防磨梁在循環流化床鍋爐水冷壁中的防磨作用

翁志雄

(福建省廈門電廠，福建 廈門 361022)

廈門瑞新熱電廠3臺NG-220/9.8-M24型高溫高壓循環流化床鍋爐于2006年起陸續投入運營，其膜式水冷壁管設計材料為20G，規格為Φ60×5，管數為前后墻各111根，左右墻各75根，水冷壁直管間分2層焊縫對接，下層焊縫距下部防磨澆注料約5 m。

自投運以來，電廠利用多次機組檢修機會對3臺鍋爐的水冷壁搭滿膛架進行檢查，發現鍋爐水冷壁下層對接焊縫及焊縫下水冷壁，特別是焊縫余高打磨不平滑、上下管子對接錯口較為明顯的部位或水冷壁管與下部防磨澆注料之間防磨涂層上部過渡凸臺部位，均出現較為嚴重的磨損現象。

1 被動修復措施

對于磨損處，以往采用的辦法是將磨損部位清理干凈后，用J50焊絲進行氬弧焊堆補，再用D127耐磨焊條進行堆焊防磨層處理(管子與鰭片同時堆焊)。堆焊區域為原焊縫上下各約50mm。堆焊后打磨，使管子與堆焊層之間平滑過渡。

實踐證明，這種方法短期內取得了一定的效果，特別是其操作簡單，作業周期短，適于在小修或搶修中進行。但這種方法沒有針對磨損機理進行防磨，只是被動的修復，達不到治本的目的，磨損現象依然會在堆焊部位產生。堆焊層只能使堆焊部位延緩磨損6個月左右，且隨著堆焊次數的增多，堆焊部位的力學性能受到嚴重影響，對材質方面造成傷害。因此，應當采取更為有效的防磨措施以消除磨損的影響。

2 磨損機理

燃料、石灰石和高溫床料在循環流化床鍋爐的爐膛內混合，進行燃燒和脫硫。從流化床爐內動力學觀點來看，流體結構為環—核結構。在內部核心區，燃料產生的高溫煙氣夾帶著物料垂直向上流動，此區域固體顆粒濃度較小。而在水冷壁附近的外部環狀區，固體顆粒濃度較大，并沿水冷壁向下回流磨損管壁。在向下流動過程中，物料固體顆粒濃度成指數增加，流速也加快。

當沿水冷壁向下流動的物料顆粒流落到焊縫凸臺部位、水冷壁管與下部防磨澆注料之間的過渡區域凸臺部位時，一方面沖刷磨損管壁，另一方面部分顆粒反彈，加上爐內向上的固體物料流影響，在此部位產生局部渦流，再一次對管壁進行斜沖刷磨損。凸臺越大時，磨損越嚴重，范圍也越大，反之則較小。

研制單位通過實驗，得出了流化床鍋爐受熱面磨損經驗關系式：

式中：

E為磨損量；

f1為灰粒特性系數；

f2為受熱面布置型式及沖刷方式系數；

C為飛灰濃度；

V為煙氣速度。

從上述關系式可以看出，當煤種和受熱面結構形式一定時，受熱面磨損量與飛灰濃度成正比，與煙氣流速的3.5次方成正比，即磨損量與煙速大小關系最為密切。爐膛豎直高度越大，密相區煙速就越大，磨損也就越大。可見，在煙速較大的密相區采取相應措施降低煙速，可以實現達到降低磨損危害的目的。

通過相關調研和論證，對于密相區墻面上水冷壁的磨損，電廠決定采用水平防磨梁處理。

3 防磨梁防磨機理

防磨梁由耐火耐磨可塑料制成，總共設置4層，最底層距下部澆注料約1000mm，目的是為了保護澆注料與水冷壁的過渡區域；水冷壁下層對接焊縫部位做1層防磨梁，直接將對接焊縫覆蓋，對最易磨損部位形成最直接的保護作用；最上層在焊縫層上澆注料約800mm，最底層與焊縫層中間再做1層防磨梁。防磨梁凸出管外沿約100mm，豎直寬度100mm，防磨梁上部做成水平狀，以利于自然儲灰。當大流量的緊貼水冷壁管排表面及鰭片凹槽的貼壁灰流碰到水冷壁防磨梁上的儲灰時，被軟阻擋，使貼壁流減速，這樣貼壁灰流對防磨梁上沿的垂直水冷壁管的磨損就大大減小。同時，從防磨梁溢出的灰流依然沿垂直水冷壁管排表面及鰭片凹槽流下，但不會緊貼管壁表面，且速度也大大減小，渦流的形成強度就大大減小，這樣經層層阻擋減速后，貼壁灰流對防磨梁下的水冷壁管的磨損也就大大減小，最終實現從根本上降低水冷壁磨損速率的愿望，達到治本的目的，進而延長循環流化床鍋爐水冷壁的使用壽命。

這種防磨梁制作方法簡單方便，成本低廉，不需要對爐膛進行大量改造，可在小修中進行，如圖1所示。

圖1 防磨梁布置形式

4 防磨梁制作的注意點

耐火耐磨可塑料防磨梁防磨效果的優劣，很大程度上取決于耐火耐磨可塑料防磨梁的制作質量。因此，耐火耐磨可塑料防磨梁應由有資質的專業隊伍制作，并注意以下幾點。

(1) 耐火耐磨可塑料防磨梁作業程序應為：在鰭片上焊Y型抓釘→制作防磨梁模槽→可塑料施工→可塑料養護。

(2) 施工前應對耐火耐磨可塑料進行性能檢測，主要檢查材料的可塑性。簡單的判定方法是：用手攥可塑料，容易捏成團即可使用。

(3) 耐火耐磨可塑料最好使用強制攪拌機拌制。將稱好重量的可塑料加入強制攪拌機內先干攪3min左右，再加入規定量70 %的膠粘劑，然后視情況邊攪拌邊加入余下的膠粘劑。攪拌時應避免加入過量的膠粘劑，以免影響材料的強度。攪拌好后應及時施工，不得放置較長時間。

(4) 將可塑料倒入模槽搗打時，搗打用力要適中均勻。搗打至表面平整、沒有孔隙和裂紋后，用抹子修補找平。搗打時要注意可塑料與水冷壁、鰭片之間不應留有間隙。

(5) 可塑料的養護是防磨梁施工的關鍵，其養護的好壞關系到日后的防磨效果。耐火耐磨可塑料的養護應嚴格按照可塑料廠家提供的熱養護步驟進行，要使可塑料的自然水及結晶水在鍋爐正常運行前完全干燥固化，以免在鍋爐投入運行時這些部位的水分急劇蒸發，造成可塑料裂縫、凸起、錯位，甚至造成脫離等不正常狀況，從而保證耐火耐磨可塑料的使用壽命。

5 結束語

2009年初，電廠對水冷壁防磨梁進行了改造。經過1年多的運行，在2010年3臺爐多次檢修期間檢查其防磨效果，發現只有最上層防磨梁上沿部分水冷壁表面被貼壁灰流磨亮，但未見明顯磨痕，而下部3層防磨梁附近的水冷壁則幾乎沒有再受到磨損。可見，此種水平防磨梁能極大地減少灰流對原密相區易磨部位的磨損，減緩了水冷壁的磨損速率，達到了一定的治本目的，有力地保障了循環流化床鍋爐的安全、可靠、經濟運行。

1 岑可法，倪明江，駱仲泱，等. 循環流化床鍋爐理論設計與運行[M]. 北京：中國電力出版社，1998.