循環流化床鍋爐水冷壁磨損及過熱分析和預防

摘 要：本文主要是探討分析循環流化床鍋爐水冷壁磨損及過熱分析和預防。按照實際案例進行分析，闡述水冷壁磨損和過熱的原因，在分析之后采取相應的解決處理措施，顯著延長鍋爐的運行時間，效果良好。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐水冷壁；磨損；過熱分析

中圖分類號：TK229.6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0174-02

循環流化床鍋爐具有較廣的應用范圍，不會對環境造成較大的污染，工作效率高，便于調節，能夠將爐渣進行循環綜合利用，尤其體現在環保優勢上，在熱電聯產項目和電站上得以廣泛應用。

1 機組概況

某熱電廠一期2×300MW燃煤空冷機組工程使用單爐膛鍋爐，該鍋爐屬于亞臨界壓力，一次中間再熱，自然循環，氣冷式旋風分離器，單爐膛，平衡通風，循環流化燃燒，燃煤，固態排渣，鋼架為雙排柱鋼，全懸吊結構。

循環流化床鍋爐屬于室內燃燒，氣固兩相流的流動模式為固體粒子和中心區的氣體向上，周邊四壁區的固體粒子向下流動，這樣就能夠形成環核流動模型。四壁區和中心區之間的固體粒子在向下和向上流動期間會出現橫向的主相交換，從下至上逐漸減弱，在過渡區和燃燒室下部的粒子交換顯著強烈于燃燒室上部。燃燒室內部粒子密度也屬于下部大，中間為過渡段，在該段當中粒子密度變化比較大，上部比較小。從固體粒子大小分布角度進行分析能夠看出，燃燒室內上部粒子粒徑比較小，中部為過度區，下部粒子粒徑比較大。循環流化床鍋爐燃燒室內部粒子密度，流動模式以及粒度等會直接影響水冷壁的磨損情況。對于循環流化床鍋爐特殊的上燃燒方式來說，需要提前預防水冷壁的磨損狀況，全面確保機制運行穩定性?；谝陨习l展現狀，該熱電廠采取各項有效措施并獲得了顯著效果。

2 預防循環流化床鍋爐水冷壁磨損的有效措施

由于循環流化床鍋爐存在特殊的流態化燃燒方式，因此嚴重沖刷水冷壁，導致其出現磨損現象，從而發生爆管現象。循環流化床鍋爐磨損屬于磨料顆粒的機械作用，因此磨損程度與磨粒的大小，相對硬度，形狀有較大關聯，并且密切聯系著磨粒和被磨表面的力學性能。全面降低磨粒磨損通常都是通過提升材料抗磨性能以及避免磨粒進入到摩擦表面。

循環流化床鍋爐水冷壁管的磨損機理與煤粉爐存在較大差異性：①大量固體顆粒和煙氣在上升期間會沖刷水冷壁管；②由于循環流化床鍋爐存在內循環作用，導致固體顆粒會沿著爐膛四壁回落，強烈沖刷水冷壁管，尤其體現在耐火材料層和水冷壁過渡段的凸起位置，由于不存在上行氣流，沿著水冷壁管的固體顆粒會形成渦流，刨削局部水冷壁管。為了全面降低管壁磨損情況，需要從以下措施進行預防。

2.1 防磨噴涂技術

由于燃燒室過渡段沿著壁管下流的固體物料與顱內向上運行的物料具有相反的運動方向，因此在局部地區會出現窩旋流，改變交接區的流動方向。因此使用防磨噴涂技術能夠有效避免過渡段受熱面磨損。該種技術主要是應用雙層涂層構成復合防護層，工作層材料為金屬合金絲材質，該種材質耐磨損沖刷，具有良好的抗高溫，耐熱腐蝕以及抗氧化等作用，面層主要是應用高溫耐磨腐蝕專用封孔劑封孔，需要在面層邊緣處理設置過渡段，將非涂層和涂層之間進行平滑過渡，不出現凹凸平臺，表1為主要技術指標。

2.2 焊接工藝

爐膛受熱面部分在實際運行期間會出現切削磨損現象，若沒有將壁管的焊縫進行打磨處理，將會導致焊縫出現磨損情況。在安裝鍋爐期間，施工人員需要全面根據母材和焊口齊平等工藝要求，全面打磨鰭片焊口和受熱面焊口等，在打磨處理完成之后需要進行滲油試驗，防止形成渦流磨損導致爆管現象。

