循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損機(jī)理探討

摘要：本文從一起電站鍋爐的爆管事故中，通過(guò)理化試驗(yàn)分析事故產(chǎn)生的原因，從而進(jìn)一步提出了循環(huán)流化床鍋爐易產(chǎn)生受熱面爆管的因素，為了保證機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，提出了鍋爐運(yùn)行中的注意事項(xiàng)以及爆管的防范措施。

關(guān)鍵詞：爆管事故循環(huán)流化床鍋爐

中圖分類號(hào): 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791(2011)02(c)-0000-00

1研究背景

循環(huán)流化床是國(guó)內(nèi)當(dāng)前發(fā)電機(jī)組推廣的一種潔凈煤燃燒技術(shù)，可燃用煙煤、貧煤、褐煤、無(wú)煙煤、煤矸石等各種燃料，燃料適應(yīng)性好，鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，低成本、低污染排放。在循環(huán)流化床鍋爐中，有許多部件工作在高溫、高固體顆粒不斷沖刷環(huán)境下，雖然已采取了一些防磨損措施，但循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行結(jié)果表明，鍋爐設(shè)備的磨損仍是十分嚴(yán)重的，經(jīng)常由于磨損問(wèn)題造成停爐。由于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管受到爐膛中氣固兩相流的沖刷，磨損嚴(yán)重，是引起水冷壁管爆管的主要原因，因此如何從防磨損機(jī)理出發(fā)，采取進(jìn)一步的防磨損措施，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的推廣應(yīng)用和穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)十分現(xiàn)實(shí)又重要的問(wèn)題。

2磨損特征及機(jī)理分析

2.1磨損機(jī)理研究現(xiàn)狀及機(jī)理

循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的爐膛水冷壁管的磨損過(guò)程是十分復(fù)雜的。在循環(huán)流化床鍋爐中，煙氣中顆粒對(duì)受熱面撞擊產(chǎn)生的磨損，與煤粉鍋爐尾部受熱面的沖刷磨損相類似。這種磨損的形式大致可以分為兩類:一類是在碰撞過(guò)程中使材料受交變應(yīng)力引起的疲勞磨損，另一類是材料在自由運(yùn)動(dòng)的顆粒的切削作用下引起的破壞，稱之為鑿削式磨損，磨損的方式與顆粒的沖擊角度有很大的關(guān)系。垂直沖擊式時(shí)，沒(méi)有鑿削式磨損，僅是疲勞磨損，磨損很輕微，這種情況在實(shí)際中很少，因?yàn)橐话銡饬鞣较蚝退浔诮咏谄叫校划?dāng)沖擊角度很小時(shí)，磨損最嚴(yán)重，一般氣流，顆粒飛行的方向和水冷壁之間的角度很小。所以，循環(huán)流化床鍋爐中的疲勞磨損非常小，主要是鑿削式磨損。循環(huán)流化床鍋爐本身的特性決定了氣固兩相流動(dòng)對(duì)受熱面的作用是必然存在的。較大的物料濃度是鍋爐性能的基本要求，是燃燒、傳熱和脫硫的必要條件。在兩相流動(dòng)中， 由于邊壁效應(yīng)，與受熱面接觸的顆粒，無(wú)論是上升流還是下降流，絕大部分顆粒與受熱面表面的相對(duì)速度比較慢，通常速度在2 m/ s 以下，這些顆粒的磨損非常小，主要是產(chǎn)生均勻磨損，不會(huì)引起局部劇烈磨損，引起爆管現(xiàn)象的發(fā)生。在實(shí)際燃燒中，循環(huán)流化床上還是依賴于氣泡的生成與破裂形成揚(yáng)析夾帶，而氣泡的碎裂會(huì)以高達(dá)每秒數(shù)十米的速度將顆粒拋向上部空間，而這些顆粒的方向是不規(guī)則的，這是產(chǎn)生改變與受熱面直接接觸顆粒方向的重要?jiǎng)恿χ唬?dāng)然從機(jī)理上也是水冷壁磨損的重要原因。爐內(nèi)局部射流，包括給料射流(燃料和脫硫劑) 、固體物料回送口射流、布風(fēng)板風(fēng)帽的空氣射流、二次風(fēng)射流、高溫蒸汽的沖刷等。水冷壁管子的磨損，與受熱面布置在爐膛內(nèi)的形狀有關(guān)，還取決于灰顆粒的物理性質(zhì)。這些磨損的動(dòng)力，歸根到底來(lái)源于流化速度。因此，影響循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損的因素較多。

2.2損壞特征

1、破口描述：破口形狀近似矩形；長(zhǎng)240mm，寬65mm；破口處無(wú)氧化物，且管內(nèi)壁較為干凈，沒(méi)有水垢；管子表面沒(méi)有氧化物和淡紅色異物，但較為粗糙；破口處管子周長(zhǎng)變化不大，破口斷面較為銳利（最小壁厚值為1.6mm）。

