火力發(fā)電廠流化床鍋爐的磨損形式及防磨措施初探

趙振宇

摘 要：本文綜述了流化床鍋爐各部位的磨損形式，分析了其磨損形式，并提出了有效的防范措施，均具有一定的代表性，對(duì)解決火力發(fā)電廠流化床鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的磨損問題有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：流化床;磨損;貼壁流;渦流;澆注料

前言：由于循環(huán)流化床（CFB）鍋爐具有的燃燒效率高，燃料適應(yīng)性廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，啟動(dòng)時(shí)間短，有利于環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，而備受青睞，在我國(guó)火電行業(yè)以及自備熱電廠得到了迅速的推廣使用，但是流化床鍋爐所燃燒的物料屬于顆粒狀的，在爐內(nèi)屬于流化沸騰狀態(tài)，因此鍋爐內(nèi)部各部位的磨損問題比較突出，嚴(yán)重制約了CFB鍋爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文就長(zhǎng)期在440t/h及1020t/h流化床爐實(shí)際工程建設(shè)及檢修工作中發(fā)現(xiàn)的各受熱面的磨損狀況進(jìn)行了總結(jié)分析。

一、GFB鍋爐磨損概況

CFB鍋爐的磨損主要發(fā)生在：水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、風(fēng)帽及澆注料。

1、水冷壁的磨損

水冷壁的磨損位置主要是：與衛(wèi)燃帶交界處;下部密相區(qū);水冷壁對(duì)接焊縫處;四角縫;爐膛出口區(qū)域、看火孔澆注料相鄰處;給煤及二次風(fēng)口處;水冷壁壁上的凸起物處。

1.1水冷壁與衛(wèi)燃帶交界處及密相區(qū)的磨損

此位置磨損為流化床鍋爐水冷壁常見磨損部位，且較難處理。因澆注料與水冷壁應(yīng)火面不在同一水平線，導(dǎo)致水冷壁與澆注料結(jié)合部位有過渡錯(cuò)臺(tái)，那么爐內(nèi)燃燒的物料在流化狀體下沿水冷壁面下降的物料流（即貼壁流流）在碰到凸起的澆注料時(shí)，會(huì)改變流向形成渦流，使與澆注料相接處的管壁受到磨損而形成凹溝，形如“八字胡”，時(shí)間久而久之，管壁會(huì)逐漸減薄導(dǎo)致泄露。

防范措施：方法一，將凹溝補(bǔ)焊磨平后，貼緊管壁加焊防磨蓋板，但鍋爐運(yùn)行一定周期后，會(huì)發(fā)現(xiàn)蓋板與水冷壁上部焊接縫被磨開，并逐漸下磨，直至磨盡甚至是焊接接縫處磨開以后會(huì)加速水冷壁的磨損速度，因此可以看出加裝蓋板的方法效果是有限的，還需要定期維護(hù)和修補(bǔ)（詳見圖一）。

方法二，目前新型的CFB鍋爐采用了將水冷壁讓管技術(shù)，使該處澆注料與水冷壁肋片形成上下一致的垂直平面，如圖二：

這樣設(shè)計(jì)會(huì)使垂直向下的物料流沿壁面平直下滑，消除了局部渦流區(qū)，使磨損量大大減輕，甚至基本看不出磨損。打衛(wèi)燃帶時(shí)，在澆注料施工完畢后拆模板時(shí)，一定要檢查澆注料與折彎上部水冷壁肋片過渡要平滑，不能出現(xiàn)臺(tái)階或滲漿造成的棱角，可趁澆注料尚未硬化前及時(shí)修理，運(yùn)行一定周期后，要在衛(wèi)燃帶上涂刷一層防磨涂料，以增強(qiáng)耐磨效果。但是此交界處以上1-2m處于密相區(qū)，管壁磨損量相對(duì)較大，經(jīng)過2-3年的運(yùn)行，下部管壁可能減薄到 2.0-3.0mm（標(biāo)準(zhǔn)壁厚5mm-6mm），如果不采取措施，此區(qū)域管壁的大面積均勻減薄將達(dá)到不得不割換水冷壁的程度，及早預(yù)防大面積減薄的最好辦法是采用電弧噴涂法（詳見圖三）或者是激光熔敷法（詳見圖四），在管壁上形成一層致密耐磨的合金涂層，可大大減輕交界處以上密相區(qū)水冷壁的磨損程度。

