循環流化床鍋爐水冷壁的磨損原因分析及防磨措施

李輝

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

1 爐內水冷壁磨損的主要原因

1．1 爐膛下部衛燃帶和水冷壁管過渡區域管壁的磨損原因

通過相關的試驗研究，專家和學者證明在循環流化床爐膛水冷壁周圍有高濃度的下行的物料流,位置越靠下料層厚度和密度就越大。盡管下降的物料流能夠沖刷水冷壁,但因為實際的運行方向和表面處于平行的狀態，能夠在一定程度上降低產生的磨損。當貼壁下行的物料流被衛燃阻擋，轉變實際的運行方向后,被爐內密相區上升的氣流和物料托起而形成禍流。

1．2 不規則區域管壁的磨損原因

水冷壁的不規則區域主要是指爐壁的開口，爐出口附近和管壁上的焊縫。圖1顯示穿過墻壁的磨損要大于水墻的磨損，這主要是由于不規則墻壁引起的局部流動力的大擾動。一般情況下，壁孔下部的肘部磨損比上部更嚴重，主要是粘附材料向下流向肘部造成的沖擊導致的。經驗表明，水墻內表面上的小凸起會導致凸起點和周圍水冷壁管嚴重磨損，直到凸起點變平。水冷壁和爐頂出口附近爐頂受熱面的磨損主要是由于氣固兩相流離開爐子，大顆粒物料是分離和混凝土，甩向受熱面導致的。

圖1

1．3 爐膛角落的管壁磨損原因

在爐膛四角區域的水冷壁上產生的磨損比較嚴重,主要是因為和平壁表面比較，在直角區域匯集的上升氣流比較低，沿壁面向下流動的固體物料濃度高、速度大；除此之外,在角部區域。顆粒碰撞金屬表面產生沖擊磨損的幾率比較大。

2 對于磨損產生影響的因素

2．1 實際的運行參數

床溫的變化對于金屬表面耐磨性產生的影響比較大，主要是因為不同的溫度狀態下，在金屬表面形成的氧化膜厚度、硬度是不同的。同時形成的氧化膜的硬度要高于金屬的硬度，對于固體顆粒的流動方向進行了限制，導致煙氣流速對磨損有重要影響。

2．2 熱面布置

在循環流化床爐中因材料顆粒的沖刷度，不同位置會具有一定的差別。因為爐子出口處的氣流轉動造成了材料顆粒的分離，一般情況下在水冷壁上產生的磨損會比較嚴重。在帶有旋風分離器的循環流化床鍋爐中，水冷壁和爐壁出口附近的側壁和管道頂部通常磨損要更嚴重，只有面向風的側面磨損。在爐膛的水冷空氣分配板和密相區周圍的水冷壁內表面，因為有耐火材料的保護，物料流對于水冷壁不會產生直接的影響。爐壁上穿過水冷壁觀察墻，防爆門等的管道要放置在爐外，因為爐子內部沒有突出部分，如果放置在內部就會造成磨損。

2．3 物料特性

顆粒粒徑和濃度對于產生的磨損粒子濃度有很大的影響，當粒子濃度高時，材料也具有一定的耐磨性。這種形勢隨著粒徑的增加而更加突出。顆粒的表面硬度和材料的耐磨性具有直接的關聯。在材料顆粒進入爐子后，在表面上形成薄膜，并且硬度遠高于燃料本身的硬度。不同的化學組成對顆粒表面層的性質具有不同的影響，導致顆粒破碎和硬度的差別。通過試驗分析證明，具有高含量Si、Al的床料比具有較高含量Ca、S的床料更具磨蝕性。材料特性取決于起動床和燃料。進入爐子和起動床的煤的粒度形狀、硬度、化學組成等將影響床料的磨損。灰粒具有高硬度和鋒利的邊緣，在水冷壁上有嚴重的磨損。

3 降低磨損的措施

3．1 實際運行方面

（1）有效降低煙氣流速。在考慮進入到鍋爐中空氣量的基礎上，為了降低磨損加熱表面，對于過量空氣量就要進行合理的控制，保持最佳的過量氧氣。首先，確保床料完全流化的前提下，要使產生的一次風量盡量降低。它不僅影響了煙氣的流速，同時循環材料的濃度和粒徑也受到一定的影響。因此，對于鍋爐確定最小流化空氣量前要進行流體質量測試。除此之外，要維持鍋爐中的氧氣量，對于產生的二次空氣量也要進行一定程度的調節，保證符合基本要求。鍋爐在運行的過程中，不僅要考慮產生的磨損，對于空氣量也要進行控制，保證運行的經濟和安全性。鍋爐運行過程中產生的損失是不可避免的，在這之中，損失最大的就是由于廢熱引起的。對于供氣進行合理的調節能夠有效的降低磨損產生的可能性，同時對于鍋爐運行的效率和質量進行保證，能夠進行安全燃燒。對于鍋爐工況的最佳值要通過冷熱試驗進行確定，要規范工人的基本操作，保證安全。

