淺議循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損原因及對(duì)策

侯杰

摘要：循環(huán)流化床鍋爐經(jīng)過不斷的研究和發(fā)展，已經(jīng)成為較成熟的清潔煤燃燒技術(shù)，具有煤種適應(yīng)性好、燃燒效率高、環(huán)保性能好等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)石油化工、電力、供汽供暖等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但在使用過程中也暴露出一些問題，尤其是經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后水冷壁出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重制約了循環(huán)流化床鍋爐的連續(xù)長周期穩(wěn)定運(yùn)行?；诖耍疚木歪槍?duì)循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損原因及對(duì)策進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；水冷壁；磨損；原因；對(duì)策

1循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損問題分析

1.1爐膛下部澆注料上沿附近的水冷壁管的磨損

爐膛下部澆注料上沿附近的水冷壁管因處在燃燒室的緣故，顆粒濃度通常高于其他部位，相對(duì)更易造成磨損。生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)鍋爐這個(gè)部位的結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)考慮使用一些方法來削弱磨損程度，但效果往往不盡人意。

1.2爐膛四角區(qū)域的磨損

爐膛四個(gè)角落區(qū)域的磨損，也是導(dǎo)致水冷壁磨損形成故障的主要影響因素。爐膛四角內(nèi)壁面向下流動(dòng)的固體物料密度比較高，是導(dǎo)致爐膛四個(gè)角落區(qū)域管壁磨損嚴(yán)重的原因之一。同時(shí)，由于耐火澆注料的施工原因，會(huì)造成局部的缺陷，長時(shí)間的運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生破損，破損和缺陷部位會(huì)引起局部渦流，這樣也會(huì)對(duì)澆注料附近的水冷壁管造成加劇磨損，也是鍋爐爆管的主要部位之一。

1.3膜式水冷壁焊縫或散熱片焊縫引起的磨損

此類磨損的原因來自于施工質(zhì)量，若水冷壁管間的焊縫有凹凸不平的地方，那么此類磨損可以出現(xiàn)在爐膛循環(huán)區(qū)域內(nèi)的任何位置，而散熱片與管子間焊接過于粗糙時(shí)也會(huì)引起嚴(yán)重的磨損。若散熱片間的凸起比較明顯，散熱片則會(huì)被穿透，此時(shí)爐內(nèi)的氣體以較高流速排出，會(huì)造成水冷壁管出現(xiàn)一定的磨損情況。

1.4不規(guī)則管壁處的磨損

不規(guī)則管壁處是指穿墻管、爐墻開孔處的彎管等，根據(jù)實(shí)際操作的現(xiàn)象表明，即便是極不明顯的不規(guī)則區(qū)域，也能導(dǎo)致水冷壁的嚴(yán)重磨損。形成不規(guī)則區(qū)域管壁磨損的因素存在許多類，其中最值得注意的是，不規(guī)則管壁的特殊形狀影響了氣體在部分水冷壁內(nèi)的流動(dòng)。

2循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損的預(yù)防措施

2.1防磨噴涂技術(shù)

由于燃燒室過渡段沿著壁管下流的固體物料與顱內(nèi)向上運(yùn)行的物料具有相反的運(yùn)動(dòng)方向，因此在局部地區(qū)會(huì)出現(xiàn)窩旋流，改變交接區(qū)的流動(dòng)方向。因此使用防磨噴涂技術(shù)能夠有效避免過渡段受熱面磨損。該種技術(shù)主要是應(yīng)用雙層涂層構(gòu)成復(fù)合防護(hù)層，工作層材料為金屬合金絲材質(zhì)，該種材質(zhì)耐磨損沖刷，具有良好的抗高溫，耐熱腐蝕以及抗氧化等作用，面層主要是應(yīng)用高溫耐磨腐蝕專用封孔劑封孔，需要在面層邊緣處理設(shè)置過渡段，將非涂層和涂層之間進(jìn)行平滑過渡，不出現(xiàn)凹凸平臺(tái)。

2.2焊接工藝

爐膛受熱面部分在實(shí)際運(yùn)行期間會(huì)出現(xiàn)切削磨損現(xiàn)象，若沒有將壁管的焊縫進(jìn)行打磨處理，將會(huì)導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)磨損情況。在安裝鍋爐期間，施工人員需要全面根據(jù)母材和焊口齊平等工藝要求，全面打磨鰭片焊口和受熱面焊口等，在打磨處理完成之后需要進(jìn)行滲油試驗(yàn)，防止形成渦流磨損導(dǎo)致爆管現(xiàn)象。

2.3增設(shè)多級(jí)防磨梁

通常情況下，物料對(duì)管壁的磨損速度與其粒度，密度以及速度等存在關(guān)聯(lián)性，如下式所示：

在以上公式當(dāng)中，E表示磨損速率；dp表示固體粒子直徑；C表示煙氣中固體粒子流量，Vnp表示煙氣中粒子加速度；K表示比例常數(shù)；g表示重力加速度；t表示運(yùn)行時(shí)間。