1.2水冷壁對(duì)接焊縫處的磨損

水冷壁的垂直度對(duì)磨損程度至關(guān)重要，任何傾斜和壁面凸起物都將帶來嚴(yán)重的磨損。我們?cè)谝淮螠y(cè)厚中，發(fā)現(xiàn)一根管子下部向內(nèi)傾斜，結(jié)果管壁減薄程度（剩2mm）大大超過其它管子（平均剩4.1mm）管子對(duì)接焊縫的小凸臺(tái)也會(huì)導(dǎo)致焊縫被磨平并使焊縫上部管壁輕微減薄。

在一次泄漏停爐檢查中我們發(fā)現(xiàn)，安裝公司為了水冷壁對(duì)接，將肋片割開，管口對(duì)接焊好后，再將肋片焊好，但留下了一道道垂直方向的焊瘤凸起帶，使物料流沿焊瘤形成的溝槽向下沖刷管壁，使管壁減薄而泄漏?？梢娝浔诖怪泵嫔媳仨毐ＷC絕對(duì)平直光滑，才能有效避免局部磨損的發(fā)生，因此所有對(duì)接焊縫以及安裝遺留焊點(diǎn)遺留凸起等部位必須打磨平整，不得有任何的凹陷和凸起現(xiàn)象。近年來隨著CFB鍋爐的容量和參數(shù)不斷加大，各種防磨措施也是得到了實(shí)踐性的考驗(yàn)，例如在水冷壁上設(shè)置足夠?qū)挾鹊姆滥チ?，沿爐膛高度方向設(shè)置幾道防磨梁（可根據(jù)水冷壁的日常磨損情況確定設(shè)置幾道），目前在防磨梁的形式有兩種，第一種是傳統(tǒng)的澆注料成型防磨梁，第二種是采用鑄造成型的防磨導(dǎo)流板（現(xiàn)場(chǎng)拼接）如圖五，可使物料的貼壁流遠(yuǎn)離管壁而使壁面沖刷磨損減輕，但磨損區(qū)域略為上移一段距離，仍有磨損，而且會(huì)明顯降低物料與管子的對(duì)流輻射傳熱效果，從而降低了熱負(fù)荷。

1.3 四角縫的磨損

水冷壁四角縫由于物料濃度相對(duì)較高，焊縫不平整焊道迸濺等因素，而出現(xiàn)局部磨損現(xiàn)象，因此每次停爐檢查不可忽視四角縫的檢查，要將焊縫打磨平整滑。

1.4與爐膛出口、看火孔澆注料相鄰處的磨損、凸起物處的磨損

爐膛出口、看火孔的澆注料的邊緣面應(yīng)該剛好包覆水冷壁管子，這樣可使物料流沿澆注料邊緣面沖刷肋片，而不是沖刷相鄰的管壁，澆注料施工時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)，一定要使?jié)沧⒘线吘壌怪逼烬R。由于水冷壁上的看火孔無甚用途，筆者建議：取消或減少看火孔的數(shù)量，拉直此處水冷壁。以消除局部渦流區(qū)。按照歷次積累的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)贑FB鍋爐每運(yùn)行3-4個(gè)月后例行檢查，即搭腳手架至爐膛出口處，從上至下對(duì)水冷壁進(jìn)行全面徹底的檢查，每根管子都要摸查一遍，不放過任何凹溝和凸起。因?yàn)槲覀冊(cè)?jīng)因?yàn)殄仩t安裝公司遺留在水冷壁上的角鐵頭而出現(xiàn)了幾次局部磨損泄漏停爐，犯了不該犯的錯(cuò)誤。

因此，鍋爐竣工后應(yīng)認(rèn)真檢查。

1.5布風(fēng)板與落渣管、給煤口接合處的磨損

CFB鍋爐落渣管、給煤口由于高溫和床料的磨損和來回膨脹，使其與布風(fēng)板連焊處很容易開焊斷裂，從而使渣料漏入風(fēng)室，不但使一次風(fēng)短路影響流化效果，而且落入風(fēng)室的渣料小顆粒還容易堵塞風(fēng)帽小孔。防治措施：每次停爐應(yīng)注意檢查，修補(bǔ)交接處斷裂的落渣管;實(shí)踐證明落渣管膨脹節(jié)膨脹量不夠是交接處斷裂的主要原因，我們采用在落渣管與水冷風(fēng)室下層交接處膨脹節(jié)上再加一個(gè)金屬波紋管膨脹節(jié)，徹底解決了斷裂的問題。還可以在落渣管（風(fēng)室段）上垂直方向焊上4-6道肋片，不但可增強(qiáng)落渣管散熱效果，加熱一次風(fēng)，還可防止落渣管因受熱不均產(chǎn)生的彎曲變形（油槍火焰直沖一側(cè)），從而減輕與布風(fēng)板焊接處的斷裂程度。 另外：通過實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得知，給煤口易選擇圓形給煤口，不建議采用方形給煤口，因?yàn)榉叫谓o煤口收膨脹影響變形比較突出，導(dǎo)致變形部位澆注料脫落致使處于硫化狀態(tài)的物料磨損水冷壁管子

