循环流化床锅炉水冷壁磨损及过热分析和预防

摘 要：本文主要是探讨分析循环流化床锅炉水冷壁磨损及过热分析和预防。按照实际案例进行分析，阐述水冷壁磨损和过热的原因，在分析之后采取相应的解决处理措施，显著延长锅炉的运行时间，效果良好。

关键词：循环流化床；锅炉水冷壁；磨损；过热分析

中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0174-02

循环流化床锅炉具有较广的应用范围，不会对环境造成较大的污染，工作效率高，便于调节，能够将炉渣进行循环综合利用，尤其体现在环保优势上，在热电联产项目和电站上得以广泛应用。

1 机组概况

某热电厂一期2×300MW燃煤空冷机组工程使用单炉膛锅炉，该锅炉属于亚临界压力，一次中间再热，自然循环，气冷式旋风分离器，单炉膛，平衡通风，循环流化燃烧，燃煤，固态排渣，钢架为双排柱钢，全悬吊结构。

循环流化床锅炉属于室内燃烧，气固两相流的流动模式为固体粒子和中心区的气体向上，周边四壁区的固体粒子向下流动，这样就能够形成环核流动模型。四壁区和中心区之间的固体粒子在向下和向上流动期间会出现横向的主相交换，从下至上逐渐减弱，在过渡区和燃烧室下部的粒子交换显著强烈于燃烧室上部。燃烧室内部粒子密度也属于下部大，中间为过渡段，在该段当中粒子密度变化比较大，上部比较小。从固体粒子大小分布角度进行分析能够看出，燃烧室内上部粒子粒径比较小，中部为过度区，下部粒子粒径比较大。循环流化床锅炉燃烧室内部粒子密度，流动模式以及粒度等会直接影响水冷壁的磨损情况。对于循环流化床锅炉特殊的上燃烧方式来说，需要提前预防水冷壁的磨损状况，全面确保机制运行稳定性。基于以上发展现状，该热电厂采取各项有效措施并获得了显著效果。

2 预防循环流化床锅炉水冷壁磨损的有效措施

由于循环流化床锅炉存在特殊的流态化燃烧方式，因此严重冲刷水冷壁，导致其出现磨损现象，从而发生爆管现象。循环流化床锅炉磨损属于磨料颗粒的机械作用，因此磨损程度与磨粒的大小，相对硬度，形状有较大关联，并且密切联系着磨粒和被磨表面的力学性能。全面降低磨粒磨损通常都是通过提升材料抗磨性能以及避免磨粒进入到摩擦表面。

循环流化床锅炉水冷壁管的磨损机理与煤粉炉存在较大差异性：①大量固体颗粒和烟气在上升期间会冲刷水冷壁管；②由于循环流化床锅炉存在内循环作用，导致固体颗粒会沿着炉膛四壁回落，强烈冲刷水冷壁管，尤其体现在耐火材料层和水冷壁过渡段的凸起位置，由于不存在上行气流，沿着水冷壁管的固体颗粒会形成涡流，刨削局部水冷壁管。为了全面降低管壁磨损情况，需要从以下措施进行预防。

2.1 防磨喷涂技术

由于燃烧室过渡段沿着壁管下流的固体物料与颅内向上运行的物料具有相反的运动方向，因此在局部地区会出现窝旋流，改变交接区的流动方向。因此使用防磨喷涂技术能够有效避免过渡段受热面磨损。该种技术主要是应用双层涂层构成复合防护层，工作层材料为金属合金丝材质，该种材质耐磨损冲刷，具有良好的抗高温，耐热腐蚀以及抗氧化等作用，面层主要是应用高温耐磨腐蚀专用封孔剂封孔，需要在面层边缘处理设置过渡段，将非涂层和涂层之间进行平滑过渡，不出现凹凸平台，表1为主要技术指标。

2.2 焊接工艺

炉膛受热面部分在实际运行期间会出现切削磨损现象，若没有将壁管的焊缝进行打磨处理，将会导致焊缝出现磨损情况。在安装锅炉期间，施工人员需要全面根据母材和焊口齐平等工艺要求，全面打磨鳍片焊口和受热面焊口等，在打磨处理完成之后需要进行渗油试验，防止形成涡流磨损导致爆管现象。

