CFB鍋爐水冷壁磨損原因分析及治理方法

多潔才仁

（青海鹽湖工業(yè)集團(tuán)股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

CFB鍋爐水冷壁磨損原因分析及治理方法

多潔才仁

（青海鹽湖工業(yè)集團(tuán)股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

CFB是一種高效、低污染的潔凈煤燃燒技術(shù)，其使用壽限的關(guān)鍵在于磨損，直接影響著CFB鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。CFB鍋爐水冷壁磨損主要原因在于金屬、多階防和澆注料的使用和優(yōu)化。本文通過(guò)對(duì)金屬?lài)娡?、多階防磨梁、澆注料等方面進(jìn)行優(yōu)化，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以期有效降低爐膛受熱而磨損，提高機(jī)組的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。

CFB鍋爐；水冷壁；磨損原因；治理方法

隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，鍋爐的制造使用方面有了諸多新技術(shù)，不但提高了其燃燒效率，增加了適應(yīng)性，同時(shí)也降低了能耗與污染。然而，在這些環(huán)保的優(yōu)勢(shì)之下，也有其弊端，例如CFB鍋爐是目前普遍采用較好的，但它的磨損問(wèn)題一直以來(lái)還是較為突出的實(shí)際問(wèn)題，不但減少了鍋爐的壽限，也使得該類(lèi)型的鍋爐未能在市場(chǎng)環(huán)境中獲得更長(zhǎng)足的發(fā)展。因此，應(yīng)該對(duì)該方面的問(wèn)題加以重視，并對(duì)其進(jìn)行細(xì)致研究，從而推動(dòng)其持續(xù)發(fā)展。

0 概述

以某地所使用的兩臺(tái)每小時(shí)可燃燒465 t物料的CFB鍋爐為例，屬于第II代緊湊型循環(huán)CFB鍋爐。從技術(shù)方面分析，它主要以汽冷式分離器、單側(cè)回料、一體式返料換熱器技術(shù)為主；從設(shè)計(jì)燃料方面分析，可使高硫石油焦達(dá)到100%；從核燃料方面分析，即由兩部分構(gòu)成，一部分是30%的煙煤，一部分是70%的高硫石油焦，兩臺(tái)鍋爐均于2010年投產(chǎn)。CFB鍋爐的構(gòu)成較為復(fù)雜，其中有爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形回料閥、尾部對(duì)流煙道。本次討論中所選取的CFB鍋爐由美國(guó)福斯特惠勒公司生產(chǎn)，其體積分別由爐膛高度（前高度、后高度）、寬度及深度構(gòu)成，通常都會(huì)采用澆注料對(duì)其周?chē)右愿采w。從其基本原理可以看到，以前墻給料的方式在其蒸發(fā)受熱面，以膜式水冷壁結(jié)構(gòu)為主，當(dāng)煤或者石灰石經(jīng)過(guò)燃燒室時(shí)，會(huì)發(fā)生脫硫反應(yīng)，然后將其利用分離器凈化，最后排出煙道。

1 磨損原因探析

在CFB鍋爐中，其最大特征在于物料循環(huán)，該循環(huán)系統(tǒng)不僅僅包括爐外，也在爐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)。從作用與功能的角度講，外循環(huán)可以將燃燒率提升，主要過(guò)程即是通過(guò)分離的增加來(lái)達(dá)到返料的速度最大化，從而提高工作效率。而內(nèi)循環(huán)則不同，它主要是利用內(nèi)流體速度的分布規(guī)律等，利用構(gòu)成濃度所形成的煙氣，使顆粒物在其中進(jìn)行上下流動(dòng)。從兩種不同的循環(huán)方式可以看出，所謂循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中發(fā)生于內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。

