(8)返料阀的损毁。(9)旋风分离器中心简与炉顶和上升烟道炉墙分离，中心筒变形甚至脱落。经研究分析，本发明人发现炉衬损毁的主要原因如下：

1.锅炉本体建筑很高，高径比在9∶1-7∶1之间，炉体结构差异显著，用料不同，各部位荷重方式也不同，解决不好运行的引起炉体各部分振荡。

2.膨胀率不同，形变也不同，造成炉衬与钢体的结合性能很差，炉衬不耐磨损。

3.锅炉结构变化复杂，炉内的高灰分高速涡流在结构变化处冲击磨损程度尤其严重，而且每个结构变化处也是炉体的易泄漏点。

4.锅炉开停炉速度很快，由于钢结构与炉衬的胀缩率和胀缩速度差别很大，因此极易被撕裂损毁。

5.炉体由钢结构与炉衬材料结合，炉衬材料在锅炉投运初期强度最差，极易被撕裂冲刷，钢结构起不到应有的作用。

6.锅炉运行中，高灰分含SO₂气流高速冲刷，加上后期挟带在气流中的损毁炉衬颗粒硬度极大，炉衬受磨损程度加剧。

综上所述，现有大型CFB锅炉炉衬材料抗磨性能差是由于我们引进的是国外技术，带有引进方的特点，并不适应我国耐火材料发展的现状，国内还没有研制出完全适合大型CFB锅炉的配套耐火材料，因此，研究开发出大型CFB锅炉的国产化炉衬结构材料开发、施工、烘炉工程化技术就成了当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，通过近年来的不断实践，对现有大型CFB锅炉炉衬结构进行了科学的改进，给出一种大型CFB锅炉的国产化炉衬结构。

本发明合理设计CFB锅炉炉体耐火材料结构和炉衬设置，使骨架结构与材料应用相匹配，采用国产的柔韧性、耐磨性和导热性优良的高档耐磨耐火浇注料，在卫燃带、混合室、点火器、旋风筒入口等高磨损区进行耐磨衬浇注，改善了炉衬的磨损情况，并且运用复合炉墙和侧壁技术，炉衬各层间用圆钢铆固件紧密结合，避免了炉衬与钢支撑的分离及钢受热膨胀对炉衬的内部撑裂，从力学、热动力平衡学和建筑学等基础理论出发，使锅炉炉衬达到均衡。

现有大型CFB锅炉的炉衬(按功能要求)主要分为：

1.起遮挡作用的挡风墙，将锅炉内部设备与外界隔离井可起到绝热作用；这部分用普通窑炉砌筑材料，用常规窑炉砌筑施工方法处理即可，如尾部竖井烟道下部；

2.膜式壁保护层，这部分炉衬功能主要是在锅炉运行时将膜式水冷壁与流态化高密相煤流束隔离，用以避免膜式水冷壁在较高温度下与碳粒子摩擦碰撞，破坏膜式水冷壁表面金属晶相排列，杜绝煤流速对金属晶相的腐蚀和磨损，防止碳化铁产生。这部分主要指风室、炉膛下部密相区、炉内悬挂屏；

3.气流转向区炉衬，主要用于抗击夹带碳颗粒的高速气流冲击磨损，主要指从炉膛上部后壁烟气出口至旋风进口和旋风筒出口上升至转向混合室进口这二段。此时气流夹0-3mm颗粒以20～40m/s的高速在此部分转向分解分柬，并形成强大的高速转向冲击磨损气流形成转向挖旋磨损；

4.回料流耐磨炉衬。此炉衬用于抵抗高速高密相流束的直接接触磨损.主要指从旋风分离器进口至旋风筒下部，返料直管，返料阀和至炉膛返料斜管这些部分；

5.锅炉上部炉衬，此部炉衬是指处于锅炉炉墙最高处的转向混合室和竖井烟道的上部，其功能主要是将整体炉衬与锅炉的钢支撑紧密相连并相互依托，起到辅助受力支撑作用，保证此部分炉衬的柔韧性以承受锅炉摆动的振幅和频率。