2.3 增設多級防磨梁

通常情況下，物料對管壁的磨損速度與其粒度，密度以及速度等存在關聯性，如下式所示：

在以上公式當中，E表示磨損速率；dp表示固體粒子直徑；C表示煙氣中固體粒子流量，Vnp表示煙氣中粒子加速度；K表示比例常數；g表示重力加速度；t表示運行時間。

因此能夠看出，固體粒子速度的n次方與鍋爐受熱面成正比關系，與比例常數成正比關系，比例常數能夠直接影響床料顆粒形狀和密度灰的成分，比例常數主要是利用實際試驗確定；鍋爐受熱面與粒子直徑和流量成正比關系。

2.4 控制風量

影響鍋爐內磨損的主要因素在于煙氣流速，煙氣流速的3次方與磨損量之間成正比關系。煙氣流速能夠對沖擊到爐內壁灰粒量和流動飛灰造成直接影響。如果一次風量比較大，將會顯著提升磨損量。二次風量比較大也劇烈擾動爐內燃燒情況，也會相應提升水冷壁的磨損量。循環流化床鍋爐的運行屬于流態化的高溫物料懸浮燃燒，風量大小將對鍋爐運行安全性造成直接影響。

所以需要在確保床料全面流化前提下全面減少一次風量，在維持氧量的前提下需要對二次風量進行全面調整，還需要與上下二次風量進行合理搭配，確保富余空氣量。減少低密度區域的高度能夠延長燃煤顆粒的爐內時間，顯著降低對水冷壁管的沖刷，減少飛灰含碳量。按照負荷變化情況需要合理選擇床層差壓，煙氣流速以及床層密度等，加強旋風分離器分開效果。

2.5 控制入爐煤的粒度和煤質

盡管循環流化床鍋爐具有廣泛的燃煤適應性，因此可以應用劣質煤，然而由于使用劣質煤將會出現較大比重的煤質，提升使用風量，增加磨損影響。其次，由于劣質煤當中存在較多煤灰分，會增加燃煤量，提升煙氣當中飛灰濃度，逐漸加強對水冷壁管的切削影響，提升磨損程度。循環流化床鍋爐的燃燒方式較為特殊，固體物料密度為煤粉爐的上百倍。因此需要加強管理煤質量，進行煤質試驗，控制煤的篩分粒度。

2.6 優化爐內澆注料

為了避免爐膛出口處出現氣流轉向對水冷壁管造成磨損，需要將耐火材料設置在出口處，將耐磨耐火涂料涂抹在耐火襯里表面進行防磨處理。耐磨耐火涂料主要是應用超微粉，強膠凝固粘合劑等通過中溫燒結技術，加水均勻攪拌之后直接涂抹施工。在常溫條件下固化之后需要結合耐磨耐火襯里表面，將耐磨值控制在5CC以內，能夠在1300℃以上溫度沖擊下不開裂脫落。該工藝能夠有效修復循環流化床鍋爐的耐磨襯里，能夠將其表面修復如新。

循環流化床內的固體顆粒密度能夠呈環形流特點，沿著床層截面能夠分為，邊壁中心區域的低密度顆粒主體上升和附近的高密度顆粒主下行，這樣就能夠形成環-核兩區流動模式。

顆粒流比較高的下降流動速度會嚴重磨損水冷壁面，特別體現在過渡段，因此在預防期間需要使用增設多級防磨梁的方案進行。該防磨技術的優勢主要體現在多級磨凸臺會減緩爐膛沿壁流的顆粒和速度，能夠全面解決水冷壁磨損根源，具有顯著的防磨效果，便于安裝和操作，能夠在較短時間內完成檢修，成本不高，并且不需要大量改造爐膛水冷壁，可靠運行，便于檢修。下圖為安裝了防磨梁防磨裝置之后爐膛沿壁流的顆粒密度和速度出現顯著改變效果，能夠從根本上解決磨損根源，避免造成較大損失。

3 結束語

綜上所述，該熱電廠在檢修循環流化床鍋爐時應用各項有效措施，通過防磨噴涂技術，焊接工藝，控制入爐煤的粒度和煤質等措施全面降低水冷壁磨損情況，在經過兩年運行之后，效果良好，全面提升該熱電廠的經濟效益。

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收稿日期：2018-3-12

作者簡介：李永?。?986-），男，瑤族，助理工程師，本科，主要從事集控運行工作。