Chẩn đoán hư hỏng vật liệu chịu nhiệt trong lò hơi

Hỏng vật liệu chịu nhiệt là nguyên nhân cơ bản gây tổn thất năng lượng của lò hơi, đồng thời cũng là nhân tố chính dẫn đến sự cố lò hơi. Để hiểu rõ vì sao vật liệu chịu nhiệt bị hỏng đòi hỏi có sự phân tích rất phức tạp nhiều yếu tố liên quan với nhau: vật liệu chịu nhiệt không phù hợp với môi trường vận hành, không tương thích với sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình đốt nhiên liệu, và kỹ thuật xây lát không phù hợp.


So với đa số các hạng mục khác nhau trong nhà máy điện, xây lát vật liệu chịu nhiệt chỉ chiếm một phần chi phí rất nhỏ. Tuy nhiên, nếu như chế tạo, chọn lựa, lưu kho, hoà trộn, xây lát, bảo dưỡng hoặc để khô vật liệu chịu nhiệt không đúng cách, có thể dẫn tới hậu quả làm giảm đáng kể hiệu suất và sự linh hoạt trong vận hành nhà máy. Cần quan tâm hơn đến vấn đề thiết kế và xây lát vật liệu chịu nhiệt.

Kết cấu chịu nhiệt là bộ phận hợp thành của lò hơi. Vật liệu chịu nhiệt được sử dụng để chèn kín các khe hở và lỗ hổng (giam ngọn lửa bên trong buồng lửa), để lót các phễu ướt và phễu khô thu tro, xỉ, và để bảo vệ các đường ống vách lò dưới bên trong các lò hơi tầng sôi và lò hơi đốt kiểu xoáy lốc và các lò hơi đốt nhiên liệu rác thải.

Hình 1. Tro bay tích tụ bên trong gian mái che, giữa màn chắn, bộ quá nhiệt và bộ gia nhiệt lại.

Hỏng vật liệu chịu nhiệt là nguyên nhân cơ bản gây tổn thất năng lượng của lò hơi, đồng thời cũng là nhân tố chính dẫn đến sự cố lò hơi. Để hiểu rõ vì sao vật liệu chịu nhiệt bị hỏng đòi hỏi có sự phân tích rất phức tạp nhiều yếu tố liên quan với nhau: vật liệu chịu nhiệt không phù hợp với môi trường vận hành, không tương thích với sản phẩm phụ tạo ra trong quá trình đốt nhiên liệu, và kỹ thuật xây lát không phù hợp (xem Hình 1 và 2).

Để chẩn đoán trường hợp hỏng vật liệu chịu nhiệt nhiều khi phải thực hiện một loạt các bước để có thể tìm ra căn nguyên.

Bước 1: Bắt đầu qui trình phát hiện

Hình 2. Phễu ướt thu tro: Những bề mặt mất vật liệu chịu nhiệt.

Qui trình phát hiện bắt đầu bằng việc thu thập các thông tin kỹ thuật cơ bản về trường hợp hư hỏng, tiếp sau đó là phỏng vấn nhân viên nhà máy và nhân viên xây lát. Cần thu thập tài liệu về những vấn đề sau:

    Mẫu vật liệu và thông số kỹ thuật của gạch hoặc lớp lót chịu nhiệt hiện tại.

    Mẫu vật liệu xỉ tro và xỉ bám.

    Phân tích hoá học nhiên liệu đang sử dụng.

    Nơi và thời gian lưu kho vật liệu chịu lửa trước khi xây lát.

    Thời điểm chế tạo vật liệu chịu lửa.

    Tình trạng vật liệu chịu lửa khi xây lát.

    Lượng vật liệu chịu lửa được sử dụng.

    Phương pháp xây lát vật liệu chịu lửa (bằng khí nén, bằng bay, đổ, phụt, v.v.).

    Phương pháp bảo dưỡng và/hoặc làm khô, qui trình sử dụng.

Bước 2: Xem xét và thử nghiệm vật liệu hiện tại

Cần xem xét kỹ lưỡng vật liệu hiện tại (hoặc chỗ bị bong), tìm những dấu hiệu có thể cho thấy căn nguyên gây hư hỏng vật liệu. Khi quan sát hoặc chụp ảnh lớp lót chịu nhiệt hiện tại, cần quan tâm đến những câu hỏi sau:

Có phải hỏng vật liệu là do sốc nhiệt, mà biểu hiện là bề mặt bên ngoài bị lột từng mảng lớn (Hình 3)?

