循環流化床鍋爐埋管防磨技術研究

陳思宇

作者通聯：濮陽龍宇化工有限責任公司設備管理部 河南濮陽市黃河路西段 457000

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一、概述

埋管是循環流化床鍋爐的主要受熱部件，按一定角度斜置于副床的上部，其橫向節距、縱向節距較小，一般在50mm 左右，由于直接受到高溫料層的沖刷與撞擊，磨損相當嚴重，埋管防磨技術成為世界各國制造廠家與使用廠家一直研討的重要課題。

二、埋管的磨損形式

1.埋管磨損的主要表現

沖蝕磨損是指流體和固體顆粒以一定速度和角度沖擊管束所造成的磨損。沖蝕磨損存在兩種類型：一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，兩種磨損的微觀形貌完全不同。

（1）沖刷磨損。顆粒與固體表面的沖擊角較小，甚至接近平行。顆粒垂直于固體表面的分速度使其嵌入被撞擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度的合成結果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時間延長變化不大。

（2）撞擊磨損。顆粒相對于固體表面的沖擊角較大或接近于垂直，以一定的運動速度撞擊固體表面，使其產生塑性變形或顯微裂紋，長期、大量固體顆粒的反復撞擊使得固體表面疲勞破壞，隨時間遷移，磨損速率有增長的趨勢，甚至表層脫落，最終導致磨損量突升。

（3）管束受到切向或以一定角度高溫物料的沖刷、撞擊，管子的焊口、筋片及壁厚產生嚴重磨損。以蒸發量35/h的循環流化床鍋爐為例，最大磨損速率高達1.2mm/kh。

2.埋管管束結構布置影響

（1）管束布置中，底排距風帽小孔的距離L 對其磨損的影響。對管束布置而言，距離L的變化對底排管磨損的影響最大。L的增大意味著管束底部無埋管區的氣泡自上升行程變大，使氣泡到達底排管時，得到充分地長大和加速，且氣泡在上升過程中伴隨著趨于床層中心的橫向運行，造成磨損。

（2）管束布置中，管子的安裝傾角對其的影響。上升的氣泡容易附著在傾斜或垂直的管件表面，并沿表面迅速向上滑移，形成氣泡在床層中的短路效應，造成管路的彎頭和與垂直管件的橫埋管磨損嚴重。

三、埋管的防磨技術

國內外的研究人員對埋管的防磨技術進行了許多切實可行的研究，采取了諸如選用合適的防磨材料、磨損部件結構合理設計，金屬表面特殊處理等技術。

1.埋管受熱面防磨鰭片

防磨鰭片用于埋管受熱面是一種簡單而有效的防磨方法，在我國普遍采用，如圖1。它的作用既能阻礙氣泡與埋管表面的直接接觸，減輕氣泡尾渦粒子對表面的沖擊，又能隔斷顆粒沿表面的滑動，導致埋管表面的顆粒流化強度減弱，部分地消除了表面的周期性氣隙現象及由此產生的錘擊效應。

2.對埋管管子表面進行特殊處理

金屬表面處理技術包括熱噴涂、熱處理、電鍍等。其中熱噴涂是一項有效的防磨措施，涂層的硬度較基體的硬度更大，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，且氧化層與基體的結合更牢。

熱噴涂技術是一種材料表面保護和強化的新技術，它是以氣體、液體燃料以及電弧、等離子弧作熱源，將金屬、合金、陶瓷、金屬陶瓷、塑料等粉末或絲材、棒材加熱到融化或半熔融狀態，借助于推力或壓縮空氣噴射而粘附到預先經過表面處理的工件表面形成涂層，賦予工件以耐磨、耐蝕、抗高溫、耐氧化、隔熱、絕緣等特性，以達到提高工件性能，延長設備使用壽命的一種技術。按熱源的種類可分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂。常用熱噴涂方法的技術特性和技術指標對比見表1。受限于作業空間，金屬表面處理技術，不能應用于鍋爐檢修中，只能用于埋管安裝前的處理。循環流化床檢修都有一定的檢修節點和計劃安排，怎樣在受限的空間作業范圍內，保證完成埋管的防磨檢修及質量標準，成為目前急需解決的關鍵問題。根據循環流化床鍋爐埋管的磨損周期，并結合實際檢修經驗，設計出一套組合式防磨技術，如圖2 所示。

圖1

圖2

表1 常用熱噴涂方法的技術特性和技術指標對比

近年來隨著熱噴涂技術的深入研究與應用，不斷推出新的熱噴涂設備和材料，鍋爐埋管安裝前，對埋管進行表面噴涂有一定的防磨效果。

3.組合式防磨技術

因埋管與副床的間距空間較小，橫向節距、縱向節距較小，

采用帶有弧度的防磨瓦，厚度一般為3mm，長度200～300mm，在防磨瓦的一端內側和另一端外側制作成30°的坡口，依次銜接，點焊在埋管鰭片上，為防止熱膨脹導致防磨瓦脫落，在防磨瓦中部位置加一圓鋼，以固定防磨瓦。這樣能夠在受限的空間內進行施工，縮短檢修周期。例如：兩臺JG-35/3.82-M 循環流化床鍋爐埋管磨損速率較大，埋管的使用壽命為12～18個月，埋管的最大磨損量＜40%，一旦超標必須更換，否則存在著極大的安全風險。更換一次埋管需花費材料及更換安裝施工總費用60萬元，拆卸及安裝時間較長，制約著鍋爐的長周期穩定運行。采用組合式防磨技術，投資費用低，可使埋管的使用壽命周期提高至30個月以上（依據實際測量數據每6個月埋管壁厚磨損量為1.2mm，建議防磨瓦每六個月更換一次），是一種切實可行的埋管防磨技術。