循環流化床鍋爐磨損問題淺析

摘 要：循環流化床以其煤種適應強、脫硫環保效益高的優勢，日益得到發展。目前主要燃用高灰分低熱值的劣質煤種，解決防磨問題已成為影響循環流化床穩定可靠運行的關鍵因素。該文研究了循環流化床鍋爐磨損的重點區域和原因，提出了推薦措施。

關鍵詞：循環流化床 鍋爐 磨損

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（b）-00-01

循環流化床鍋爐（以下簡稱CFB鍋爐）內的固體物料濃度為煤粉鍋爐的幾十倍到上百倍，其受熱面與耐火材料的磨損問題特別突出，防磨措施正確與否，直接關系到機組運行的安全性和經濟性。下面就CFB鍋爐磨損的重點區域、原因以及措施進行闡述。

1 主要磨損部件及磨損機理

CFB鍋爐的主要受磨損部件有布風裝置、爐內受熱面、爐頂受熱面、對流受熱面、耐火材料等。磨損造成的停爐事故接近停爐總數的50%，其中水冷壁管與耐火材料的磨損為主要故障來源，是CFB鍋爐中與材料相關的最嚴重問題。

1.1 布風裝置的磨損

布風裝置的磨損主要是風帽的磨損。風帽的磨損有兩種，一是風帽外部的磨損。這是氣流攜帶物料直接沖刷風帽外殼的結果。風帽外部磨損最嚴重的區域發生排渣口和回料口附近。二是風帽小孔擴大。一次風攜帶著細小的塵粒通過孔徑有限的風帽小孔時產生很高的流速，對小孔表面產生沖刷。風帽小孔的擴大將改變布風特性，同時床料會漏進風室。

1.2 爐內受熱面的磨損

爐內水冷壁磨損主要有三種情況：爐膛下部敷設衛燃帶與水冷壁管過渡區域的管壁磨損；爐膛四個角落區域的管壁磨損；不規則區域管壁的磨損，如爐膛出口處管壁磨損。

爐膛后墻及兩側墻下部衛燃帶與水冷壁管的交界處，常常發生磨損。這類磨損的機理有以下兩個方面，一是過渡區內由于沿壁面下流的固體物料與爐內向上的固體物料運動方向相反，因而在局部產生渦旋流；另一個原因是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域產生流道方向的改變，因而對水冷壁產生沖刷。大量的含塵煙氣鄰近爐膛出口時，含塵濃度越來越高，且方向發生改變，大量的顆粒在慣性力作用下，加重了對水冷壁管的磨損。在后墻靠近爐膛出口處和兩側墻，迎煙氣流動方向45～90 °范圍內的水冷壁管磨損嚴重。在結構上，如果旋風分離器出口煙氣流運動方向為逆時針，灰在離心力的作用下，在過熱器前右側墻形成的灰濃度較高，就會增加右側過熱器管的磨損；反之，左側磨損就會

加重。

1.3 對流受熱面的磨損

對流受熱面主要是指過熱器、再熱器、省煤器及空氣預熱器，其磨損機理與煤粉爐基本相同。該文不再做研討。

1.4 耐火材料的磨損

耐火材料主要敷設區域包括燃燒室、高溫分離器、外置式換熱器、煙道及物料回送管路。耐火材料故障造成的停爐事故占CFB鍋爐事故的15%，是僅次于受熱面磨損的第二大事故原因。造成耐火材料磨損的主要原因是啟爐時的熱震和顆粒沖刷磨損，以及因堿金屬的滲透而造成耐火材料漸衰失效和滲碳而造成的耐火材料變質破壞等。

2 磨損影響因素

影響CFB鍋爐磨損的主要因素一般有燃料特性、床料特性、物料循環方式、運行參數、受熱面結構和布置方式等，涉及設計、安裝、運行和維護等方面。對于已經投入商業運營的發電企業而言，如何通過優化運行調整來降低磨損的影響尤為重要，下面闡述運行參數對磨損的影響。