（2）對于物料濃度和顆粒進行控制。通過減少一次風量，縮減爐壓差，保證煤和床料在合理的尺寸內，達到控制材料濃度的目的。在運行鍋爐的過程中，對于產生的爐壓差可以通過風量測試進行調節。一般情況下，爐壓差應控制在0.3和6.0kPa之間；根據不同的載荷保持不同的爐壓差，當壓差過大時可以釋放壓差。應確定和測試對照床的粒徑，并應建立煤控制，初級控制，精細粉碎控制和煤粒度篩選系統等措施，控制煤炭的顆粒程度。除此之外，為了合理的控制床料的顆粒度可以通過停機處理，對于床料進行更換。

（3）運用低磨損燃料和床料。對于鍋爐燃燒的煤種進行合理的選擇。首先，為了符合鍋爐實際的設計要求，對于運用的煤質要進行化驗處理，合理的控制加煤的矸石含量、篩分粒度、原煤可磨性系數、入爐煤粒徑；其次對于碎煤機錘頭間隙依據實際工作的情況進行一定程度的調整,在用煤總量中通過相關措施降低大顆粒的數量和占據比例。對于啟動床料進行選取的過程中，對于煤料要進行取樣篩分，保證顆粒符合床料粒度級配比要求。在啟動床料的選用上，一般是爐渣或河沙,但不同成分床料在硬度上有一定差別的。

3．2 設備治理與改造

（1）增加衛燃帶高度。循環流化床鍋爐磨損問題的最突出部分位于耐火材料和光管的水壁間。增加衛燃帶的高度能夠使壁管的磨損度在一定程度上降低。在耐火凸臺附近沿壁向下流動的固體材料的流速降低，并且壁磨損也更輕。例如，發電廠的循環流化床鍋爐嚴重磨損的區域在耐火凸臺的上部為150～200mm，水壁的四個角和中間水冷隔板附近的區域墻特別嚴重。在耐火材料抗磨材料的高度增加300mm后，水壁磨損明顯有所下降。

（2）改變水冷壁管的幾何形狀。通過對于水冷壁的幾何形狀進行改變，能夠上部水冷壁管和衛燃帶區域處于平直的狀態,對于耐火材料產生磨損的原因能夠進行說明。能夠在一定程度上降低產生的局部磨損。在50～100MW CFB鍋爐的設計上，衛燃帶上部區域防磨措施，如圖4(b)所示。衛燃帶一般由高密度針固定塑料制成，水冷壁與耐火材料交叉處的管結構使粘附材料流入密相區而不被堵塞。通過這種方式，拆除澆注料施工的模板后，對于澆注料和彎管的上部薄膜壁形成的過渡是否平滑要進行檢查，在澆筑的材料沒有硬化前對于產生的棱角要及時的進行修復和處理。

（3）對于水冷壁易磨損區域的動力學特性進行改變。應用于135MW CFB鍋爐的專利技術，是一種主動多階式防磨技術。這種方式主要是通過銷釘將澆注料在水冷壁上進行固定，沿水冷壁的高度方向以一定間隔水平或傾斜的多通道梁形成粘附在爐子上的材料流。抗磨損原理是通過多級凸臺來阻止材料流動下降，使其失去因為落下高度而累積的速度，并降低粘附流的顆粒濃度，減少在金屬表面產生的磨損。因為這項技術一般適用于大同熱電廠135MW機組，產生的防磨效果比較突出。

4 結語

循環流化床鍋爐水冷壁產生磨損是比較常見事故,對于鍋爐運行的安全在一定程度上造成了影響，同時限制了循環流化床鍋爐發揮自己的功能和特點，從企業的角度上來說，造成了比較大的經濟損失。但循環流化床鍋爐產生磨損是多項影響因素綜合在一起產生的問題，為了有效的解決和處理，就要從項目的論證入手，對于鍋爐的設計方式，維修和管理的形式進行綜合考慮。文章中涉及到的水冷壁產生磨損的問題，是針對一般情況而言的，目的是為了重要關注循環流化床鍋爐磨損問題，有比較深刻的認識。