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循环流化床锅炉水冷壁的磨损原因分析及防磨措施陶思宏

发表时间：2020/1/9 来源：《电力设备》2019年第19期作者：陶思宏

[导读] 摘要：循环流化床燃烧技术是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一，由于具有了燃料适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、污染排放较低及灰渣易于综合利用等优点，得到了广泛应用。

        (晋中市特种设备监督检验所山西省晋中市 030600)
        摘要：循环流化床燃烧技术是目前商业化程度最好的清洁煤燃烧技术之一，由于具有了燃料适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、污染排放较低及灰渣易于综合利用等优点，得到了广泛应用。随着环保标准的提高，市场对循环流化床锅炉的需求将会进一步扩大。国内外已运行的CFB锅炉实际运行情况表明,CFB锅炉的磨损是目前锅炉长周期运行急需解决的问题。
        关键词：磨损；煤粒径；风速；原因分析；措施
        一、炉内水冷壁磨损的主要原因
        1.1 炉膛下部卫燃带和水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因
        通过相关的试验研究，专家和学者证明在循环流化床炉膛水冷壁周围有高浓度的下行的物料流,位置越靠下料层厚度和密度就越大。尽管下降的物料流能够冲刷水冷壁,但因为实际的运行方向和表面处于平行的状态，能够在一定程度上降低产生的磨损。当贴壁下行的物料流被卫燃阻挡，转变实际的运行方向后,被炉内密相区上升的气流和物料托起而形成祸流。
        1.2 不规则区域管壁的磨损原因
        水冷壁的不规则区域主要是指炉壁的开口，炉出口附近和管壁上的焊缝。图1显示穿过墙壁的磨损要大于水墙的磨损，这主要是由于不规则墙壁引起的局部流动力的大扰动。一般情况下，壁孔下部的肘部磨损比上部更严重，主要是粘附材料向下流向肘部造成的冲击导致的。经验表明，水墙内表面上的小凸起会导致凸起点和周围水冷壁管严重磨损，直到凸起点变平。水冷壁和炉顶出口附近炉顶受热面的磨损主要是由于气固两相流离开炉子，大颗粒物料是分离和混凝土，甩向受热面导致的。