2、過熱器管子的磨損

從旋風(fēng)分離器中心筒出來的煙氣會(huì)因慣性偏向過熱器室頂棚，因此對(duì)過熱器上部管子沖刷較重，一般在此處頂棚上設(shè)一道高30cm寬20cm的圈梁和在過熱器上部加防磨護(hù)瓦來防護(hù)。但為了保險(xiǎn)起見，我們?cè)谶^熱器下部也增設(shè)了防磨護(hù)瓦，另外，每次停爐要認(rèn)真檢查管排是否整齊而無錯(cuò)排出列的管子。為防止煙氣走廊的形成，我們?cè)诠芘胖虚g插上幾根水平的不銹鋼鐵板固定好，強(qiáng)制使管排整齊，并在磨損嚴(yán)重的前三排管子上加焊護(hù)瓦，有效的減輕了磨損情況。

3、省煤器管子的磨損

省煤器管系最上邊兩排一般設(shè)計(jì)有防磨護(hù)瓦，可有效地保護(hù)下面的管子，但由于煙氣的折流沖刷，應(yīng)注意第三排管子的磨損情況，一旦泄漏，只有將泄漏的管子堵死棄用。省煤器管系與聯(lián)箱相連的穿墻管段都設(shè)計(jì)有直形護(hù)瓦，一般正常運(yùn)行2-3年后，會(huì)有少數(shù)護(hù)瓦磨穿，甚至磨透管子而泄漏停爐，因此，應(yīng)注意停爐時(shí)定期檢查，及時(shí)補(bǔ)焊或更換護(hù)瓦。另外我們還遇到過這么一種磨損導(dǎo)致泄露停爐情況，由于彎頭護(hù)簾過長(zhǎng)，直接抵到穿墻管護(hù)瓦上，由于護(hù)簾的導(dǎo)向作用，煙氣顆料徑直沖刷穿墻管直形護(hù)瓦，以致磨穿護(hù)瓦和管壁而泄漏停爐，如圖5。處理方法是：將如圖所示護(hù)簾最下段割去，減輕其導(dǎo)流作用，在直形護(hù)瓦上再加焊一層護(hù)瓦，并定期檢查即可。

4、空氣預(yù)熱器管子的磨損

臥式空預(yù)器管子上口都應(yīng)加防磨套管，因?yàn)殡x管口以下300-400mm處為最大磨損點(diǎn)，磨損后會(huì)造成送風(fēng)外逸，風(fēng)量減少，影響燃燒。而有的鍋爐廠只為其中的一組空預(yù)器管箱配帶防磨套管，造成未配帶防磨套管的空預(yù)管箱子的磨損，應(yīng)注意檢查是否有此現(xiàn)象，并及時(shí)補(bǔ)加套管。

5、風(fēng)帽的磨損

由于風(fēng)帽處于沸騰的床料激烈的摩擦中，因此磨損較為嚴(yán)重。CFB鍋爐物料流動(dòng)的一個(gè)特點(diǎn)是爐膛中心的物流上升速度較快，接觸四周水冷壁的物料流速較慢，且沿壁面向下流動(dòng)（即鐵壁流）。上升中心流與下降環(huán)流在爐內(nèi)形成"內(nèi)循環(huán)"，因此布風(fēng)板邊緣上的風(fēng)帽朝向爐墻的一側(cè)磨損相對(duì)偏重，且靠近下煤口和返料口處的風(fēng)帽磨損更為嚴(yán)重些。筆者提出一個(gè)合理建議：在下煤口以下1米處將澆注料筑成一凸球狀，使下落的煤粒碰濺到凸球處而擴(kuò)散開，可以使煤粒擴(kuò)散范圍加大，有利于流化燃燒更充分。同時(shí)，使風(fēng)帽磨損更均勻些。凸球還可阻止上竄火焰使煤結(jié)焦堵塞下煤口。在風(fēng)帽類型的選擇上，可以選用迷宮式鐘罩型風(fēng)帽，此種風(fēng)帽對(duì)帽頂?shù)睦鋮s能力好，使用壽命明顯延長(zhǎng)。風(fēng)帽頂形式最好采用子彈頭式或菌狀式。

