【正文】 21世紀(jì)火電的主流。循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是目前公認(rèn)的清潔煤燃燒技術(shù)。在商業(yè)上采用循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)是由它具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)兩大優(yōu)勢決定的：（1）燃燒效率高，燃料在爐內(nèi)擾動和停留時間長，得以充分燃燒。（2）燃燒溫度低，約800900℃，采用分級送風(fēng)，使得NOx排放量大大降低；（3）可同燃料一起加入石灰石粉脫降燃料中的硫，SO2排放量大大降低；（4）可使用劣質(zhì)燃料，由于循環(huán)物料熱慣性高，燃燒溫度低于灰分熔點(diǎn)，使得高灰分、高濕度的劣質(zhì)煤也能穩(wěn)定燃燒。隨著我國西部大開發(fā)的不斷推進(jìn)，結(jié)合貴州豐富的煤炭資源，西電東送重點(diǎn)工程項(xiàng)目得以穩(wěn)步實(shí)施，使貴州真正成為能源大省。繼“十五”計(jì)劃期間新增電力裝機(jī)1300萬千瓦之后，將在“十一五”期間再投產(chǎn)電力裝機(jī)1400萬千瓦，到2010年實(shí)現(xiàn)全省電力裝機(jī)3196萬千瓦，初步建成符合南方電力需要的能源大省。據(jù)國家權(quán)威能源機(jī)構(gòu)評估，貴州煤炭遠(yuǎn)景儲量2679億噸，保有儲量523億噸，是中國南方九省區(qū)之和。到2007年。西部大開發(fā)戰(zhàn)略使能源資源豐富的貴州得以充分發(fā)揮潛能。據(jù)貴州省政府新聞辦公室介紹，中國實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略五年來，貴州電力新增裝機(jī)容量超過前50年的裝機(jī)總和。2004年，電力、煤炭能源產(chǎn)業(yè)增加值突破百億元，成為全省第一大經(jīng)濟(jì)支柱。根據(jù)以上能源資源條件，貴州電力除充分滿足省內(nèi)需求外，還可向省外輸送電力15002000萬千瓦，相當(dāng)于每年輸出6000萬噸煤炭。有鑒于此，貴州各地大中小型電力及蒸汽鍋爐如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，大中型電力鍋爐為西電東送提供了穩(wěn)定的電源，中型熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐在為工廠提供高壓蒸汽的同時，也提供了生產(chǎn)必須的動力來源，中小型鍋爐則直接為工業(yè)生產(chǎn)提供了生產(chǎn)必須的條件。據(jù)美國Nucla電廠420t/h循環(huán)流化床鍋爐19881990年間運(yùn)行15700h事故率統(tǒng)計(jì)，%,僅次于受熱面管(%)?？梢娧h(huán)流化床鍋爐耐火材料內(nèi)襯的正確設(shè)計(jì)和選材是保證其正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一。項(xiàng)目的目的和意義循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料內(nèi)襯的工作環(huán)境和損毀特點(diǎn)可歸納如下：（1）中溫，循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料內(nèi)襯各部位的工作溫度在850950℃。從耐火材料角度看，此屬中溫區(qū)間，選擇耐火材料時首先必須考慮材料的中溫性能，尤其是對于不定形耐火材料，必須考察其中溫理化性能。有機(jī)結(jié)合的材料或水化結(jié)合的水硬性材料，中溫強(qiáng)度往往最差，這些材料在高溫下產(chǎn)生陶瓷結(jié)合，強(qiáng)度大大提高。故其高溫下的理化性能指標(biāo)不能用作選擇耐火材料的依據(jù)。（2）熱震，在正常運(yùn)行情況下，每年啟停爐210次。在投運(yùn)初期由于操作不當(dāng)，每年啟停爐數(shù)十次。每次啟停耐火材料內(nèi)襯都要受到一次強(qiáng)烈的熱沖擊。若耐火材料抗熱震性能差，則熱震造成的耐火材料剝落將成為其損毀的致命因素。檢修次數(shù)增多，耐火材料的養(yǎng)護(hù)時間占很大比例，減少養(yǎng)護(hù)時間能顯著提高鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)率。（3）沖刷磨損，循環(huán)流化床鍋爐中煙氣流速大，最高可達(dá)29m/s以上，固體物料濃度高，在中溫下高速煙氣夾帶大量的固體顆粒（特別是貴州煤炭高灰份、高灰份熔點(diǎn)更為突出）對耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷磨損，特別是在旋風(fēng)筒的中心區(qū)沖蝕最為嚴(yán)重。