Hình 3. Đinh tán bị cụt do hỏng vật liệu chịu nhiệt vách lò

Có gì chứng tỏ vật liệu đã chịu tác động nhiệt độ quá cao (có ngót quá mức, bóng láng bề mặt, v.v.).

Có gì chứng tỏ về tác động va đập cơ khí, ví dụ cạnh bị vỡ hoặc tướp, hoặc lỗ (Hình 4)?

Liệu có phải vật liệu chịu nhiệt bị hỏng là do vận hành lò đốt hoặc lò hơi?

Liệu có phải việc xây lát vật liệu chịu nhiệt thực hiện không đúng kỹ thuật, bằng chứng là vật liệu có kết cấu xốp hoặc giống như bỏng ngô?

Hình 4. Phun vật liệu chịu nhiệt đúng cách là yêu cầu cơ bản đảm bảo tuổi thọ vật liệu.

Cần thu thập mẫu vật liệu chịu lửa hiện tại và cho thử nghiệm ép nguội để kiểm tra độ bền. Sau đó có thể so sánh với thông số kỹ thuật của nhà chế tạo. Nếu như vật liệu không đủ độ bền, có thể là hỗn hợp quá lỏng khi xây lát.

Cũng cần thu thập các mẫu tro xỉ và xỉ và gửi đi phân tích hoá học. Cũng cần tiến hành thử nghiệm côn nóng chảy (pyrometric cone equivalent test) đối với các mẫu xỉ để xác định nhiệt độ tối thiểu mà vật liệu chịu nhiệt đã phải chịu.

Bước 3: Tính toán tỉ số bazơ trên axit

Bước tiếp theo trong qui trình là lấy dữ liệu về môi trường tác động lên vật liệu chịu nhiệt. Một phương pháp thực hiện là tính toán tỉ số bazơ trên axit (b/a) của vật liệu, bằng cách sử dụng thông tin nhận được từ phân tích hoá học ở bước 2. Giá trị b/a sẽ cho ta biết xuất phát điểm về loại vật liệu chịu nhiệt lẽ ra đã phải chọn.

Tỉ số b/a dưới hoặc bằng 0,25 cho thấy đó là điều kiện axit, từ đó suy ra lẽ ra phải tính đến việc sử dụng vật liệu chịu nhiệt loại SiO2.

Tỉ số b/a trên 0,25 nhưng thấp hơn 0,75 cho thấy đó là điều kiện trung hoà, từ đó suy ra lẽ ra phải xây lát bằng vật liệu chịu nhiệt loại Al2O3, SiC, hoặc crôm.

Tỉ số b/a từ 0,75 trở lên cho thấy đó là điều kiện kiềm, từ đó suy ra sử dụng vật liệu chịu nhiệt loại MgO hoặc đolomit sẽ là tốt hơn.

Bước 4: Kiểm tra lại điều kiện vận hành lò hơi trong thời gian gần đây

Bây giờ là lúc kết hợp tất cả các thông tin nhận được từ các bước trước. Cần xem xét lại và phân tích kỹ tất cả các điều kiện vận hành lò hơi nhằm xác định xem chúng có thể đã ảnh hưởng như thế nào đến vật liệu chịu nhiệt bị hỏng. Đặc biệt cần chú ý đến nhiên liệu hoặc nguyên liệu đã đốt, loại nhiên liệu sử dụng để nhóm lò, các ghi chép về hàm lượng tro, xỉ và nhiệt độ khói, và mọi trường hợp vận hành theo qui trình bất bình thường tại nhà máy.

Sau đây là một số vấn đề kỹ thuật có thể góp phần làm hỏng vật liệu chịu nhiệt:

    ·Nhiên liệu có hàm lượng ẩm cao (>15%) cộng với môi trường khử ôxy có thể gây ra hiện tượng tách rời vật liệu gốc cacbua silic.

    ·Một số thành phần nhiên liệu (ôxit sắt, kali hoặc lưu huỳnh) có trong nhiên liệu, xỉ hoặc tro có thể tác dụng với xi măng (aluminat canxi) có trong lớp chịu lửa kết dính bằng xi măng, đặc biệt trong môi trường khử ôxy.

    ·Nhiên liệu nhóm lò, ví dụ như dầu số 6, có thể chứa vanađi là chất gây phản ứng.

Bước 5: Kiểm tra lại qui trình xây lát

Bước cuối cùng trong qui trình này tập trung vào vấn đề: việc xây lát vật liệu chịu nhiệt đã được thực hiện như thế nào? Phần dưới đây nêu chi tiết một số nguyên nhân khiến vật liệu chịu nhiệt không có đủ độ bền, do đó dễ bị hư hỏng.

