論循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損及防磨措施

孟寬

（河南開封得勝鍋爐股份有限公司，河南開封 475002）

論循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損及防磨措施

孟寬

（河南開封得勝鍋爐股份有限公司，河南開封 475002）

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計運行經(jīng)驗，通過對循環(huán)流化床鍋爐各部件受熱面磨損原因的分析，提出有效的防磨措施，提高企業(yè)效益。

循環(huán)流化床；磨損；原因；防磨措施

自循環(huán)流化床鍋爐面世以來，經(jīng)過幾十年的生產(chǎn)運行，其因燃料適應(yīng)性廣、具有較高的熱效率、脫硫脫氮效果好、低污染物排放、結(jié)構(gòu)簡單以及操作方便等諸多優(yōu)勢，受到市場的熱烈歡迎［1］。但是，由于循環(huán)流化床鍋爐自身流化燃燒和物料循環(huán)的特點，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵袛y帶大量灰粒，鍋爐金屬受熱面在換熱過程中難免發(fā)生磨損。根據(jù)用戶的反饋信息，在實際運行中磨損問題嚴(yán)重，每年因磨損造成停爐事故率達(dá)45%～50%。循環(huán)流化床鍋爐受熱面的磨損已經(jīng)對鍋爐的安全和經(jīng)濟(jì)運行造成嚴(yán)重影響。因此，安全有效的防磨措施是研究的重點。

1 影響磨損的主要因素

灰粒對受熱面的磨損主要是對管子的磨損。管子受到磨損是灰粒對受熱面管的不斷沖擊和剪切共同作用造成的。受熱面磨損的過程可看做是純機械作用的過程，其磨損量大小和撞擊在金屬表面上的粒子總動能成正比關(guān)系，即E∝unp×dp×K×C×t/2g。其中，E為磨損量，g/m2；up為煙氣中固體粒子的速度，m/s；dp為粒子直徑，mm；C為煙氣中固體粒子濃度，g/m3；K為比例系數(shù)；t為時間，h。

1.1 磨損量與煙氣中灰粒流動速度的n次方成正比

循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計時，各部位的煙氣流速不同，決定了鍋爐各部件受熱面的防磨性能不同。當(dāng)然，鍋爐的防磨性能還會受到制造、安裝質(zhì)量和運行工況的影響。

1.2 金屬受熱面的磨損量與煙氣中的粒子濃度呈正比

當(dāng)煙氣中的灰粒子濃度較大時，對鍋爐的金屬受熱面的磨損較為嚴(yán)重。而循環(huán)流化床鍋爐煙氣中的灰粒子濃度與鍋爐的運行工況及燃料的灰分大小有關(guān)。當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐流化風(fēng)速和爐膛中煙氣流速較大時，煙氣中的灰粒子濃度較高，會增大對受熱面的磨損。當(dāng)使用燃料的灰分較大時，相應(yīng)煙氣中灰粒子濃度就會較大，對受熱面的磨損也較大。由此可知，鍋爐受熱面磨損最嚴(yán)重的就是煙速最大和灰粒子濃度最大之處。

1.3 受熱面的磨損量與粒子直徑呈正比

煙氣中的灰粒子直徑大小不一，其大小分布與燃煤種類、燃燒狀況、鍋爐的結(jié)構(gòu)形式等都有關(guān)系。循環(huán)流化床鍋爐爐膛下部物料直徑較大，通常下部受熱面磨損較大。但研究表明，磨損量隨粒子直徑增大而增大，但是當(dāng)粒子直徑增大到一定值時，磨損量的變化就比較緩慢。

