CFB锅炉水冷壁磨损原因分析及治理方法

2015-02-24多洁才仁

橡塑技术与装备 2015年22期

关键词：水冷壁流化床分离器

多洁才仁

（青海盐湖工业集团股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

CFB锅炉水冷壁磨损原因分析及治理方法

多洁才仁

（青海盐湖工业集团股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

CFB是一种高效、低污染的洁净煤燃烧技术，其使用寿限的关键在于磨损，直接影响着CFB锅炉的安全经济运行。CFB锅炉水冷壁磨损主要原因在于金属、多阶防和浇注料的使用和优化。本文通过对金属喷涂、多阶防磨梁、浇注料等方面进行优化，并提出了优化设计方案，以期有效降低炉膛受热而磨损，提高机组的连续运行时间。

CFB锅炉；水冷壁；磨损原因；治理方法

随着时代的发展、科技的进步，锅炉的制造使用方面有了诸多新技术，不但提高了其燃烧效率，增加了适应性，同时也降低了能耗与污染。然而，在这些环保的优势之下，也有其弊端，例如CFB锅炉是目前普遍采用较好的，但它的磨损问题一直以来还是较为突出的实际问题，不但减少了锅炉的寿限，也使得该类型的锅炉未能在市场环境中获得更长足的发展。因此，应该对该方面的问题加以重视，并对其进行细致研究，从而推动其持续发展。

0 概述

以某地所使用的两台每小时可燃烧465 t物料的CFB锅炉为例，属于第II代紧凑型循环CFB锅炉。从技术方面分析，它主要以汽冷式分离器、单侧回料、一体式返料换热器技术为主；从设计燃料方面分析，可使高硫石油焦达到100%；从核燃料方面分析，即由两部分构成，一部分是30%的烟煤，一部分是70%的高硫石油焦，两台锅炉均于2010年投产。CFB锅炉的构成较为复杂，其中有炉膛、高温绝热分离器、自平衡“U”形回料阀、尾部对流烟道。本次讨论中所选取的CFB锅炉由美国福斯特惠勒公司生产，其体积分别由炉膛高度（前高度、后高度）、宽度及深度构成，通常都会采用浇注料对其周围加以覆盖。从其基本原理可以看到，以前墙给料的方式在其蒸发受热面，以膜式水冷壁结构为主，当煤或者石灰石经过燃烧室时，会发生脱硫反应，然后将其利用分离器净化，最后排出烟道。

1 磨损原因探析

在CFB锅炉中，其最大特征在于物料循环，该循环系统不仅仅包括炉外，也在炉内形成内循环。从作用与功能的角度讲，外循环可以将燃烧率提升，主要过程即是通过分离的增加来达到返料的速度最大化，从而提高工作效率。而内循环则不同，它主要是利用内流体速度的分布规律等，利用构成浓度所形成的烟气，使颗粒物在其中进行上下流动。从两种不同的循环方式可以看出，所谓循环流化床（CFB）锅炉水冷壁磨损主要集中发生于内循环系统。

通常来讲，在水冷壁磨损中存在双体磨损和三体磨损。所谓双体磨损是在固体物料和水冷壁接触时，其受向下流动物料冲刷引起；三体磨损则是炉膛内运动的固体物料发生颗粒团互相撞击所产生。从一般的维护与对磨损的观察经验分析，本次所讨论的循环流化床（CFB）锅炉水冷壁磨损主要集中于三体磨损。