因此能夠看出，固體粒子速度的n次方與鍋爐受熱面成正比關(guān)系，與比例常數(shù)成正比關(guān)系，比例常數(shù)能夠直接影響床料顆粒形狀和密度灰的成分，比例常數(shù)主要是利用實(shí)際試驗(yàn)確定；鍋爐受熱面與粒子直徑和流量成正比關(guān)系。

2.4控制風(fēng)量

影響鍋爐內(nèi)磨損的主要因素在于煙氣流速，煙氣流速的3次方與磨損量之間成正比關(guān)系。煙氣流速能夠?qū)_擊到爐內(nèi)壁灰粒量和流動(dòng)飛灰造成直接影響。如果一次風(fēng)量比較大，將會(huì)顯著提升磨損量。二次風(fēng)量比較大也劇烈擾動(dòng)爐內(nèi)燃燒情況，也會(huì)相應(yīng)提升水冷壁的磨損量。循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行屬于流態(tài)化的高溫物料懸浮燃燒，風(fēng)量大小將對(duì)鍋爐運(yùn)行安全性造成直接影響。所以需要在確保床料全面流化前提下全面減少一次風(fēng)量，在維持氧量的前提下需要對(duì)二次風(fēng)量進(jìn)行全面調(diào)整，還需要與上下二次風(fēng)量進(jìn)行合理搭配，確保富余空氣量。減少低密度區(qū)域的高度能夠延長燃煤顆粒的爐內(nèi)時(shí)間，顯著降低對(duì)水冷壁管的沖刷，減少飛灰含碳量。按照負(fù)荷變化情況需要合理選擇床層差壓，煙氣流速以及床層密度等，加強(qiáng)旋風(fēng)分離器分開效果。

2.5控制入爐煤的粒度和煤質(zhì)

盡管循環(huán)流化床鍋爐具有廣泛的燃煤適應(yīng)性，因此可以應(yīng)用劣質(zhì)煤，然而由于使用劣質(zhì)煤將會(huì)出現(xiàn)較大比重的煤質(zhì)，提升使用風(fēng)量，增加磨損影響。其次，由于劣質(zhì)煤當(dāng)中存在較多煤灰分，會(huì)增加燃煤量，提升煙氣當(dāng)中飛灰濃度，逐漸加強(qiáng)對(duì)水冷壁管的切削影響，提升磨損程度。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒方式較為特殊，固體物料密度為煤粉爐的上百倍。因此需要加強(qiáng)管理煤質(zhì)量，進(jìn)行煤質(zhì)試驗(yàn)，控制煤的篩分粒度。

2.6優(yōu)化爐內(nèi)澆注料

為了避免爐膛出口處出現(xiàn)氣流轉(zhuǎn)向?qū)λ浔诠茉斐赡p，需要將耐火材料設(shè)置在出口處，將耐磨耐火涂料涂抹在耐火襯里表面進(jìn)行防磨處理。耐磨耐火涂料主要是應(yīng)用超微粉，強(qiáng)膠凝固粘合劑等通過中溫?zé)Y(jié)技術(shù)，加水均勻攪拌之后直接涂抹施工。在常溫條件下固化之后需要結(jié)合耐磨耐火襯里表面，將耐磨值控制在5CC以內(nèi)，能夠在1300℃以上溫度沖擊下不開裂脫落。該工藝能夠有效修復(fù)循環(huán)流化床鍋爐的耐磨襯里，能夠?qū)⑵浔砻嫘迯?fù)如新。

循環(huán)流化床內(nèi)的固體顆粒密度能夠呈環(huán)形流特點(diǎn)，沿著床層截面能夠分為，邊壁中心區(qū)域的低密度顆粒主體上升和附近的高密度顆粒主下行，這樣就能夠形成環(huán)-核兩區(qū)流動(dòng)模式。

顆粒流比較高的下降流動(dòng)速度會(huì)嚴(yán)重磨損水冷壁面，特別體現(xiàn)在過渡段，因此在預(yù)防期間需要使用增設(shè)多級(jí)防磨梁的方案進(jìn)行。該防磨技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在多級(jí)磨凸臺(tái)會(huì)減緩爐膛沿壁流的顆粒和速度，能夠全面解決水冷壁磨損根源，具有顯著的防磨效果，便于安裝和操作，能夠在較短時(shí)間內(nèi)完成檢修，成本不高，并且不需要大量改造爐膛水冷壁，可靠運(yùn)行，便于檢修。

3結(jié)語

綜上所述，循環(huán)流化床鍋爐在防磨噴涂技術(shù)、焊接工藝、增設(shè)多級(jí)防磨梁、控制風(fēng)量、控制入爐煤的粒度和煤質(zhì)、優(yōu)化爐內(nèi)澆注料等方面上的完善能夠減輕爐膛內(nèi)水冷壁的磨損，利于循環(huán)流化床鍋爐長期安全、穩(wěn)定地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為同行提供了借鑒和參考。

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（作者單位：中國能源建設(shè)集團(tuán)天津電建建設(shè)有限公司）