循環流化床鍋爐的防磨措施研究

摘 要：循環流化床鍋爐受熱面磨損是對循環流化床鍋爐正常運行三大威脅(磨損、給煤不暢、排渣困難)之一，由于磨損（受熱面、耐火材料、風帽等）造成的停爐事故接近停爐總數的50%。在很長時間內成為影響循環流化床鍋爐推廣應用的主要障礙。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐；防磨；措施

中圖分類號：TB30文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）01-0283-02

1 爐膛內水冷壁管磨損

1.1 故障現象

爐膛內水冷壁管磨損主要表現在水冷壁管與耐磨材料交接及以上1～5m處、爐膛四角、返料口上部及爐膛出口煙氣轉彎等處。爐膛內水冷壁管磨損情況如圖1所示。

水冷壁管磨損后造成水冷壁管泄漏，高壓汽水混合物直接劇烈沖刷造成更多鄰近水冷壁管泄漏，有時汽包水位都很難維持，泄漏處床溫急劇下降，兩側床溫差大，被迫停爐。現在運行的循環流化床鍋爐機組中受熱面因磨損爆管的次數為煤粉爐的3～5倍，受熱面爆管后處理起來難度較大，而且還要組織人員清理床料，重新加入床料，往往要付出更大的人力、物力才能處理好，是各發電企業最為頭疼的難題。循環流化床鍋爐的防磨措施正確與否，直接影響循環流化床鍋爐機組的可用率，對機組的安全運行威脅也很大。

1.2 原因分析

循環流化床鍋爐水冷壁管磨損機理與煤粉爐有很大的不同，一方面大量煙氣和固體顆粒在上升過程中對水冷壁管進行沖刷；另一方面由于內循環的作用，大量固體顆粒沿爐膛四壁重新回落，對水冷壁管進行劇烈沖刷。特別在水冷壁管和耐火材料層過渡區的凸出部位。因沒有上行氣流，沿水冷壁管下來的固體顆粒形成渦流，對局部水冷管壁起到一種刨削作用。

影響水冷壁磨損的主要因素有：（1）煙氣流速的影響：煙氣流速越高磨損越嚴重，磨損量與煙氣流速的三次方成正比。一次風量越大，磨損量越大。另外二次風量越大，對爐內燃燒情況的擾動越劇烈，水冷壁磨損量也越大。（2）煙氣顆粒濃度的影響：煙氣內顆粒濃度越大，水冷壁磨損量越大。因為顆粒數目越大，對管壁的撞擊和沖刷越強烈。在循環流化床鍋爐運行過程中，負荷越高，床層密度及床層差壓越大，說明顆粒濃度越大，磨損量也越大。循環流化床鍋爐由于其特定的燃燒方式，爐內的固體物料密度為煤粉爐的幾十倍到百倍以上。（3）燃料性質的影響：燃料顆粒硬度、灰分越大，對水冷壁管壁的切削作用越強烈，磨損量越大。尤其在摻燒煤矸石或其它高硬度燃料時，會大大縮短水冷壁管爆管的運行時間。（4）安裝及檢修質量的影響：鍋爐安裝及檢修質量不好，例如，受熱面鰭片沒有滿焊，造成大量顆粒外漏，造成對水冷壁管側面的磨損。或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位，形成顆粒渦流加劇磨損。（5）耐磨材料脫落：在爐膛密相區排渣口、二次風口處的異型管，過熱器及再熱器穿墻管密封盒處管壁都會因耐磨材料脫落造成磨損。風水聯合冷卻式流化床冷渣器回風口處由于風速過快，將耐磨材料吹落造成磨損。（6）鍋爐本身動力場的影響：由于爐膛內煙氣流速分布不均勻，四角處的煙氣流速比中間大許多，所以磨損情況比其它部位嚴重。

1.3 處理及改造方法

（1）運行調整方面：在保證床料充分流化的前提下，盡量降低一次風量；在維持氧量的前提下適當調整二次風量，合理搭配上下二次風量，保持合適的過剩空氣。適當降低密相區高度，延長燃煤顆粒在爐內的停留時間，減小對水冷壁管的沖刷，同時也會降低飛灰含碳量。根據負荷變化選擇合適的床層差壓、床層密度及煙氣流速。提高旋風分離器分離效率，延長固體顆粒在爐內的停留時間。

（2）加強來煤管理，控制矸石含量。及時進行煤質化驗，控制來煤的篩分粒度，經常根據燃料顆粒度分布情況調整碎煤機錘頭間隙，盡量采用二級破碎系統，提高煤顆粒的均勻度，減小大顆粒在來煤總量中的比例。

（3）檢修改造方面：杜絕水冷壁管屏表面的凸起現象，檢修結束后將水冷壁管焊口打磨圓滑，水冷壁管鰭片應該滿焊，不能留下縫隙或漏洞。在水冷壁管加裝防磨護板，應注意防磨護板與水冷壁管間的間隙不能太大以防形成凸臺。采用讓管技術，如圖1-2所示。選擇質量較好的耐磨澆筑料和技術水平高的施工隊伍，澆筑料軟著陸時不能形成斜坡，以免附近水冷壁管的磨損加劇。規范施工工藝，確保耐磨澆筑料在機組正常運行時不脫落。