        1.3　炉膛角落的管壁磨损原因
        在炉膛四角区域的水冷壁上产生的磨损比较严重,主要是因为和平壁表面比较，在直角区域汇集的上升气流比较低，沿壁面向下流动的固体物料浓度高、速度大；除此之外,在角部区域。颗粒碰撞金属表面产生冲击磨损的几率比较大。
        二、对于磨损产生影响的因素
        2.1　实际的运行参数
        床温的变化对于金属表面耐磨性产生的影响比较大，主要是因为不同的温度状态下，在金属表面形成的氧化膜厚度、硬度是不同的。同时形成的氧化膜的硬度要高于金属的硬度，对于固体颗粒的流动方向进行了限制，导致烟气流速对磨损有重要影响。
        2.2　热面布置
        在循环流化床炉中因材料颗粒的冲刷度，不同位置会具有一定的差别。因为炉子出口处的气流转动造成了材料颗粒的分离，一般情况下在水冷壁上产生的磨损会比较严重。在带有旋风分离器的循环流化床锅炉中，水冷壁和炉壁出口附近的侧壁和管道顶部通常磨损要更严重，只有面向风的侧面磨损。在炉膛的水冷空气分配板和密相区周围的水冷壁内表面，因为有耐火材料的保护，物料流对于水冷壁不会产生直接的影响。炉壁上穿过水冷壁观察墙，防爆门等的管道要放置在炉外，因为炉子内部没有突出部分，如果放置在内部就会造成磨损。
        2.3　物料特性
        颗粒粒径和浓度对于产生的磨损粒子浓度有很大的影响，当粒子浓度高时，材料也具有一定的耐磨性。这种形势随着粒径的增加而更加突出。颗粒的表面硬度和材料的耐磨性具有直接的关联。在材料颗粒进入炉子后，在表面上形成薄膜，并且硬度远高于燃料本身的硬度。不同的化学组成对颗粒表面层的性质具有不同的影响，导致颗粒破碎和硬度的差别。通过试验分析证明，具有高含量Si、Al的床料比具有较高含量Ca、S的床料更具磨蚀性。材料特性取决于起动床和燃料。进入炉子和起动床的煤的粒度形状、硬度、化学组成等将影响床料的磨损。灰粒具有高硬度和锋利的边缘，在水冷壁上有严重的磨损。
        三、降低磨损的措施
        3.1 实际运行方面
        （1）有效降低烟气流速。在考虑进入到锅炉中空气量的基础上，为了降低磨损加热表面，对于过量空气量就要进行合理的控制，保持最佳的过量氧气。首先，确保床料完全流化的前提下，要使产生的一次风量尽量降低。它不仅影响了烟气的流速，同时循环材料的浓度和粒径也受到一定的影响。因此，对于锅炉确定最小流化空气量前要进行流体质量测试。
        （2）对于物料浓度和颗粒进行控制。通过减少一次风量，缩减炉压差，保证煤和床料在合理的尺寸内，达到控制材料浓度的目的。在运行锅炉的过程中，对于产生的炉压差可以通过风量测试进行调节。一般情况下，炉压差应控制在0.3和6.0kPa之间；根据不同的载荷保持不同的炉压差，当压差过大时可以释放压差。应确定和测试对照床的粒径，并应建立煤控制，初级控制，精细粉碎控制和煤粒度筛选系统等措施，控制煤炭的颗粒程度。
        （3）运用低磨损燃料和床料。对于锅炉燃烧的煤种进行合理的选择。首先，为了符合锅炉实际的设计要求，对于运用的煤质要进行化验处理，合理的控制加煤的矸石含量、筛分粒度、原煤可磨性系数、入炉煤粒径；其次对于碎煤机锤头间隙依据实际工作的情况进行一定程度的调整,在用煤总量中通过相关措施降低大颗粒的数量和占据比例。对于启动床料进行选取的过程中，对于煤料要进行取样筛分，保证颗粒符合床料粒度级配比要求。在启动床料的选用上，一般是炉渣或河沙,但不同成分床料在硬度上有一定差别的。
        3.2　设备治理与改造
        （1）增加卫燃带高度。循环流化床锅炉磨损问题的最突出部分位于耐火材料和光管的水壁间。增加卫燃带的高度能够使壁管的磨损度在一定程度上降低。在耐火凸台附近沿壁向下流动的固体材料的流速降低，并且壁磨损也更轻。例如，发电厂的循环流化床锅炉严重磨损的区域在耐火凸台的上部为150～200mm，水壁的四个角和中间水冷隔板附近的区域墙特别严重。在耐火材料抗磨材料的高度增加300mm后，水壁磨损明显有所下降。
        （2）改变水冷壁管的几何形状。通过对于水冷壁的几何形状进行改变，能够上部水冷壁管和卫燃带区域处于平直的状态,对于耐火材料产生磨损的原因能够进行说明。能够在一定程度上降低产生的局部磨损。在50～100MWCFB锅炉的设计上，卫燃带上部区域防磨措施。卫燃带一般由高密度针固定塑料制成，水冷壁与耐火材料交叉处的管结构使粘附材料流入密相区而不被堵塞。通过这种方式，拆除浇注料施工的模板后，对于浇注料和弯管的上部薄膜壁形成的过渡是否平滑要进行检查，在浇筑的材料没有硬化前对于产生的棱角要及时的进行修复和处理。
        （3）对于水冷壁易磨损区域的动力学特性进行改变。应用于135MWCFB锅炉的专利技术，是一种主动多阶式防磨技术。这种方式主要是通过销钉将浇注料在水冷壁上进行固定，沿水冷壁的高度方向以一定间隔水平或倾斜的多通道梁形成粘附在炉子上的材料流。抗磨损原理是通过多级凸台来阻止材料流动下降，使其失去因为落下高度而累积的速度，并降低粘附流的颗粒浓度，减少在金属表面产生的磨损。因为这项技术一般适用于大同热电厂135MW机组，产生的防磨效果比较突出。
        四、结语
        循环流化床锅炉水冷壁产生磨损是比较常见事故,对于锅炉运行的安全在一定程度上造成了影响，同时限制了循环流化床锅炉发挥自己的功能和特点，从企业的角度上来说，造成了比较大的经济损失。但循环流化床锅炉产生磨损是多项影响因素综合在一起产生的问题，为了有效的解决和处理，就要从项目的论证入手，对于锅炉的设计方式，维修和管理的形式进行综合考虑。文章中涉及到的水冷壁产生磨损的问题，是针对一般情况而言的，目的是为了重要关注循环流化床锅炉磨损问题，有比较深刻的认识。
        参考文献：
        [1]黄良进，邓雨生，柯史壁.循环流化床锅炉改烧无烟煤的风量优化控制［J］.能源研究与利用，2014（03）.
        [2]李烁.循环流化床锅炉设计调试运行与检修实用手册[M].长春:吉林科技出版社,2005.
        [3]王智微.循环流化床锅炉物料分布特征分析[J].热电技术, 2002,(3).