本发明给出的技术方案是：这种大型CFB锅炉的国产化炉衬结构主要包括有炉顶部位的非金属吊挂炉衬结构、金属锚固件做为骨架的复合侧壁和炉墙、中心筒炉衬结构、落煤管出煤端口的炉衬结构、炉膛孔洞下部的炉衬结构、旋风筒筒体及烟气进口、出口的炉衬结构，其中炉顶部位的非金属吊挂炉衬结构已在中国实用新型专利01262212.5号中公开，金属锚固件做为骨架的复合侧壁和炉墙已在中国实用新型专利01262211.7号中公开，其特点是所述的复合侧壁和炉墙的炉壳钢结构与炉衬的轻质保温层之间设有硅酸铝纤维毡，做为复合侧壁和炉墙骨架的金属锚固件的截面形状为圆形或椭圆形，所述的金属锚固件与耐磨耐火浇注料的接触表面上设有沥青涂层，所述的复合侧壁和炉墙的炉衬为耐磨耐火浇注料整体浇铸并予留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，膨胀缝厚度为0.3-3mm；侧壁的立面予留柔性膨胀缝，采用半缝予留，视工艺温度范围，予留深度为工作衬厚度的2/3-1/3，膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分部面线和分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合。

为更好的实现本发明的目的，提高国产化炉衬的耐磨性能，所述的中心筒炉衬结构为固定耐火材料结构，即中心筒顶部与混合室底的连接处设有法兰盘，中心筒上方的混合室底处设有上抱箍梁，中心筒的下端设有下抱箍梁，下抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢、锚固钩做骨架整体浇注并与中心筒法兰盘相结合，上抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢做骨架整体浇注，止推砖用耐热不锈钢做骨架固定在混合室的侧壁上，混合室底设置有槽钢吊带固定架，槽钢吊带固定架上设有耐热不锈钢制作的吊带，该吊带的上端固定在槽钢吊带固定架，其下端焊在中心筒的法兰盘上，中心筒的上、下抱箍梁之间设有双向连筋抓钩，该连筋抓钩一端固定在上升烟道的侧壁，另一端固定在吊带上，并与吊带一起作为上升烟道耐磨浇注层的耐火材料骨架。

为更好的实现本发明的目的，提高国产化炉衬的耐磨性能，所述的落煤管出煤端口的炉衬结构为防磨及可快速检修的结构，即出煤端口与炉膛侧壁的交叉处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有加强锚固件，加强锚固件的一端与炉外壳钢板相连接，距出煤端口0.6-1.2M处的易磨损部位设置有耐磨预制砖，耐磨预制砖表面设置有保护钢板，保护钢板的下面还设有保护钢板拉筋，该保护钢板拉筋将保护钢板与炉外壳钢板连接在一起，还可将耐磨预制砖和保护钢板组合成一体，构成落煤口出煤端口下部易磨损部位的组合炉衬，以利于快速检修。

为更好的实现本发明的目的，提高国产化炉衬的耐磨性能所述的，所述的炉膛孔洞下部的炉衬结构为防磨结构，即孔洞出口处与炉侧壁的交叉为平滑弧度过渡，该过渡处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有Y型的加强锚固件，孔洞出口处的形状为鸡蛋状出口，其椭圆大头放在孔洞下部。

为更好的实现本发明的目的，提高国产化炉衬的耐磨性能，所述的旋风筒筒体的炉衬结构为整体浇注的复合炉衬，该复合炉衬由炉体钢结构、硅酸铝纤维毡、轻质保温层、耐磨浇注料层构成，耐磨浇注料层通过锚固件与炉体钢结构相连接，筒体侧壁炉衬的耐磨浇注料层予留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，膨胀缝厚度为0.3-3mm；侧壁的立面予留柔性膨胀缝，采用半缝予留，视工艺温度范围，予留深度为工作衬厚度的2/3-1/3，膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合，筒体侧壁的分节点及锥体和锥园过渡处还设有抱箍梁。

为更好的实现本发明的目的，提高国产化炉衬的耐磨性能，所述的旋风筒烟气进口、出口的炉衬结构为防磨结构，即炉衬与膨胀节用隔离加强梁联系，流束引导角处设有枝形锚固件，各枝形锚固件之间连接有横向拉筋和纵向拉筋，烟气切线进入或切线出去的旋风筒磨损严重部位设有预制的刚玉耐火砖，流束引导角与烟道和筒体的连接处设有迷宫式膨胀通缝。