通常來(lái)講，在水冷壁磨損中存在雙體磨損和三體磨損。所謂雙體磨損是在固體物料和水冷壁接觸時(shí)，其受向下流動(dòng)物料沖刷引起；三體磨損則是爐膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)的固體物料發(fā)生顆粒團(tuán)互相撞擊所產(chǎn)生。從一般的維護(hù)與對(duì)磨損的觀察經(jīng)驗(yàn)分析，本次所討論的循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中于三體磨損。

對(duì)于循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損的原因分析，應(yīng)該從其不同的區(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行分別研究。它的主要磨損區(qū)域存在于布風(fēng)板、風(fēng)帽，爐膛四周的水冷壁、出口煙窗區(qū)域、分離器、進(jìn)口煙道，以及爐頂受熱面、尾部對(duì)流煙道等。在對(duì)其磨損進(jìn)行預(yù)防與維護(hù)中，可以針對(duì)不同的磨損區(qū)域采用較為對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施。比如，對(duì)于爐內(nèi)水冷屏、過(guò)熱屏、再熱屏下端穿墻區(qū)、不規(guī)則區(qū)或者爐頂、尾部等，都可以采用在施工質(zhì)量方面的安全管理與質(zhì)量控制以及優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)降低其磨損程度。也就是說(shuō)，在循環(huán)流化床（CFB）鍋爐中，諸多可以得到控制與預(yù)防的磨損可以通過(guò)其他手段加以防止，而所討論的循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中于爐膛四周水冷壁磨方面的磨損現(xiàn)象。根據(jù)磨損的不同部位可以將其分為四種較為主要的磨損類(lèi)型。第一種是爐膛四角區(qū)的水冷壁管磨損；第二種是一般水冷壁管均勻磨損；第三種是在水冷壁管耐火耐磨材料交界處的水冷壁管磨損；第四種是不規(guī)則區(qū)域出現(xiàn)的水冷壁管磨損。

2 流場(chǎng)模擬分析

所謂流場(chǎng)模擬分析，也就是根據(jù)CFB鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸、熱力參數(shù)等構(gòu)建一個(gè)理論模型，利用軟件分析，并計(jì)算出鍋爐爐膛內(nèi)部的顆粒物的分布狀態(tài)、數(shù)值濃度值，從而將其速度分布、數(shù)值等進(jìn)行具體運(yùn)算，做出模擬結(jié)論。

首先，在顆粒濃度模擬分析方面，主要是應(yīng)該關(guān)注標(biāo)高的固定范圍內(nèi)的磨損問(wèn)題，也就是應(yīng)該對(duì)顆粒的濃度進(jìn)行細(xì)致分析；其次，應(yīng)該對(duì)顆粒速度進(jìn)行模擬分析，其中的關(guān)鍵在于對(duì)顆粒下降時(shí)，速度的最大值進(jìn)行測(cè)算，因?yàn)橐呀?jīng)完成了澆注料的覆蓋，所以，在該方面還是需要對(duì)固定范圍內(nèi)的標(biāo)高進(jìn)行磨損情況的分析。在磨損量模擬分析中，一般都會(huì)根據(jù)所得數(shù)據(jù)，通過(guò)沖蝕磨損理論加以運(yùn)算，并做出結(jié)果。其公式如下：

E=mp×k×Un×F（a）

其中，E表示沖蝕磨損率（um/100 h），mp表示沖擊工作面的固體顆粒質(zhì)量（kg），k表示灰特性系數(shù)，Un表示物料速度（m/s，n在2到3），F(xiàn)（a）則是描述沖蝕、沖擊角度關(guān)系的相函數(shù)。

3 治理方法分析

3.1 金屬?lài)娡?/p>

該方法較為傳統(tǒng)，是處理水冷壁磨損的常見(jiàn)辦法，從其基本原理看，主要是通過(guò)替代作用，也即是將耐磨合金層作為管壁代替品，經(jīng)受物料沖刷作用所帶來(lái)的磨損，主要還是以較為傳統(tǒng)的以高耐磨性對(duì)抗磨損。從經(jīng)驗(yàn)及普遍受歡迎程度看，超音速火焰噴涂及電弧噴涂的使用較為普遍，而且效果也較為理想。在噴涂區(qū)域的選擇方面，它需要將其磨損部位加以明確，從而在其爐膛內(nèi)部標(biāo)高一個(gè)固定的范圍。