对于循环流化床（CFB）锅炉水冷壁磨损的原因分析，应该从其不同的区域对其进行分别研究。它的主要磨损区域存在于布风板、风帽，炉膛四周的水冷壁、出口烟窗区域、分离器、进口烟道，以及炉顶受热面、尾部对流烟道等。在对其磨损进行预防与维护中，可以针对不同的磨损区域采用较为对应的防护措施。比如，对于炉内水冷屏、过热屏、再热屏下端穿墙区、不规则区或者炉顶、尾部等，都可以采用在施工质量方面的安全管理与质量控制以及优化其结构设计来降低其磨损程度。也就是说，在循环流化床（CFB）锅炉中，诸多可以得到控制与预防的磨损可以通过其他手段加以防止，而所讨论的循环流化床（CFB）锅炉水冷壁磨损主要集中于炉膛四周水冷壁磨方面的磨损现象。根据磨损的不同部位可以将其分为四种较为主要的磨损类型。第一种是炉膛四角区的水冷壁管磨损；第二种是一般水冷壁管均匀磨损；第三种是在水冷壁管耐火耐磨材料交界处的水冷壁管磨损；第四种是不规则区域出现的水冷壁管磨损。

2 流场模拟分析

所谓流场模拟分析，也就是根据CFB锅炉的结构尺寸、热力参数等构建一个理论模型，利用软件分析，并计算出锅炉炉膛内部的颗粒物的分布状态、数值浓度值，从而将其速度分布、数值等进行具体运算，做出模拟结论。

首先，在颗粒浓度模拟分析方面，主要是应该关注标高的固定范围内的磨损问题，也就是应该对颗粒的浓度进行细致分析；其次，应该对颗粒速度进行模拟分析，其中的关键在于对颗粒下降时，速度的最大值进行测算，因为已经完成了浇注料的覆盖，所以，在该方面还是需要对固定范围内的标高进行磨损情况的分析。在磨损量模拟分析中，一般都会根据所得数据，通过冲蚀磨损理论加以运算，并做出结果。其公式如下：

E=mp×k×Un×F（a）

其中，E表示冲蚀磨损率（um/100 h），mp表示冲击工作面的固体颗粒质量（kg），k表示灰特性系数，Un表示物料速度（m/s，n在2到3），F（a）则是描述冲蚀、冲击角度关系的相函数。

3 治理方法分析

3.1 金属喷涂

该方法较为传统，是处理水冷壁磨损的常见办法，从其基本原理看，主要是通过替代作用，也即是将耐磨合金层作为管壁代替品，经受物料冲刷作用所带来的磨损，主要还是以较为传统的以高耐磨性对抗磨损。从经验及普遍受欢迎程度看，超音速火焰喷涂及电弧喷涂的使用较为普遍，而且效果也较为理想。在喷涂区域的选择方面，它需要将其磨损部位加以明确，从而在其炉膛内部标高一个固定的范围。

换句话讲，即是对内水冷壁管及鳍片处进行喷涂，对炉膛水冷壁四角焊缝标高某个固定数值下的根管进行喷涂处理，对于分离器入口侧墙衬里的管道与鳍片进行喷涂。

在喷涂中，要注意对喷涂层应该进行检测，并使其符合相关的技术指标要求，如其结合的强度、硬度、热导率、喷涂粒子速度及孔隙率等，进行一合理对比，使其保持在合理的范围之内。

3.2 多阶防磨梁

对CFB锅炉水冷壁磨损治理措施中，多阶防磨梁技术较新，其基本原理在于，通过多阶防磨梁技术使磨损速率、物料之间构成三次方关系，利用对于物料的流速控制，使其可能出现的冲刷磨损减轻，最主要的治理部位集中于卫燃带过渡区，其效果最为明显；当安装防磨梁之后，炉内床料的流动方向会发生改变，而且它会通过形成一个能够减轻水冷壁管磨损的低浓度区。

3.3 浇注料优化

虽然CFB锅炉属于第II代升级产品，然而其内在的结构缺陷无法避免，因而造成炉膛内部区域的磨损较为严重。上面所说的两种方法，虽然可以起到一定的治理作用，但是从其治理效果看，最终不能达到治本的目的，而且当其应用随着时间周期而增加时，就会出现问题。

因此，应该注重浇注料优化，也就是需要在第一道阻流与前墙卫燃带间进行耐磨可塑料的涂抹，从而提高其受磨损的耐受程度，达到抗磨损效果。