循环流化床水冷壁的防磨设计

循环流化床水冷壁的防磨设计

刘可可

湖南有色金属职业技术学院湖南株洲412006

摘要：循环流化床锅炉多出了很多磨损问题，这些问题也是循环流化床锅炉经济发展的关键性问题。循环流化床锅炉运行中，水冷壁磨损速度较快，比较容易发生密相区水冷壁泄露、爆管等运行故障，为了防止这些故障的发生，几乎所有企业都会采取一定措施来对水冷壁的磨损加予防护，文章中介绍了循环流化床水冷壁的防磨设计。

关键词：循环流化床水冷壁；磨损；防磨

第一章循环流化床锅炉用耐火材料的磨损特性分析

1.1影响耐火材料磨损的原因

影响CFB锅炉受热面磨损的因素很多，主要有燃料特性，床料特性、物料循环方向、运行参数、受热面结构与布置方式等。目前，人们对CFB还缺乏经验，特别是大型的CFB在选用材料上，尚有很多问题需要解决，其中耐火材料的耐磨性问题就是一大难题。由于各种耐火材料的综合理化性能不同，根据使用部位、用途及锅炉特性不同，合理选择耐火材料至关重要。从目前有关资料和使用情况来看，CFB用耐火材料失效是由多种因素造成的。

冲刷磨损是各种CFB用耐火材料必须面对的问题，由于锅炉本身的特性，在运行中耐火材料每天要受到燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料的磨损。煤种不同，其化学成分、挥发份和灰份不同，对耐火材料的冲刷速度也不同，热态下对耐火材料的磨损也不同。另外炉子的设计结构和流速都与冲刷有直接关系，这些问题需要实际试验与论证，才可把冲刷磨损降到最低限度。锅炉结构特殊部位常会引起耐火材料的提前失效，尤其是炉膛上部出口及分离器上部的耐火材料在热循环和机械振动共同作用下，经常产生塌落，这些必须从设计、选材和安装上综合考虑解决。耐火材料随温度的升降，产生膨胀或收缩，如果此膨胀和收缩受到约束，材料内部会产生应力。耐火材料是非均质的脆性材料，与金属制品相比，由于它的热导率和弹性较小、抗拉强度低、抵抗热应力破坏能力差、抗热震性较低，热冲击循环作用下，耐火材料易先出现开裂剥落，终至整体损坏，这是CFB耐火材料的提前失效又一重要原因。影响耐火材料热震稳定性的因素是比较复杂的，要综合考虑各个因素的影响。

1.2CFB用耐火材料的现状

目前国内CFB用耐火材料一般按作用可分为三类：耐磨耐火材料的砖、浇注料、可塑料和灰浆；耐火材料的砖、浇注料和灰浆；耐火保温材料的砖、浇注料和灰浆。通常采用的耐磨耐火材料的品种有：磷酸盐砖和浇注料；硅线石砖和浇注料；碳化硅砖和浇注料；刚玉砖和浇注料；耐磨耐火砖和浇注料；最高档的还有氮化硅结合碳化硅产品等品种。从现有的CFB的使用结果上看，这些材料的使用效果都不很理想。

磷酸盐砖是经低温（500°C）热处理的不烧砖，通常在1200～1600°C范围内使用，由于CFB是在850～900°C范围内运行，在这种温度下，该耐火材料物理性能不稳定，耐磨性能得不到充分发挥。磷酸盐浇注料的理化性能与砖相同，所不同的是它的施工比较复杂，受环境限制。虽然磷酸盐材料在CFB上使用有它的不足，但是它的价格能使用户接受。

硅线石是一种优质耐火材料，通常加入到耐火材料中能使荷重软化温度提高100～150°C，耐火材料起变化的温度是1450～1600°C，但是硅线石浇注料因CFB燃烧达不到这个温度范围，硅线石的耐磨性就不能充分发挥出来，另外硅线石材料价格较高，增加了使用者的成本，这些影响了硅线石浇注料在CFB上的推广应用。

碳化硅制品在高温无氧化气氛下使用具有较好的耐磨性和很好的热震稳定性，在一定温度下烧结其表面能形成一层釉面保护层，主要原因是CFB燃烧中带有少量氧化气氛，有关文献指出，美国也严禁在CFB中选用碳化硅耐火材料制品，且价格较高。

刚玉制品在CFB上的使用品种有白刚玉、高铝刚玉（也叫亚白刚玉）和棕刚玉。刚玉的主要性能是耐火度高、体积密度高、耐磨性能好，但它的热震稳定性差，这给CFB使用带来了困难。刚玉质浇注料在使用过程中经常出现塌落现象，原因就在于锅炉运行中压火、提火现象较多，较短时间内温度变化频繁，造成耐火材料使用寿命缩短。另一个因素是锅炉使用温度低，耐火材料达不到烧结温度，耐磨性得不到充分发挥。

