循环流化床锅炉水冷壁管防磨措施研究

循环流化床锅炉水冷壁管防磨措施研究

曾祥甫

百色百矿发电有限公司

摘要：在当前锅炉运行活动中，由于水冷壁管中有各种物质发生物理化学反应，极易造成水冷壁管腐蚀，厚度均匀不易，时间一长，在活动反应中极易发生爆管爆炸现象，会导致整个运行机组停止生产活动，甚至造成人员伤害等严重后果。因而，为保证工厂大型流化床锅炉正常运行生产，就需要加大对避免水冷壁管防磨技术的研究力度，从而能够降低磨损腐蚀，为工厂机组正常运行提供一定的保障。

关键词：循环流化床锅炉；水冷壁管；防磨措施；

前言：近年来，随着当前清洁能源技术的快速发展以及人们对环保意识的重视，进一步促使循环流化床锅炉在环保的潮流中得到飞速的发展。简单来说，循环流化床锅炉是工业化程度相对比较高的洁净的固体煤燃烧技术。在循环流化床锅炉中，采用燃料流态化燃烧，主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分。锅炉容量可以扩大到电力工业可以接受的比较大的大容量，目前，循环流化床锅炉已经很好的解决了热学、力学、材料学等基础问题和膨胀、磨损、超温等工程问题，成为难燃固体燃料能源利用的先进技术。但是循环流化床锅炉水冷壁管磨损问题一直是锅炉运行的最大安全隐患。为避免水冷壁管磨损后造成严重火锅，故针对此问题进行研究探讨。

一 循环流化床锅炉工作原理

1.1循环流化床的结构

在整个循环流化床锅炉中，主要包括了三个部分，分别是锅、炉以及其他附件。其中，在锅中，主要涉及到锅筒、水冷壁管、联箱、过热器、对流管等部分。而在炉中，燃烧室、炉壁、主题钢架等部分。在其他附件中，主要是一些安全阀、压力表等部分。

1.2循环流化床锅炉工作原理

流态化技术是一种将固体颗粒与强化后的气体或液体进行相互反应的一种技术方法，可以促使固体燃料的进一步燃烧，提升燃料的燃烧率，降低对周边环境的影响。在流化床锅炉运行过程中，固体燃料经过筛选后，将一定范围大小的颗粒的燃料投入循环流化床燃烧室内进行燃烧，其中大部分小的细微颗粒燃料经旋风分离器进行分离，返回燃烧室进行二次燃烧，其余部分随着烟气飞出炉膛，经过过热器和除尘器之后，从烟囱中排出到锅炉外。这个过程中，锅炉给水从省煤器进入，然后进入汽包，经过下降管循环进入水冷壁管，在水冷壁管内流动，固态燃料在燃烧室中进行燃烧时，产生的热量经过水冷壁中被冷水吸收，短期加热后形成了蒸气混合物，蒸气混合物进入汽包后，对蒸汽进行分离，分离后的水继续形成循环，剩余的蒸汽进入过热器继续加热，之后再进入燃烧室后循环做功。

二 水冷壁管的磨损原因

在对当前循环流化床锅炉工作原理的分析过程中，可以看出，导致水冷壁管磨损的原因可能是以下几种情况。

2.1受热不均应力受损

冷热交替，且温度差异过大，导致材料受热不均，易造成损害。材质金相组织正常，材料的硬度也无异常，局部区域由于短时间受高温过热导致材料迅速膨胀，而未受热区域则膨胀缓慢，导致水冷壁管内部材料膨胀极不均匀，于是产生形变，在极限位置上发生应力受损，导致水冷管拉伸撕裂，从而破损泄漏。

2.2燃料颗粒冲击磨损

各种固态、气态颗粒混合在一起进行化学物理反应过程中，对水冷壁管内部进行冲击，时间一长造成冲蚀；固态燃料煤块的颗粒未完全在要求范围内，颗粒分布不均匀，在燃烧过程中，随着气体流动，导致颗粒分层，颗粒的浓度不一，颗粒的运动方向不受控制，大颗粒的燃料集中冲击冷水管壁，时间一长，就导致冷水管壁个别区域磨损严重，达到材料承受最大值后破损爆炸。

2.3材料疲劳受损

工作中产生的温度疲劳、腐蚀疲劳、振动疲劳等问题，在运行中水冷壁管内部材料受力不均匀，材料膨胀不一，且温度变化导致的热胀冷缩长时间变换，逐渐形成应力损坏，然后水冷壁管材料出现裂纹破损，甚至严重程度到爆炸。