在對耐火材料按ASTMC704標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐磨性能測試時發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)不定形耐火材料和耐火磚均存在一個問題：即骨料耐磨性好而基質(zhì)（結(jié)合物）耐磨性差。因此基質(zhì)先被沖蝕后，骨料被孤立出來，最后脫落。而國外耐磨耐火材料骨料與基質(zhì)一般耐磨性能相當(dāng)，產(chǎn)生均勻沖蝕，使其使用壽命提高。此外煙氣中的SOSOH2S和CO等均對耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生侵蝕，堿金屬滲透和滲碳也使耐火材料內(nèi)襯變質(zhì)損壞。目前國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火澆注料一般為低水泥、超低水泥結(jié)合的高鋁質(zhì)耐磨耐火澆注料或剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料。高鋁質(zhì)低水泥或超低水泥結(jié)合的耐磨耐火澆注料是以一定顆粒級配的高鋁礬土熟料骨粉料為主要原料，通過添加一定量的硅微粉及用高鋁水泥做結(jié)合劑經(jīng)混合而成，其特點(diǎn)是成本較低，但因所使用的高鋁礬土熟料雜質(zhì)較多，同時在配料中加入了一定量的高鋁水泥，因此在中溫使用時會形成一定量熔點(diǎn)和性能較低的鈣長石和鈣鋁黃長石，從而導(dǎo)致其在中溫下使用時澆注料的強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性和抗沖刷磨損性能較差，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)使用時壽命較短。剛玉莫來石質(zhì)低水泥或超低水泥結(jié)合的耐磨澆注料是電熔棕剛玉、白剛玉、莫來石為主要原料，通過添加適量的高鋁水泥或純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑制備而成；由于在配料中添加了剛玉、莫來石組分，從而可有效的提高澆注料的抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能，目前在實(shí)際工程中廣泛使用此類澆注料；但由于澆注料所使用的結(jié)合劑仍為高鋁水泥或純鋁酸鈣水泥，因而其中溫強(qiáng)度不是很高、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能還存在一定的缺陷。因此目前國內(nèi)外的耐火材料生產(chǎn)企業(yè)都在從不同的角度來提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能；有的全用剛玉和莫來石作原料，用純鋁酸鈣水泥做結(jié)合劑來制備剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料，由于使用的原料雜質(zhì)少，從而可有效提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性和抗沖刷磨損性能，但由于其生產(chǎn)成本較高，在實(shí)際工程中很少使用。針對循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料內(nèi)襯的使用特點(diǎn)，我們與貴州大學(xué)合作，結(jié)合貴州具有豐富的優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源及剛玉原料的實(shí)際狀況，對鋁硅系列耐火材料進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，自主開發(fā)出適宜中溫使用的結(jié)合劑，引入合成高溫結(jié)構(gòu)陶瓷原料，在基質(zhì)中形成橋狀結(jié)構(gòu)和針狀增韌，通過添加適宜的復(fù)合添加劑來改善澆注料的基質(zhì)，以提高澆注料的中溫性能，提高其熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能。本項(xiàng)目以一定顆粒級配的貴州燒結(jié)剛玉、莫來石熟料及部分電熔剛玉、莫來石為主要原料，針對鍋爐高磨損部位的環(huán)境需要，通過添加適宜的添加劑和使用自制的結(jié)合劑，精料精配、充分混合后制備出具有優(yōu)良抗熱穩(wěn)定性能、抗沖刷磨損性能和能滿足循環(huán)流化床鍋爐使用要求的高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨耐火澆注料。