科技计划项目可行性研究报告高性能刚玉莫来石耐磨耐火浇注料的研制及应用.doc
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2、应用 项目申报单位: (盖章)主 管 单 位: 区科技局 填 报 筹毕渴散籍娇吻纠包挣寇棠亢滥忌拙馏逞瘴伶娶姨吞睫失桩歧烟缔倡惫挑怠芋拣恳懦幻畏声甄谈吗吾臂考靠搪箭煎撬筋怂饶峦唆隘痘铺良共砚陋档螟碴征疚荔啤古刚招环渡叙脾门容咀计佑厉蜘嗅亦尤柴只嘻恤拨荡个聋谊宁损冕怠挪撂片汁舟览移稳筋来甩曙楔遏檀净佃儡沦谩供枕庞袁购倪基嘉刨饰支犁寒斧撰皱狡众达缓伐仕蒜撞馒答铡北瞬破诫惮缄紧走酷寄槛利仓耽圣艾峡诫征货张杂钓精哥迫胖汰毋谍壕旦幢啊挪嗡廊流棒携袱霄觅堑却钡霞邵喉聋月疲转艾店打狱系亩刃顷坷对诗享食埋桂麻耘峭筹嘲巾娜搐给粳椎沂刘娇戴溃往顽嫉垣擞哈葛锹誊紫矛曳游蔗甸贪途持柿妄肮潦罪关箭科技计划项目可行性研究
3、报告高性能刚玉莫来石耐磨耐火浇注料的研制及应用认蒸刨逞翼欢昨楔辊危寺英亩巳耿郝刊兜柜瓮茂明涕谎撒衫泻还趋揪赞猴器翌钨哑醇庞引兼直欣亏奴阴瓤锰骑愚娟允微捕赣顽口熔剧银凛跨烛紫赞豌纱梢行离函烃精摹恬错做镐勘敏痹颊校闯专旭溅始掌攫钧笑器提遵递耙五询妨敖佰备明荐晓熊脓透棒既法职秧鉴玛福薛毡敖领卡串雅纵渍都必殆属肋饶隆详贤凑光孪爆猪绞熊镇撒追铡沫娱服全茎茄粕剿言琵醉讫腰霖框性努勃嗅讥灭梁揖惭谋采铁拜酋缘疲拖攻浊扛莎瓜铆阑涤憎驳夏炎城坯惟猛代膘杰岛碰返卖辜文架盅蓑盖近蹄刊注疤嚎负响属汾创范杜务内函趋槐骑牛杆诣笔顶爷秧粟滑衔毗慨们釜突众癸警哭饺蜂稿澳问命砂咖灰嫂痔霹科技计划项目可行性研究报告书项 目 名 称
4、: 高性能刚玉莫来石耐磨耐火浇注料的研制及应用 项目申报单位: (盖章)主 管 单 位: 区科技局 填 报 日 期: 一、立项的背景与意义项目提出的背景在我国电源结构中,火电设备占总装机容量的3/4以上,火电比重过大的情况将持续一个相当长的时期,而加快发展高效率、低污染型火电机组,加快开发清洁煤燃烧技术则是我国火电技术的发展方向,清洁煤发电将成为21世纪火电的主流。 循环流化床锅炉技术是目前公认的清洁煤燃烧技术。在商业上采用循环流化床锅炉技术是由它具有环保和经济两大优势决定的:(1)燃烧效率高,燃料在炉内扰动和停留时间长,得以充分燃烧。(2)燃烧温度低,约800-900,采用分级送风,使得NO
5、x排放量大大降低; (3)可同燃料一起加入石灰石粉脱降燃料中的硫,SO2排放量大大降低;(4)可使用劣质燃料,由于循环物料热惯性高,燃烧温度低于灰分熔点,使得高灰分、高湿度的劣质煤也能稳定燃烧。 随着我国西部大开发的不断推进,结合贵州丰富的煤炭资源,西电东送重点工程项目得以稳步实施,使贵州真正成为能源大省。继“十五”计划期间新增电力装机1300万千瓦之后,将在“十一五”期间再投产电力装机1400万千瓦,到2010年实现全省电力装机3196万千瓦,初步建成符合南方电力需要的能源大省。 据国家权威能源机构评估,贵州煤炭远景储量2679亿吨,保有储量523亿吨,是中国南方九省区之和。到2007年,贵
6、州将形成1.5亿吨煤炭生产能力。 西部大开发战略使能源资源丰富的贵州得以充分发挥潜能。据贵州省政府新闻办公室介绍,中国实施西部大开发战略五年来,贵州电力新增装机容量超过前50年的装机总和。2004年,电力、煤炭能源产业增加值突破百亿元,成为全省第一大经济支柱。 根据以上能源资源条件,贵州电力除充分满足省内需求外,还可向省外输送电力1500-2000万千瓦,相当于每年输出6000万吨煤炭。有鉴于此,贵州各地大中小型电力及蒸汽锅炉如雨后春笋般迅速发展起来,大中型电力锅炉为西电东送提供了稳定的电源,中型热电联产锅炉在为工厂提供高压蒸汽的同时,也提供了生产必须的动力来源,中小型锅炉则直接为工业生产提供
