CFB鍋爐爐膛交界處的防磨措施

陳栓變

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030021）

1 概述

循環(huán)流化床鍋爐由于具有煤種適應性強、負荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒中添加石灰石低成本脫硫、灰渣可以綜合利用等優(yōu)點[1]，近年來得到廣泛應用。

雖然，循環(huán)流化床鍋爐技術已基本成熟，但是影響循環(huán)流化床鍋爐安全穩(wěn)定運行的局部的問題依然存在。其中循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損問題一直是困擾其安全經(jīng)濟運行的關鍵問題之一[2]。 其中又以爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的磨損為主。

為了有效解決爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的磨損，在鍋爐設計中采取了各種防磨措施解決該問題，本文主要介紹常用的幾種防磨措施以供參考。

2 循環(huán)流化床鍋爐爐膛交界處磨損原理及影響因素

2.1 普通磨損機理

攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆粒的煙氣通過受熱面時，粒子對受熱面都會造成磨損，并且這種磨損是不均勻的，凡是煙速較大或飛灰濃度較大的部位，受熱面的磨損就較為強烈。例如靠近墻壁的管子彎頭部分，由于這些地方縫隙較大，煙速較高而形成嚴重的局部磨損。

受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰粒的動能和撞擊次數(shù)，飛灰粒的動能同速度的平方成正比，而撞擊次數(shù)同速度的一次方成正比。這樣，管子金屬的磨損就同煙氣流速的三次方成正比例?？梢姛熕俚拇笮κ軣崦婺p的影響是很大的。

2.2 防磨的一般原則

為避免受熱面過大的磨損，最主要的是正確的選取煙氣流速，比如，當燃用褐煤時爐膛煙氣流速一般可大于5m/s，當燃用硬度較大的煤種（如矸石）時煙氣流速則應小于4.5 m/s，即需要根據(jù)燃用煤種的特性來確定煙氣流速以減小對受熱面的磨損。

減少煙氣中飛灰濃度，特別是防止局部濃度過高，也是避免受熱面嚴重磨損的有效辦法。但總灰量決定于燃料的灰分和發(fā)熱量，當燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤時，飛灰濃度大，對受熱面的磨損也大。

另外還可以通過加裝防磨設備來保護受熱面。比如，噴涂硬質(zhì)合金就是為了提高管子的耐磨性，防止因水冷壁管磨損而頻繁出現(xiàn)泄漏、爆管或大量換管。

2.3 爐膛水冷壁與密相區(qū)的交界處的磨損

CFB鍋爐爐膛內(nèi)存在著大量物料的內(nèi)循環(huán)運動，物料被風帶入爐膛上部后向四周移動，然后在爐膛四周形成“貼壁回流”，在下降過程中受到任何的干擾都會在干擾處造成磨損。如果鰭片內(nèi)被澆筑料、床料、焊瘤等堵塞，物料向一側或兩側流動，就會形成對水冷壁的磨損。

2.4 影響交界處的磨損的因素

影響交界處的磨損的因素主要有煤種、顆粒度、料層厚度、一次風、二次風、耐火材料的高度、爐膛收縮角度等。燃用煤質(zhì)較硬、自爆性差的煤對交界處易磨損；煤的顆粒度大，必然采用較大的一次風量，粗顆粒容易被帶出密相區(qū)，增加對交界處磨損；料層越厚，一次風量越大，床層高度就越高，粗顆粒越易被帶出密相區(qū)，增加對交界處易磨損；二次風進口距離交界處越近，在交界處越易造成顆粒的不穩(wěn)定運動，交界處越易磨損；密相區(qū)的耐火材料的有效高度越低，粗顆粒很容易被帶出密相區(qū)，交界處越易磨損；爐膛收縮角度越大，在相同的一、二次風的比例下，布風板上煙氣流速越高，粗顆粒在爐膛下部獲得動量越大，越易被帶出密相區(qū)，交界處越易磨損。

3 目前交界處防磨措施現(xiàn)狀

經(jīng)過多年實踐，目前有關交界處防磨措施主要有在交界處焊防磨鰭片技術，在交界處一定范圍進行防磨耐磨涂層技術，交界處采用軟著陸技術，交界處的讓管技術等。

3.1 交界處焊防磨鰭片技術

交界處焊防磨鰭片主要是為了消除爐膛內(nèi)由于內(nèi)循環(huán)形成的貼壁回流的循環(huán)灰對管壁的磨損。即在交界處以上200~250mm范圍內(nèi)，布置錯列布置的鰭片，用其切碎渦流來消除物料對管子的磨損，如圖1所示。

