论循环流化床锅炉受热面磨损及防磨措施

孟宽

（河南开封得胜锅炉股份有限公司，河南开封 475002）

论循环流化床锅炉受热面磨损及防磨措施

孟宽

（河南开封得胜锅炉股份有限公司，河南开封 475002）

根据循环流化床锅炉设计运行经验，通过对循环流化床锅炉各部件受热面磨损原因的分析，提出有效的防磨措施，提高企业效益。

循环流化床；磨损；原因；防磨措施

自循环流化床锅炉面世以来，经过几十年的生产运行，其因燃料适应性广、具有较高的热效率、脱硫脱氮效果好、低污染物排放、结构简单以及操作方便等诸多优势，受到市场的热烈欢迎［1］。但是，由于循环流化床锅炉自身流化燃烧和物料循环的特点，燃烧产生的高温烟气中携带大量灰粒，锅炉金属受热面在换热过程中难免发生磨损。根据用户的反馈信息，在实际运行中磨损问题严重，每年因磨损造成停炉事故率达45%～50%。循环流化床锅炉受热面的磨损已经对锅炉的安全和经济运行造成严重影响。因此，安全有效的防磨措施是研究的重点。

1 影响磨损的主要因素

灰粒对受热面的磨损主要是对管子的磨损。管子受到磨损是灰粒对受热面管的不断冲击和剪切共同作用造成的。受热面磨损的过程可看做是纯机械作用的过程，其磨损量大小和撞击在金属表面上的粒子总动能成正比关系，即E∝unp×dp×K×C×t/2g。其中，E为磨损量，g/m2；up为烟气中固体粒子的速度，m/s；dp为粒子直径，mm；C为烟气中固体粒子浓度，g/m3；K为比例系数；t为时间，h。

1.1 磨损量与烟气中灰粒流动速度的n次方成正比

循环流化床锅炉设计时，各部位的烟气流速不同，决定了锅炉各部件受热面的防磨性能不同。当然，锅炉的防磨性能还会受到制造、安装质量和运行工况的影响。

1.2 金属受热面的磨损量与烟气中的粒子浓度呈正比

当烟气中的灰粒子浓度较大时，对锅炉的金属受热面的磨损较为严重。而循环流化床锅炉烟气中的灰粒子浓度与锅炉的运行工况及燃料的灰分大小有关。当循环流化床锅炉流化风速和炉膛中烟气流速较大时，烟气中的灰粒子浓度较高，会增大对受热面的磨损。当使用燃料的灰分较大时，相应烟气中灰粒子浓度就会较大，对受热面的磨损也较大。由此可知，锅炉受热面磨损最严重的就是烟速最大和灰粒子浓度最大之处。

1.3 受热面的磨损量与粒子直径呈正比

烟气中的灰粒子直径大小不一，其大小分布与燃煤种类、燃烧状况、锅炉的结构形式等都有关系。循环流化床锅炉炉膛下部物料直径较大，通常下部受热面磨损较大。但研究表明，磨损量随粒子直径增大而增大，但是当粒子直径增大到一定值时，磨损量的变化就比较缓慢。

1.4 床料及灰的成分、形状也对受热面磨损有一定影响

当灰分中铝、硅含量较大，且灰粒子形状带有多棱角时，对受热面的磨损较大。

1.5 受热面管壁温度对磨损的影响

随着受热面管壁温升高，管壁表面形成氧化层，会提高其抗磨损能力。但是，随着壁温再次升高，氧化层软

化，其抗磨损性能下降。

1.6 烟气流动方向对受热面的影响

烟气对受热面的冲刷方向和冲刷方式的不同，对受热面的磨损也是不同的。当烟气横向冲刷管束时磨损较大，而纵向冲刷管子时则较轻。

2 循环流化床锅炉炉膛受热面磨损及防磨措施

2.1 事例分析

某公司1台型号为SHX20-2.5/400-AI型循环流化床锅炉，该锅炉水冷由炉膛水冷壁管、上下锅筒和对流管束组成。炉膛采用光管水冷壁，管子规格为Φ60×3，炉膛出口处采用拉稀管结构，并在管子垂直段上加装防磨瓦。在锅炉实际运行中突然出现异常响动，怀疑水冷壁管出现问题，经停炉检查，发现在锅炉烟窗口处管子由于磨损破裂。

主要原因是炉膛烟窗出口处烟气温度和流速较高，灰粒子在高速运动状态，对烟窗出口处的水冷壁管产生直接的冲击造成磨损，而该炉在烟窗口处设计防磨瓦长度不够，没有将拉稀管弯管处和斜段进行防磨处理，导致了停炉事故发生。处理措施是更换损坏的管子，修改烟窗出口处管子防磨的设计方案，增加管子弯管的圆弧段和斜直段的防磨瓦，防磨材质采用耐高温耐磨的合金材质，经过更改后有效地防止了水冷壁管的磨损，达到了用户的满意。