1.4 床料及灰的成分、形狀也對受熱面磨損有一定影響

當(dāng)灰分中鋁、硅含量較大，且灰粒子形狀帶有多棱角時，對受熱面的磨損較大。

1.5 受熱面管壁溫度對磨損的影響

隨著受熱面管壁溫升高，管壁表面形成氧化層，會提高其抗磨損能力。但是，隨著壁溫再次升高，氧化層軟

化，其抗磨損性能下降。

1.6 煙氣流動方向?qū)κ軣崦娴挠绊?/p>

煙氣對受熱面的沖刷方向和沖刷方式的不同，對受熱面的磨損也是不同的。當(dāng)煙氣橫向沖刷管束時磨損較大，而縱向沖刷管子時則較輕。

2 循環(huán)流化床鍋爐爐膛受熱面磨損及防磨措施

2.1 事例分析

某公司1臺型號為SHX20-2.5/400-AI型循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐水冷由爐膛水冷壁管、上下鍋筒和對流管束組成。爐膛采用光管水冷壁，管子規(guī)格為Φ60×3，爐膛出口處采用拉稀管結(jié)構(gòu)，并在管子垂直段上加裝防磨瓦。在鍋爐實際運行中突然出現(xiàn)異常響動，懷疑水冷壁管出現(xiàn)問題，經(jīng)停爐檢查，發(fā)現(xiàn)在鍋爐煙窗口處管子由于磨損破裂。

主要原因是爐膛煙窗出口處煙氣溫度和流速較高，灰粒子在高速運動狀態(tài)，對煙窗出口處的水冷壁管產(chǎn)生直接的沖擊造成磨損，而該爐在煙窗口處設(shè)計防磨瓦長度不夠，沒有將拉稀管彎管處和斜段進(jìn)行防磨處理，導(dǎo)致了停爐事故發(fā)生。處理措施是更換損壞的管子，修改煙窗出口處管子防磨的設(shè)計方案，增加管子彎管的圓弧段和斜直段的防磨瓦，防磨材質(zhì)采用耐高溫耐磨的合金材質(zhì)，經(jīng)過更改后有效地防止了水冷壁管的磨損，達(dá)到了用戶的滿意。

2.2 爐膛水冷壁主要磨損機理

循環(huán)流化床鍋爐運行中，為了提高分離器的分離效率，在爐膛煙窗出口處煙氣流速一般很高，因此會對管子造成沖刷，加劇管子磨損。此外，在水冷壁下部與耐火材料交界處也是主要磨損區(qū)，因為循環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)是氣固兩相流動的特點，中心區(qū)域向上流動，四周灰粒沿水冷壁向下落，當(dāng)灰粒子遇到下部的耐火材料時，與其發(fā)生碰撞，并改變運動方向，而后即對管子產(chǎn)生沖擊和磨損。

2.3 爐膛內(nèi)受熱面的防磨措施

2.3.1 非表面防護(hù)。非表面防護(hù)方法主要包括合理的配風(fēng)、合理的煤粉粒度、控制燃燒中灰粒濃度和合理的受熱面布置等方法，但這些方法只能在一定程度上減少管子的磨損。因此，要尋求效果更好的防護(hù)方法。

2.3.2 表面防護(hù)

2.3.2.1 金屬防磨護(hù)瓦。這是鍋爐傳統(tǒng)的一種防磨措施，可有效對管子進(jìn)行保護(hù)。因此，在產(chǎn)品設(shè)計中，一般在光管水冷壁的下部管子與耐火材料交界處和煙窗出口處管子上加裝防磨護(hù)瓦，并使用耐高溫耐磨材質(zhì)。光管水冷壁管子一般裝在管子下部與耐火材料交界處上方。煙窗出口對煙氣沖刷強烈的地方也要進(jìn)行防護(hù)。但是，需經(jīng)常檢查是否有防磨瓦脫落、損壞，一旦發(fā)現(xiàn)要及時進(jìn)行處理。

2.3.2.2 覆蓋耐火材料。在采用膜式水冷壁設(shè)計時，在燃燒室內(nèi)的膜式壁采用覆蓋耐磨耐火材料的防護(hù)措施。使用中耐火材料會由于溫度循環(huán)波動和熱沖擊等造成耐火材料出現(xiàn)裂紋甚至剝落現(xiàn)象，同時也應(yīng)注意物料對耐火材料的長期沖擊而造成破壞。

