锅炉炉衬边界抗磨损结构设计

摘要

本发明提出的锅炉炉衬边界抗磨损结构设计，水平烟道两侧炉衬与膨胀节之间构筑有金属锚固件作骨架，浇注耐火材料构成的加强隔离梁，旋风筒流速引导角用枝形金属锚固件排作骨架，浇注耐火材料加固固定；旋风筒切线直线面耐磨炉衬最内层采用耐火浇注料预制并经烧结的耐火大砖砌筑，并用一端联接在炉钢外壳上的金属锚固件固定，旋风筒设置有纵横抱箍梁加强整体筒体的结构强度，返料阀顶部与下料管之间具有环形布置的迷宫膨胀缝，为固定返料斜管炉衬，在返料斜管上、下和转折处增设三道环形抱箍梁；炉膛上部后壁烟气出口的炉衬具有加强梁。

说明书

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉(CFB)技术，特别涉及一种锅炉炉衬边界抗 磨损结构设计，是针对目前循环流化床锅炉运行特点，依据炉衬自身力学原理暨 锅炉的变化节点和界面处炉衬结构设计材料设置及施工工艺联轴器以改进，属 于循环流化床锅炉的筑炉技术。

背景技术

循环流化床锅炉适应煤种广，可使用劣质煤和矸石煤作为发电燃料，在炉 内反复循环燃烧。我国近年来引进了国外许多循环流化床锅炉的先进制造技术， 国内研究也有长足的发展，但循环流化床锅炉炉衬的使用效果仍然不理想。由 于循环流化床锅炉运行在高温条件下，且温度变化频繁，循环热冲击严重，炉 内有大量高速运动的高温固体物料和携带硬颗粒高速运行的热气流冲击磨损炉 衬。循环流化床锅炉的运行方式给锅炉炉衬带来一系列的损毁问题。虽然燃料 灰分莫氏硬度只有5—7且为分散束，远低于耐火炉衬的整体强度，但在气流转 折处和表面凹凸处对炉侧壁强烈冲击磨损确非常严重，因此这些损毁突出表现 在锅炉的变化节点和界面处：

1、返料斜管下斜面和出口下部炉膛转角炉衬；

2、炉膛后上部烟气出口和旋风筒烟气入口之间的水平烟道段的双侧炉墙 和炉顶；

3、返料器进出口；

4、炉墙炉膛燃烧床上部密相区与稀相区交叉部位；

5、旋风筒侧壁炉衬；

6、返料阀端口炉墙

损毁原因如下：

1、循环流化过程的界面磨损；

2、锅炉部件的大支撑结构、炉墙分部支撑结构和炉墙材料骨架结构的强度 相互错位和脱节，造成炉墙滑移坍塌，结构强度分离损毁，在损毁边缘发生界 面磨损；

3、锅炉本体与炉墙材料热膨胀系数不匹配产生热应力，使炉墙变形损毁， 边界处剥落磨损；

4、炉衬设计失当，导致炉墙只有局部强度，不能抵抗运行中各种不平衡热 应力和动机械剪切力的危害及热冲击损毁。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锅炉炉衬边界抗磨损结构设计，根据炉衬各部 位力学特点进行分区炉衬设计，使炉衬各节点及边界处力学结构合理，提高防 磨效果，从而延长炉衬使用寿命，减少大中修次数，充分发挥循环流化床锅炉 技术的优越感性。

