復(fù)式防磨裝置在鍋爐上的應(yīng)用

張興光

摘 要：根據(jù)我廠鍋爐水冷壁磨損情況，分析原因，介紹了復(fù)式防磨裝置原理，并在我廠1#鍋爐水冷壁進(jìn)行使用。

關(guān)鍵詞：水冷壁磨損機(jī)理;復(fù)式防磨裝置;應(yīng)用方案

我廠1#鍋爐為DGJ220/9.81-Ⅱ1型循環(huán)流化床高壓鍋爐，為單汽包、自然循環(huán)、集中下降管，П形布置的燃煤循環(huán)流化床鍋爐。爐膛為膜式水冷壁懸吊的封閉結(jié)構(gòu)，燃煤采用洗中煤摻燒矸石。由于入爐煤質(zhì)非常差，加之鍋爐本身設(shè)計(jì)問(wèn)題，使得我廠的鍋爐水冷壁磨損非常嚴(yán)重，因水冷壁泄漏造成的“非停”事故頻繁發(fā)生，為我廠帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 我廠鍋爐水冷壁磨損情況

從1#爐爐膛四個(gè)角落區(qū)域水冷壁磨損、泄漏及爆管檢查分析中發(fā)現(xiàn)，爐膛角落區(qū)域水冷壁管磨損較其它部分更為迅速和嚴(yán)重，是磨損引發(fā)泄漏、爆管多發(fā)區(qū)。由于安裝時(shí)水冷壁管在鍋爐爐角處銜接時(shí)，鰭片局部縫隙過(guò)大而添充鋼筋焊補(bǔ)，結(jié)果焊補(bǔ)鋼筋突出，導(dǎo)致沿壁面向下流動(dòng)的固體物料撞擊突出部位產(chǎn)生擾動(dòng)，擾流加速磨損相鄰兩管側(cè)壁，短時(shí)間泄漏。

圖1 鍋爐水冷壁磨損情況

根據(jù)鍋爐水冷壁磨損概況的現(xiàn)場(chǎng)考察，得出我廠鍋爐水冷壁磨損的問(wèn)題如下：

①密相區(qū)四周爐墻上沿4m內(nèi)的區(qū)域，由于水冷壁換管造成鰭片對(duì)焊凸起，同時(shí)該部位本身灰濃度較大且存在渦流磨損，大量高速的內(nèi)循環(huán)物料沿水冷壁表面向下滑動(dòng)，沿壁灰流遇到凸起部位時(shí)，從而改變方向沖向凸起兩側(cè)的水冷壁管，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的沖刷磨損，最終導(dǎo)致該處出現(xiàn)爆管現(xiàn)象;

②爐膛四個(gè)角部磨損嚴(yán)重，其磨損主要原因?yàn)閮蓚?cè)墻和前后墻的沿壁流在此發(fā)生交匯，不但加大了物料密度，還產(chǎn)生激蕩作用，對(duì)此區(qū)域的水冷壁管造成了嚴(yán)重的沖蝕磨損，而兩側(cè)墻與后墻交匯處水冷壁管的磨損尤為嚴(yán)重;

③爐膛出口周圍下沿4m左右，同樣存在水冷壁換管造成鰭片對(duì)焊凸起，對(duì)該位置的水冷壁管造成很大的威脅，同時(shí)該位置在引風(fēng)的作用下，煙氣流發(fā)生變向，對(duì)該位置的水冷壁管造成一定程度的偏磨;

④其他位置由于換管留下的凸起部位。

2 水冷壁磨損機(jī)理

據(jù)相關(guān)研究，CFB鍋爐水冷壁磨損的公式如下：

T=K·μ·W3.3·t;K=c·n

其中，T-磨損量，g/m2;μ-灰渣濃度，g/m3;W-貼壁灰粒流速，m/s;t-磨損時(shí)間，h;K-磨損系數(shù);c-灰渣磨損系數(shù);n-飛灰撞擊率

由此得出造成水冷壁管磨損的因素很多，主要有貼壁灰粒的流速、灰粒濃度、入爐煤質(zhì)特性（顆粒度、硬度等）、氧量（一次風(fēng)率、二次風(fēng)率）等，而最主要的因素為貼壁灰粒的流速。

3 我廠水冷壁現(xiàn)有的防磨保護(hù)措施

針對(duì)現(xiàn)有水冷壁的磨損問(wèn)題，我廠以前的防磨方式為等離子電弧噴涂及換管處理，這兩種防磨方式只能起到緩解磨損的效果，防磨周期短，長(zhǎng)期防磨投入較高，治表不治本。

4 復(fù)式防磨裝置的應(yīng)用

針對(duì)我廠1#鍋爐水冷壁存在磨損問(wèn)題，使用循環(huán)流化床鍋爐水冷壁復(fù)式防磨裝置為核心的水冷壁防磨方案，針對(duì)不同部位的磨損狀況，本著盡量覆蓋換管遺留的焊接接口，采用重點(diǎn)防護(hù)，邊角加強(qiáng)的原則進(jìn)行整體爐膛的防磨設(shè)計(jì)，針對(duì)存在偏磨的狀況采取加設(shè)加裝側(cè)磨筋板的方式解決。

