循环流化床锅炉水冷壁防磨损技术研究与应用

摘要：循环流化床锅炉的磨损一直是制约着其应用与发展的重要问题。因此，研究循环流化床水冷壁防磨损技术，做好水冷壁磨损预测工作，降低磨损速率对于循环流化床锅炉的设计和运行具有重要意义。本文以祁东煤矿矸石电厂为例，研究了循环流化床锅炉水冷壁防磨技术的实际应用。

关键词：循环流化床  水冷壁  锅炉  防磨损技术

1 循环流水化床锅炉水冷壁防磨损技术简介

流化床锅炉由其炉型特点决定受热面水冷壁管运行中需要受到高流速、大粒度、大流量的高温床料的强烈冲刷磨损，设备管壁减薄快速，使用寿命缩短，而水冷壁管一旦出现严重减薄，极易在运行中发生爆管泄漏事故，从而造成锅炉事故停运。为确保锅炉设备的安全稳定运行，以达到电厂长周期运行的目的，企业在参考其他各地电厂防护情况的基础上，结合企业长期以来的设备运行检修经验，制定出了科学可行的锅炉水冷壁防磨损技术方案。（耐材横梁+金属喷涂）水冷壁管综合防护技改方案是一种新型的锅炉水冷壁防磨损技术方案，其使用效果较好，极大地降低了水冷壁的磨损程度，提高了其使用寿命，保障了锅炉的稳定运行，目前该技术属于成熟应用阶段。

2 造成循环流水化锅炉水冷壁磨损的原因及解决方案

2.1 循环流水化锅炉水冷壁磨损原因

一般地，磨损最严重的区域主要集中在以下几个部位：①炉墙浇注料上缘水冷壁根部部位。由于位于炉膛物料密相边缘区，不但受到严重的高速高浓度床料的强烈冲刷、磨损，而且存在严重的涡流效应、切割效应。其原因是由于炉墙浇注料上缘的顶部提供了一个平台，当物料以较高的速度下降到该平台时产生反弹，其中水冷壁管侧反弹部分，对水冷壁管就产生了严重的切割效应。（如图1）②炉膛下部水冷壁与中部水冷壁结合焊缝部位。此处同样位于炉膛物料密相边缘区，由于在锅炉安装施工中焊口对接不平滑，及焊缝相对于平滑的水冷壁会形成台阶效应，在紧贴着水冷壁向下高速流动的物料长期冲刷下，焊口上缘会出现严重的冲刷磨损。（如图2）③炉膛出口水冷壁后墙部位。此处由于颗粒运行时受到烟气拐向离心惯性作用而引起磨损冲刷，在烟气出口两侧水冷壁局部磨损表现尤为明显。

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图1 炉墙根部水冷壁磨损图    图2 水冷壁对接焊缝磨损图

在上述多种因素作用下，导致受热面管逐渐被磨蚀减薄，当局部承受不了管内水汽压力时即造成锅炉爆管而造成停炉。

2.2 防磨损技术方案

2.2.1 耐材横梁。查阅目前国内对流化床锅炉研究理论表明：物料对管壁的磨损速率与物料速度成三次方关系，与颗粒直径成平方关系，与物料浓度成正比关系。

E=k·U3·d2·μ

式中：E——磨损速率，μm/100h;k——灰特性系数;U——物料速度，m/s;d——物料颗粒直径，m;μ——物料浓度，g/（m2·s）。

经过充分的综合分析后认为：首先，贴壁灰流的冲刷是造成磨损的根本原因，而根据磨损速率公式可以看出贴壁灰流的流速影响最大，因此只要降低了贴壁灰流的流速，磨损速率就会极大幅度的降低。为此防磨损技术改造中引入了耐材横梁技术（如图3），贴壁灰流在下降过程中遇到了阻挡的耐材防磨横梁，有效地降低了流速。

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防磨梁由耐火耐磨浇注料制成，防磨梁凸出管外沿约100mm，竖直宽度约100mm，总共设置2道防磨梁。水冷壁下层对接焊缝处做1道耐材防磨梁，直接将焊缝进行覆盖，对最易磨损的部位形成最直接的保护。第2道防磨梁距下部浇注料约2000mm处，目的是对炉膛密相边缘区高速的贴壁灰流进行减速和促使部分物料改变流动方向。耐材防磨梁上部做成水平状，以利于自然储灰，当大流量的紧贴水冷壁管的“贴壁灰流”碰到耐材防磨梁的储灰时，被软阻挡，促使贴壁灰流减速。

