1.立项背景

CFB锅炉采用的耐火材料由于物理性能不稳定易脱落，需要经常修补或更换，修补费用高；同时由于其导热系数低，造成床温高，锅炉效率降低，SO2和NOx排放高，带来严重的环境问题。针对现有技术的不足，黄陵矿业煤矸石发电有限公司联合宜兴市国强炉业有限公司、国内多家高校联合攻关研制一种导热系数可达25—50W/（m.K）的高导热耐磨复合材料，并成功应用于大新CFB锅炉中，取得较好效果，该材料具有很好的耐磨性、抗侵蚀性和耐冲刷性，热震稳定性以及高导热性，达到降低锅炉运行能耗、降低炉内烟气速度，减缓锅炉磨损、延长锅炉运行周期、减少NOx气体排放等效果，达到节能降耗和环保达标目的。

2.成果内涵和主要做法

2.1针对普通耐火材料硬度、强度低，导热系数低，通过选用多种不同粒度的锆刚玉、碳化硅、氧化铝、纳米氨化铝、碳纤维、石墨烯等细份作为主料之一，采用特殊的工艺配比，提高材料的体积密度，降低显孔率，提高硬度，提高导热系数；

2.2针对普通耐火材料物理性能不稳定易脱落，通过采用硅酸盐、硼酸、二氧化硅微粉、氧化铝，硅溶胶和甘油一种或组合为烧结剂，增强合成料的亲和力，提高材料的热稳定性；

2.3针对CFB锅炉密相区床温偏差大、密相区和稀相区温度偏差大，导致锅炉燃烧效率低，飞灰和底渣含碳量高，SO2和NOx排放高等问题，依据不同煤质、煤种及CFB锅炉密相区、过渡区、分离器、回料器、料腿等防磨隔焰部位对防磨耐火材料的特性和需要，通过热力计算，在锅炉密相区、稀相区及布风板试用多元高强高导热复合耐磨材料，达到降低锅炉床温、消除床温偏差、降低SO2和NOx原始排放值，提高锅炉运行经济性的目的；

2.4针对CFB锅炉需要经常修补或更换，修补费用高。通过自主创新、开发研制出高耐磨、高粘结、超强抗抗侵蚀性、耐冲刷性及热震稳定性优异的多元高强度高导热复合耐磨材料，免拆除磨损部位、烘炉等环节，使重新修补的部位与原体有效结合为一个整体，从而增长了使用寿命，减少循环流化床锅炉的检修周期，节省修补材料和烘炉材料。

3. 成果原理或机理

3.1 CFB 锅炉炉膛温度是由燃料的输入热量和各种受热面吸热量平衡的结果。锅炉容量确定、煤质确定的情况下，降低炉膛温度就需要通过加大炉膛（主循环回路）的吸热量，来降低炉膛的温度。

主回路吸热量可用以下公式概括。

Q=A*K*ΔT

式中 A---换热面积；K---换热系数；T----温度

在本次研究应用中，炉膛温度需要降低，工质温度不变，即传热的温压减小，为增大主回路吸热量需要从换热面积 A 和换热系数 K 入手制定改造方案。

3.2主回路传热系数主要与炉膛内的物料浓度（包括内循环量和返料量）、风量分配等因素有关。研究表明，增加物料循环流量（内循环+外循环）可提高炉内受热面的传热系数，但增加到一定程度后，传热系数增加减缓，而且会大幅度增加炉内受热面的磨损，因此，单靠增加灰浓度增加传热系数增加受热面吸热份额降低床温的幅度是限的。CFB 锅炉主回路内为了防磨敷设了大量的耐火耐磨材料，耐火耐磨材料的热阻较大，降低了对应受热面的换热系数。由于多元高强、高导热复合耐磨材料其导热系数可根据需要进行任意调配，因此，提高耐火耐磨材料的导热系数，提高受热面的利用率是降低炉膛温度和消除床温偏差的最佳途径。

4. 主要创新亮点和值得学习借鉴之处

4.1通过选用多种不同粒度的锆刚玉、碳化硅、氧化铝、纳米氨化铝、碳纤维、石墨烯等细粉作为主料之一，采用特殊的工艺配比，使材料的体积密度提高，降低显孔率，提高硬度，提高导热系数。

4.2材料研发成功后首次在300MW CFB锅炉密相区应用，恢复锅炉密相区原设计平整表面，大大提高燃煤效率，降低了SO2和NOx原始排放值，同时多元高强度高导热复合耐磨材料的高导热性也提高了锅炉整体效能；

4.3不用拆除破损部分，清除表面灰砂和松动部分后直接涂抹，施工后不用烘炉直接升炉运行，大大节约了运行成本，大大减少了以后的维修费用。

5.实施应用前后效果（益）情况对比

5.1技术指标

指标名称

实施前

实施后

内衬材料导热系数?(W/(m·K)

1.5

20—50

锅炉热效率（%）

91.1

91.5

炉膛床温（℃）

980—990

920—930

床温偏差（℃）

60—80

15—20

内衬使用寿命（年）

1

2

5.2经济效益

 栏目

年份

节约燃料成本

节约内衬检修成本

合计

2018

560

150

710

2019

560

150

710

累计

1120

300

1420

6.可推广应用范围

目前国内在役的大型CFB锅炉运行中普遍存在床温高、床温偏差大、锅炉效率低、而且检修全部采用传统机械的修补方法进行成本高等问题，将CFB锅炉密相区内衬材料改造为多元高强度高导热复合耐磨材料，锅炉热效率提高0.3%—0.4%，床温平均下降50℃-60℃，床温偏差消除40℃—60℃，通过计算年可节约燃料成本500—600万元；材料的开发大大降低了锅炉维修的费用成本，节约了运行费用，同时代替了CFB锅炉内衬传统的修补方法，在锅炉内衬修补过程中，不用拆除破损部分，清除涂层表面灰砂直接涂抹，节约检修时间1/3以上，施工后不用烘炉直接运行，使用寿命达到2年以上。此项技术处于国内领先水平，技术的科学性、合理性、可比性、节约效率等方面的优异特点在全国CFB锅炉的推广应用前景非常广阔。