2.4各种腐蚀

酸碱腐蚀、温度腐蚀、应力腐蚀等；在物理化学反应下，不止会有燃料固体颗粒与蒸汽反应，燃料还会与水冷壁管上的材料进行反应，时间一长，就会造成管内材料腐蚀，导致管内保护层逐渐变薄甚至消失，出现砂眼受损等问题，如不及时进行修补更换，就会导致严重泄漏。

三 水冷壁管磨损的预防措施

3.1定期对水冷壁管进行检修

在对水冷壁管磨损原因进行了详细的分析与研究后，为了降低水冷壁管受到的磨损，需要提前采取一定的预防措施。其中需要相关工作人员定期对水冷壁进行检修并加固。可以规定一个周期。一般是以90天为一个周期，每过一个周期就要对水冷壁管进行检修加固，或在易磨损处加涂上防磨层进行保护。循环流化床锅炉由于主循环回路中的粉尘浓度，稍有不慎，炉膛内水冷壁管就会发生爆管事故，严重影响锅炉连续运行时间。因此，除了在安装过程中注意炉内水冷壁管焊缝凸起、毛刺、凸瘤、表面破损和现场焊接的水冷壁钢、测量装置打磨成平滑面外，在每次停炉期间都应对水冷壁做检查。检修之前要将炉内所有压力释放后进行，可用目视及超声波等办法进行表面测试。检测对象：1 表面凸起或凹面；2明显磨损处；3可能渗漏处。由于水冷壁管表面磨损情况不可避免，因此对易磨损的水冷壁管的厚度进行建立厚度档案，每次检修期间对管厚测量，并做好记录，通过档案记录可以有效的进行控制，一旦超出可接受的磨损范围，如磨损面积是局部的，则可进行适当的修补，如磨损面积是大部分的，则要及时更换水冷壁管，避免事故坑能带来的损失。

3.2及时调整锅炉运行状况

为了进一步降低水冷壁管的磨损度，其中需要严格控制进入到循环回炉中的风量。首先需要保证一次风的正常流化速度，之后对二次风、三次风进行适当的调整，在经过大量的研究发现，一次风的配比是50～60％，而二次风比例为40～50％，此时可以通过降低循环回炉中烟气的流速，来进一步降低水冷壁管受到的磨损。再者是需要相关工作人员来实时控制循环回炉中的炉膛差压、料层差压。当循环回炉中的料层差压数值偏大时，会进一步导致炉内的流化风量急剧增大，最终加大了水冷壁管的磨损度和用电量。而且当炉膛差压数值偏大时，也会导致整个循环回炉中的烟灰浓度明显加大，最终加大了水冷壁管的磨损度。第三，工作人员还需要加大燃料特性对循环回炉内水冷壁管磨损的影响。就需要加大对进入到循环回炉内煤炭质量以及粒度的重视力度。在当前循环回炉中，可以使用燃料的种类较多，对燃料品质的要求相对较低，也就是指既可以使用低质的燃料，但同样也可以使用高品质的燃料。在使用高品质燃料时，可以降低热量的损失，提升循环回炉的工作效率，并降低对水冷壁管的磨损。其中严格控制燃料的粒度，一般燃料的粒度小于等于13mm，尽可能减少使用磨损度较高的燃料。

3.3增加水冷壁防磨梁、定期对密相区水冷壁管进行超音速电弧喷涂

在水冷壁增加防磨梁，当贴壁灰流碰到防磨梁被阻挡,使贴壁流减速, 从防磨梁溢出的灰流不会紧贴管壁表面、速度减小 ,降低了水冷壁磨损速率。在当前的喷涂施工方法中，最先进的是超音速电弧喷涂，该种方法的喷涂效果最佳。其中，将电弧为热源，从而能够将高温熔化后的耐磨的合金丝材用高速气流雾化，从而能够喷涂到工件的表面，并形成致密的涂层，从而可以降低水冷壁管磨损，延长锅炉使用寿命。

五 结语

通过以上分析可知，水冷壁管的磨损问题不可避免，因此现实生产中我们要做好一切防止磨损消耗的准备，及时发现水冷壁管的磨损问题，并做出相应补救措施，就能避免磨损问题带来的严重后果。

参考文献：

1. 徐文佳.循环流化床锅炉运行[J].化工管理,2018:29-30.

2. 孟建功,张全胜.循环流化床锅炉水冷壁管防磨措施[J].中国设备工程,2015:72-73.

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