本項(xiàng)目的研究以燒結(jié)剛玉、莫來石熟料、電熔剛玉、莫來石為主要原料，通過添加一定量自制的結(jié)合劑，并通過添加復(fù)合添加劑等措施來改善澆注料的基質(zhì)，從而達(dá)到提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能的目的。由于研究項(xiàng)目所使用的原料為燒結(jié)剛玉、莫來石熟料、電熔剛玉、莫來石，而所添加的結(jié)合劑和添加劑量少，成本相對較低，因此研制的高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料的生產(chǎn)成本比目前使用的普通剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料的生產(chǎn)成本低，可在工程實(shí)際中大量使用。本項(xiàng)目產(chǎn)品改善材料組分，添加自制的結(jié)合劑和優(yōu)化外加劑，增強(qiáng)了基質(zhì)的低溫結(jié)合強(qiáng)度，提高了材料的耐磨性和抗剝落性能，熱震穩(wěn)定性良好，使材料的使用壽命明顯提高。從而延長窯爐的使用壽命，減少檢修次數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行效能。同時材料的養(yǎng)護(hù)時間減少，局部可實(shí)現(xiàn)免養(yǎng)護(hù)和烘烤，減少檢修養(yǎng)護(hù)時間，增加設(shè)備有效運(yùn)行時間。明顯降低能耗、減少生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時減少未燃盡廢氣、廢渣的排放，減小對環(huán)境的污染。對企業(yè)的節(jié)能降耗具有實(shí)際的意義。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢簡述本項(xiàng)目國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，存在的主要問題及近期發(fā)展趨勢，并將本項(xiàng)目與國內(nèi)外同類技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行對比說明。隨著我國西部大開發(fā)的不斷推進(jìn)，貴州具有豐富的煤炭資源，西電東送重點(diǎn)工程項(xiàng)目得以穩(wěn)步實(shí)施，使貴州真正成為能源大省。同時貴州充分利用煤炭資源大力發(fā)展煤化工企業(yè)，循環(huán)流化床鍋爐逐年在增加，容量越來越大。因此，循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火材料使用量越來越大。有鑒于此，貴州各地大中電力及煤化工企業(yè)蒸汽鍋爐如雨后春筍般迅速發(fā)展起來，大中型電力鍋爐為西電東送提供了穩(wěn)定的電源，大中型熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐在為發(fā)電工廠提供高壓蒸汽的同時，也提供了生產(chǎn)必須的動力來源，中小型鍋爐則直接為工業(yè)生產(chǎn)提供了生產(chǎn)必須的條件。循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料內(nèi)襯的工作環(huán)境和損毀特點(diǎn)可歸納如下：（1）中溫，循環(huán)流化床鍋爐的耐火材料內(nèi)襯各部位的工作溫度在850950℃。從耐火材料角度看，此屬中溫區(qū)間，選擇耐火材料時首先必須考慮材料的中溫性能，尤其是對于不定形耐火材料，必須考察其中溫理化性能。有機(jī)結(jié)合的材料或水化結(jié)合的水硬性材料，中溫強(qiáng)度往往最差，這些材料在高溫下產(chǎn)生陶瓷結(jié)合強(qiáng)度大大提高。故其高溫下的理化性能指標(biāo)不能用作選擇耐火材料的依據(jù)。（2）熱震，在正常運(yùn)行情況下，每年啟停爐210次。在投運(yùn)初期由于操作不當(dāng)，每年啟停爐數(shù)十次。每次啟停耐火材料內(nèi)襯都要受到一次強(qiáng)烈的熱沖擊。若耐火材料抗熱震性能差，則熱震造成的耐火材料剝落將成為其損毀的致命因素。檢修次數(shù)增多，耐火材料的養(yǎng)護(hù)時間占很大比例，減少養(yǎng)護(hù)時間能顯著提高鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)率。（3）沖刷磨損，循環(huán)流化床鍋爐中煙氣流速大，最高可達(dá)29m/s以上，固體物料濃度高，在中溫下高速煙氣夾帶大量的固體顆粒（特別是貴州煤炭高灰份、高灰份熔點(diǎn)更為突出）對耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷磨損，特別是在旋風(fēng)筒的中心區(qū)沖蝕最為嚴(yán)重。