循環流化床鍋爐受熱面磨損研究

姬暉

（山西西山熱電有限責任公司，山西太原030022）

引言

循環流化床鍋爐運行時其受熱面磨損嚴重，常出現泄漏停爐等問題，爐內受熱面磨損占據了很大比重，同時也是影響機組安全運行的重要方面。從影響鍋爐內部磨損的因素來看，具體體現為燃料與床料特性、磨損時間、沖刷角度等。CFB鍋爐磨損還與運行維護、設計結構、處理方案有關，所以要從多方面分析磨損原因，再制定有效地解決方案。

1 循環流化床受熱面磨損機理

在高倍率與高循環流化床鍋爐中，氣與固相流滑移速度很大。對于爐膛內部風速較大，而在爐壁周邊，流化風速較小，在顆粒團緊隨氣流網上運動的同時，顆粒也會向上聚集，沿著爐壁往下流動，最終形成典型的CFB鍋爐力學結構。在爐壁周邊形成向下物料，并以加厚的濃度質量進行回流。在CFB鍋爐中，顆粒濃度呈下高上低狀態，越往爐膛下方靠近，顆粒的直徑越大，濃度越高。在爐膛高度變化的同時，顆粒直徑與濃度以反比呈現，下部磨損率明顯超過稀相區。而爐壁磨損和物料回流有直接關系。爐壁垂直平滑時，通常只出現地應力滑動磨損，磨損率不高，危害小。局部磨損是釀成回流磨損的主要原因，有很大危害，同時也是鍋爐泄露的根本原因。大部分局部磨損都是受熱面結構所致，在爐膛壁面回流期間，若遇到凸臺與局部障礙物，則很可能改變顆粒流動，讓顆粒分到障礙物兩端，并對管材進行磨損沖刷；或者顆粒反彈到凸臺，少數顆粒到達水冷壁管，對管壁進行正撞擊與斜沖刷。磨損程度和凸臺大小、障礙物形狀有極大關系，凸臺越大，說明大顆粒的反彈率越高，磨損面積越大，相反，磨損范圍越小，而超過凸臺尺寸的顆粒反映很微小，大顆粒反彈率很低，通常會沿著凸臺滾動。直徑低于凸臺高度的顆粒會出現反彈與分流，當母材被影響后，磨損就開始向管壁母材靠近，而被磨損的區域開始變薄，并增大凸臺。在磨損增加的同時，凸臺厚度與大尺寸顆粒都會增加，并在惡性循環的過程中，逐漸破壞母材強度[1]。

2 循環流化床鍋爐受熱面磨損原因

2.1 結構原因

從當前循環流化床鍋爐反饋的信息來看，受熱面磨損的原因主要分為兩種：第一，局部磨損，即點磨損；第二，區域性磨損，即面磨損。在局部磨損中，與結構有著直接關系。膜式爐壁、光滑程度都會影響磨損程度，任一傾斜都可能對壁面、管屏構成磨損[2]。即使是一個很小的爐壁凸臺，顆粒也會對其造成反彈，最后使爐壁磨損。從現場反饋的信息來看：大部分磨損都出現在受熱面開孔、穿墻管、水冷壁、彎管與不規則的焊瘤、焊縫、急轉彎等區域，這些都是局部磨損的原因，其不止是結構設計問題，也屬于質量問題。

例如：部分鍋爐在水冷壁與爐膛下部澆筑區域，結構設計欠佳（如下頁圖1-1與2-1所示），使澆筑材料上部水冷壁的磨損非常嚴重，通過使用改進措施（如下頁圖1-2與2-2所示），有效地避免了回流反彈，同時也消除了磨損，具有很好的效果。部分CFB鍋爐因穿墻管區域密封設計不佳，內部使用輕質保溫材料，一旦爐內物料被掏空，水冷壁就會遭到磨損，用耐磨耐火材料進行澆筑填充，以此來提高密封盒的防磨性能；維護質量不達標，讓水冷壁現場出現不規則焊縫；堆焊后沒有及時處理好，使其出現局部磨損，從而使水冷壁出現泄漏故障。