在上述技术方案中所提及的金属锚固件的截面形状为圆形或椭圆形，是因为现有的截面形状为矩形的金属锚固件，以其平面和尖锐角对炉墙的磨擦力产生锚固作用，在温度急剧升降的热过渡过程中由于锚固件和炉墙的热膨胀系数不同，板状锚固件的热侧面和尖锐角将对炉墙产生很大的生硬的不平衡侧推力和突刺力，使炉墙在板状锚固件周围产生裂缝和空腔；而截面形状为圆形或椭圆形的金属锚固件，它对周围的炉墙磨擦力小，侧推力可忽略，而本身对炉墙的破坏很小，在温度急剧升降的热过渡过程中，圆形钢或椭圆形钢根据不同炉衬厚度和被安置的不同位置，其受力特点被做成不同的形状和大小不等的规格，在热应力膨胀下显示出柔性延展的膨胀特点，靠以柔和的延伸力来控制和缓冲炉墙内部不平衡热应力和自由膨胀，防止产生的挤压裂纹，使锚固件和炉墙浑为一体。炉墙内衬为支撑结构，而其后部的保温层和炉外钢壳则成为均化和吸收工作衬不平衡力的柔韧层和保护层，这使炉墙受力支撑体系产生重大变化。

在上述技术方案中所提及的金属锚固件与耐磨耐火浇注料的接触表面上设有沥青涂层，可以保证在温度突变的情况下，消除金属锚固件与耐磨耐火浇注料因热膨胀系数不同而产生的破坏性应力。

在上述技术方案中所提及的整体浇注耐磨炉衬所使用的国产柔韧性、耐磨性和导热性优良的高档耐磨耐火浇注料，是本发明人针对大型CFB锅炉而研制开发的LH-1600系列专用耐磨耐火浇注料，这种浇注料已经推向市场销售，使用者也可直接向厂家订货。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可使炉衬寿命延长，减少了中大修次数；炉衬密封良好，增加了热能和热容，使锅炉热效率提高；炉衬各部位联结科学，力学结构合理。炉衬膨胀缝符合炉衬材料的线变化，不跑风泄烟，无飞尘，环保节能，经济效益和社会效益显著，充分发挥CFB锅炉的优越性。

附图说明

图1为本发明给出的复合侧壁和炉墙的结构示意图；

图2为复合侧壁和炉墙的炉衬予留有膨胀缝的示意图；

图3为中心筒炉衬结构示意图；

图4为落煤管出煤端口的炉衬结构示意图；

图5-1为炉膛孔洞下部的炉衬结构示意图；

图5-2为炉膛孔洞出口形状示意图；

图6为旋风筒筒体的炉衬结构示意图；

图7为旋风筒烟气进口、出口的炉衬结构。

图中，1、CFB锅炉炉墙钢外壳，2、AL-Siz纤维毡，3、轻质保温砖或轻质耐火浇注料，4、膨胀半缝预留，5、抱箍梁，6、耐热不锈钢加强锚固件，7、LH-1600系列不定形耐火浇注料，8、侧墙正视横向膨胀缝，9、侧墙纵剖膨胀半缝，10、混合室砖，11、止推砖，12、双向连筋抓钩，13、中心筒法兰盘，14、槽钢吊带固定架，15、中心筒炉衬上抱箍梁，16、吊带，17、中心筒炉衬下抱箍梁，18、中心筒，19、LH-1604刚玉质耐磨浇注料预制砖，20、拨煤风管，21、下煤管，22、耐磨护套钢板，23、保护钢板拉筋，24、炉外壳钢板，25、LH-1604刚玉质高耐磨耐火浇注料浇注引导台，26、出煤端口，27、LH-1603耐磨耐火浇注料层，28、管道孔上部LH-1603耐磨耐火浇注料浇注引导台，29、炉膛侧壁LH-1603耐磨耐火浇注料炉衬，30、浇注LH-1604刚玉质耐磨耐火浇注料扩口返料台，31、返料孔洞出口，32、LH-1604预制砖固定耐热不锈钢锚固件，33、半缝柔性膨胀缝，34、迷宫膨胀缝，35、旋风筒体，36、横向拉筋，37、纵向拉筋，38、LH-1600系列CFB锅炉内衬层。