（4）對密相區埋管以上的裸露水冷壁管進行熱噴涂。由于循環流化床鍋爐受熱面磨損問題比較嚴重，而一時難以找到有效的手段去徹底解決，目前熱噴涂成為一種有效的方法來降低磨損。熱噴涂是利用一定熱源，例如高溫電弧，將用于噴涂的材料加熱至熔化，并獲得高速度，噴射并沉積到經過預處理的工件表面，形成具有較強耐磨功能并與基體牢固結合的覆蓋層的一項表面加工技術。按熱源分類，基本上可分為火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。熱噴涂技術具有以下特點：涂層的致密性好；涂層硬度高；涂層耐磨性能高；涂層與管道基體結合強度大。

進行過熱噴涂的水冷壁管抗磨損和抗腐蝕壽命可以提高2～4倍。其施工工藝過程為：首先將水冷壁管壁減薄的部位先進行堆焊，然后打磨圓滑，使處理后的水冷壁管壁厚度與正常管壁相同，對處理過的部位焊縫進行圓滑過渡。然后進行噴沙處理，對管壁進行清理和粗化，噴沙處理后短時間內進行電弧噴涂即可完成整個噴涂過程。

（5）在不影響鍋爐吸熱量的前提下對水冷壁管進行埋管處理。水冷壁襯里是用焊在管子表面上的金屬銷釘將較密的耐磨耐火材料固定在煙氣側的鍋爐管件上，結構見圖2。

2 屏式過熱器、再熱器及旋風分離器過熱器的磨損

2.1 故障現象

屏式過熱器、再熱器布置在爐膛稀相區內，旋風分離器布置在爐膛出口后，雖然所在空間顆粒濃度比密相區要低，但仍然會造成磨損，尤其當迎風面部位，而且旋風分離器受熱面所處位置煙氣流動方向發生轉變，速度增加，加快了耐磨澆筑料的磨損速度，當外面的耐磨澆筑料因各種原因脫落后會迅速提高磨損速度。爐膛內屏式過熱器、屏式再熱器管屏的磨損機理與爐內水冷壁管的磨損機理相似，主要取決于受熱面的具體結構和固體物料的流動特性。屏式過熱器、再熱器及旋風分離器過熱器因磨損爆管后對床溫、煙溫影響很大，檢修困難，是循環流化床鍋爐運行急需解決的難題。

2.2 原因分析

（1）屏式受熱面穿墻管膨脹受阻，產生熱應力造成受熱面管屏變形，耐磨澆筑料大量脫落。這是屏式受熱面最經常碰到的問題。

（2）爐膛內床溫變化大對耐磨材料的影響主要有：一方面是由于溫度循環波動和熱沖擊以及機械應力造成耐磨材料產生裂縫和剝落；另一方面是由于固體物料對耐磨材料的沖刷而造成耐磨材料的破壞。

（3）煙氣流速控制不合理，一、二次風量太大，對耐磨材料起到強烈沖刷及切削作用。

3 對流煙道內受熱面的磨損

對流煙道受熱面的磨損主要發生在省煤器和低溫再熱器兩端，磨損部位主要集中在迎風面。這是所有鍋爐，包括煤粉鍋爐避免不了的問題。

3.1 處理及改造方法

（1）采用在受熱面迎風面加裝金屬防磨蓋板的方法。如圖3所示。

（2）在易磨損的部位采用耐磨性能高的鋼材。

（3）將設計省煤器時，將其設計成為鰭片式，一方面減小磨損程度，另一方面可增加省煤器的吸熱量，以彌補循環流化床鍋爐床溫較低，總吸熱量不足的缺點。

4 案例分析

事故案例1:

2006年5月28日中班23：45左右，某廠＃6爐負荷135MW，運行正常，突然爐膛正壓力增大，汽包水位下降，給水流量不正常地大于蒸汽流量，西側床溫下降速度為20℃/min，而東側床溫基本不變，鍋爐蒸發量下降，負荷快速下降至90MW左右，并且有繼續下降趨勢。24：00，西側床溫已經下降到500℃時，鍋爐運行人員判斷為水冷壁管爆破，匯報值長，值長令＃6爐停運。

事后檢查發現：＃6爐西側17.5米層處有兩根水冷壁管爆破，其余四根水冷壁管被吹破。經分析原因為：因這兩根水冷壁管鰭片沒有滿焊，造成大量固體顆粒從漏縫處泄漏，對水冷壁管側面進行沖刷，管壁減薄，引起管子泄漏。

處理：更換損壞水冷壁管，全面檢查其它鰭片，滿焊所有鰭片。

事故案例2：

2005年7月4日某廠135MW循環流化床鍋爐水冷壁管泄漏。

經檢查發現：泄漏點為冷渣器（風水聯合冷卻流化床式）回風口爐膛出口處上部。

原因為：冷渣器長時間運行，造成冷渣器需要大量流化風，嚴重超過設計值，回風口風速增高沖刷異型管壁的耐磨澆筑料，澆筑料脫落后直接沖刷水冷壁管造成泄漏，如圖4所示：

處理：打磨堆焊，制作回風防磨套，重新制作澆筑料。

預防措施：排渣時要均勻排渣，不可大流量排渣，一方面防止冷渣器堵塞，另一方面防止異型水冷壁管泄漏。所有冷渣器應保持完好并輪換排渣，這樣可以使床料顆粒不致過大，影響流化，降低鍋爐機械不完全燃燒損失。

隨著循環流化床鍋爐機組運行時間增長，各種耐磨材料技術飛速發展，發電廠運行人員水平日益提高，檢修及安裝工藝水平也得到了很大改進。現在循環流化床鍋爐連續運行時間大幅度提高，有的機組連續運行時間已經超過300天，原因就是防磨問題基本得到了有效解決。

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