循環流化床鍋爐水冷壁磨損原因分析

張永勝

（陜西北元集團錦源化工有限公司，陜西 神木 719319）

1 水冷壁磨損的成因

在電廠鍋爐實際安裝工作條件中（使用過程中），鍋爐管束受熱面極易造成磨損，是當前電力行業一個常見問題，特別是循環流化床鍋爐的水冷壁造成嚴重磨損。磨損嚴重時就會發生鍋爐水冷壁泄漏現象，泄漏量通常約為普通煤粉鍋爐泄漏量的約5至6倍，直接影響到管壁使用壽命。循環流化床鍋爐的水冷壁每用2或3個月就可磨損1～2 mm，磨損情況最為嚴重部位的磨損量甚至可能翻倍甚至泄漏，如錦源化工一臺130 t循環流化床鍋爐在使用3年后，其頂棚因管壁磨損發生泄漏，停爐后對頂棚進行測厚分析數據。鍋爐水冷壁磨損泄漏會嚴重影響電廠機組的平穩安全高效運行，增加了對電廠檢修車間日常保養維護任務和檢修工作量，對電廠機組人員的穩定工作質量影響十分大，也同時給火電機組生產造成相當大的直接損失[1]。

為了顯著提高循環流化床鍋爐運行在我們實際的工作條件中獲得的社會經濟效益價值和技術安全使用效益，減少由于事故原因造成鍋爐的故障停機和影響，降低設備運行與維護使用成本，為整個機組生產提供了更有效合理的運行工作條件，提高機組工作生產效率，提高機組經濟價值，我們認為必須準確抓住上述問題產生的四個關鍵，首先應了解機組磨損工作狀況，以便及早實施安全有效經濟的鍋爐抗磨保護措施。

1.1 鍋爐房管壁磨損原因

鍋爐四角區域上的水冷壁最容易遭受磨損。主要的原因是，與平壁區域的比表面積相比，直角區域由于在高溫鍋爐連續運行的期間中收集到的高速上升的氣流含量較少，導致了沿金屬管壁垂直向下快速流動上升的高溫固體煤渣的氣體濃度會更高，流速則要更快。此外，該區域內固體的懸浮顆?？赡芘c高溫金屬壁面之間就有著很大范圍的摩擦磨損，而且磨損概率也相當大。

1.2 爐膛下方燃燒防護帶及水冷壁管過濾區磨損原因

有關研究專家學者作的試驗還表明，高濃度物料可以在循環流化床鍋爐的爐膛水冷壁的周圍向下流動，且離該物料位置越與爐下料質層之間的平均厚度距離和相對密度都越要近，下料量越大。這些落料雖然有時會直接對水冷壁面產生有一定影響的沖刷侵蝕作用，但卻由于維持其運行的方向保持和水表面的大致平行流動狀態，磨損量可能在某一定的程度上就有所減少[2]。當沿管壁向流動輸送的固體物料被防火帶所堵塞后，實際操作模式將發生改變。爐內密相區上升的氣流可隨熔融物料流動上升，形成更大溫度范圍渦流。

1.3 鍋爐內不規則區域的磨損原因

水冷壁的不規則磨損的區域材料主要是系是指通過鍋爐內壁的開口、鍋爐內壁的出口等的區域材料和流水平管壁焊縫。通過凸面管壁焊縫的區域材料的磨損作用強度大大高于流平管壁，這一點上主要原因也是系指的由于不規則的磨損使凸面管壁焊縫材料對整個鍋爐局部軸流動張力系統產生的沖擊與干擾的作用強度高。一般認為正常受力情況條件下，壁孔流體對爐底部的彎頭壁部的壓力沖擊或磨損腐蝕作用一般比在鍋爐內壁上部產生的彎頭侵蝕更嚴重，這當然也是單指是由于流體高速粘性材料在沿鍋爐水平管壁縫隙內向下高速流動變形時而造成對流體管壁的局部或巨大局部壓力和沖擊破壞作用下造成的。這些導致位置磨損問題產生的另幾個比較主要的原因之一是，當有高速氣體的流動速度和只有少量的固體物質在流動的過程時，大體積尺寸顆粒材料將相互碰撞分離并在最終時與液體混凝土體材料一起被流出爐膛，從而將其拋到受熱面上（如下頁圖1所示）。

