循環(huán)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(nèi)水冷壁磨損的主要原因

1．1 爐膛下部衛(wèi)燃帶和水冷壁管過渡區(qū)域管壁的磨損原因

通過相關(guān)的試驗(yàn)研究，專家和學(xué)者證明在循環(huán)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?yàn)閷?shí)際的運(yùn)行方向和表面處于平行的狀態(tài)，能夠在一定程度上降低產(chǎn)生的磨損。當(dāng)貼壁下行的物料流被衛(wèi)燃阻擋，轉(zhuǎn)變實(shí)際的運(yùn)行方向后,被爐內(nèi)密相區(qū)上升的氣流和物料托起而形成禍流。

1．2 不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損原因

水冷壁的不規(guī)則區(qū)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(guī)則墻壁引起的局部流動(dòng)力的大擾動(dòng)。一般情況下，壁孔下部的肘部磨損比上部更嚴(yán)重，主要是粘附材料向下流向肘部造成的沖擊導(dǎo)致的。經(jīng)驗(yàn)表明，水墻內(nèi)表面上的小凸起會(huì)導(dǎo)致凸起點(diǎn)和周圍水冷壁管嚴(yán)重磨損，直到凸起點(diǎn)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(dǎo)致的。

圖1

1．3 爐膛角落的管壁磨損原因

在爐膛四角區(qū)域的水冷壁上產(chǎn)生的磨損比較嚴(yán)重,主要是因?yàn)楹推奖诒砻姹容^，在直角區(qū)域匯集的上升氣流比較低，沿壁面向下流動(dòng)的固體物料濃度高、速度大；除此之外,在角部區(qū)域。顆粒碰撞金屬表面產(chǎn)生沖擊磨損的幾率比較大。

2 對于磨損產(chǎn)生影響的因素

2．1 實(shí)際的運(yùn)行參數(shù)

床溫的變化對于金屬表面耐磨性產(chǎn)生的影響比較大，主要是因?yàn)椴煌臏囟葼顟B(tài)下，在金屬表面形成的氧化膜厚度、硬度是不同的。同時(shí)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(dòng)方向進(jìn)行了限制，導(dǎo)致煙氣流速對磨損有重要影響。

2．2 熱面布置

在循環(huán)流化床爐中因材料顆粒的沖刷度，不同位置會(huì)具有一定的差別。因?yàn)闋t子出口處的氣流轉(zhuǎn)動(dòng)造成了材料顆粒的分離，一般情況下在水冷壁上產(chǎn)生的磨損會(huì)比較嚴(yán)重。在帶有旋風(fēng)分離器的循環(huán)流化床鍋爐中，水冷壁和爐壁出口附近的側(cè)壁和管道頂部通常磨損要更嚴(yán)重，只有面向風(fēng)的側(cè)面磨損。在爐膛的水冷空氣分配板和密相區(qū)周圍的水冷壁內(nèi)表面，因?yàn)橛心突鸩牧系谋Ｗo(hù)，物料流對于水冷壁不會(huì)產(chǎn)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?yàn)闋t子內(nèi)部沒有突出部分，如果放置在內(nèi)部就會(huì)造成磨損。

2．3 物料特性

顆粒粒徑和濃度對于產(chǎn)生的磨損粒子濃度有很大的影響，當(dāng)粒子濃度高時(shí)，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(guān)聯(lián)。在材料顆粒進(jìn)入爐子后，在表面上形成薄膜，并且硬度遠(yuǎn)高于燃料本身的硬度。不同的化學(xué)組成對顆粒表面層的性質(zhì)具有不同的影響，導(dǎo)致顆粒破碎和硬度的差別。通過試驗(yàn)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(dòng)床和燃料。進(jìn)入爐子和起動(dòng)床的煤的粒度形狀、硬度、化學(xué)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(yán)重的磨損。