2.3 增设多级防磨梁

通常情况下，物料对管壁的磨损速度与其粒度，密度以及速度等存在关联性，如下式所示：

在以上公式当中，E表示磨损速率；dp表示固体粒子直径；C表示烟气中固体粒子流量，Vnp表示烟气中粒子加速度；K表示比例常数；g表示重力加速度；t表示运行时间。

因此能够看出，固体粒子速度的n次方与锅炉受热面成正比关系，与比例常数成正比关系，比例常数能够直接影响床料颗粒形状和密度灰的成分，比例常数主要是利用实际试验确定；锅炉受热面与粒子直径和流量成正比关系。

2.4 控制风量

影响锅炉内磨损的主要因素在于烟气流速，烟气流速的3次方与磨损量之间成正比关系。烟气流速能够对冲击到炉内壁灰粒量和流动飞灰造成直接影响。如果一次风量比较大，将会显著提升磨损量。二次风量比较大也剧烈扰动炉内燃烧情况，也会相应提升水冷壁的磨损量。循环流化床锅炉的运行属于流态化的高温物料悬浮燃烧，风量大小将对锅炉运行安全性造成直接影响。

所以需要在确保床料全面流化前提下全面减少一次风量，在维持氧量的前提下需要对二次风量进行全面调整，还需要与上下二次风量进行合理搭配，确保富余空气量。减少低密度区域的高度能够延长燃煤颗粒的炉内时间，显著降低对水冷壁管的冲刷，减少飞灰含碳量。按照负荷变化情况需要合理选择床层差压，烟气流速以及床层密度等，加强旋风分离器分开效果。

2.5 控制入炉煤的粒度和煤质

尽管循环流化床锅炉具有广泛的燃煤适应性，因此可以应用劣质煤，然而由于使用劣质煤将会出现较大比重的煤质，提升使用风量，增加磨损影响。其次，由于劣质煤当中存在较多煤灰分，会增加燃煤量，提升烟气当中飞灰浓度，逐渐加强对水冷壁管的切削影响，提升磨损程度。循环流化床锅炉的燃烧方式较为特殊，固体物料密度为煤粉炉的上百倍。因此需要加强管理煤质量，进行煤质试验，控制煤的筛分粒度。

2.6 优化炉内浇注料

为了避免炉膛出口处出现气流转向对水冷壁管造成磨损，需要将耐火材料设置在出口处，将耐磨耐火涂料涂抹在耐火衬里表面进行防磨处理。耐磨耐火涂料主要是应用超微粉，强胶凝固粘合剂等通过中温烧结技术，加水均匀搅拌之后直接涂抹施工。在常温条件下固化之后需要结合耐磨耐火衬里表面，将耐磨值控制在5CC以内，能够在1300℃以上温度冲击下不开裂脱落。该工艺能够有效修复循环流化床锅炉的耐磨衬里，能够将其表面修复如新。

循环流化床内的固体颗粒密度能够呈环形流特点，沿着床层截面能够分为，边壁中心区域的低密度颗粒主体上升和附近的高密度颗粒主下行，这样就能够形成环-核两区流动模式。

颗粒流比较高的下降流动速度会严重磨损水冷壁面，特别体现在过渡段，因此在预防期间需要使用增设多级防磨梁的方案进行。该防磨技术的优势主要体现在多级磨凸台会减缓炉膛沿壁流的颗粒和速度，能够全面解决水冷壁磨损根源，具有显著的防磨效果，便于安装和操作，能够在较短时间内完成检修，成本不高，并且不需要大量改造炉膛水冷壁，可靠运行，便于检修。下图为安装了防磨梁防磨装置之后炉膛沿壁流的颗粒密度和速度出现显著改变效果，能够从根本上解决磨损根源，避免造成较大损失。

3 结束语

综上所述，该热电厂在检修循环流化床锅炉时应用各项有效措施，通过防磨喷涂技术，焊接工艺，控制入炉煤的粒度和煤质等措施全面降低水冷壁磨损情况，在经过两年运行之后，效果良好，全面提升该热电厂的经济效益。

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收稿日期：2018-3-12

作者简介：李永健（1986-），男，瑶族，助理工程师，本科，主要从事集控运行工作。