以上几种CFB用耐火材料在国内具有代表性，根据对大多数用户使用情况了解，用户反应不一，主要是各锅炉生产厂家和设计单位选用耐火材料品种繁多，没有统一标准，其耐磨性能高，与炉子能够达到同周期运行，同周期性检修，并能产生较好的经济价值和社会效益的耐火材料少。国内早期35t?h、75t?h的CFB选用的耐火材料，基本是参照相关行业（如冶金、石化）用耐火材料，但是与冶金、石化行业对耐火材料的高耐火度和高抗渣浸的要求不同，CFB要求耐火材料具有高温耐磨性和高热震稳定性。

第二章循环流化床水冷壁的防磨设计

分析循环流化床锅炉的水冷壁是怎样磨损的，哪些部位磨损了，然后研究探讨该怎么设计。我们可以安装一个水冷壁的防磨梁，这是一个很典型的对循环流化床锅炉的防磨损技术，首先在循环流化床锅炉炉膛内部，特别是密相区，高浓度的物料团沿水冷壁向下回流，从而磨损了管壁，使水冷壁管也受到了磨损，特别是有安全缺陷的凸起部分，在此部位产生局部涡流，磨损量会异常的加大。磨损量其实与烟速大小关系最为的密切，炉膛竖直的高度越高，密相区烟速越大，磨损也快。在烟速较大的密相区采取相应的应对措施能有效的降低磨损的危害。

通过对水冷壁四周加设耐磨可塑料梁来对我们循环流化床锅炉水冷壁防磨，耐磨可塑料防磨梁的工艺流程有三个。

2.1水冷壁鳍片的设计

首先在在鳍片上焊上Y型的抓钉，制作耐热钢筋网，浇注高强度耐磨浇注料，衬高强耐磨敷管炉衬，由于炉衬和水冷壁管成为一体，所以热稳定性好，且选用很好的耐磨材料，耐磨寿命很长。

图2.1鳍片焊上Y型抓钉示意图

2.2防磨梁的设计

锅炉下部密相区内衬由锅炉厂提供，该处内衬最上沿标高为16.10米，炉顶标高为42.70米。从标高16.10米到标高42.70米的膜式水冷壁为水冷壁防磨梁保护及施工范围。该范围内水冷壁由钢管加扁钢鳍片组成膜式壁结构，管径均为57毫米，节距均为87毫米，前后墙宽15051毫米，两侧墙深12615毫米。

炉内共布置42片扩展水冷壁屏，该扩展水冷壁屏耐磨内衬上部标高为16.10米，前后墙扩展水冷壁屏上顶标高为34.58米，两侧墙扩展水冷壁屏上顶标高为42.00米。从标高16.10米到标高42.00米的扩展水冷壁屏为水冷壁防磨梁保护及施工范围。该范围内扩展水冷壁由钢管加扁钢鳍片组成膜式壁结构，管径均为63.5毫米，节距均为87毫米，宽度为522毫米。前后墙扩展水冷壁布置10道防磨梁，两侧墙扩展水冷壁布置12道防磨梁。

该炉防磨梁前后墙由10道防磨梁组成，两侧墙由12道防磨梁组成。在上述施工范围内从下到上布置方式为：从标高16.10米计，向炉顶方向防磨梁布置间距依次为500mm、1000mm、1000mm、1400mm、1800mm、1800mm、2400mm、2400mm、2400mm、2800mm、2800mm、4133mm。防磨梁紧贴膜式水冷壁和扩展水冷壁屏安装。每道防磨梁每间隔1米布置一道膨胀缝。防磨梁截面均为梯形结构，上平下斜。

表2.1耐磨可塑料与防磨浇注料的成分对比%

耐磨可塑性的耐磨能力好，可有效的减少炉膛水冷壁的磨损，耐磨可塑料不易脱落，耐磨可塑料敷设过程简单方便，耐磨可塑料附着力强，敷设中成型简单，检修维护也很方便。

机组经过长期运行后，可能会造成耐磨可塑料的局部磨损，将磨损部位清理干净，根据所需用量配置适量的耐磨可塑料进行局部修补，干燥后即可投入运行，还需自然养护，温度在20到25度最为适宜。

第三章总结

防磨是循环流化床锅炉设计、安装和运行中的一项重大课题，应引起高度重视，运行和检修时加强对重点部位的监视和检查，及时采取适当措施。循环流化床锅炉水冷壁磨损防治已经成为各个电厂的常规工作之一。无论采取主动还是被动的各种防磨措施，我们必须对各种防磨工艺进行充分比较，结合企业自身因素，选择适合本企业的锅炉水冷壁防磨措施。无论何种防磨措施，都存在不同的优缺点，需要在运行和维护过程中注意防范各种缺陷。无论选择何种防磨措施，过程控制尤为重要，选择资质和信誉等级较高的企业有助于施工质量的控制。这篇论文介绍了对循环流化床锅炉水冷壁的防磨设计。

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刘可可（1985-12-22），女，籍贯：湖南省邵阳市，民族：汉族，学历：硕士，职称：讲师，研究的方向：热能与动力工程。