本发明所提出的技术方案为：

1、炉膛烟气出口通过水平烟道与旋风筒连通，考虑水平烟道两端的温度差 所可能导致的；在水平烟道中部设置有膨胀节，而水平烟道两侧均由普通砌墙 浇注耐火材料构成，这种结构使得易产生墙体倒塌，顶部脱落和膨胀节烧毁。 本发明在水平烟道膨胀节的两侧构置隔离加强梁，即水平烟道两侧炉衬与膨胀 节之间构筑有金属锚固件作骨架，浇注耐火材料构成的加强隔离梁，水平烟道 两侧炉衬与膨胀节用加强隔离梁联系加固，旋风筒流速引导角用枝形金属锚固 件排作骨架，浇注耐火材料加固固定；旋风筒切线直线面耐磨炉衬最内层采用 耐火浇注料预制并经烧结的耐火大砖砌筑，并用一端联接在炉钢外壳上的金属 锚固件固定，其外层(贴近炉壳处)为纤维毡和高强轻质漂珠砖两层保温层； 以金属锚固件作骨架、浇注耐火浇注料构成旋风筒其它部位炉衬的内层与外层 纤维毡和高强轻质漂珠砖两层保温层构成复合炉衬；

2、旋风筒设置有纵横抱箍梁加强整体筒体的结构强度，即在旋风筒与其下 端锥体过渡处、旋风筒下端锥体与下料管过渡处设置横向环形抱箍梁，旋风筒 体分段设置多道横向环形抱箍梁；并具有多道纵向抱箍梁，多道纵向抱箍梁沿 旋风筒圆周分布构置，纵、横抱箍梁以金属锚固件作骨架浇注耐火浇注料构成， 其中金属锚固件一端焊接在炉壳钢板上；

3、返料阀被固定在支架上，踏实一个支点，上托举锥体下料管，下连挂返 料斜腿上，因此应做得十分坚固，允许有一定余量使上、下返料管自由活动。 本发明中将返料阀顶与下料管之间刚性联接的结构进行改进，将返料阀顶与下 料管下端脱开，在二者结合部位设置环形抱箍梁，即在返料阀顶构置环形抱箍 梁，返料阀顶部与抱箍梁之间具有环形布置的迷宫膨胀缝，并采用柔性耐火纤 维隔离。

4、大量的高温回料灰分由返料斜管返回炉膛，进入炉膛前变流变速，因此 此处为重磨损区；本发明在返料斜管下端至出口处采用耐火浇注料预制烧成的 耐火砖进行砌筑构成炉衬，其它工作面采用耐火浇注料浇注，保温层采用高强 轻质漂珠砖，最外层(靠近炉壳)为耐火纤维毡/块构成的柔性保温层从而构成 复合炉衬结构；为固定返料斜管炉衬，增强耐磨性，在返料斜管上、下和转折 处增设三道环形抱箍梁；

5、炉膛上部后壁烟气出口的炉衬具有加强梁，以抗侵蚀，使水平烟道入口 的耐磨性得到提高，并保护水平烟道入口与炉膛烟气出口衔接处的力学结构， 加强梁由金属锚固件作为骨架浇注耐火材料构成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可使炉衬使用寿命延长，减少大 中修次数；炉衬各节点及边界处力学结构合理，防磨效果良好，可充分发挥循 环流化床锅炉技术的优越性。

附图说明

图1为CFB锅炉炉膛烟气出口边界炉衬水平烟道及旋风筒炉衬结构示意 图。

图2为旋风筒下料管、返料阀及返料斜管示意图。

图3为炉膛上部后壁烟气出口炉衬示意图。

图4为旋风筒侧壁炉衬结构示意图。

图中，1、炉膛烟气出口，2、水平烟道膨胀节，3、隔离加强梁，4、枝形 耐热不锈钢锚固件，6、预制烧结耐火砖，7、高强轻质漂珠砖，8、纤维毡保 温层，9、耐火砖固定锚固件，10、引导角，12、迷宫膨胀缝，13、旋风筒下料 管，14、环形抱箍梁，15、返料阀，16、烟气出口，17、加强梁，18、V形锚 固钩，19、耐火浇注料，20、炉膛炉壳钢板，25、旋风筒纵向抱箍梁，26、旋 风筒横向抱箍梁，27、金属锚固件，28、双向金属连筋。