3 降低磨損的措施

3．1 實(shí)際運(yùn)行方面

（1）有效降低煙氣流速。在考慮進(jìn)入到鍋爐中空氣量的基礎(chǔ)上，為了降低磨損加熱表面，對于過量空氣量就要進(jìn)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(chǎn)生的一次風(fēng)量盡量降低。它不僅影響了煙氣的流速，同時(shí)循環(huán)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(jìn)行流體質(zhì)量測試。除此之外，要維持鍋爐中的氧氣量，對于產(chǎn)生的二次空氣量也要進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，保證符合基本要求。鍋爐在運(yùn)行的過程中，不僅要考慮產(chǎn)生的磨損，對于空氣量也要進(jìn)行控制，保證運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)和安全性。鍋爐運(yùn)行過程中產(chǎn)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(jìn)行合理的調(diào)節(jié)能夠有效的降低磨損產(chǎn)生的可能性，同時(shí)對于鍋爐運(yùn)行的效率和質(zhì)量進(jìn)行保證，能夠進(jìn)行安全燃燒。對于鍋爐工況的最佳值要通過冷熱試驗(yàn)進(jìn)行確定，要規(guī)范工人的基本操作，保證安全。

（2）對于物料濃度和顆粒進(jìn)行控制。通過減少一次風(fēng)量，縮減爐壓差，保證煤和床料在合理的尺寸內(nèi)，達(dá)到控制材料濃度的目的。在運(yùn)行鍋爐的過程中，對于產(chǎn)生的爐壓差可以通過風(fēng)量測試進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般情況下，爐壓差應(yīng)控制在0.3和6.0kPa之間；根據(jù)不同的載荷保持不同的爐壓差，當(dāng)壓差過大時(shí)可以釋放壓差。應(yīng)確定和測試對照床的粒徑，并應(yīng)建立煤控制，初級控制，精細(xì)粉碎控制和煤粒度篩選系統(tǒng)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(jī)處理，對于床料進(jìn)行更換。

（3）運(yùn)用低磨損燃料和床料。對于鍋爐燃燒的煤種進(jìn)行合理的選擇。首先，為了符合鍋爐實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，對于運(yùn)用的煤質(zhì)要進(jìn)行化驗(yàn)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(shù)、入爐煤粒徑；其次對于碎煤機(jī)錘頭間隙依據(jù)實(shí)際工作的情況進(jìn)行一定程度的調(diào)整,在用煤總量中通過相關(guān)措施降低大顆粒的數(shù)量和占據(jù)比例。對于啟動(dòng)床料進(jìn)行選取的過程中，對于煤料要進(jìn)行取樣篩分，保證顆粒符合床料粒度級配比要求。在啟動(dòng)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(shè)備治理與改造

（1）增加衛(wèi)燃帶高度。循環(huán)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(wèi)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(dòng)的固體材料的流速降低，并且壁磨損也更輕。例如，發(fā)電廠的循環(huán)流化床鍋爐嚴(yán)重磨損的區(qū)域在耐火凸臺的上部為150～200mm，水壁的四個(gè)角和中間水冷隔板附近的區(qū)域墻特別嚴(yán)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(jìn)行改變，能夠上部水冷壁管和衛(wèi)燃帶區(qū)域處于平直的狀態(tài),對于耐火材料產(chǎn)生磨損的原因能夠進(jìn)行說明。能夠在一定程度上降低產(chǎn)生的局部磨損。在50～100MW CFB鍋爐的設(shè)計(jì)上，衛(wèi)燃帶上部區(qū)域防磨措施，如圖4(b)所示。衛(wèi)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(jié)構(gòu)使粘附材料流入密相區(qū)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(jìn)行檢查，在澆筑的材料沒有硬化前對于產(chǎn)生的棱角要及時(shí)的進(jìn)行修復(fù)和處理。

（3）對于水冷壁易磨損區(qū)域的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行改變。應(yīng)用于135MW CFB鍋爐的專利技術(shù)，是一種主動(dòng)多階式防磨技術(shù)。這種方式主要是通過銷釘將澆注料在水冷壁上進(jìn)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(dòng)下降，使其失去因?yàn)槁湎赂叨榷鄯e的速度，并降低粘附流的顆粒濃度，減少在金屬表面產(chǎn)生的磨損。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)一般適用于大同熱電廠135MW機(jī)組，產(chǎn)生的防磨效果比較突出。

4 結(jié)語

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