2.2 炉膛水冷壁主要磨损机理

循环流化床锅炉运行中，为了提高分离器的分离效率，在炉膛烟窗出口处烟气流速一般很高，因此会对管子造成冲刷，加剧管子磨损。此外，在水冷壁下部与耐火材料交界处也是主要磨损区，因为循环流化床锅炉炉膛内是气固两相流动的特点，中心区域向上流动，四周灰粒沿水冷壁向下落，当灰粒子遇到下部的耐火材料时，与其发生碰撞，并改变运动方向，而后即对管子产生冲击和磨损。

2.3 炉膛内受热面的防磨措施

2.3.1 非表面防护。非表面防护方法主要包括合理的配风、合理的煤粉粒度、控制燃烧中灰粒浓度和合理的受热面布置等方法，但这些方法只能在一定程度上减少管子的磨损。因此，要寻求效果更好的防护方法。

2.3.2 表面防护

2.3.2.1 金属防磨护瓦。这是锅炉传统的一种防磨措施，可有效对管子进行保护。因此，在产品设计中，一般在光管水冷壁的下部管子与耐火材料交界处和烟窗出口处管子上加装防磨护瓦，并使用耐高温耐磨材质。光管水冷壁管子一般装在管子下部与耐火材料交界处上方。烟窗出口对烟气冲刷强烈的地方也要进行防护。但是，需经常检查是否有防磨瓦脱落、损坏，一旦发现要及时进行处理。

2.3.2.2 覆盖耐火材料。在采用膜式水冷壁设计时，在燃烧室内的膜式壁采用覆盖耐磨耐火材料的防护措施。使用中耐火材料会由于温度循环波动和热冲击等造成耐火材料出现裂纹甚至剥落现象，同时也应注意物料对耐火材料的长期冲击而造成破坏。

2.3.2.3 热喷涂技术。目前热喷涂技术由于现场实用性强、喷涂效果好、涂层可调节等优点，也已被广泛应用。对于烟窗出口处管子、对接焊缝处、炉膛四角易磨损处均可使用喷涂金属防护层等措施，热喷涂可以在已有设备未防护部分进行追加防护，而且涂层厚度、材料均可调节，大大增加其应用范围。

3 循环流化床锅炉对流受热面的磨损及防磨措施

3.1 事例分析

某公司1台KG-75/3.82-M型循环流化床蒸汽锅炉，对流受热面布置从上到下依次为过热器、省煤器和空气预热器，各部件均为烟气横向冲刷受热面管，在运行中负荷正常时，出现一次风机、引风机电流增大、锅炉流化不好等问题，在检修中发现空气预热器管子上方有大面积杂物遮挡，导致烟气只能从一侧经过，用白色粉末进行漏风试验发现有200多根管子有泄漏现象。事例中由于安装过程中没有对系统进行清理，杂物遮挡导致烟气流通面积的减少，以至于烟气流速过高。而流受热面的磨损量与烟气流速的3.22次方呈正比关系，因此出现了大量空气预热器管子在高速烟气下磨损的问题。处理措施是更换已磨损的空气预热器管，对锅炉系统进行检查清理。

3.2 对流受热面的防磨措施

3.2.1 选取恰当的烟气流速。对流烟气速度既不能过高也不能过低，烟速过高会使磨损加快；如果烟速过低，则受热面会积灰。

3.2.2 加装防磨护瓦。对于过热器和钢管省煤器，可在其迎风面管排上和弯头处加焊防磨护瓦，或在迎风面管排上敷设一层耐磨涂料来解决防磨问题。

3.2.3 提高分离器分离效率。可以通过改变旋风分离器排气管的直径和位置，提高其分离效率，同时有效降低烟气飞灰浓度和颗粒度，减轻烟气对分离器后部各受热面的磨损。

3.2.4 避免烟气走廊。在设计布置受热面时，充分考虑烟气走廊的高速烟气对受热面管的磨损。若无法避免，可考虑加装防磨罩，这样能有效防止烟气对受热面管的磨损。

4 结语

本文对循环流化床锅炉的炉膛受热面、对流烟道受热面等锅炉易磨损部位进行了原因探究，提出一些有效的防磨措施。同时，希望大家能够积极研究探索更加合理的解决方法，减少循环流化床锅炉事故的发生率，提高循环流化床锅炉的使用寿命。

［1］岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行［M］.北京：中国电力出版社，1997.

On the Wear and Anti Abrasion Measures of the Heating Surface of Circulating Fluidized Bed Boiler

Meng Kuan
（Henan Victory Boiler Limited by Share Ltd，Kaifeng Henan 475002）

According to the design and operation experience of circulating fluidized bed boiler,through the analysis of the cause of the wear of the heating surface of the parts of the circulating fluidized bed boiler,this paper put for⁃ward the effective measures to improve the efficiency of the enterprise.

circulating fluidized bed wear；wear and tear；reason；anti abrasion measure

TK229.6

A

1003-5168（2016）10-0080-02

2016-09-12

孟宽（1987-），男，本科，助理工程师，研究方向：锅炉设计工作。