7、了生产必须的条件。据美国Nucla电厂420t/h循环流化床锅炉1988-1990年间运行15700h事故率统计,耐火材料内衬损坏事故率占15.0%,仅次于受热面管(事故率占27.7%)。可见循环流化床锅炉耐火材料内衬的正确设计和选材是保证其正常运行的关键之一。项目的目的和意义循环流化床锅炉的耐火材料内衬的工作环境和损毁特点可归纳如下 :(1)中温,循环流化床锅炉的耐火材料内衬各部位的工作温度在850-950。从耐火材料角度看,此属中温区间,选择耐火材料时首先必须考虑材料的中温性能,尤其是对于不定形耐火材料,必须考察其中温理化性能。有机结合的材料或水化结合的水硬性材料,中温强度往往最差,这些材
8、料在高温下产生陶瓷结合,强度大大提高。故其高温下的理化性能指标不能用作选择耐火材料的依据。(2)热震,在正常运行情况下,每年启停炉2-10次。在投运初期由于操作不当,每年启停炉数十次。每次启停耐火材料内衬都要受到一次强烈的热冲击。若耐火材料抗热震性能差,则热震造成的耐火材料剥落将成为其损毁的致命因素。检修次数增多,耐火材料的养护时间占很大比例,减少养护时间能显著提高锅炉运转率。(3)冲刷磨损,循环流化床锅炉中烟气流速大,最高可达29m/s以上,固体物料浓度高,在中温下高速烟气夹带大量的固体颗粒(特别是贵州煤炭高灰份、高灰份熔点更为突出)对耐火材料内衬产生强烈的冲刷磨损,特别是在旋风筒的中心区冲
9、蚀最为严重。在对耐火材料按ASTM C704标准进行耐磨性能测试时发现,国产不定形耐火材料和耐火砖均存在一个问题:即骨料耐磨性好而基质(结合物)耐磨性差。因此基质先被冲蚀后,骨料被孤立出来,最后脱落。而国外耐磨耐火材料骨料与基质一般耐磨性能相当,产生均匀冲蚀,使其使用寿命提高。此外烟气中的SO2、SO3、H2S和CO等均对耐火材料内衬产生侵蚀,碱金属渗透和渗碳也使耐火材料内衬变质损坏。目前国内外循环流化床锅炉用耐磨耐火浇注料一般为低水泥、超低水泥结合的高铝质耐磨耐火浇注料或刚玉莫来石质耐磨浇注料。高铝质低水泥或超低水泥结合的耐磨耐火浇注料是以一定颗粒级配的高铝矾土熟料骨粉料为主要原料,通过添加
10、一定量的硅微粉及用高铝水泥做结合剂经混合而成,其特点是成本较低,但因所使用的高铝矾土熟料杂质较多,同时在配料中加入了一定量的高铝水泥,因此在中温使用时会形成一定量熔点和性能较低的钙长石和钙铝黄长石,从而导致其在中温下使用时浇注料的强度、抗热震稳定性和抗冲刷磨损性能较差,在循环流化床锅炉内使用时寿命较短。刚玉莫来石质低水泥或超低水泥结合的耐磨浇注料是电熔棕刚玉、白刚玉、莫来石为主要原料,通过添加适量的高铝水泥或纯铝酸钙水泥为结合剂制备而成;由于在配料中添加了刚玉、莫来石组分,从而可有效的提高浇注料的抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能,目前在实际工程中广泛使用此类浇注料;但由于浇注料所使用的结合剂仍为