所謂“復(fù)式”：結(jié)構(gòu)上翼型防磨片與楔形防磨護(hù)瓦的有機(jī)結(jié)合;防磨原理上融合階梯式耐火耐磨材料制作的防磨梁、翼型導(dǎo)流片、耐熱鋼防磨護(hù)瓦三種防磨方式的優(yōu)點(diǎn)，克服三者作為單一防磨方式的不足，由于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管都是用20G的優(yōu)質(zhì)碳鋼管制造的，有好的焊接性能，因此加裝復(fù)式防磨裝置可以取得好的效果。

5 復(fù)式防磨原理

復(fù)式防磨裝置對(duì)下降顆粒流具有降速導(dǎo)流的作用，并具有增加水冷壁管吸收輻射熱和將沿壁流導(dǎo)向爐膛中心區(qū)域充分燃燒的附加效益;復(fù)式防磨裝置與水冷壁管完美貼合，具有集流并將該裝置與水冷壁管交匯處的線切割磨損轉(zhuǎn)移到該裝置自身的作用，中心負(fù)壓開(kāi)孔避免了該裝置與水冷壁管間有空氣隙而影響傳熱及邊緣開(kāi)孔破壞焊接應(yīng)力;降低了沿壁灰流的流速和濃度，同時(shí)將密相區(qū)過(guò)渡段仍然存在的渦流磨損區(qū)域轉(zhuǎn)移到該防磨裝置的本身，使得該區(qū)域的水冷壁管得到很好的保護(hù)。

6 復(fù)式防磨裝置在鍋爐水冷壁應(yīng)用

我廠1#鍋爐從密相區(qū)上沿耐火材料過(guò)渡段到水冷壁頂棚高度為22m，密相區(qū)耐火材料上沿標(biāo)高13950mm，煙道下沿的標(biāo)高為29626.5mm，由于水平煙道周圍均有耐火材料覆蓋，因此需要防磨的水冷壁凈高度為14m左右，綜合考慮不同部位的水冷壁管的磨損狀況以及存在的主要問(wèn)題，現(xiàn)將MPI的布置情況如下：

6.1 復(fù)式防磨裝置防磨帶層數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)1#鍋爐水冷壁結(jié)構(gòu)尺寸及磨損特性，本著重點(diǎn)防護(hù)換管遺留部位的凸起、邊角加強(qiáng)的原則，打造13層由MPI構(gòu)成的防磨帶，同時(shí)根據(jù)鍋爐運(yùn)行時(shí)爐膛溫度均衡情況確定MPI構(gòu)成防磨帶的排列方式為“—”字形布置。

6.2 密相區(qū)爐墻以上15m范圍內(nèi)防磨帶的布置設(shè)計(jì)

①在密相區(qū)上沿爐墻與光管結(jié)合上沿500mm處布置第一圈由MPI-3復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

②在第一圈防磨帶以上800mm處布置第二圈由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

③在第二圈防磨帶以上1000mm處布置第三圈由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

④在第三圈防磨帶上方1200mm處布置第四圈由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

⑤在第四圈防磨帶上方1300mm處布置第五圈由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

⑥在第五圈防磨帶以上均已1300mm為層高再布置四層由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

⑦第十、十一、十二層層高均為1200mm由MPI-3型復(fù)式防磨裝置構(gòu)成的防磨帶。

6.3 爐膛前后墻和側(cè)墻交界處（四角）水冷壁管的防護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)合鍋爐爐膛四角的結(jié)構(gòu)并綜合考慮貴廠鍋爐為高壓鍋爐，宜采用耐火材料覆蓋形式進(jìn)行防磨。

6.4 爐膛水冷壁管偏磨的防護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)厚結(jié)果，對(duì)水冷壁管已存在磨損時(shí)，根據(jù)磨損情況，加裝復(fù)式防磨裝置前先做好處理。當(dāng)磨損面減薄比較均勻，沒(méi)有出現(xiàn)局部凹坑現(xiàn)象，且壁厚測(cè)量大于理論強(qiáng)度計(jì)算值的，表面補(bǔ)焊處理后即可做加裝防磨瓦;如果磨損面磨損嚴(yán)重，減薄比較均勻，面積大，壁厚已小于理論強(qiáng)度計(jì)算值的，則應(yīng)做換管處理;對(duì)于局部磨出凹坑，先做補(bǔ)焊，再加裝;同水冷壁管相連接的鰭片磨出凹坑，也要補(bǔ)焊。總之循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管壁面（包括鰭片壁面）都應(yīng)順平，凡突或凹部位都會(huì)加速磨損。

7 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，鍋爐水冷壁內(nèi)加裝復(fù)式防磨瓦，提高了管壁的耐磨性，防磨效果、傳熱良好、解決雙向磨損問(wèn)題，防止因水冷壁管磨損而頻繁出現(xiàn)停爐事故的發(fā)生，延長(zhǎng)了鍋爐運(yùn)行周期。