结合附图对本发明实施例加以说明：

如图1所示，炉膛烟气出口通过水平烟道与旋风筒连通，即由炉膛烟气出 口出来的高温烟气通过水平烟道进入旋风筒，在水平烟道中部设置有膨胀节2， 本发明在水平烟道膨胀节的两侧构置隔离加强梁3，即水平烟道两侧炉衬与膨胀 节之间构筑有金属锚固件作骨架，浇注耐火材料构成的加强隔离梁联系加固； 其中耐热不锈钢锚固件一端焊接在炉壳钢板上，锚固件之间横向、纵向均通过 双向金属连筋连接。流速引导角用枝形金属锚固件排作骨架，浇注耐火材料加 固固定。高温烟气与固体燃烧颗粒分离主要依靠气固分离器，而冲刷最严重的 应为旋风筒侧壁(也叫内壁)，旋风筒切线直线面即与高温烟气进入方向相对的 炉衬最内层采用耐火浇注料预制并经烧结的耐火砖砌筑，如可采用LH-1604刚 玉质不定型耐火浇注料预制烧成，也可采用其它耐火浇注料预制烧成，耐火砖6 用金属锚固件螺栓固定(金属锚固件一端焊接在炉壳钢板上)并与外层(贴近 炉壳处)的纤维毡保温层和高强轻质漂珠砖两层保温层构成复合炉衬，其中， 纤维毡保温层位于最外层紧贴炉壳，再砌筑轻质漂珠砖7，最内层砌筑预制烧结 的耐火砖。以金属锚固件作骨架、浇注耐火浇注料构成旋风筒其它部位炉衬的 内层，与外层同样为耐火纤维毡和高强轻质漂珠砖的两层保温层，构成复合炉 衬。如图4所示，为稳定旋风筒侧壁(也叫内壁)的炉衬，在旋风筒纵横分设 抱箍梁，横向在旋风筒与分离器斜顶交界处，中部圆筒与锥体过渡处，锥体与 下料管过渡处均设置环形抱箍梁26，纵向按圆周45°—60°设纵向抱箍梁25， 纵向抱箍梁25设耐热不锈钢锚固件组27作浇注骨架(锚固件组27由耐热不锈 钢双向连筋28从横向、纵向联接)、浇注耐火浇注料构成，使旋风筒侧壁复合 炉衬由纵横抱箍梁再组成力学骨架，稳定整个炉衬，承受CFB锅炉最关键的高 温气固分离任务。

如图2所示，返料阀被固定在支架上，踏实一个支点，上托举锥体下料管， 下连挂返料斜管(返料斜腿)上，因此应做得十分坚固，允许有一定余量使上、 下返料管自由活动，本发明中将返料阀顶与下料管下端脱开，在二者结合部位 设置环形抱箍梁，即在返料阀顶构置环形抱箍梁，返料阀顶部与抱箍梁之间 具有环形布置的迷宫膨胀缝，内充填柔性耐火纤维。返料阀上、下阀体用不锈 钢支架和耐火浇注料预制安装，使其尺寸固定。同时在返料小床内设置由耐火 材料预制并烧成的隔离舌，使在荷刻条件下隔离舌的寿命与整个气固分离器同 步。在返料斜管下端至出口处采用耐火浇注料预制烧成的耐火砖，进行砌筑构 成炉衬，其它工作面采用耐火浇注料构成炉衬内层工作面，保温层采用高强轻 质漂珠砖，最外层(最靠近炉壳)为耐火纤维毡/块构成的柔性保温层从而构成 复合炉衬结构。为固定返料斜管炉衬，增强耐磨性，在返料小床连接返料斜管 至已烧带在斜管上、下轻折处搭设三道环形抱箍梁14，为返料斜管上抱箍梁。

如图3所示，烟气出口16侧壁浇注有加强梁17，即炉膛上部后壁烟气出口 与水平烟道烟气进口衔接处的炉衬具有加强梁17，加强梁中设置耐热不锈钢V 形锚固钩18作骨架，浇注耐火浇注料19构成，锚固钩18一端焊接在炉膛钢板 20上，加强梁的设计使该部分炉衬能适应高温烟尘颗粒和含腐蚀性气体SO2的 冲刷。