具体实施方式

如图1所示，本发明是在中国实用新型专利01262211.7号中公开金属锚固件做为骨架的复合侧壁和炉墙的基础上进行进一步改进的，所述的复合侧壁和炉墙的炉壳钢结构与炉衬的轻质保温层之间设有一层硅酸铝纤维毡，做为复合侧壁和炉墙骨架的金属锚固件的截面形状为圆形或椭圆形，金属锚固件与耐磨耐火浇注料的接触表面上设有2mm厚的沥青涂层。

如图2所示，耐磨耐火浇注料整体浇铸的复合侧壁和炉墙的炉衬上予留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，膨胀缝厚度为0.3-3mm；侧壁的立面予留柔性膨胀缝，采用半缝予留，视工艺温度范围，予留深度为工作衬厚度的2/3-1/3，膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分部面线和分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合。

如图3所示，中心筒顶部与混合室底的连接处设有法兰盘，中心筒上方的混合室底处设有上抱箍梁，中心筒的上端设有下抱箍梁，下抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢、锚固钩做骨架整体浇注并与中心筒法兰盘相结合，上抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢做骨架整体浇注，止推砖用耐热不锈钢做骨架固定在混合室的侧壁上，混合室底设置有槽钢吊带固定架，槽钢吊带固定架上设有耐热不锈钢制作的吊带，该吊带的上端固定在槽钢吊带固定架，其下端焊在中心筒的法兰盘上，上、下抱箍梁之间设有双向连筋抓钩，该连筋抓钩一端固定在上升烟道的侧壁，另一端固定在吊带上，并与吊带一起作为上升烟道耐磨浇注层的耐火材料骨架。

如图4所示，出煤端口与炉膛侧壁的交叉处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有加强锚固件，加强锚固件的一端与炉外壳钢板相连接，距出煤端口0.6-1.2M处的易磨损部位设置有耐磨预制砖，耐磨预制砖表面设置有保护钢板，保护钢板的下面还设有保护钢板拉筋，该保护钢板拉筋将保护钢板与炉外壳钢板连接在一起，还可将耐磨预制砖和保护钢板组合成一体，构成落煤口出煤端口下部易磨损部位的组合炉衬，以利于快速检修。

如图5-1、图5-2所示，孔洞出口处与炉侧壁的交叉为平滑弧度过渡，该过渡处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有Y型的加强锚固件，孔洞出口处的形状为鸡蛋状出口，其椭圆大头放在孔洞下部。

如图6所示，旋风筒筒体的炉衬结构为整体浇注的复合炉衬，该复合炉衬由炉体钢结构、硅酸铝纤维毡、轻质保温层、耐磨浇注料层构成，耐磨浇注料层通过锚固件与炉体钢结构相连接，筒体侧壁炉衬的耐磨浇注料层予留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，膨胀缝厚度为0.3-3mm；侧壁的立面予留柔性膨胀缝，采用半缝予留，视工艺温度范围，予留深度为工作衬厚度的2/3-1/3，膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合，筒体侧壁的分节点及锥体和锥园过渡处还设有抱箍梁。

如图7所示，旋风筒烟气进口(出口)的炉衬结构，即炉衬与膨胀节用隔离加强梁联系，流束引导角处设有枝形锚固件，各枝形锚固件之间连接有横向拉筋和纵向拉筋，烟气切线进入或切线出去的旋风筒磨损严重部位设有预制的刚玉耐火砖，流束引导角与烟道和筒体的连接处设有迷宫式膨胀通缝。

Claims (3)

1.一种大型循环流化床锅炉的炉衬结构，其特征是：主要包括有炉顶部位的具有非金属吊挂骨架结构的炉衬、金属锚固件做为骨架的复合侧壁和炉墙、中心筒炉衬结构、落煤管出煤端口的炉衬结构、炉膛返料孔洞下部的炉衬结构、旋风筒筒体及烟气进口、出口的炉衬结构；