Thời gian có thể lưu kho vật liệu chịu nhiệt, tính từ khi chế tạo đến khi xây lát, là tương đối ngắn. Đối với loại vật liệu kết dính bằng xi măng sử dụng để trát kín bên trong lò hơi theo cách truyền thống, thì giới hạn khuyến nghị là một năm. Đối với vật liệu sử dụng cho những vùng nhiệt độ cao và chịu tác dụng mài mòn lớn, ví dụ như bên trong lò tầng sôi, lò đốt xoáy lốc hoặc bên trong phễu hứng tro ướt, thì giới hạn này là không quá 3 tháng. Nơi lưu kho vật liệu chịu nhiệt phải luôn giữ khô ráo và thông gió tốt.

Nhiều hợp chất hoá học dùng trong công nghiệp có thể dễ dàng lẫn vào hỗn hợp vật liệu chịu nhiệt khiến vật liệu này bị yếu đi nghiêm trọng. Một số muối khi phản ứng với xi măng trong vật liệu chịu nhiệt khiến vật liệu trở nên hầu như vô dụng. Vì vậy, phần lớn các nhà chế tạo vật liệu chịu nhiệt khuyến nghị sử dụng nước sạch khi hoà trộn.

Điều tối quan trọng là sau khi hoà trộn theo qui trình thích hợp phải sử dụng máy trộn thích hợp, và phải biết thời gian sống của vật liệu (thời gian vật liệu còn sử dụng được sau khi trộn). Sử dụng máy trộn hoặc súng phun không thích hợp, thậm chí ngừng vận hành súng phun trong thời gian dài hơn thời gian sống cũng có thể phương hại đến độ bền của vật liệu chịu nhiệt. Đối với trường hợp sau nêu trên, cần vứt bỏ phần vật liệu lưu lại trong máy trộn và đường ống. Thêm nữa, nhiều vật liệu chịu nhiệt đắp bằng khí nén đòi hỏi phải làm ướt trước khi trộn và đắp. Nếu như sử dụng máy trộn cấp liệu liên tục (vật liệu khô được bổ sung vào phễu, nước đưa vào qua vòi phun) thì không thể thực hiện được việc làm ướt trước này được.

Nếu như lúc trộn, thời tiết nóng hoặc lạnh cũng có thể ảnh hưởng bất lợi đến độ bền vật liệu chịu nhiệt. Đa số các nhà sản xuất vật liệu chịu nhiệt đều đưa ra dải nhiệt độ khuyến nghị của hỗn hợp sau khi trộn, thường là từ 40F (4oC) đến 90F (32oC). Rõ ràng là cần phải giữ cho vật liệu chịu nhiệt sau khi xây lát không bị đóng băng trong ít nhất 48 giờ hoặc cho đến khi khô hoàn toàn.

Bảo dưỡng

Vật liệu chỉ đạt được độ bền thích hợp sau khi được bảo dưỡng và sau đó để khô. Hầu như tất cả các vật liệu chịu nhiệt (trừ loại kết dính phốt phát) đều cần đến hai bước này. Nguyên nhân đầu tiên khiến vật liệu chịu nhiệt kết dính bằng xi măng bị hỏng, tuổi thọ ngắn là không tiến hành bảo dưỡng đúng cách. Trong giai đoạn tối quan trọng này, cần giữ ẩm bề mặt vật liệu chịu nhiệt (bằng cách sử dụng chất bảo dưỡng, túi vải ướt hoặc phun nước) và giữ ẩm không khí xung quanh trong vòng ít nhất 24 giờ.

Sau khi bảo dưỡng, cần để khô hoặc cho sấy vật liệu chịu nhiệt nhằm lấy đi hết lượng nước còn lại trong đó để vật liệu đạt độ bền tối đa. Không giống như khi bảo dưỡng, hiệu quả của bước này ít phụ thuộc vào thời gian hơn, trừ khi đó là loại vật liệu chịu nhiệt kết dính phốt phát. Với loại vật liệu này, việc bảo dưỡng và làm khô phải được thực hiện đồng thời trong vòng hai hoặc ba tuần xây lát – bởi vì phốt phát sẽ ngay lập tức hút ẩm từ không khí môi trường. Cuối cùng, vật liệu sẽ bắt đầu chảy và bong ra.

(theo: Thông tin KHCN số 3/2006)

Xem Video giới thiệu nhà sản sản xuất vật liệu chịu nhiệt RHI:

http://www.youtube.com/watch?v=HAX1MlpYjmc

Hãy cảm ơn tác giả bài viết này nếu bài này hữu ích cho bạn

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s