換句話(huà)講，即是對(duì)內(nèi)水冷壁管及鰭片處進(jìn)行噴涂，對(duì)爐膛水冷壁四角焊縫標(biāo)高某個(gè)固定數(shù)值下的根管進(jìn)行噴涂處理，對(duì)于分離器入口側(cè)墻襯里的管道與鰭片進(jìn)行噴涂。

在噴涂中，要注意對(duì)噴涂層應(yīng)該進(jìn)行檢測(cè)，并使其符合相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求，如其結(jié)合的強(qiáng)度、硬度、熱導(dǎo)率、噴涂粒子速度及孔隙率等，進(jìn)行一合理對(duì)比，使其保持在合理的范圍之內(nèi)。

3.2 多階防磨梁

對(duì)CFB鍋爐水冷壁磨損治理措施中，多階防磨梁技術(shù)較新，其基本原理在于，通過(guò)多階防磨梁技術(shù)使磨損速率、物料之間構(gòu)成三次方關(guān)系，利用對(duì)于物料的流速控制，使其可能出現(xiàn)的沖刷磨損減輕，最主要的治理部位集中于衛(wèi)燃帶過(guò)渡區(qū)，其效果最為明顯；當(dāng)安裝防磨梁之后，爐內(nèi)床料的流動(dòng)方向會(huì)發(fā)生改變，而且它會(huì)通過(guò)形成一個(gè)能夠減輕水冷壁管磨損的低濃度區(qū)。

3.3 澆注料優(yōu)化

雖然CFB鍋爐屬于第II代升級(jí)產(chǎn)品，然而其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)缺陷無(wú)法避免，因而造成爐膛內(nèi)部區(qū)域的磨損較為嚴(yán)重。上面所說(shuō)的兩種方法，雖然可以起到一定的治理作用，但是從其治理效果看，最終不能達(dá)到治本的目的，而且當(dāng)其應(yīng)用隨著時(shí)間周期而增加時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

因此，應(yīng)該注重澆注料優(yōu)化，也就是需要在第一道阻流與前墻衛(wèi)燃帶間進(jìn)行耐磨可塑料的涂抹，從而提高其受磨損的耐受程度，達(dá)到抗磨損效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁的磨損主要是由于物料循環(huán)燃燒的特點(diǎn)引發(fā)，以及金屬、多階防和澆注料的使用和優(yōu)化。所以對(duì)其控制應(yīng)該從多個(gè)角度入手，在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢查等主要環(huán)節(jié)克服可能出現(xiàn)的問(wèn)題，當(dāng)有問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該及時(shí)采取有效的措施加以處理。

對(duì)于它的磨損還應(yīng)該注重關(guān)鍵部位，對(duì)其細(xì)致檢查，認(rèn)真分析，并找出具體的原因，進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)治理。同時(shí)應(yīng)該注重綜合治理的必要性，通過(guò)多種手段達(dá)到保障鍋爐壽命延長(zhǎng)的目的。

［1］ 陳國(guó)杰. CFB鍋爐水冷壁磨損防護(hù)措施及質(zhì)量控制［J］. 山東電力高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014（2）.

［2］ 楊玉晨. 循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損原因及預(yù)防措施［J］. 科學(xué)與財(cái)富報(bào)，2013（12）.

［3］ 徐景書(shū). 450T/h循環(huán)流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損原因及預(yù)防措施［J］. 黑龍江科技信息，2012（17）.

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Cause analysis and treatment methods of CFB boiler water wall wearing

TK223

1009-797X（2015）22-0131-03

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.051

多潔才仁（1986-），男，大專(zhuān)學(xué)歷，焊接檢修技術(shù)員。

2015-10-13