2.2.2 金属喷涂。根据流化床锅炉运行机理，锅炉内部的高温物料对受热面管壁的冲刷、磨损是不可避免的，但可以从材料工程技术应用上综合考虑，采用一些新的技术对受热面的物理性能指标进行改善，从而去降低磨损的程度和减缓磨损的速率。

采用超音速电弧喷涂配套使用HDS88A金属陶瓷丝材，实施喷涂在锅炉受热面水冷壁管壁上，可以获得高质量、高硬度的耐磨涂层，从而大大降低磨损的程度和减缓了磨损的速率。

涂层技术指标：厚度（0.7-0.9mm），硬度（≥HRC65），孔隙率（≤0.9%），结合强度（≥50MPa）。

2.2.3 综合实施方案。首先对炉墙根部往上4米左右区域内、炉膛四角、烟气出口两侧区域等水冷壁管易磨损部位，采用超音速电弧喷涂工艺，喷一层厚度为0.6-

0.8mm的高温耐磨防腐的HDS88A金属合金涂层。然后进行施工防磨横梁，第1道防磨横梁位置在离炉墙根部往上0.6m处，用于覆盖和保护下部水冷壁焊接焊缝，第2道防磨横梁根据具体磨损严重程度再向上0.6-1.5m处施工，根据实际使用效果，在密相区水冷壁制作二道横梁即可满足防护要求，而梁宽仅100mm，只打二道梁基本不会影响受热面的整体传热效果，却能很好地保护局部磨损特别严重部位，综合使用寿命可达一年以上。

3 祁东煤矿矸石电厂循环流化床锅炉水冷壁防磨损技术研究与应用

3.1 （耐材横梁+金属喷涂）水冷壁管综合防护技改方案的提出。皖北煤电集团祁东煤泥矸石电厂锅炉选型为75T/H循环流化床锅炉，2005年电厂投产运行至今，设备总体生产工况良好，各项优点突出，但是通过长期生产中对设备的监督、检查与管理，也发现出一些危害较大的设备缺陷，其中以水冷壁管磨损问题较为严重。为此，祁东煤泥矸石电厂积极借鉴其他电厂的防护情况，总结优化出（耐材横梁+金属喷涂）水冷壁管综合防护技改方案。

3.2 改造前后经济分析

①水冷壁爆管造成停炉1次，计算油电水、人工费用

2010年本厂因1#锅炉水冷壁管爆管造成停炉，造成影响发电时间6天，损失上网发电量为：

12500（千瓦）×24（小时）×6（天）×1（台锅炉） ×（1-13%扣除厂用电）=156.6万千瓦时，按本厂上网电价0.418元/千瓦时折算为65.5万元。

再次启动锅炉所耗用燃油、人工费用为：

3（吨）×1（万元/吨）×1（台锅炉） =3万元，我厂每次启动锅炉需耗费轻质燃用3吨，轻质燃用物资采购价1万元/吨，折算耗用共为3 万元。（人工费用忽略不计）

②更换两台锅炉水冷壁管，停炉17天计算损失费用。2010年因省级质检部门强制要求停炉更换锅炉水冷壁管，单台机组影响发电时间17天，两台机组共损失上网发电量为：12500（千瓦）×24（小时）×17（天）×2（台锅炉） ×（1-13%扣除厂用电）=887.4万千瓦时，按本厂上网电价0.418元/千瓦时折算为371万元。

③全年产生的经济效益为371+65.5+3=439.5万元。

3.3 发现、发明及创新点

采用受热面综合治理技术（耐材横梁+金属喷涂），可以有效降低水冷壁“贴壁灰流”对炉膛密相区水冷壁的磨损程度，耐材防磨梁的使用改善了炉内“贴壁灰流”磨损的相关环境，在不影响整体受热面出力的前提下，彻底杜绝了焊缝区域处的严重磨损，而结合金属喷涂技术进行综合使用，防磨损效果更为明显，有效的解决了长期困扰安全生产的流化床锅炉受热面易磨损问题。

参考文献：

[1]董利锋.循环流化床锅炉水冷壁磨损原因探究及改造措施[J].化肥工业，2014（02）.

[2]位金栓，赵艳峰.循环流化床锅炉水冷壁磨损原因及应对措施[J].硅谷，2012（19）.

[3]吴永波.循环流化床锅炉水冷壁管磨损形式及防护措施[J].能源与环境，2012（03）.

作者简介：王辉（1979-），男，安徽钱营孜发电有限公司，本科，助理工程师，从事火力发电厂技术及检修管理工作。