循環流化床鍋爐受熱面的磨損及應對措施

湯永平

（貴州開磷遵義堿廠，貴州 遵義 563004）

循環流化床鍋爐受熱面的磨損及應對措施

湯永平

（貴州開磷遵義堿廠，貴州 遵義 563004）

闡述了循環流化床鍋爐受熱面的磨損機理并探討了防止磨損的應對措施。

循環流化床鍋爐；受熱面；磨損；應對措施

循環流化床鍋爐是近三十年發展起來的一種新型潔凈煤燃燒技術，以新燃料著火速度快、殘渣和飛灰含碳量低、有利于減少氮氧化物的排放、負荷調節性能好而著稱，深受用戶好評，但也因其受熱面磨損量大、耗電量高而影響循環流化床的使用。

貴州開磷遵義堿廠現有四川鍋爐廠生產的循環流化床鍋爐2臺，型號分別為C150-3.82/MX和C75-3.82/MX24。受熱面主要為布置于爐膛四周的水冷壁、布置在靠前膜式水冷壁的水冷屏、介于爐膛與尾部煙道間的水冷旋風分離器、布置在豎井煙道中的包覆爐墻膜式受熱面、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器。

1 循環流化床鍋爐的磨損部件分析

1.1 布風裝置

循環流化床鍋爐布風裝置的磨損主要有2種情況，一為風帽的磨損，最為嚴重的區域在循環物料回料口和放渣管進渣口附近，其原因主要是顆粒濃度較高的循環物料以較大的平行于布風板的速度分量沖刷風帽；一為風帽小孔的擴大，這種磨損將改變布風特性，同時，造成固體物料漏至風室，使得在每次停爐時在水冷風室有大量的細灰，影響鍋爐的送風量和風室風壓的測量。

1.2 爐膛水冷壁管的磨損

循環流化床鍋爐爐內水冷壁管的磨損可以分為4種情況：爐膛下部衛燃帶與水冷壁管過渡區域管壁的磨損；爐膛4個角落區域的管壁及膜片的磨損；一般水冷壁管的磨損；不規則區域即突變區域管壁的磨損。[1]

（1）衛燃帶的磨損。水冷壁衛燃帶過渡區域的磨損形式見圖1，磨損發生在爐膛下部衛燃帶與水冷壁管的交界處。

這種磨損有2方面原因，一是在過渡區域內，由于沿壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料運動方向相反，因而，在局部產生渦流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域改變流動方向，對水冷壁管產生沖刷，見圖2a。衛燃帶與水冷壁過渡區域內水冷壁管的磨損并不是在爐膛四周均勻發生的，而是與爐內物料總體流動形式有關。遵義堿廠循環流化床鍋爐衛燃帶的磨損發生在前后墻，左右墻較少磨損，磨損尤為嚴重的區域是前墻，原因是前墻是給煤口，細煤灰易被上升氣流帶入上部衛燃帶；后墻磨損較為嚴重的原因是返料口布置在后墻，增大了后墻上升氣流煙灰的濃度，因而磨損加劇。其原理如圖2b所示。

（2）爐膛四角區域的水冷壁管的磨損。由于循環流化床鍋爐中部煙氣中固體顆粒被氣流帶入上部，重顆粒大部分沿水冷壁向下流動，形成所謂的貼壁流，水冷壁的四角區域是四周水冷壁的結合部位，突變部位較多，且爐內沿壁面向下流動的固體物料濃度比較高，流動狀況也受到破壞，因而磨損較為嚴重，發生爆管的次數較多。

（3）爐膛一般水冷壁管的磨損。除衛燃帶和水冷壁過渡區以及爐膛四角以外，目前，還未發現爐膛水冷壁直管受到嚴重磨損的情況，只是發現水冷壁被磨亮，好像噴沙除鐵銹一樣，因而，爐膛內一般水冷壁管的磨損不嚴重。

（4）不規則管壁的磨損。爐膛內的不規則管包括穿墻管、爐墻開人孔處或觀察孔的讓步管、管壁上的焊縫等，以及爐內的一些測量元件如壓力測點、溫度測點。運行經驗表明，既使很小的幾何尺寸的不規則也會造成局部的嚴重磨損。

爐墻開孔處讓管的磨損區域見圖3，爐膛爐墻開孔處的讓管區域發生了很大程度的磨損，其中開孔上部的讓步管磨損較輕，而開孔下部的讓管磨損比較嚴重。水冷壁管焊縫的局部磨損見圖4，磨損首先發生在焊縫的上部，在這種情況下，焊縫磨平后，磨損即終止；而在另外一些情況下，焊縫上面的管子也發生磨損。這類磨損現象在爐膛的濃相區較嚴重。對于用于測量溫度的熱電偶和用于測量爐膛內濃相區壓力和稀相區壓力的測壓管，為測得真實溫度或壓力，必須將熱電偶或測壓導管插入足夠深度，而插入熱電偶或導壓管后會對局部的流動特性造成較大的擾動，因而，造成熱電偶保護套、導壓管或鄰近水冷壁管磨損較為嚴重。

1.3 二次風口的磨損

二次風一般位于爐膛下部濃相區的上方，由于濃相區內物料的脈動將床料帶入二次風嘴，從而產生二次噴嘴的磨損。二次風口磨損后，爐膛內物料將從二次風口流出來，引起二次風的外漏。

