循环流化床锅炉防磨技术分析

班允柱

吉林燃料乙醇有限责任公司 132101

循环流化床锅炉防磨技术分析

班允柱

吉林燃料乙醇有限责任公司 132101

火力发电厂锅炉因受热面磨损造成的停炉事故约占锅炉总事故率的70%,金属部件的磨损是造成其运行事故的主要原因。所以要特别重视锅炉受热面的防磨。本文描述了循环流化床锅炉的磨损机理及多种防磨技术，结合各种技术的优、缺点，提出了循环流化床锅炉防磨技术改造过程中应注意的问题。

循环流化床锅炉;防磨技术；分析

循环流化床(简称CFB)燃烧技术是一项新兴的燃煤技术。循环流化床锅炉是一种煤种的适应性广、燃烧效率较高、高效脱硫、氮氧化物排放低、负荷调整能力强、灰渣综合利用率高的最实惠锅炉。CFB在运转时,含有燃料、燃料灰的固体床料在炉膛→旋风分离器→回料阀→炉膛这一封闭循环回路里一直处于高温循环流动中,而且在炉850℃～950℃燃烧进行效率最高的反应。床料不仅在这一回路作外循环流动,床料而且在重力下在锅炉内持续的进行循环流动。磨损给锅炉造成的直接危害是使承受内压的受热面金属管子壁由厚变薄直至破裂停炉。磨损会使得锅炉无法按照正常的功能作业，这样下来会给企业造成很大的经济负担和减低运行效率，所以要有先进的循环流化床锅炉防磨技术。

1. 磨损机理

在实际工程操作中，由于机械相互作用、间歇性的化学和电力作用，物体工作面的材质在相对外力的作用下不断发生变形、损耗、转移的现象称为磨损。根据磨损机理的不同，可把磨损分为磨料磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和微振磨损等类型。在循环流化床锅炉中，炉内受热面的磨损主要呈现为冲蚀磨损。冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对锅炉材质表面撞击而造成的磨损。冲蚀磨损有两种基本类型: 一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损，这两种磨损冲蚀表面流失过程的微观形貌不完全相同。冲刷磨损是固体颗粒冲击锅炉表面的冲击角度较小，有时几乎平行。根据分速速原理，大颗粒垂直于撞击锅炉表面的分速度使它楔入被冲击物体，而固体颗粒与锅炉表面相切的另一个分速度使它沿物体表面滑动，两个分速度共同作用能使锅炉表面受损严重。如果锅炉表面材质承受不住这种合速度的作用，就会被剥落成一小片一小片的材质，长期这样就会严重影响正常工作。撞击磨损是指固体颗粒相对于固体表面冲击角较大，或接近垂直时，以一定的运动速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变形或显微裂纹，在大量固体颗粒长时间、反复撞击下，逐渐使整片塑性变形层脱落而形成的磨损。在循环流化床锅炉炉内受热面的磨损中，床料颗粒与金属件和耐火材料的冲击角度一般为0°～90°，因此，循环流化床锅炉炉内水冷壁的磨损是上述2类磨损的综合。

2 防磨技术

2.1 炉膛水冷壁管的磨损

在炉内水冷壁管上有四种磨损情况: 炉膛四个角落位置的管壁磨损; 锅炉炉膛出口自底部向下1.5m范围内两侧管壁的磨损;炉膛卫燃带与水冷壁管过渡位置(密相区)管壁的磨损;不规则位置管壁的磨损。炉膛四个角落位置的管壁磨损是由于角落区域密封鳍片在安装时内表面粗糙,并且固体物料浓度高,同时流动状态也受到破坏。锅炉炉膛出口自底部向下1.5m范围内两侧管壁的磨损是由于固体物料在改变流动方向时产生的涡流冲刷。炉膛卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损是因为安装拼接焊缝时造成局部磨损的条件。在过渡区域固体物料在局部产生涡旋流;自上而下的固体物料在交接区域产生流动方向的改变而对管壁产生冲刷。不规则管壁改变了物料的流动特性而造成较大的物料波动冲刷。

