循环流化床锅炉水冷壁磨损原因分析

张永胜

（陕西北元集团锦源化工有限公司，陕西 神木 719319）

1 水冷壁磨损的成因

在电厂锅炉实际安装工作条件中（使用过程中），锅炉管束受热面极易造成磨损，是当前电力行业一个常见问题，特别是循环流化床锅炉的水冷壁造成严重磨损。磨损严重时就会发生锅炉水冷壁泄漏现象，泄漏量通常约为普通煤粉锅炉泄漏量的约5至6倍，直接影响到管壁使用寿命。循环流化床锅炉的水冷壁每用2或3个月就可磨损1～2 mm，磨损情况最为严重部位的磨损量甚至可能翻倍甚至泄漏，如锦源化工一台130 t循环流化床锅炉在使用3年后，其顶棚因管壁磨损发生泄漏，停炉后对顶棚进行测厚分析数据。锅炉水冷壁磨损泄漏会严重影响电厂机组的平稳安全高效运行，增加了对电厂检修车间日常保养维护任务和检修工作量，对电厂机组人员的稳定工作质量影响十分大，也同时给火电机组生产造成相当大的直接损失[1]。

为了显著提高循环流化床锅炉运行在我们实际的工作条件中获得的社会经济效益价值和技术安全使用效益，减少由于事故原因造成锅炉的故障停机和影响，降低设备运行与维护使用成本，为整个机组生产提供了更有效合理的运行工作条件，提高机组工作生产效率，提高机组经济价值，我们认为必须准确抓住上述问题产生的四个关键，首先应了解机组磨损工作状况，以便及早实施安全有效经济的锅炉抗磨保护措施。

1.1 锅炉房管壁磨损原因

锅炉四角区域上的水冷壁最容易遭受磨损。主要的原因是，与平壁区域的比表面积相比，直角区域由于在高温锅炉连续运行的期间中收集到的高速上升的气流含量较少，导致了沿金属管壁垂直向下快速流动上升的高温固体煤渣的气体浓度会更高，流速则要更快。此外，该区域内固体的悬浮颗粒可能与高温金属壁面之间就有着很大范围的摩擦磨损，而且磨损概率也相当大。

1.2 炉膛下方燃烧防护带及水冷壁管过滤区磨损原因

有关研究专家学者作的试验还表明，高浓度物料可以在循环流化床锅炉的炉膛水冷壁的周围向下流动，且离该物料位置越与炉下料质层之间的平均厚度距离和相对密度都越要近，下料量越大。这些落料虽然有时会直接对水冷壁面产生有一定影响的冲刷侵蚀作用，但却由于维持其运行的方向保持和水表面的大致平行流动状态，磨损量可能在某一定的程度上就有所减少[2]。当沿管壁向流动输送的固体物料被防火带所堵塞后，实际操作模式将发生改变。炉内密相区上升的气流可随熔融物料流动上升，形成更大温度范围涡流。

1.3 锅炉内不规则区域的磨损原因

水冷壁的不规则磨损的区域材料主要是系是指通过锅炉内壁的开口、锅炉内壁的出口等的区域材料和流水平管壁焊缝。通过凸面管壁焊缝的区域材料的磨损作用强度大大高于流平管壁，这一点上主要原因也是系指的由于不规则的磨损使凸面管壁焊缝材料对整个锅炉局部轴流动张力系统产生的冲击与干扰的作用强度高。一般认为正常受力情况条件下，壁孔流体对炉底部的弯头壁部的压力冲击或磨损腐蚀作用一般比在锅炉内壁上部产生的弯头侵蚀更严重，这当然也是单指是由于流体高速粘性材料在沿锅炉水平管壁缝隙内向下高速流动变形时而造成对流体管壁的局部或巨大局部压力和冲击破坏作用下造成的。这些导致位置磨损问题产生的另几个比较主要的原因之一是，当有高速气体的流动速度和只有少量的固体物质在流动的过程时，大体积尺寸颗粒材料将相互碰撞分离并在最终时与液体混凝土体材料一起被流出炉膛，从而将其抛到受热面上（如下页图1所示）。

图1 水冷壁磨损示意图

2 水冷壁磨损的影响因素

2.1 实际运行参数

金属表面涂层的表面耐磨性程度与床层温度系数的微小变化均密切程度相关。通过一些实际工作观察实验和现场记录，得出了结论：在各种不同类型的环境温度条件影响下，金属表面往往会自动形成同一层金属氧化还原层，并且由于温度的影响，氧化层的硬度和厚度会有所不同[3]。此时，当所形成的氧化膜硬度稍高于金属硬度时，固体颗粒之间的流动状态和方向会形成一定的极限，从而导致烟气流速对水冷壁磨损的影响很大。

2.2 供暖安排

在循环流化床锅炉系统的一些实际工艺应用场合中，位置因素可能对物料颗粒之间的相互冲刷作用程度都有不同的影响。在锅炉向出口的空气高速流动输送的工作过程中，会导致物料颗粒的分离，导致水冷壁严重磨损。在循环流化床锅炉设计中使用了旋风分离器设计后，水冷壁的出口、管壁的出口处和管顶附近的位置均很容易被造成磨损，迎风口侧壁的磨损程度也往往很严重。

锅炉炉膛板的内外表面之间的水冷空气分配板表面之间和靠近密相区处之间的整个水冷壁系统的内外表面之间必须用耐火的材料来做保护，水冷壁内水的热流动的特性将不会对其整个锅炉水冷壁性能而产生直接的影响。通过锅炉壁面上的水冷壁来观察，炉墙、如防爆门型锅炉等锅炉的水管道一般都是直接置于该锅炉壁的外面。这两者都是因为在锅炉内壁管道中还没有可以找到凸出来的部分。如果是将这种管道直接置于锅炉壁孔内，磨损管道堵塞现象的概率将发生增多。

2.3 材料的基本特性

磨粒直径形状和颗粒浓度形状对磨粒浓度均有产生很大地影响。当颗粒状物料直接流入燃烧锅炉时，炉膛表面往往会被形成薄薄的一层坚硬薄膜，其内部硬度则远将高于锅炉燃烧介质本身内部的硬度。不同物质的具体化学成分将会分别对颗粒表面性能产生很大不同范围的影响[4]。

试验与分析都表明，含碳铝金属和铝硅元素比值较高的床料要比某些含硫金属和铁钙元素比率较高的金属床料要具有相对更较强些的耐腐蚀性。这些金属材料的加工特性将主要还取决于其燃料。当灰煤粒进入高温炉膛时，其几何粒度、形状、化学成分特征和表面硬度也会同时在某一定的程度上严重磨损床料。灰粒硬度过高，边缘异常锋利，对高温水冷壁可造成破坏性极大地磨损。

3 结论

循环流化床锅炉水冷壁磨损是实际工作中常见的事故，因此有必要在锅炉运行中继续发挥有效作用。从中小型火力发电厂企业的发展角度实际来看，为了真正有效地解决了这些的问题，减少火电企业直接的社会经济损失，有必要结合电站锅炉机组的运行设计运行模式，分析锅炉实际工作运行维护情况，得出这样一套实用的事故维护技术和现场处理应急方案。因此，本文重点对循环流化床锅炉磨损机理问题上进行做了进一步深入全面的技术探讨介绍和实证分析。