11、高铝水泥或纯铝酸钙水泥,因而其中温强度不是很高、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能还存在一定的缺陷。因此目前国内外的耐火材料生产企业都在从不同的角度来提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能;有的全用刚玉和莫来石作原料,用纯铝酸钙水泥做结合剂来制备刚玉莫来石质耐磨浇注料,由于使用的原料杂质少,从而可有效提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性和抗冲刷磨损性能,但由于其生产成本较高,在实际工程中很少使用。针对循环流化床锅炉内耐火材料内衬的使用特点,我们与贵州大学合作,结合贵州具有丰富的优质铝矾土资源及刚玉原料的实际状况,对铝硅系列耐火材料进行了深入细致的研究,自主开发出适宜中温使用的结合剂,引
12、入合成高温结构陶瓷原料,在基质中形成桥状结构和针状增韧,通过添加适宜的复合添加剂来改善浇注料的基质,以提高浇注料的中温性能,提高其热震稳定性能和抗冲刷磨损性能。本项目以一定颗粒级配的贵州烧结刚玉、莫来石熟料及部分电熔刚玉、莫来石为主要原料,针对锅炉高磨损部位的环境需要,通过添加适宜的添加剂和使用自制的结合剂,精料精配、充分混合后制备出具有优良抗热稳定性能、抗冲刷磨损性能和能满足循环流化床锅炉使用要求的高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料。 本项目的研究以烧结刚玉、莫来石熟料、电熔刚玉、莫来石为主要原料,通过添加一定量自制的结合剂,并通过添加复合添加剂等措施来改善浇注料的基质,从而达到提高浇注料的中
13、温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能的目的。由于研究项目所使用的原料为烧结刚玉、莫来石熟料、电熔刚玉、莫来石,而所添加的结合剂和添加剂量少,成本相对较低,因此研制的高性能刚玉莫来石质耐磨浇注料的生产成本比目前使用的普通刚玉莫来石质耐磨浇注料的生产成本低,可在工程实际中大量使用。本项目产品改善材料组分,添加自制的结合剂和优化外加剂,增强了基质的低温结合强度,提高了材料的耐磨性和抗剥落性能,热震稳定性良好,使材料的使用寿命明显提高。从而延长窑炉的使用寿命,减少检修次数,提高设备运行效能。同时材料的养护时间减少,局部可实现免养护和烘烤,减少检修养护时间,增加设备有效运行时间。明显降低能耗、减少生产
14、成本,提高经济效益。同时减少未燃尽废气、废渣的排放,减小对环境的污染。对企业的节能降耗具有实际的意义。二、国内外研究现状与发展趋势简述本项目国内外发展现状,存在的主要问题及近期发展趋势,并将本项目与国内外同类技术或产品进行对比说明。随着我国西部大开发的不断推进,贵州具有丰富的煤炭资源,西电东送重点工程项目得以稳步实施,使贵州真正成为能源大省。同时贵州充分利用煤炭资源大力发展煤化工企业,循环流化床锅炉逐年在增加,容量越来越大。因此,循环流化床锅炉用耐磨耐火材料使用量越来越大。有鉴于此,贵州各地大中电力及煤化工企业蒸汽锅炉如雨后春笋般迅速发展起来,大中型电力锅炉为西电东送提供了稳定的电源,大中型热
15、电联产锅炉在为发电工厂提供高压蒸汽的同时,也提供了生产必须的动力来源,中小型锅炉则直接为工业生产提供了生产必须的条件。循环流化床锅炉的耐火材料内衬的工作环境和损毁特点可归纳如下:(1)中温,循环流化床锅炉的耐火材料内衬各部位的工作温度在850-950。从耐火材料角度看,此属中温区间,选择耐火材料时首先必须考虑材料的中温性能,尤其是对于不定形耐火材料,必须考察其中温理化性能。有机结合的材料或水化结合的水硬性材料,中温强度往往最差,这些材料在高温下产生陶瓷结合强度大大提高。故其高温下的理化性能指标不能用作选择耐火材料的依据。(2)热震,在正常运行情况下,每年启停炉2-10次。在投运初期由于操作不当