從區域磨損的角度來看，通常發生于爐內受熱面區域，具體如：爐膛出口轉向迎風面、爐壁四角、變形彎曲后的管屏等，這種磨損和結構有著直接關系。爐壁四周的物料質量濃度很大，類似于兩個避免物料濃度的重合，且很容易改變流動狀態，最后出現磨損。而CFB鍋爐的進煤口與返料口都在爐膛后墻區域，出口煙窗在爐膛后墻，屏式受熱多偏向前墻，這也讓爐膛后墻物料質量明顯高于前墻，在較大的物料回流量影響下，后墻爐壁沖刷與磨損非常嚴重。爐內受熱面磨損，通常是管屏膨脹引發的不規則變形，讓本就平直的管子彎曲，磨損通常出現在彎曲弓形區域，屏式受熱多出現在偏向前墻的區域，使爐膛后墻物料逐漸升高。

圖2 爐壁改進前后對比圖（二）

2.2 運行因素

循環流化床鍋爐受熱面磨損除了與內部結構有關，還受運行因素影響，雖然普通因素不會帶來嚴重的磨損，但下列運行因素則會造成區域性磨損。

長期超床會加速受熱面磨損，CFB鍋爐床壓是物料高度與密度的表現，床壓越高，密相層越大；床壓越小，密相層越小。一旦超出正常床壓范圍，密相層就會增加，從而增加爐膛受熱磨損[3]。在長時間超床壓運行期間，也會增加磨損程度。長期超負荷、超煤量運行也會增加爐內磨損，煤量大小和鍋爐效率、熱負荷有直接關系，同負荷下的鍋爐變化不大。煤量與煤質有直接關系，煤質越大，入爐煤量就越大，物料濃度與磨損就越大。

3 控制循環流化床鍋爐磨損方案

在現實工作中，針對防爆防磨問題可以使用多種有效方案，如：改進工藝、增強安全檢查、優化熱風控制等，其中，最有效的方式是改善鍋爐工藝[4]。

熱噴技術是專門針對材料表層的新技術，它將液體燃燒、氣體、電弧等作為熱源，讓陶瓷、金融、塑料、合金加熱到半熔融與融化狀態，利用壓縮空氣與火焰推力進行噴射形成涂層，從而賦予耐磨、隔熱、抗高溫、耐腐蝕、抗氧化等特性，不斷改善工作性能、延長設備使用周期。根據電廠流化床鍋爐反饋的實情，考慮到噴涂效率與成本，使用超高音速電弧噴涂，已得到了很好的防腐、防磨效果。

在確保床溫與床壓的情況下，減小一次風速與風量。當一次風速與風量得到控制后，煙氣流速就會減小。雖然固體床料與煙氣流速不等，但固體床料需要依賴煙氣流速，所以煙氣流速越小，固體床料速度就越小，使用有效措施減小流化床鍋爐尾部煙氣濃度，控制磨損[5]。

在爐膛設計中，截面積不能太小。當總風量一定時，爐膛截面積越小，說明爐膛風速與流化風速越大，磨損嚴重。就磨損的層面來看，使用軟媒比硬煤更能減小磨損。從設計的領域來看，爐型與煤種對應，所以鍋爐運行必須在確保粒徑設計范圍與煤質的情況下，控制好粒徑與石灰石品質，同時去除原煤中的鐵塊與石塊。以定態設計理念為出發點，適量減小床儲量。

4 結語

為了減輕循環流化床鍋爐受熱面的磨損，必須從施工、設計到運行高度重視，在確保循環流化床鍋爐安全運行的同時，發揮循環流化床技術優勢，降低鍋爐維修費用。

[1]黃衛，劉文賀.循環流化床鍋爐磨損機理分析與防磨措施[J].煤礦現代化，2010（3）：90-92.

[2]王曉霞，陳志偉，高少娟，等.循環流化床鍋爐受熱面磨損成因及對策[J].煤氣與熱力，2011，31（10）：5-7.

[3]胡昌華.外置床受熱面防磨技術及應用[J].中國電力，2013，46（9）：12-15；20.

[4]劉蕊.220 t/h循環流化床鍋爐爐內受熱面磨損的探討[J].中國科技博覽，2011（36）：408.

[5]劉國強，蘆利華，張愛霞，等.淺談130 t循環流化床鍋爐防磨[C]//全國電力行業CFB機組技術交流服務協作網技術交流會論文集，2010：25-28.