淺議鍋爐水冷壁磨損的原因及預防措施

劉玉杰

摘 要：通過介紹鍋爐水冷壁的基本構造、作用、分類，進而分析了鍋爐水冷壁管主要磨損的原因，最后提出了改進措施。

關鍵詞：鍋爐水冷壁；磨損；改進措施

1 鍋爐水冷壁的基本構造及作用

布置在鍋爐爐膛內壁面上主要用水冷卻的受熱面，稱為水冷壁。水冷壁是鍋爐的主要受熱部分，它由數排鋼管組成，分布于鍋爐爐膛的四周。它的內部為流動的水或蒸汽，外界接受鍋爐爐膛的火焰的熱量。水冷壁的主要作用是：①吸收爐內輻射熱，將水加熱成飽和蒸汽；②保護爐墻，簡化爐墻結構，減輕爐墻重量，這主要是由于水冷壁吸收爐內輻射熱，使爐墻溫度降低的緣故；③吸收爐內熱量，把煙氣冷卻到爐膛出口所允許的溫度，這對減輕爐內結渣、防止爐膛出口結渣都是有利的；④水冷壁在爐內高溫下吸收輻射熱，傳熱效果好，故能降低鍋爐鋼材消耗量及鍋爐造價。

2 鍋爐水冷壁的分類

水冷壁根據其外形，分為光管式水冷壁和膜式水冷壁兩種。現代鍋爐廣泛采用膜式水冷壁，其主要優點是：①膜式水冷壁將爐膛內壁面全部為金屬表面所覆蓋，吸熱能力大為提高；②爐膛內壁為金屬表面覆蓋，爐墻不直接受輻射熱，溫度較低，從而可簡化爐墻結構，減輕爐墻重量；③膜式水冷壁具有良好的氣密性，使爐膛漏風量大為減小，從而提高運行經濟性；④膜式水冷壁不易結渣，即便結了渣，在鍋爐負荷變化時，由于水冷壁溫度變化引起脹縮，使結渣易于掉下。

3 現代鍋爐爐膛鍋爐水冷壁的分布

現代鍋爐爐膛四周都布滿水冷壁，且每側墻又分成若干組（管屏）并聯。其主要原因是：現代鍋爐爐膛寬度、深度尺寸都較大，爐內溫度分布很難均勻，熱負荷差異較大。水冷壁做成較窄的管屏后，每組并聯管數較少（一般為30根左右），這樣同一循環回路的管子吸熱情況比較一致，即熱偏差較小，對保證水循環安全有利。現在鍋爐每側墻分為3～5個循環回路，容量大時循環回路數更多。另外，從結構上考慮，做成較窄的管屏，便于組合安裝，也便于解決水冷壁的橫向膨脹及密封問題。

4 鍋爐水冷壁管的磨損原因

鍋爐水冷壁管的磨損主要集中在三個區域：爐膛下部衛燃帶與水冷壁管過渡區域管壁的磨損；爐膛四周角落區域管壁的磨損；不規則區域管壁的磨損。

4.1爐膛下部衛燃帶與水冷壁管衛燃帶過渡區域的磨損 該磨損區域從衛燃帶延伸至水冷壁管以上500mm左右。

其磨損機理有兩個：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產生流動方向的改變，產生對水冷壁管的沖刷。

4.2爐膛角落區域水冷壁磨損 在爐膛角落區域水冷壁磨損比較嚴重，其原因可能是角落區域內沿壁面向下流動的固體物料濃度比較高，同時流動狀況也受到破壞。

4.3不規則區域管壁的磨損 不規則管壁包括穿墻管，爐墻開孔處的彎管、管壁上焊縫、管壁間的鰭片焊縫不平整以及有關安裝剩余的鐵件等。

4.4一般水冷壁管的磨損 一般水冷壁管的磨損雖然普遍存在，停爐檢查時也發現管壁被磨損的光亮，但年磨損量較小，屬于均勻磨損。

5 鍋爐水冷壁管防磨損的措施

針對上述水冷壁管的磨損原因，可采取以下防磨對策：

5.1水冷壁管衛燃帶交接處的防磨對策 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，因此在水冷壁管上加焊擋板（在擋板上下亦可澆注耐火耐磨材料）以阻止向下流動的固體物料，可達到水冷壁管防磨的目的。運行表明，采用此種措施后水冷壁管的磨損大大減輕。第二種防磨方法是改變水冷壁管的幾何形狀，耐火耐磨材料結合簡易彎管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，消除了易磨區。第三種防磨方法可配合上述兩種方法進行，即對易磨區的水冷壁管進行防磨噴涂，這種方法也可單獨進行。目前運行的循環流化床鍋爐幾乎都對此易磨區進行了防磨噴涂。

5.2爐膛角落區域水冷壁管的防磨對策 爐膛角落區域水冷壁管的磨損也相當嚴重，特別是由于安裝原因，造成密封鰭片的上下重疊，凹凸不平，運行中不僅磨損鰭片也沖刷管壁。此處防磨的最有效措施是將角落的鰭片焊上銷釘，澆注上耐火耐磨材料。

5.3不規則區域管壁的防磨對策 不規則水冷壁管的磨損和爆管僅次于爐膛下部衛燃帶與水冷壁管過渡區域壁管的磨損和爆管。由于壓力測孔，入孔等處的水冷壁管不規則，氣、固兩相流很容易在此處造成渦流沖刷和磨損。如不采取措施，一般在運行3000 h后，就會發生嚴重的磨損和爆管。為此采用噴涂硬質合金或澆注耐磨耐火澆注料的方式來達到防磨的目的。

5.4一般水冷壁管的防磨對策 目前尚未發現爐膛水冷壁管直管嚴重磨損的情況，一般僅發現水冷壁管被磨亮。此區域水冷壁管的防磨，要從運行方面調整，在確保流化風量和氧量的前提下，盡量降低流化風量，爐膛出口負壓不要過大；其次要從入爐煤粒度入手，確保循環流化床鍋爐的給煤粒度要求，粒度減小后，不僅可以減少用電量，減輕鍋爐磨損，同時也可以提高床溫并能降低灰渣可燃物。

6 結束語

由于鍋爐水冷壁管是鍋爐的主要受熱面，因而其磨損也是鍋爐受熱面磨損最嚴重的部位之一，而且隨著鍋爐運行時間加長，鍋爐水冷壁管磨損問題越突出。為了提高鍋爐的熱效率、延長鍋爐的使用壽命，我們要采取措施盡可能減少和避免磨損，延緩鍋爐運行周期，減少非計劃停爐次數。如何在鍋爐安全與經濟運行之間選擇最佳運行工況，有待于在今后的鍋爐運行過程中，不斷進行分析，總結經驗，提高鍋爐水冷壁管磨損控制和預防水平，實現鍋爐安全、經濟運行。endprint