大型循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損的原因及防止措施探究

張克廷

摘 要：大型循環(huán)流化床鍋爐是在近些年開始廣泛應(yīng)用的新型燃煤鍋爐，因?yàn)槟軌蜻M(jìn)行爐內(nèi)脫硫以及高效燃燒等特點(diǎn)，在我國的電站等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的效果。但是由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及日常維護(hù)等方面的影響，受熱面會(huì)發(fā)生一定的磨損，會(huì)直接降低受熱面的使用壽命，增加維護(hù)成本，并且對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性產(chǎn)生一定的威脅。所以為了提高循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行效率，文章對(duì)受熱面磨損的原因進(jìn)行了分析，然后進(jìn)一步闡述了防止措施。

關(guān)鍵詞：大型循環(huán)流化床鍋爐；受熱面；磨損；防止措施

前言

循環(huán)流化床鍋爐能夠使用多種燃料，且燃燒效率高，所以在工業(yè)領(lǐng)域的使用范圍較廣。循環(huán)流化床鍋爐的燃料會(huì)根據(jù)密度的不同而劃分不同的爐膛，且在燃料燃燒的過程中，燃料顆粒是處于流動(dòng)狀態(tài)，所以對(duì)于密度較大的區(qū)域而言，固體顆粒在流動(dòng)運(yùn)行過程中就會(huì)對(duì)受熱面發(fā)生碰撞，由此對(duì)受熱面造成嚴(yán)重的磨損。受熱面經(jīng)過長期磨損，會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性、維修成本等產(chǎn)生很大的影響，從而帶來人力、物力和財(cái)力等方面的消耗。為了避免循環(huán)流化床鍋爐受熱面過于磨損，應(yīng)該加強(qiáng)在防磨防爆方面的設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)等方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而提高鍋爐運(yùn)行效率。

1 大型循環(huán)流化床鍋爐磨損原因分析

由于大型循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，燃料在爐內(nèi)反復(fù)循環(huán)燃燒，直至燒盡為止，所以燃料顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間較長。在鍋爐運(yùn)行過程中，含灰氣流在一定的運(yùn)行角度和速度下，與受熱面發(fā)生撞擊時(shí)，就會(huì)將受熱面上細(xì)微的金屬屑切削掉，從而對(duì)管壁產(chǎn)生磨損。鍋爐中的爐膛水冷壁、過熱器管屏、尾部對(duì)流煙道、外置式換熱器等受熱面所遭受的磨損比較嚴(yán)重，下面會(huì)對(duì)磨損原因進(jìn)行簡要分析。

1.1 鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式造成的磨損

受熱面的磨損主要是固體顆粒在運(yùn)動(dòng)的過程中與管壁發(fā)生碰撞造成的，而固體顆粒的運(yùn)行速度和方向都會(huì)對(duì)磨損的程度產(chǎn)生一定的影響，所以在鍋爐內(nèi)的燃料進(jìn)行總體循環(huán)時(shí)，鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)煙氣流速有直接影響。布風(fēng)板送入的一次風(fēng)，爐膛運(yùn)行時(shí)送入的二次風(fēng)和三次風(fēng)以及燃料的給入方式都是影響燃料運(yùn)行軌跡的重要因素，所以鍋爐系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)受熱面的磨損產(chǎn)生很大的影響。

1.2 運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)造成的磨損

氣流速越大，磨損越為嚴(yán)重。因?yàn)樵跓煔饬鲃?dòng)的過程中，會(huì)帶動(dòng)固體顆粒運(yùn)動(dòng)，固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度、單位面積的顆粒含量以及固體顆粒與受熱面的撞擊頻率等，都是影響磨損的要素。所以當(dāng)鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)行參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，煙氣速度較高的情況下，就會(huì)加速固體顆粒的運(yùn)行速度，與受熱面的撞擊力度增加，由此增加磨損程度。

1.3 床料特性對(duì)磨損的影響

床料顆粒的大小與受熱面的磨損量成正相關(guān)的關(guān)系，如果床料顆粒較小，受熱面的磨損量就小。反之，床料的顆粒較大，受熱面的磨損量就增加。因?yàn)樵跓煔饬鲃?dòng)的過程中會(huì)帶動(dòng)床料顆粒一起運(yùn)動(dòng)，煙氣流速越大，床料顆粒在與受熱面接觸時(shí)的力度就越大，所以床料顆粒大小與受熱面磨損量直接相關(guān)。

1.4 床料顆粒成分對(duì)磨損的影響

床料顆粒的成分與受熱面磨損也有直接關(guān)系，床料在煙氣的帶動(dòng)下與受熱面碰撞時(shí)，床料顆粒的硬度越大，受熱面產(chǎn)生的磨損量就越大，床料顆粒的硬度越小，受熱面的磨損量就越小。所以，如果床料中含有硅和鋁等成分，其硬度就較高，如果鈣和硫的成分較多，則床料硬度低。為了控制受熱面的磨損量，控制床料成分是重要途徑之一。

