循环流化床锅炉磨损机理分析与防磨措施张华学

循环流化床锅炉磨损机理分析与防磨措施张华学

张华学

黑龙江能源职业学院黑龙江双鸭山155100

摘要：水冷壁、埋管、过热器、省煤器（简称四管）的磨损问题是循环流化床锅炉事故停炉的主要问题之一，本文针对虹焱热电公司循环流化床锅炉四管磨损机理问题进行理论分析，并对防磨措施进行总结。

关键词：循环流化床锅炉、磨损、机理分析、防磨措施、水冷壁、埋管、过热器、省煤器、电弧喷涂。

前言：循环流化床锅炉具有燃烧效率高、污染小、煤种适应性好、负荷调节范围大等优点，是经济有效的低污染燃烧技术之一。在循环流化床锅炉床料循环回路中，由于烟气流速高、含灰量大，炉墙和受热面受到大量固体颗粒的冲刷，炉内金属受热面和非金属炉膛的磨损相当严重，循环流化床锅炉受热面磨损问题一直是困扰其安全经济运行的关键问题之一，其中四管磨损最为严重。本文针对虹焱热电公司75t∕h循环流化床锅炉，从受热面磨损的机理出发分析四管磨损的主要影响因素，并提出了可行的防磨措施，取得了较好的效果。

1锅炉简介：

虹焱热电公司共有6台锅炉，其中有5台是流化床锅炉，其型号是JG-40/3.82-M45,一台是循环流化床锅炉，其型号是UG―75∕3.82―M42，它与2004年12月安装竣工，2005年1月5日投入运行。本锅炉系单锅筒自然循环，室内布置由燃烧装置、炉膛、撞击分离装置、锅筒及其内部装置、过热器、省煤器、空气预热器。炉膛分密相区和稀相区两部分，密相区布置倾斜18º的埋管，埋管采用加装金鳍片防止磨损。水冷壁下部焊有密集销钉用以固定高强度耐高温防磨耐火材料。在水冷壁管过渡区将水冷壁弯管，并在其上敷设耐火材料，使材料表面与上部水冷壁保持平直。从炉膛出来的高温烟气进入撞击分离器回燃，形成炉内循环以进一步提高燃烧效率。

2埋管、水冷壁、省煤器、过热器（简称四管）磨损情况

炉膛水冷壁主要磨损部位是炉膛下部卫然带与水冷壁过渡区，炉膛角落区管壁，水冷壁的常规区和不规则管壁，如穿墙管、弯管、焊缝、元件套管等。磨损的原因是由于物料上下流动产生涡流及下流物料的冲刷磨损，高浓度的下流物料造成冲刷固体物料的冲刷，浓相、流动产生扰动造成的磨损等。

埋管、高温过热器第一排及过热器上下弯头、省煤器迎风面磨损更为严重.特别是埋管在靠近燃烧室后墙一米以内的部分,锅炉在运行时此管段全部被热料埋没(流化床的沸腾段),由于炉料的冲刷对埋管的磨损非常严重,新换的埋管在运行一年左右的时间,底排埋管在靠近后墙一米以内便出现泄漏现象,甚至在锅炉运行半年时间就有磨漏的现象，在不到两年的时间底排埋管需要全部更换一次。省煤器属于锅炉尾部受热面,此处烟气流速较高达6—7米/秒,而且烟气含灰浓度较大,给省煤器造成严重磨损,省煤器运行两年就会出现泄漏现象。由此可见,由于煤质磨损问题导致四管爆泄事故比率明显呈上升趋势,而过去解决办法只有停炉修补,甚至大面积提前换管，不仅要耗费大量的人力物力,还要遭受停产带来的损失。

3循环流化床锅炉磨损机理分析与影响因素

CFB锅炉内存在不同方向、不同速度、不同角度、不同浓度的气流、射流和气泡，以各种形式作用于工作面，加上存在腐蚀气体或其它介质，形成了复杂的磨损过程。处于稀相区内飞行的物料是在气流带动下对工作面以不同角度进行冲刷，称为冲蚀磨损，也有人将此过程再分为冲蚀磨损和撞击磨损；处于密相区的固体粒子浓度大，运动速度较低，与工作面大角度的冲刷，当属冲蚀磨损，而与工作面小角度甚至接近平行时，则更接近磨料磨损，也有人称之为冲刷磨损。