1.4 爐膛頂部受熱面的磨損

爐膛頂部受熱面的磨損主要是由于氣固兩相流在離開爐膛進入旋風分離器時，在爐膛頂部區域轉彎進入聯接爐膛與旋風分離器的水平煙道時，產生離心作用，將大顆粒物料甩向爐頂而造成的，爐膛頂部的受熱面的磨損問題可通過將爐頂與去旋風分離器的水平煙道拉開足夠的距離及在易磨損區域敷設耐磨澆注料來解決。

1.5 旋風分離器的磨損

旋風分離器的大部分構件一般都敷設有剛玉莫來石耐磨可塑材料，因此，旋風分離器金屬件的磨損很嚴重，旋風分離器中心筒的損壞往往是由于熱變形造成的。

1.6 對流煙道受熱面的磨損

對流煙道受熱面磨損發生的主要部位是高于或低于省煤器的穿墻管處以及空預器進口端100 mm處，造成對流煙道受熱面磨損的主要原因是設計上考慮不周、安裝時出現失誤等。磨損的原因是循環流化床鍋爐爐內固體物料濃度很高，分離器未能捕集。而隨煙氣進入對流煙道的飛灰的濃度很高。同時，在尾部煙道、煙氣速度和飛灰顆粒終端速度，比爐膛內煙氣呈上升氣流時的絕對速度要高得多，較高的飛灰顆粒濃度和速度，常會導致對流受熱面的磨損加劇。

2 循環流化床鍋爐的受熱面防磨措施

2.1 采用金屬表面熱噴涂技術

在循環流化床鍋爐易磨損受熱面的金屬表面噴涂耐磨金屬，使其附著在受熱面管道的表面形成保護層，其具有防止磨損和防腐的作用，其原因是：（1）涂層的硬度較基體的硬度更大；（2）涂層在高溫下會生成致密、堅硬和化學穩定性更好的氧化層，且氧化層與其基體的結合更加牢固。其中，后一種原因是防止受熱管道磨損的主要因素[2]。

2.2 爐膛下部水冷壁與耐火材料（衛燃帶）交接處的防磨

爐膛濃相區與稀相區交界的衛燃帶處，壁面處向下流動的高濃度固體物料流對管壁磨損有重要影響，因此，為防止該處的磨損加大，措施之一是在水冷壁管上加焊擋板來破壞向下流動的固體物料流，從而達到水冷壁管防磨的目的，采用這種措施后，水冷壁衛燃帶的磨損大大減輕，磨損速度可降低到0.35 μm/h[1]，加裝方式見圖5，措施之二是改變水冷壁管的幾何形狀，采用讓管技術，使耐磨材料敷設在簡易讓管上從而使衛燃帶區域與上部水冷壁管保持平直，這樣固體物料沿壁面平直下流，消除了突變區，使局部易磨區磨損減小，衛燃帶讓管防磨技術示意圖見圖6。

2.3 對流受熱面的防磨

因布置于豎井煙道中的尾部對流受熱面較多，占用的空間大、煙氣流速較高、受熱面的磨損加大。對于尾部對流受熱的防磨應采取以下措施。

（1）提高氣固分離裝置的分離效率，或在爐內裝飛灰除塵器，這樣，可降低煙氣中的飛灰濃度，從而減輕對流受熱面的磨損；

（2）設計時，應選擇合理的煙氣流速，因為磨損率與煙氣流速的三次方成正比；

（3）降低速度場和飛灰濃度場的不均勻性，如在煙道轉彎處加裝防磨蓋板等，以防止局部嚴重磨損；

（4）受熱面管束盡量采用順列布置；

（5）采用煙氣流均布板，防止煙氣走廊的形成；

（6）采用膜式或羊角式迎風鰭片省煤器，加裝防磨蓋板；

（7）空預器加裝防磨套管。

3 結束語

循環流化床鍋爐的長周期安全穩定運行，很大程度上取決于受熱面的磨損問題。對循環流化床鍋爐受熱面如水冷壁、衛燃帶、高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器的磨損原因的分析，提出了解決磨損的方法。運行實驗證明，改造方式是切實可行的，運行3年無泄漏事故發生，確保了下游生產負荷的穩定運行。

［1］郝繼紅，李建鋒.循環流化床鍋爐磨損機理及防治.北京：中國電力出版社，2008.

［2］牛 勇，張立華，等.循環流化床鍋爐設備.北京：中國電力出版社，2007.

Analysis of circulating fluidized bed boiler Heating surface wear and response measures

TANG Yong-ping
(Guizhou Kailin Zunyi Soda Plant,Zunyi 563004,China)

The circulating fluidized bed boiler heating surface wear mechanisms were introduced and the counter-measures was discussed.

circulating fluidized bed boiler;heating surface;wear;response

TK229

B

1009－1785(2012)04-0028-03

湯永平，南京師范大學動力工程學院熱能工程專業畢業，研究生。現任貴州開磷遵義堿廠設備部副部長；全國注冊公用設備（動力）工程師、熱能工程工程師，擅長自備熱電系統的組建及運行和工礦企業公用設備及系統設置和優化。

2011-12-15