6、澆注料的磨損

澆注料磨損最厲害的地方是爐膛出口至旋風(fēng)筒之間的水平過渡煙道的頂棚和旋風(fēng)筒的頂棚，往往被煙氣沖刷成蜂窩狀，很容易脫落。可以在此水平過渡煙道外側(cè)爐墻上自行打開并砌筑一個(gè)小型人孔門，運(yùn)行時(shí)用耐火磚堵死，檢修時(shí)可通過此人孔門直接進(jìn)入水平過渡煙道內(nèi)對(duì)上述頂棚的澆注料進(jìn)行修補(bǔ)，而無需搭架，頂棚如嚴(yán)重脫落的需編織不銹鋼骨架用可塑料重砌。同時(shí)要注意檢查中心筒的磨損情況和橢圓度情況，并及時(shí)清除筒壁上的掛渣，以保證良好的煙塵分離能力，從面減輕對(duì)尾部受熱面的沖刷磨損。

安裝時(shí)，中心筒的中心線與返料器中心線應(yīng)重合，否則，中心的偏移將影響分離的效果，導(dǎo)致煙塵排出濃度增加，加大尾部受熱面的磨損。

另外，為防止中心筒吊掛的上邊緣變形（因重力、溫度而向內(nèi)收縮甚至斷裂），在安裝時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加連接中心筒和八卦梁圓環(huán)的不銹鋼帶鐵（材質(zhì)：1Cr25Ni20Si2）;中心筒內(nèi)上部增加一道十字不銹鋼支撐。在焊接不銹鋼時(shí)，要注意不要錯(cuò)用焊條，應(yīng)使用耐900-1100℃高溫的A402焊條，焊后應(yīng)保溫退火。對(duì)埋在澆注料內(nèi)的不銹鋼網(wǎng)格，澆注前應(yīng)涂刷δ=2mm的瀝青，防止膨脹導(dǎo)致澆注層脫落。

7、影響磨損的另外幾個(gè)因素

7.1 燃料的配比

劣質(zhì)煤、煤矸石、摻爐渣及灰分大的煤，燃燒時(shí)煙氣中灰濃度高，對(duì)受熱面的磨損將增大，而且鍋爐的熱效率也相對(duì)較低，因此使用合適的煤種對(duì)磨損和熱效率都有利。

7.2 顆粒度

當(dāng)燃料顆粒度較大時(shí)，密相區(qū)燃燒份額增大，對(duì)風(fēng)帽和下部水冷壁的磨損增加。 因此入爐煤顆粒度應(yīng)當(dāng)控制在6-10mm，8mm為宜。當(dāng)燃用褐煤時(shí)，結(jié)合多個(gè)流化床工程循環(huán)灰粒徑分布特點(diǎn)、補(bǔ)充床料種類和粒徑分布特點(diǎn)等參數(shù)，提出補(bǔ)充床料種類和粒徑分布，啟動(dòng)床料推薦的典型粒度為d99=3mm，d50=0.6mm

7.3 送風(fēng)、引風(fēng)

當(dāng)燃料粒徑一定時(shí)，風(fēng)速增加，引風(fēng)加大時(shí)，則煙氣流速增加，密相區(qū)燃燒份額下降，對(duì)上部水冷壁磨損增加，因?yàn)槟p量與煙氣流速的3.6次方成正比。

送、引風(fēng)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，使?fàn)t膛負(fù)壓維持在-20—-100Pa，若引風(fēng)過大，則煙氣夾帶顆粒濃度增大，增加尾部受熱面的磨損。

二、結(jié)束語

總之，CFB鍋爐的磨損問題經(jīng)過我們多年來的摸索治理，泄漏事故率顯著下降，使CFB鍋爐的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間一般可以達(dá)到6個(gè)月，甚至更長(zhǎng)（據(jù)目前可查數(shù)據(jù)，目前在役CFB機(jī)組連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間已超過330天），收到了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益，以上觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)僅供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計(jì)與運(yùn)行，中國(guó)電力出版社 .

[2]循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)化改造技術(shù)， 中國(guó)電力出版社 .