在對耐火材料按ASTMC704標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐磨性能測試時發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)不定形耐火材料和耐火磚均存在一個問題：即骨料耐磨性好而基質(zhì)（結(jié)合物）耐火材料磨性差。因此基質(zhì)先被沖蝕后，骨料被孤立出來，最后脫落。而國外耐磨耐火材料骨料與基質(zhì)一般耐磨性能相當(dāng)，產(chǎn)生均勻沖蝕，使其使用壽命提高。此外煙氣中的SOSOH2S和CO等均對耐火材料內(nèi)襯產(chǎn)生侵蝕，堿金屬滲透和滲碳也使耐火材料內(nèi)襯變質(zhì)損壞。據(jù)美國Nucla電廠420t/h循環(huán)流化床鍋爐19881990年間運(yùn)行15700h事故率統(tǒng)計(jì)，%,循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯的磨損是影響鍋爐連續(xù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，僅次于受熱面管(%)?？梢娧h(huán)流化床鍋爐耐火材料內(nèi)襯的正確設(shè)計(jì)和選材是保證其正常運(yùn)行的關(guān)鍵之一。針對循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)耐火材料內(nèi)襯的使用特點(diǎn)，我們與貴州大學(xué)化工學(xué)院合作，結(jié)合貴州具有豐富的優(yōu)質(zhì)鋁礬土資源及剛玉原料的實(shí)際狀況，對鋁硅系列耐火材料進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，自主開發(fā)出適宜中溫使用的結(jié)合劑，引入合成高溫結(jié)構(gòu)陶瓷原料，在基質(zhì)中形成橋狀結(jié)構(gòu)和針狀增韌，通過添加適宜的復(fù)合添加劑來改善澆注料的基質(zhì)，以提高澆注料的中溫性能，提高其熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能。目前國內(nèi)外循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火澆注料一般為低水泥、超低水泥結(jié)合的高鋁質(zhì)耐磨耐火澆注料或剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料。高鋁質(zhì)低水泥或超低水泥結(jié)合的耐磨耐火澆注料是以一定顆粒級配的高鋁礬土熟料骨粉料為主要原料，通過添加一定量的硅微粉及用高鋁水泥做結(jié)合劑經(jīng)混合而成，其特點(diǎn)是成本較低，但因所使用的高鋁礬土熟料雜質(zhì)較多，同時在配料中加入了一定量的高鋁水泥，因此在中溫使用時會形成一定量熔點(diǎn)和性能較低的鈣長石和鈣鋁黃長石，從而導(dǎo)致其在中溫下使用時澆注料的強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性和抗沖刷磨損性能較差，在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)使用時壽命較短。剛玉莫來石質(zhì)低水泥或超低水泥結(jié)合的耐磨澆注料是用高鋁礬土熟料、剛玉、莫來石為主要原料，通過添加適量的高鋁水泥或純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑制備而成；由于在配料中添加了剛玉、莫來石組分，從而可有效的提高澆注料的抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能，目前在實(shí)際工程中廣泛使用此類澆注料；但由于澆注料所使用的結(jié)合劑仍為高鋁水泥或純鋁酸鈣水泥，因而其中溫強(qiáng)度不是很高、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能還存在一定的缺陷。因此目前國內(nèi)外的耐火材料生產(chǎn)企業(yè)都在從不同的角度來提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能；有的全用剛玉和莫來石作原料，用純鋁酸鈣水泥做結(jié)合劑來制備剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料，由于使用的原料雜質(zhì)少，從而可有效的提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能，但由于其生產(chǎn)成本較高，在實(shí)際工程中很少使用。