2、測(cè)厚：水墻管位于B側(cè)墻（右側(cè)墻）中間部位由東向西數(shù)（即由后墻數(shù)）第41號(hào)管，爆管破口標(biāo)高21400mm，低于吊屏下邊水平管段一米，水平相距1.2米，緊鄰上次修換的7根水管，屬二過(guò)吊屏爆管沖刷邊緣區(qū)；對(duì)周圍同標(biāo)高位置各管進(jìn)行壁厚測(cè)厚結(jié)果表示所測(cè)管截面最小值部位均在與側(cè)墻呈45°左右方向。

3、測(cè)硬度：將破口附近管子進(jìn)行測(cè)硬度，測(cè)值比較后其硬度值變化不大，但破口處硬度值較高。

4、金相分析：破口邊緣部分顯微組織有馬氏體加鐵素體。

2.3磨損機(jī)理分析

循環(huán)流化床鍋爐燃燒煤種熱值過(guò)低，煙氣中飛灰濃度大，煤矸石較多，顆粒又較大，級(jí)配比也不合適，使得受熱面磨損也比較嚴(yán)重，經(jīng)常發(fā)生由于磨損造成的鍋爐爆管泄漏故障。因?yàn)樵趯?shí)際燃燒中，循環(huán)流化床上主要是依賴于氣泡的生成與破裂形成揚(yáng)析夾帶，而氣泡的碎裂會(huì)以高達(dá)每秒數(shù)十米的速度將顆粒拋向上部空間，而這些顆粒的方向是不規(guī)則的，這是產(chǎn)生改變與受熱面直接接觸顆粒方向的重要?jiǎng)恿χ唬?dāng)然從機(jī)理上也是水冷壁磨損的重要原因。上次屏過(guò)爆管后，高溫過(guò)熱蒸汽夾帶爐內(nèi)煙塵的高速射流對(duì)管壁的沖刷，致使管壁減薄，防磨層的嚴(yán)重破壞，由于當(dāng)時(shí)該管處于沖刷區(qū)域邊緣，其減薄量不大沒(méi)有進(jìn)行維修、更換。在隨后運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有防磨層的保護(hù)，使水冷壁的磨損加劇，致使壁厚減薄加速，最終導(dǎo)致爆管事故的發(fā)生。

3 磨損原因分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1磨損原因分析

本次爆管處就是上次屏式過(guò)熱器爆管高溫蒸汽沖刷區(qū)，上次屏過(guò)爆管后，高溫過(guò)熱蒸汽夾帶爐內(nèi)煙塵的高速射流對(duì)管壁的沖刷，致使管壁減薄，由于當(dāng)時(shí)該管處于沖刷區(qū)域邊緣，其減薄量不大而未更換。但由于上次的高溫射流沖刷，使得防磨噴涂層遭到嚴(yán)重破壞，在隨后運(yùn)行時(shí)，高溫?zé)煔庵械臒焿m隨著氣流不斷的沖刷，致使壁厚減薄加速，且在沖刷過(guò)程中不斷伴隨粉塵顆粒沖撞和劃傷，出現(xiàn)的劃槽產(chǎn)生的應(yīng)力與升壓的內(nèi)壓進(jìn)行疊加，最終使得磨損加劇處的管壁強(qiáng)度嚴(yán)重降低而發(fā)生爆管。破口處過(guò)熱狀況是由于高速汽水向外噴射使得高溫破口處金屬快速冷，發(fā)生了淬火，在破口邊緣部分顯微組織有馬氏體加鐵素體的出現(xiàn)，硬度值升高。上次，因吊屏爆管已經(jīng)更換的管子， 由于沒(méi)有進(jìn)行即使的防磨噴涂處理，隨著運(yùn)行過(guò)程中煙塵氣流的不斷沖刷，造成此次壁厚減薄也較為嚴(yán)重。

3.2應(yīng)對(duì)措施

對(duì)更換的管子進(jìn)行采用熱噴涂，在水冷壁管磨損區(qū)域或部位噴涂硬質(zhì)合金金屬耐磨層來(lái)提高耐磨性，或在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使母材具有較高的抗磨損性能，及時(shí)更換已減薄的管子。對(duì)于最容易受磨損蒸發(fā)管部位，所有直管段迎風(fēng)面全部增裝半圓形防磨護(hù)瓦，所有彎頭部位都采用半圓形防磨護(hù)瓦對(duì)扣包裹焊接，防磨材料根據(jù)防磨位置煙氣溫度選取。鍋爐運(yùn)行中調(diào)整好一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)風(fēng)量配比，流化風(fēng)速控制在3．5—4．0 m／s較低范圍內(nèi)，保證蒸發(fā)管處煙氣流速在5．5 m／s左右。煤種盡量選擇熱值較高、中低等磨損的煙煤，有利于降低飛灰濃度減少磨損。

4總結(jié)

通過(guò)以上的防磨改進(jìn)。該爐運(yùn)行正常，爆管停爐事故率降低。特別是對(duì)蒸發(fā)管的防磨措施．可以降低其磨損速度，延長(zhǎng)其使用壽命。雖然循環(huán)流化床鍋爐只要運(yùn)行就會(huì)磨損．但是只要采取有效的措施．在安裝或大修更換部件時(shí)，制定防磨措施．提高循環(huán)流化床鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)期運(yùn)行是完全可能的．