床料磨损能力受炉膛内床料粒径，浓度、硬度等影响，物料浓度越高，床料磨损能力越强，受热面磨损越严重；在一定范围内床料粒径越大，磨损越快；冲蚀磨损量与飞灰冲刷速度呈2～3次方正比关系，金属壁面的磨损速率与颗粒速度大致呈立方关系，与颗粒直径呈平方关系；一般认为，随着颗粒球形度的增加，磨损速率会减小；若掺有矸石、炉渣之类硬度较高的燃料（含Si和AL等成分较高）就会造成受冲刷严重受热面的磨损加快，在运行过程中，床料表面会形成膜层其硬度大大高于新鲜床料，当颗粒硬度接近或高于被磨材料的硬度时，磨损率会迅速增加，因此料层表面膜层的硬度对磨损能力有重要作用。

温度，烟气流速等运行参数也是影响受热面磨损程度的重要参数。研究人员发现，最大的磨损出现在温度不高不低的情况。当温度适度高或适度低时，磨损程度均有所降低。这是因为，在较低温度下，表面上氧化物由于颗粒的冲击而被磨掉，而随着温度的提高，氧化速度加大，磨损程度亦加剧。当温度再继续升高时，氧化物变成较厚的保护膜，冲击已不可能再将其磨掉。磨损程度就随之降低，固体飞行速度（冲击速度）越大，对工作面的冲蚀程度越严重，而在运行中，若炉膛负压过大，或一次二次风量偏大，炉膛内烟气流速加快。携带的物料量及其动能增大造成磨损加剧。运行时负荷过高，媒质差燃料量大，使烟气中物料浓度增大而导致磨损加剧。

4防磨措施

4.1被动防磨措施

4.1.1为减轻防磨，通常可以分别从降低颗粒下滑高度，降低灰浓度角度，保持受热面表面平滑，提高水冷壁表面硬度等方面来采取防措施，通过加焊挡板，增加耐火平台，加焊直向或横向防磨片，加焊防磨槽可以降低颗粒下滑高度，使下行物粒在下行过程中减慢速度，破坏稳定的边壁层，并能在挡板、平台上自然堆积，形成软着陆区减缓烟气与物料对水冷壁管的冲刷；通过采用改变水冷壁管几何形状的方式可以保持受热面表面平滑。让管防磨可以使固体物料沿壁面平直下流，消除了易磨区，通过对易磨区水冷壁管进行防磨喷涂可以提高水冷壁表面硬度，在金属表面形成坚硬致密的氧化层，有效减少水冷壁管的磨损和爆管。

4.1.2喷涂耐磨合金材料，根据我公司锅炉大修周期分别对1—6＃炉在大修期间对炉易磨损的主要受热面进行了电弧喷涂工艺，主要有埋管磨损面.过热器上下弯头及高过第一排，省煤器两极上面第一排管进等。

4.2主动防磨措施

从主动防磨角度来讲，需要调节燃煤量、风量.燃料粒度等运行参数以降低受热面的磨损。此75T/H循环流化床锅炉在满负荷下的一.二次风比例为5.5：1炉膛出口含氧量偏高，达到8%—10%且炉膛负压偏大，可以看到，由于风量过大，使得炉膛过剩空气过多，含氧量偏高，(超过规定5%)并且相应增大了炉内烟气流量，使得炉膛内烟气流速过高，造成烟气携带物料量过高，颗粒动能增加，使得循环流化床炉膛稀相区颗粒浓度偏高，造成了锅炉主要受热面磨损较为严重。

因此调整部分运行参数，在保证锅炉出力的情况下，降低了一.二次风的比例，将一.二次的比例调整为4：1左右而控制炉膛含氧量在≤5%降低了炉膛内烟气流速，会使得磨损量大大降低。

结束语：

综上所述，通过对虹焱热电公司循环流化床四管磨损机理的分析与讨论，采取了有效的防磨措施，通过进行技术改造基本消除了四管磨损的严重情况。从考虑节约维修成本以及延长材料寿命等方面，完善锅炉的运行水平是非常重要的。

参考文献：

（1）岑可法，倪明江，骆仲泱，等。循环流化床锅炉理论，设计与运行[M]。北京：中国电力出版