本項(xiàng)目的研究以燒結(jié)剛玉、莫來石熟料、電熔剛玉、莫來石為主要原料，通過添加一定量自制的結(jié)合劑，并通過添加復(fù)合添加劑等措施來改善澆注料的基質(zhì)，從而達(dá)到提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能的目的。由于研究項(xiàng)目所使用的原料為燒結(jié)剛玉、莫來石熟料、電熔剛玉、莫來石，而所添加的結(jié)合劑和添加劑量少，成本相對較低，因此研制的高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料的生產(chǎn)成本比目前使用的普通剛玉莫來石質(zhì)耐磨澆注料的生產(chǎn)成本低，可在工程實(shí)際中大量使用。三、項(xiàng)目實(shí)施主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)、預(yù)期目標(biāo)項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容：1）優(yōu)化澆注料的顆粒級配：根據(jù)等徑球體堆積原理，優(yōu)化出適宜的澆注料顆粒級配，使制備出的澆注料更加致密，從而達(dá)到提高其性能的目的。2）自制結(jié)合劑的研制：研究出既要有優(yōu)良常溫結(jié)合性能又能在中溫使用時能與澆注料組分形成陶瓷結(jié)合的結(jié)合劑，以提高其中溫強(qiáng)度和抗沖刷磨損等性能。3）復(fù)合添加劑的選取與優(yōu)化：根據(jù)澆注料在循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的使用環(huán)境，選取和優(yōu)化出在中溫下能提高澆注料抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損等性能的添加劑。4）對澆注料的配方進(jìn)行優(yōu)化：根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火澆注料的使用特點(diǎn)，對澆注料中高鋁礬土熟料、剛玉、莫來石、自制結(jié)合劑、自配復(fù)合添加劑等的加入量進(jìn)行優(yōu)化，以提高澆注料的中溫強(qiáng)度、抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損性能。5）本公司原有一條澆注料混合系統(tǒng)，在外供原料基礎(chǔ)上可形成1000t普通耐火澆注料生產(chǎn)能力，在嚴(yán)格加強(qiáng)內(nèi)部管理的條件下，可從事小批量本項(xiàng)目產(chǎn)品生產(chǎn)，本項(xiàng)目計(jì)劃于2011年11月開工建設(shè)一條專業(yè)優(yōu)質(zhì)高性能耐磨澆注料生產(chǎn)線，計(jì)劃期一年，于2012年11年批量投產(chǎn)，形成高性能耐磨澆注料配套生產(chǎn)能力，全年計(jì)劃完成本項(xiàng)目產(chǎn)品及配套產(chǎn)品生產(chǎn)1000t，2013年全面達(dá)產(chǎn)后穩(wěn)定形成5000t各類不定型耐火材料配套生產(chǎn)能力，其中高性能剛玉莫來石耐磨耐火澆注料及配套產(chǎn)品年產(chǎn)2000噸。根據(jù)市場的需要逐步擴(kuò)大產(chǎn)能。研究項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)1）自制結(jié)合劑的制備：高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨耐火澆注料使用的結(jié)合劑既要有優(yōu)良的常溫結(jié)合性能又要有較好的中溫結(jié)合性能。目前公司自制的結(jié)合劑除具有優(yōu)良的常溫結(jié)合性能，在中溫下還能形成陶瓷結(jié)合以改善澆注料的基質(zhì)，以提高其中溫強(qiáng)度和抗沖刷磨損等性能。2）高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨耐火澆注料的配方優(yōu)化：根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐用耐磨耐火澆注料的使用特點(diǎn)，在使用廠家能接受的價格的條件下，優(yōu)化出具有較高中溫強(qiáng)度、較好抗熱震穩(wěn)定性能和抗沖刷磨損等性能的剛玉莫來石質(zhì)耐磨耐火澆注料配方。項(xiàng)目主要技術(shù)路線描述1）自制結(jié)合劑的生產(chǎn)：在常溫下用無機(jī)化合物原料在帶攪拌的反應(yīng)釜中通過化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)結(jié)合劑。2）將高鋁礬土熟料破碎至配料需要的骨料粒徑。3）根據(jù)高性能剛玉莫來石質(zhì)耐磨耐火澆注料的配方，將部分高鋁礬土熟料