圖1 水冷壁磨損示意圖

2 水冷壁磨損的影響因素

2.1 實際運行參數

金屬表面涂層的表面耐磨性程度與床層溫度系數的微小變化均密切程度相關。通過一些實際工作觀察實驗和現場記錄，得出了結論：在各種不同類型的環境溫度條件影響下，金屬表面往往會自動形成同一層金屬氧化還原層，并且由于溫度的影響，氧化層的硬度和厚度會有所不同[3]。此時，當所形成的氧化膜硬度稍高于金屬硬度時，固體顆粒之間的流動狀態和方向會形成一定的極限，從而導致煙氣流速對水冷壁磨損的影響很大。

2.2 供暖安排

在循環流化床鍋爐系統的一些實際工藝應用場合中，位置因素可能對物料顆粒之間的相互沖刷作用程度都有不同的影響。在鍋爐向出口的空氣高速流動輸送的工作過程中，會導致物料顆粒的分離，導致水冷壁嚴重磨損。在循環流化床鍋爐設計中使用了旋風分離器設計后，水冷壁的出口、管壁的出口處和管頂附近的位置均很容易被造成磨損，迎風口側壁的磨損程度也往往很嚴重。

鍋爐爐膛板的內外表面之間的水冷空氣分配板表面之間和靠近密相區處之間的整個水冷壁系統的內外表面之間必須用耐火的材料來做保護，水冷壁內水的熱流動的特性將不會對其整個鍋爐水冷壁性能而產生直接的影響。通過鍋爐壁面上的水冷壁來觀察，爐墻、如防爆門型鍋爐等鍋爐的水管道一般都是直接置于該鍋爐壁的外面。這兩者都是因為在鍋爐內壁管道中還沒有可以找到凸出來的部分。如果是將這種管道直接置于鍋爐壁孔內，磨損管道堵塞現象的概率將發生增多。

2.3 材料的基本特性

磨粒直徑形狀和顆粒濃度形狀對磨粒濃度均有產生很大地影響。當顆粒狀物料直接流入燃燒鍋爐時，爐膛表面往往會被形成薄薄的一層堅硬薄膜，其內部硬度則遠將高于鍋爐燃燒介質本身內部的硬度。不同物質的具體化學成分將會分別對顆粒表面性能產生很大不同范圍的影響[4]。

試驗與分析都表明，含碳鋁金屬和鋁硅元素比值較高的床料要比某些含硫金屬和鐵鈣元素比率較高的金屬床料要具有相對更較強些的耐腐蝕性。這些金屬材料的加工特性將主要還取決于其燃料。當灰煤粒進入高溫爐膛時，其幾何粒度、形狀、化學成分特征和表面硬度也會同時在某一定的程度上嚴重磨損床料?；伊Ｓ捕冗^高，邊緣異常鋒利，對高溫水冷壁可造成破壞性極大地磨損。

3 結論

循環流化床鍋爐水冷壁磨損是實際工作中常見的事故，因此有必要在鍋爐運行中繼續發揮有效作用。從中小型火力發電廠企業的發展角度實際來看，為了真正有效地解決了這些的問題，減少火電企業直接的社會經濟損失，有必要結合電站鍋爐機組的運行設計運行模式，分析鍋爐實際工作運行維護情況，得出這樣一套實用的事故維護技術和現場處理應急方案。因此，本文重點對循環流化床鍋爐磨損機理問題上進行做了進一步深入全面的技術探討介紹和實證分析。