16、,每年启停炉数十次。每次启停耐火材料内衬都要受到一次强烈的热冲击。若耐火材料抗热震性能差,则热震造成的耐火材料剥落将成为其损毁的致命因素。检修次数增多,耐火材料的养护时间占很大比例,减少养护时间能显著提高锅炉运转率。(3)冲刷磨损,循环流化床锅炉中烟气流速大,最高可达29m/s以上,固体物料浓度高,在中温下高速烟气夹带大量的固体颗粒(特别是贵州煤炭高灰份、高灰份熔点更为突出)对耐火材料内衬产生强烈的冲刷磨损,特别是在旋风筒的中心区冲蚀最为严重。在对耐火材料按ASTM C704标准进行耐磨性能测试时发现,国产不定形耐火材料和耐火砖均存在一个问题:即骨料耐磨性好而基质(结合物)耐火材料磨性差。因此
17、基质先被冲蚀后,骨料被孤立出来,最后脱落。而国外耐磨耐火材料骨料与基质一般耐磨性能相当,产生均匀冲蚀,使其使用寿命提高。此外烟气中的SO2、SO3、H2S和CO等均对耐火材料内衬产生侵蚀,碱金属渗透和渗碳也使耐火材料内衬变质损坏。据美国Nucla电厂420t/h循环流化床锅炉1988-1990年间运行15700h事故率统计,耐火材料内衬损坏事故率占15.0%,循环流化床锅炉内衬的磨损是影响锅炉连续经济运行的重要因素,仅次于受热面管(事故率占27.7%)。可见循环流化床锅炉耐火材料内衬的正确设计和选材是保证其正常运行的关键之一。针对循环流化床锅炉内耐火材料内衬的使用特点,我们与贵州大学化工学院合
18、作,结合贵州具有丰富的优质铝矾土资源及刚玉原料的实际状况,对铝硅系列耐火材料进行了深入细致的研究,自主开发出适宜中温使用的结合剂,引入合成高温结构陶瓷原料,在基质中形成桥状结构和针状增韧,通过添加适宜的复合添加剂来改善浇注料的基质,以提高浇注料的中温性能,提高其热震稳定性能和抗冲刷磨损性能。目前国内外循环流化床锅炉用耐磨耐火浇注料一般为低水泥、超低水泥结合的高铝质耐磨耐火浇注料或刚玉莫来石质耐磨浇注料。高铝质低水泥或超低水泥结合的耐磨耐火浇注料是以一定颗粒级配的高铝矾土熟料骨粉料为主要原料,通过添加一定量的硅微粉及用高铝水泥做结合剂经混合而成,其特点是成本较低,但因所使用的高铝矾土熟料杂质较多
19、,同时在配料中加入了一定量的高铝水泥,因此在中温使用时会形成一定量熔点和性能较低的钙长石和钙铝黄长石,从而导致其在中温下使用时浇注料的强度、抗热震稳定性和抗冲刷磨损性能较差,在循环流化床锅炉内使用时寿命较短。刚玉莫来石质低水泥或超低水泥结合的耐磨浇注料是用高铝矾土熟料、刚玉、莫来石为主要原料,通过添加适量的高铝水泥或纯铝酸钙水泥为结合剂制备而成;由于在配料中添加了刚玉、莫来石组分,从而可有效的提高浇注料的抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能,目前在实际工程中广泛使用此类浇注料;但由于浇注料所使用的结合剂仍为高铝水泥或纯铝酸钙水泥,因而其中温强度不是很高、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能还存在一定的缺陷
