循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損機理探討

摘要：本文從一起電站鍋爐的爆管事故中，通過理化試驗分析事故產(chǎn)生的原因，從而進一步提出了循環(huán)流化床鍋爐易產(chǎn)生受熱面爆管的因素，為了保證機組運行平穩(wěn)，提出了鍋爐運行中的注意事項以及爆管的防范措施。

關(guān)鍵詞：爆管事故循環(huán)流化床鍋爐

中圖分類號: 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)02(c)-0000-00

1研究背景

循環(huán)流化床是國內(nèi)當前發(fā)電機組推廣的一種潔凈煤燃燒技術(shù)，可燃用煙煤、貧煤、褐煤、無煙煤、煤矸石等各種燃料，燃料適應(yīng)性好，鍋爐負荷調(diào)節(jié)范圍廣，低成本、低污染排放。在循環(huán)流化床鍋爐中，有許多部件工作在高溫、高固體顆粒不斷沖刷環(huán)境下，雖然已采取了一些防磨損措施，但循環(huán)流化床鍋爐的運行結(jié)果表明，鍋爐設(shè)備的磨損仍是十分嚴重的，經(jīng)常由于磨損問題造成停爐。由于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管受到爐膛中氣固兩相流的沖刷，磨損嚴重，是引起水冷壁管爆管的主要原因，因此如何從防磨損機理出發(fā)，采取進一步的防磨損措施，對循環(huán)流化床鍋爐的推廣應(yīng)用和穩(wěn)定運行是一個十分現(xiàn)實又重要的問題。

2磨損特征及機理分析

2.1磨損機理研究現(xiàn)狀及機理

循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的爐膛水冷壁管的磨損過程是十分復雜的。在循環(huán)流化床鍋爐中，煙氣中顆粒對受熱面撞擊產(chǎn)生的磨損，與煤粉鍋爐尾部受熱面的沖刷磨損相類似。這種磨損的形式大致可以分為兩類:一類是在碰撞過程中使材料受交變應(yīng)力引起的疲勞磨損，另一類是材料在自由運動的顆粒的切削作用下引起的破壞，稱之為鑿削式磨損，磨損的方式與顆粒的沖擊角度有很大的關(guān)系。垂直沖擊式時，沒有鑿削式磨損，僅是疲勞磨損，磨損很輕微，這種情況在實際中很少，因為一般氣流方向和水冷壁接近于平行；當沖擊角度很小時，磨損最嚴重，一般氣流，顆粒飛行的方向和水冷壁之間的角度很小。所以，循環(huán)流化床鍋爐中的疲勞磨損非常小，主要是鑿削式磨損。循環(huán)流化床鍋爐本身的特性決定了氣固兩相流動對受熱面的作用是必然存在的。較大的物料濃度是鍋爐性能的基本要求，是燃燒、傳熱和脫硫的必要條件。在兩相流動中， 由于邊壁效應(yīng)，與受熱面接觸的顆粒，無論是上升流還是下降流，絕大部分顆粒與受熱面表面的相對速度比較慢，通常速度在2 m/ s 以下，這些顆粒的磨損非常小，主要是產(chǎn)生均勻磨損，不會引起局部劇烈磨損，引起爆管現(xiàn)象的發(fā)生。在實際燃燒中，循環(huán)流化床上還是依賴于氣泡的生成與破裂形成揚析夾帶，而氣泡的碎裂會以高達每秒數(shù)十米的速度將顆粒拋向上部空間，而這些顆粒的方向是不規(guī)則的，這是產(chǎn)生改變與受熱面直接接觸顆粒方向的重要動力之一，當然從機理上也是水冷壁磨損的重要原因。爐內(nèi)局部射流，包括給料射流(燃料和脫硫劑) 、固體物料回送口射流、布風板風帽的空氣射流、二次風射流、高溫蒸汽的沖刷等。水冷壁管子的磨損，與受熱面布置在爐膛內(nèi)的形狀有關(guān)，還取決于灰顆粒的物理性質(zhì)。這些磨損的動力，歸根到底來源于流化速度。因此，影響循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損的因素較多。

2.2損壞特征

1、破口描述：破口形狀近似矩形；長240mm，寬65mm；破口處無氧化物，且管內(nèi)壁較為干凈，沒有水垢；管子表面沒有氧化物和淡紅色異物，但較為粗糙；破口處管子周長變化不大，破口斷面較為銳利（最小壁厚值為1.6mm）。