2.1 煙氣流速

煙氣流速是影響鍋爐內壁磨損的主要因素，試驗證明磨損量與固體粒子速度的n次方成正比，N值大致在3～4之間。

2.2 粒子濃度

磨損量與粒子濃度成正比，粒子濃度越大，磨損量越大。粒子濃度與循環倍率、分離器的分離效率及煙氣的均衡有關。較高的循環倍率將導致鍋爐內壁的嚴重磨損。燃用細組份過多的入爐煤時，燃燒中心上移，爐膛上部及出口處的煙氣溫度和灰粒濃度均會升高，將加劇磨損。

2.3 床溫

床溫對磨損的影響主要在于床溫變化導致受熱面管壁溫度變化，進而影響到金屬材料的機械強度。實踐表明，一般情況下，CFB鍋爐受熱面的管壁與磨損在管壁溫度接近400 ℃的范圍內發生變化。當壁溫低于此溫度時，管壁未形成氧化膜，磨損率較大。高出400 ℃一個較小范圍時，形成了氧化膜，磨損大幅度降低。當壁溫繼續增加，由于熱應力的產生，同時氧化膜和金屬的熱膨脹系數不同及高溫腐蝕的影響等，磨損又會增加。

2.4 床料高度

密相區的特殊工況和粒子特性造成其磨損遠大于稀相區，床料越高，受熱面磨損越嚴重。運行中應綜合考慮安全經濟性的要求通過試驗獲得科學的床料高度。

2.5 鍋爐負荷

負荷越高，入爐煤量越大，粒子濃度和速度越大，對鍋爐的磨損越嚴重。

3 防磨措施

3.1 物理防磨

目前CFB鍋爐的主要防磨措施比較被動，例如采用超音速電弧噴涂技術在磨損嚴重面上刷涂非金屬陶瓷材料。近年來，國內CFB鍋爐大多采用亞音速火焰噴涂、普通電弧噴涂、超音速電弧噴涂和亞音速噴涂相結合的噴涂方法。不同噴涂廠家選擇的噴涂材料不盡相同，但主要是含陶瓷相材料，試驗顯示，NiCr3C2效果較好，這些噴涂工藝可不同程度地提高鍋爐的使用壽命（約3～5倍），但成本較高。此外，還有通過增加防護罩或防磨護瓦的方法抵抗磨損，但同時存在降低受熱面傳熱效率的弊端。

3.2 從長遠經濟性角度來說，從運行維護的角度采用一些主動的防磨措施來減輕磨損也是防磨處理的一個積極發展方向

從煤質改善的角度，采用提高煤質的方法，使單位負荷燃料消耗量減少，爐內物料濃度降低，從而減輕磨損。

加強入爐煤的預處理水平，保證燃煤粒度符合要求，并科學嚴格控制一次風量，從而降低爐膛懸浮段上方灰塵濃度和煙氣速度。

一、二次風量的大小對水冷壁的磨損有很大影響，加大一次風，會使燃燒的密相區上移，在交界區域處固體物料的濃度和速度都在增加；當床層截面積一定時，總風量增加使煙氣流速增大，物料沖刷管子的磨損量與氣流速度的3～4次方成正比，氣流速度越大，磨損愈嚴重。因此保證風量調整在規定范圍內，堅決消除厚料層、大風量運行的狀態也能減輕鍋爐組件的磨損。

4 結語

CFB鍋爐的磨損經過設計、制造、運行等有關單位的長期實踐，積累了大量的經驗，但是磨損依然是目前影響CFB鍋爐安全穩定運行的第一因素，還需要理論工作者和實踐工作者共同努力，積極探索，努力解決這一難題。

參考文獻

[1]胡昌華.循環流化床鍋爐磨損規律[J].四川電力技術，1996（6）：78.

[2]張全勝.440 t/h超高壓再熱CFB鍋爐強化防磨技術的選用[J].中國設備工程，2004（10）：90.