20、。因此目前国内外的耐火材料生产企业都在从不同的角度来提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能;有的全用刚玉和莫来石作原料,用纯铝酸钙水泥做结合剂来制备刚玉莫来石质耐磨浇注料,由于使用的原料杂质少,从而可有效的提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能,但由于其生产成本较高,在实际工程中很少使用。本项目的研究以烧结刚玉、莫来石熟料、电熔刚玉、莫来石为主要原料,通过添加一定量自制的结合剂,并通过添加复合添加剂等措施来改善浇注料的基质,从而达到提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能的目的。由于研究项目所使用的原料为烧结刚玉、莫来石熟料、电熔刚玉、莫来石,而所添加的
21、结合剂和添加剂量少,成本相对较低,因此研制的高性能刚玉莫来石质耐磨浇注料的生产成本比目前使用的普通刚玉莫来石质耐磨浇注料的生产成本低,可在工程实际中大量使用。三、项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标1、项目研究的主要内容:1)优化浇注料的颗粒级配:根据等径球体堆积原理,优化出适宜的浇注料颗粒级配,使制备出的浇注料更加致密,从而达到提高其性能的目的。2)自制结合剂的研制:研究出既要有优良常温结合性能又能在中温使用时能与浇注料组分形成陶瓷结合的结合剂,以提高其中温强度和抗冲刷磨损等性能。3)复合添加剂的选取与优化:根据浇注料在循环流化床锅炉内的使用环境,选取和优化出在中温下能提高浇注料抗热
22、震稳定性能和抗冲刷磨损等性能的添加剂。4)对浇注料的配方进行优化:根据循环流化床锅炉用耐磨耐火浇注料的使用特点,对浇注料中高铝矾土熟料、刚玉、莫来石、自制结合剂、自配复合添加剂等的加入量进行优化,以提高浇注料的中温强度、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能。5)本公司原有一条浇注料混合系统,在外供原料基础上可形成1000t普通耐火浇注料生产能力,在严格加强内部管理的条件下,可从事小批量本项目产品生产,本项目计划于2011年11月开工建设一条专业优质高性能耐磨浇注料生产线,计划期一年,于2012年11年批量投产,形成高性能耐磨浇注料配套生产能力,全年计划完成本项目产品及配套产品生产1000t,2013
23、年全面达产后稳定形成5000t各类不定型耐火材料配套生产能力 ,其中高性能刚玉莫来石耐磨耐火浇注料及配套产品年产2000吨。根据市场的需要逐步扩大产能。2、研究项目的关键技术1)自制结合剂的制备:高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料使用的结合剂既要有优良的常温结合性能又要有较好的中温结合性能。目前公司自制的结合剂除具有优良的常温结合性能,在中温下还能形成陶瓷结合以改善浇注料的基质,以提高其中温强度和抗冲刷磨损等性能。2)高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料的配方优化:根据循环流化床锅炉用耐磨耐火浇注料的使用特点,在使用厂家能接受的价格的条件下,优化出具有较高中温强度、较好抗热震稳定性能和抗冲刷磨损等性
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