2.2 埋管的磨损

埋管离床料距离最近,同时也是磨损较严重的位置,运作时常常使得埋管爆管的事情发生。埋管的防磨技术是采用焊防磨鳍片来设计的,防磨鳍片主要安装在埋管下三排迎风面上,用鳍片阻挡固体颗粒直接冲击管壁,增加埋管的使用寿命,之前也用过喷涂、护瓦,护瓦的长度在300mm～600mm之间,如果太长了会因与埋管的膨胀系数不同而发生变形甚至脱落。部分大颗粒燃料由于骤然高温而破成数个小块。大部分小颗粒物料由于比表面积大易流化而随一次风向上移动,并由于燃烧而体积逐渐变小从而使得比表面积逐渐变大。这样, 大部分小颗粒物料由于一次风的作用而离开炉膛。大颗粒物料由于比表面积小不易流化而聚集在炉膛下部且颗粒越大离底部布风板越近。因此, 在落渣管内表面磨损到一定程度时, 就须对其进行补焊或在内表面焊上V上形不锈钢抓钉再敷以不定型耐火耐磨材料。

2.3 尾部受热面的磨损

过热器位置偏高的温度,但是在省煤器位置因为烟温低,灰粒变硬、且体积收缩表面会使得尖锐的棱角形成,这样一来就对省煤器管排的磨损相当厉害。循环流化床锅炉安装了分离器和回送装置,为了保证正常运作所需要的物料循环,分离效率在95%以上,表面上好像是使尾部烟道飞灰的浓度降低了。同时在尾部烟道中烟气大都向下流动,固体颗粒随烟气流动,同时又受到重力影响,固体颗粒的绝对速度是烟气速度与颗粒终端速度之和,比炉膛内烟气上升气流的绝对速度要高,超高的颗粒浓度和颗粒速度,因此经常导致省煤器等尾部受热面严重磨损。为了更有效的解决这一难题，应该在省煤器迎风面2～3排加装护瓦或防磨管,烟气走廊上部加挡板防止烟气从走廊流出,也可以在烟气走廊每一个弯头处加装护瓦,省煤器管要上下在一条线不能有从中间弄出管排,确实有的话必须进行校正,确实也不能校正的，务必在其上面加装护瓦。

2.4 布风装置的磨损

由于流化床锅炉内物料浓度是沿布风板向上逐渐减小的。风帽位于炉膛底部, 此处物料浓度最高且多为大颗粒物料。这样, 风帽体由于长期处于高温环境而外表变软, 在高浓度大颗粒物料的长期冲刷下, 风帽体会产生渐次磨损。风嘴由于一次风从此处向外吹出, 而大颗粒物料在外面对其不断进行冲刷。长期使用, 风嘴会逐渐变大。风帽的这部分由于内无一次风的流动而起的冷却作用而自身又处于高温环境之下, 很快会产生局部过热, 因而风帽的这部分会很快变软, 在大颗粒物料的不断冲刷下, 这部分磨损速度比其它部分的快得多。在落渣管附近, 由于大颗粒物料比其它地方多且方向较一致, 此处的风帽磨损自然比其它地方风帽严重。原先锅炉厂生产的大都是迂回柱状风帽, 风帽顶部和风室是焊接在一起的。使用后发现,顶部易在磨损后被吹掉。半球形风帽外表面积比柱状风帽的小了将近1/3 , 且比柱状风帽少了一道棱边。综前所述, 风帽必须选用具有能够在高温下抗氧化和抗变形能力的材料。风帽外表形状应是在满足风量的情况下, 越小越好且尽量避免棱角, 风帽体应在便于检修的情况下, 尽量是一个整体给料口的磨损及其防范措施在给料处, 物料(循环物料和燃料)在重力和返料风的作用下进人炉膛, 长期的高温和物料冲刷使得给料口被磨成一道道沟。因此对给料口管道材料的要求和风帽的一样。

3.结语

综上所述，循环流化床锅炉的磨损是一个极为重要应该引起重视的问题，因为影响磨损的原因诸多。锅炉设计师应该多与一线操作人员和专业检修人员沟通交流，如有任何问题应该在最短的时间内最有效的解决，还应该不时的发现问题和改进运行过程中存在的问题; 在锅炉的整个安装过程中应该按照标准程序; 每次停炉后专业检修人员都必须对锅炉进行全面清查, 还要时常测量各个管子的壁厚, 如有问题应及时解决。只要大家共同协作, 循环流化床锅炉才能达到长期平稳安全的运作。

[1]王智微.循环流化床锅炉循环物料平衡的研究 热电技术，2003( 4)

[2]路春美等.循环流化床锅炉设备与运行.中国电力出版社，2003.No.2:19-2 3

[3]湖南省电机工程学会.火力发电厂锅炉受热面失效分析与预防.北京:中国电力出版社,2004.

[4]刘德昌,陈汉平,等.循环流化床锅炉运行及事故处理.北京:中国电力出版社, 2006.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.053