2、測厚：水墻管位于B側(cè)墻（右側(cè)墻）中間部位由東向西數(shù)（即由后墻數(shù)）第41號管，爆管破口標高21400mm，低于吊屏下邊水平管段一米，水平相距1.2米，緊鄰上次修換的7根水管，屬二過吊屏爆管沖刷邊緣區(qū)；對周圍同標高位置各管進行壁厚測厚結(jié)果表示所測管截面最小值部位均在與側(cè)墻呈45°左右方向。

3、測硬度：將破口附近管子進行測硬度，測值比較后其硬度值變化不大，但破口處硬度值較高。

4、金相分析：破口邊緣部分顯微組織有馬氏體加鐵素體。

2.3磨損機理分析

循環(huán)流化床鍋爐燃燒煤種熱值過低，煙氣中飛灰濃度大，煤矸石較多，顆粒又較大，級配比也不合適，使得受熱面磨損也比較嚴重，經(jīng)常發(fā)生由于磨損造成的鍋爐爆管泄漏故障。因為在實際燃燒中，循環(huán)流化床上主要是依賴于氣泡的生成與破裂形成揚析夾帶，而氣泡的碎裂會以高達每秒數(shù)十米的速度將顆粒拋向上部空間，而這些顆粒的方向是不規(guī)則的，這是產(chǎn)生改變與受熱面直接接觸顆粒方向的重要動力之一，當然從機理上也是水冷壁磨損的重要原因。上次屏過爆管后，高溫過熱蒸汽夾帶爐內(nèi)煙塵的高速射流對管壁的沖刷，致使管壁減薄，防磨層的嚴重破壞，由于當時該管處于沖刷區(qū)域邊緣，其減薄量不大沒有進行維修、更換。在隨后運行時，沒有防磨層的保護，使水冷壁的磨損加劇，致使壁厚減薄加速，最終導致爆管事故的發(fā)生。

3 磨損原因分析及應(yīng)對措施

3.1磨損原因分析

本次爆管處就是上次屏式過熱器爆管高溫蒸汽沖刷區(qū)，上次屏過爆管后，高溫過熱蒸汽夾帶爐內(nèi)煙塵的高速射流對管壁的沖刷，致使管壁減薄，由于當時該管處于沖刷區(qū)域邊緣，其減薄量不大而未更換。但由于上次的高溫射流沖刷，使得防磨噴涂層遭到嚴重破壞，在隨后運行時，高溫煙氣中的煙塵隨著氣流不斷的沖刷，致使壁厚減薄加速，且在沖刷過程中不斷伴隨粉塵顆粒沖撞和劃傷，出現(xiàn)的劃槽產(chǎn)生的應(yīng)力與升壓的內(nèi)壓進行疊加，最終使得磨損加劇處的管壁強度嚴重降低而發(fā)生爆管。破口處過熱狀況是由于高速汽水向外噴射使得高溫破口處金屬快速冷，發(fā)生了淬火，在破口邊緣部分顯微組織有馬氏體加鐵素體的出現(xiàn)，硬度值升高。上次，因吊屏爆管已經(jīng)更換的管子， 由于沒有進行即使的防磨噴涂處理，隨著運行過程中煙塵氣流的不斷沖刷，造成此次壁厚減薄也較為嚴重。

3.2應(yīng)對措施

對更換的管子進行采用熱噴涂，在水冷壁管磨損區(qū)域或部位噴涂硬質(zhì)合金金屬耐磨層來提高耐磨性，或在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使母材具有較高的抗磨損性能，及時更換已減薄的管子。對于最容易受磨損蒸發(fā)管部位，所有直管段迎風面全部增裝半圓形防磨護瓦，所有彎頭部位都采用半圓形防磨護瓦對扣包裹焊接，防磨材料根據(jù)防磨位置煙氣溫度選取。鍋爐運行中調(diào)整好一次風、二次風、三次風風量配比，流化風速控制在3．5—4．0 m／s較低范圍內(nèi)，保證蒸發(fā)管處煙氣流速在5．5 m／s左右。煤種盡量選擇熱值較高、中低等磨損的煙煤，有利于降低飛灰濃度減少磨損。

4總結(jié)

通過以上的防磨改進。該爐運行正常，爆管停爐事故率降低。特別是對蒸發(fā)管的防磨措施．可以降低其磨損速度，延長其使用壽命。雖然循環(huán)流化床鍋爐只要運行就會磨損．但是只要采取有效的措施．在安裝或大修更換部件時，制定防磨措施．提高循環(huán)流化床鍋爐安全、經(jīng)濟、長期運行是完全可能的．