科技计划项目可行性研究报告.pdf
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1、 精选 科技计划项目 可行性研究报告书 项 目 名 称: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:区 科 学 技 术 局 制 精选 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
2、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 NOx 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
3、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,贵州将 精选 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
4、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
5、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 精选 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,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
6、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
7、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 精选 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
8、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。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。
9、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,引入合成高温结构陶瓷原料,在基质中形成 精选 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
10、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
11、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、减少生产成本,提高经济效益。同时 精选 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
12、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
13、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 精选 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
14、)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%
15、,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 精选 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
16、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,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
17、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。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,精选 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
18、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
19、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震稳定性能 精选 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
20、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 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
21、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 精选 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能的刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料配方。3、项目主要技术路线描述 1)自制结合剂的生产:在常温下用无机化合物原料在带搅拌的反应釜中通过化学反应生产结合剂。2)将高铝矾土熟料破碎至配料需要的骨料粒径。3)根据高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料的配方,将部分高铝矾土熟料、复合添加剂按比例加入球磨机中磨制成混
22、合细粉。4)将购进的粒度合格的刚玉、莫来石及生产的高铝矾土熟料骨料、混合细粉等按配方进行称量,在混合机中混合均匀并密封包装,即制得高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料。5)在使用时按比例将高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料、自制结合剂及添加剂混合均匀后即可进行施工。4、技术和地域优势 1)本产品技术含量高,行业进入门槛高,国内竞争对手少,主要集中在江苏及河南部分地区,省内目前仅有本公司从事相关产品的研发及生产应用工作,具有明显的区位优势。2)贵州作为煤电大省,已经兴建及正在兴建的循环流化床锅炉等相关工业窑炉较多,市场容量很大,市场前景十分可观。3)资源优势或原材料供应渠道:在贵州清镇、修文、白云、开
23、阳、遵义等地均有非常丰富的优质高铝矾土资源,因此烧结刚玉、莫来石资源丰富,供应充足,原 精选 材料及运输成本相对较低。这些地方均有较多烧结刚玉、电熔棕刚玉和烧结莫来石生产企业,供应渠道丰富。5、项目创新 理论创新:该项目产品在对传统材料的应用损毁进行系统分析的基础上,根据其损毁机理,调整组分,添加自制新型结合剂和外加剂,提高基质结合强度和材料抗热震性能。应用创新:改进材料性能,提高材料在锅炉内壁的附着性,提高了施工性能,养护时间由传统的 48 小时缩短至 8 小时,局部小面积施工时可免养护,施工完即可使用,使材料在使用过程中具有优良的抗剥落、耐磨及抗热震性能,提高了使用寿命。技术创新:目前国内
24、循环流化床锅炉用的刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料,一般是用高铝矾土熟料、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的低水泥或超低水泥结合刚玉莫来石质浇注料;其特点是中温强度较低、抗热震稳定性能和抗冲刷磨损性能还存在一定的缺陷。项目的研究仍以高铝矾土熟料、刚玉、莫来石为主要原料,加入部分自制的结合剂,同时还在配料中添加适量在使用温度范围具有较低热膨胀系数的添加剂,以改善浇注料的基质及基质与骨料之间的结合性能,从而达到提高刚玉莫来石质浇注料的中温强度和抗热震稳定性及抗冲刷磨损性能的目的。本项目的研究在结合剂的选用及使用添加剂方面均比目前所使 精选 用的浇注料有了很大的改进
25、和提高,从而确保了所研制的浇注料的技术指标和使用性能。6、生产出的产品技术指标:生产的高性能刚玉莫来石质耐磨耐火浇注料的技术指标如下:Al2O3 90%;SiO2 5%;体积密度 3.00 g/cm3;耐火度 1790;抗热震稳定性能 25 次;耐压强度:90 MPa(11024h),160 MPa(11003h);抗折强度:12MPa(11024h),28 MPa(11003h);线变化率/%:-0.2+0.2(11024h)-0.4+0.4(11003h)7、项目建成达产后预期经济效率:实现产值 1062 万元 实现利润 127 万元 实现税收 94.8 万元,其中增值税 57 万元 8、
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