圖1 防磨鰭片布置圖

交界處焊防磨鰭片較好地解決了對管子的磨損。目前的經(jīng)驗表明，防磨鰭片對小容量鍋爐，特別是35t/h以下的鍋爐效果較好。

3.2 耐磨涂層技術耐磨涂層的制備方法有火焰粉末或線材噴涂、等離子噴涂、高速火焰噴涂、超音速電弧噴涂。其中，超音速電弧噴涂利用流體力學中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時的粒子超過音速，使涂層具有孔隙度低、結合強度高、耐磨損等特點。但由于施工工藝復雜，涂層和管子交界處不能圓滑過渡，產(chǎn)生突起而形成新的磨損點。另外，噴涂絲材性能達不到要求也會使整體耐磨性變差，壽命降低。如圖2所示。

圖2 電弧噴涂表面

3.3 軟著陸技術

軟著陸是在交界處用耐火耐磨材料砌筑出寬度為200mm左右的臺階，運行時由于細物料的堆集，形成一個“灰墊”，消除物料下落時的能量，達到防磨效果。其結構見圖3，該結構的特點是在耐磨材料終止線處采用了一個平臺結構，當鍋爐運行時，部分內(nèi)循環(huán)灰會自然堆積在該處，由于產(chǎn)生了一個“灰墊”，可大大的減輕內(nèi)循環(huán)灰反彈問題。但運行時由于灰的流動性好，很難形成理想中的“灰墊”，也就難以達到理想的防磨效果。

3.4 讓管技術

讓管技術就是在交界處將膜式壁向外折彎，如圖4所示，使貼壁回流的物料在交界處不形成渦流，而是將渦流區(qū)和由撞擊形成的反彈區(qū)下移至耐火材料處，從而避免對管子的磨損。

圖3 軟著陸技術

圖4 讓管結構圖

讓管技術是按貼壁回流理論解決交界處磨損的很好的方法。但在鍋爐設計、運行中應注意以下幾個問題：

1）在設計中必須保證交界處的耐磨耐火材料完全避開貼壁回落的物料。

2）讓管部位沒有被耐火耐磨材料覆蓋的彎頭處，必須保證距離布風板和二次風口有一定的高度，否則容易被大量向上流動的顆粒撞擊，形成另一種形式的磨損。

3）盡量避免在讓管區(qū)域進行補焊鰭片或管子對接（這與鍋爐制造廠家的制造工藝有關），必須將所有可能造成下落的顆粒流向發(fā)生改變的突起或焊縫消除，避免造成新的磨損點。

由于受彎管形狀、角度、運行等因素的限制，目前采用讓管技術的鍋爐交界處也發(fā)現(xiàn)有磨損的問題。

3.5 “藍泥”技術。

藍泥技術是西歐、日本廣泛采用的一種防磨方式，這種方法最大的優(yōu)點是可以用藍泥將循環(huán)流化床鍋爐衛(wèi)燃帶的澆注料平臺作平滑過渡，從而消除渦流在此部位的發(fā)生，如圖5。藍泥還可將防磨面做到任何高度，而施工厚度不致過厚（壁管前側0.5cm左右），上部可作平滑過渡。這種方法還有一個優(yōu)點就是質(zhì)保期過后，可隨鍋爐檢修做簡單修補，仍可獲得一個較長的運行年限。藍泥的弱點是施工面最上部雖然可以平滑過渡，但無法做到和表面一樣，因而施工面上部也就成為較薄弱的環(huán)節(jié)。

圖5 藍泥防磨施工層面

此外，還有加裝防磨梁結構，即在爐膛內(nèi)耐磨材料以上的膜式水冷壁上，每隔一定高度沿爐膛四周施工一圈防磨隔槽，以減小磨損顆粒的下滑高度和降低爐膛邊壁區(qū)灰濃度，但該技術可能會影響爐內(nèi)物料的水冷壁的傳熱，有待進一步考驗。還有的提出采用鐵鋁瓷護瓦做成的“抗渦流護瓦總成”等。

4 結論

爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的防磨措施是否有效，在某種程度上決定了鍋爐的使用壽命，如果防磨措施不當，不僅會引起受熱面管子泄露，影響鍋爐的安全運行，而且檢修時還要花費大量的工時和鋼材來修復或更換被磨損的部件，給使用單位造成很大的經(jīng)濟損失。雖然各個鍋爐生產(chǎn)廠家有自己的防磨方法，也達到了一定的預期效果，但仍需要結合現(xiàn)場實際運行情況不斷改進，以達到最理想的運行效果。

[1]林宗虎.鍋爐手冊[M].機械工業(yè)出版社,1989.

[2]劉德昌,陳漢平,張世紅.循環(huán)流化床鍋爐運行及事故處理[M].中國電力出版社,2010.

[3]于龍,呂俊復,王智微,等.循環(huán)流化床燃燒技術的研究展望[J].熱能動力工程,2004(4):336-342.