2 循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損預(yù)防措施

2.1 鍋爐風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改造

為了降低燃料固體顆粒對(duì)鍋爐受熱面的磨損，可以通過改善鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化運(yùn)行方式來達(dá)到目的。其中主要是對(duì)引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，通過增加風(fēng)輪直徑和葉輪上葉片的數(shù)量，來增加風(fēng)機(jī)的額定出力，從而優(yōu)化各個(gè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓。通過改造之后，二、三次風(fēng)的風(fēng)速大幅提升，對(duì)一次風(fēng)和物料起到了有效的屏蔽作用，從而減少固體顆粒運(yùn)行對(duì)受熱面的磨損。此外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造后，能夠保證鍋爐在額定負(fù)荷下運(yùn)行，有效提高鍋爐的運(yùn)行效率。除了改造風(fēng)機(jī)系統(tǒng)外，還可以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改造。因?yàn)楹髩εc爐頂之間的空間較小，所以煙氣在此空間內(nèi)的流速較高，對(duì)凝渣管和過熱器會(huì)產(chǎn)生巨大的磨損。所以在不影響鍋爐正常運(yùn)行的情況下，可拆除部分后墻，增加煙氣流通空間，降低煙氣流速，從而減少固體顆粒對(duì)受熱面的撞擊磨損。

2.2 對(duì)煙氣流速的控制

在對(duì)鍋爐爐膛受熱面發(fā)生嚴(yán)重磨損的主動(dòng)防治上，比較合理的方式是控制煙氣的流速。在操作循環(huán)流化床鍋爐的過程中，入爐的風(fēng)量有三種，即返料風(fēng)、二次風(fēng)、一次風(fēng)，一次風(fēng)量的大小不但會(huì)制約到煙氣的流速，而且會(huì)直接制約到顆粒直徑與循環(huán)物流量。為此，要想避免顆粒流速嚴(yán)重地?fù)p害爐膛，應(yīng)當(dāng)對(duì)一次風(fēng)量進(jìn)行有效地控制。一次分量的大小跟燃燒效率、鍋爐流化狀態(tài)等一系列的要素存在必然的聯(lián)系。因此，能夠在控制這一系列要素的基礎(chǔ)上來控制煙氣流速，進(jìn)而有效地控制磨損的速率。

2.3 控制床料的粒徑和硬度

床料的粒徑大小和硬度與受熱面的磨損量成正相關(guān)的關(guān)系，所以通過改善床料粒徑和硬度，是降低磨損量的重要途徑之一。首先應(yīng)該對(duì)燃煤的粒徑進(jìn)行控制，從初選燃煤開始，再利用高蝠篩和破碎機(jī)來減少燃煤的粒徑，控制在合理的大小范圍內(nèi)。其次，提高煤粉的質(zhì)量，煤粉中盡量少含有硅、鋁成分，降低燃料的硬度。再次，還應(yīng)該對(duì)脫硫劑以及殘?jiān)任镔|(zhì)進(jìn)行有效控制，最大程度控制床料的粒徑和硬度，從而降低對(duì)受熱面的磨損量。

2.4 改善鍋爐受熱面材料

除了主動(dòng)防磨措施外，還可以采取被動(dòng)防磨材料設(shè)計(jì)。材料防磨技術(shù)指的是通過噴涂以及更換耐磨材料的手段防治爐膛的磨損。目前經(jīng)常使用的耐磨材料噴涂技術(shù)是火焰噴涂、真空離子噴涂、電弧噴涂等等。其中，電弧噴涂是通過電弧噴涂裝置來融化金屬合金絲，且在事先防銹的鍋爐表面噴涂。因?yàn)閲娡恐蟮慕饘俸辖鸾z的特點(diǎn)是耐腐蝕、耐高溫、耐磨等，所以能夠?qū)⒎乐胃邷啬p與高溫腐蝕的保護(hù)提供給鍋爐爐膛受熱面，從而保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

3 結(jié)束語

受熱面作為大型循環(huán)流化床鍋爐中的重要組成部分，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響到鍋爐的運(yùn)行效率。受熱面長期處于磨損狀態(tài)，不僅會(huì)對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性產(chǎn)生影響，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，也不利于鍋爐的正常運(yùn)行。文中對(duì)大型循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損的機(jī)理和原因進(jìn)行了分析，并且提出了相應(yīng)的防止措施，對(duì)于促進(jìn)大型循環(huán)流化床鍋爐的長久穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

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