所述的复合侧壁和炉墙的炉壳钢结构与炉衬的轻质保温层之间设有硅酸铝纤维毡，复合侧壁和炉墙具有金属锚固件的骨架，所述的复合侧壁和炉墙的炉衬为耐磨耐火浇注料整体浇铸并预留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，重力负荷膨胀缝厚度为0.3-3mm；侧壁的立面预留柔性膨胀缝，采用半缝预留，视工艺温度范围，预留深度为炉衬厚度的2/3-1/3，柔性膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分部面线和分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合；

所述的中心筒炉衬结构为固定耐火材料结构，即中心筒顶部与混合室底的连接处设有法兰盘，中心筒上方的混合室底处设有下抱箍梁，混合室的上端设置有上抱箍梁，下抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢、锚固钩做骨架整体浇注并与中心筒法兰盘相结合，上抱箍梁由止推砖、耐热不锈钢做骨架整体浇注，止推砖用耐热不锈钢做骨架固定在混合室的侧壁上，混合室的上端设置有槽钢吊带固定架，槽钢吊带固定架上设有耐热不锈钢制作的吊带，该吊带的上端固定在槽钢吊带固定架，其下端焊接在中心筒的法兰盘上，中心筒的上、下抱箍梁之间设有双向连筋抓钩，该连筋抓钩一端固定在上升烟道的侧壁，另一端固定在吊带上，并与吊带一起作为上升烟道耐磨浇注层的耐火材料骨架；

所述的落煤管出煤端口的炉衬结构为防磨及可快速检修的结构，即出煤端口与炉膛侧壁的交叉处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有加强锚固件，加强锚固件的一端与炉外壳钢板相连接，距出煤端口0.6-1.2M处的易磨损部位设置有耐磨预制砖，耐磨预制砖表面设置有保护钢板，保护钢板的下面还设有保护钢板拉筋，该保护钢板拉筋将保护钢板与炉外壳钢板连接在一起，或者将耐磨预制砖和保护钢板组合成一体，构成落煤管出煤端口下部易磨损部位的组合炉衬，以利于快速检修；

所述的炉膛返料孔洞下部的炉衬结构为防磨结构，即返料孔洞出口处与炉侧壁的交叉为平滑弧度过渡，该过渡处设有一个探进炉膛内的引导台，该引导台的炉衬内设有Y型的加强锚固件，返料孔洞出口处的形状为鸡蛋状出口，其椭圆大头放在返料孔洞下部；

所述的旋风筒筒体的炉衬结构为整体浇注的复合炉衬，该复合炉衬由炉体钢结构、硅酸铝纤维毡、轻质保温层、耐磨浇注料层构成，耐磨浇注料层通过锚固件与炉体钢结构相连接，筒体侧壁炉衬的耐磨浇注料层预留有膨胀缝，其中利用整体浇注炉衬每环的浇注层面与浇注中心的材料密度差和凸凹表面自然形成缝隙做为重力负荷膨胀缝，重力负荷膨胀缝的厚度为0.3-3mm；侧壁的立面预留柔性膨胀缝，采用半缝预留，视工艺温度范围，预留深度为炉衬厚度的2/3-1/3，柔性膨胀缝的宽度为0.5-3mm；侧壁的分节点上设置结构膨胀缝，即迷宫膨胀通缝，其设置形式尺寸规格应与锅炉设计师对炉体的设计意图吻合；筒体侧壁的分节点及锥体和锥圆过渡处还设有抱箍梁；

所述的旋风筒烟气进口、出口的炉衬结构为防磨结构，即炉衬与膨胀节用隔离加强梁联系，流束引导角处设有枝形锚固件，各枝形锚固件之间连接有横向拉筋和纵向拉筋，烟气切线进入或切线出去的旋风筒磨损严重部位设有预制的刚玉耐火砖，流束引导角与烟道和筒体的连接处设有迷宫式膨胀通缝。

2.根据权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉衬结构，其特征是：所述的金属锚固件的截面形状为圆形或椭圆形。

3.根据权利要求1所述的大型循环流化床锅炉的炉衬结构，其特征是：所述的金属锚固件与耐磨耐火浇注料的接触表面上设有沥青涂层。

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