2.3.2.3 熱噴涂技術(shù)。目前熱噴涂技術(shù)由于現(xiàn)場實用性強、噴涂效果好、涂層可調(diào)節(jié)等優(yōu)點，也已被廣泛應(yīng)用。對于煙窗出口處管子、對接焊縫處、爐膛四角易磨損處均可使用噴涂金屬防護(hù)層等措施，熱噴涂可以在已有設(shè)備未防護(hù)部分進(jìn)行追加防護(hù)，而且涂層厚度、材料均可調(diào)節(jié)，大大增加其應(yīng)用范圍。

3 循環(huán)流化床鍋爐對流受熱面的磨損及防磨措施

3.1 事例分析

某公司1臺KG-75/3.82-M型循環(huán)流化床蒸汽鍋爐，對流受熱面布置從上到下依次為過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，各部件均為煙氣橫向沖刷受熱面管，在運行中負(fù)荷正常時，出現(xiàn)一次風(fēng)機、引風(fēng)機電流增大、鍋爐流化不好等問題，在檢修中發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器管子上方有大面積雜物遮擋，導(dǎo)致煙氣只能從一側(cè)經(jīng)過，用白色粉末進(jìn)行漏風(fēng)試驗發(fā)現(xiàn)有200多根管子有泄漏現(xiàn)象。事例中由于安裝過程中沒有對系統(tǒng)進(jìn)行清理，雜物遮擋導(dǎo)致煙氣流通面積的減少，以至于煙氣流速過高。而流受熱面的磨損量與煙氣流速的3.22次方呈正比關(guān)系，因此出現(xiàn)了大量空氣預(yù)熱器管子在高速煙氣下磨損的問題。處理措施是更換已磨損的空氣預(yù)熱器管，對鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行檢查清理。

3.2 對流受熱面的防磨措施

3.2.1 選取恰當(dāng)?shù)臒煔饬魉佟α鳠煔馑俣燃炔荒苓^高也不能過低，煙速過高會使磨損加快；如果煙速過低，則受熱面會積灰。

3.2.2 加裝防磨護(hù)瓦。對于過熱器和鋼管省煤器，可在其迎風(fēng)面管排上和彎頭處加焊防磨護(hù)瓦，或在迎風(fēng)面管排上敷設(shè)一層耐磨涂料來解決防磨問題。

3.2.3 提高分離器分離效率。可以通過改變旋風(fēng)分離器排氣管的直徑和位置，提高其分離效率，同時有效降低煙氣飛灰濃度和顆粒度，減輕煙氣對分離器后部各受熱面的磨損。

3.2.4 避免煙氣走廊。在設(shè)計布置受熱面時，充分考慮煙氣走廊的高速煙氣對受熱面管的磨損。若無法避免，可考慮加裝防磨罩，這樣能有效防止煙氣對受熱面管的磨損。

4 結(jié)語

本文對循環(huán)流化床鍋爐的爐膛受熱面、對流煙道受熱面等鍋爐易磨損部位進(jìn)行了原因探究，提出一些有效的防磨措施。同時，希望大家能夠積極研究探索更加合理的解決方法，減少循環(huán)流化床鍋爐事故的發(fā)生率，提高循環(huán)流化床鍋爐的使用壽命。

［1］岑可法.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行［M］.北京：中國電力出版社，1997.

On the Wear and Anti Abrasion Measures of the Heating Surface of Circulating Fluidized Bed Boiler

Meng Kuan
（Henan Victory Boiler Limited by Share Ltd，Kaifeng Henan 475002）

According to the design and operation experience of circulating fluidized bed boiler,through the analysis of the cause of the wear of the heating surface of the parts of the circulating fluidized bed boiler,this paper put for?ward the effective measures to improve the efficiency of the enterprise.

circulating fluidized bed wear；wear and tear；reason；anti abrasion measure

TK229.6

A

1003-5168（2016）10-0080-02

2016-09-12

孟寬（1987-），男，本科，助理工程師，研究方向：鍋爐設(shè)計工作。