循環流化床鍋爐防磨技術分析

班允柱

吉林燃料乙醇有限責任公司 132101

循環流化床鍋爐防磨技術分析

班允柱

吉林燃料乙醇有限責任公司 132101

火力發電廠鍋爐因受熱面磨損造成的停爐事故約占鍋爐總事故率的70%,金屬部件的磨損是造成其運行事故的主要原因。所以要特別重視鍋爐受熱面的防磨。本文描述了循環流化床鍋爐的磨損機理及多種防磨技術，結合各種技術的優、缺點，提出了循環流化床鍋爐防磨技術改造過程中應注意的問題。

循環流化床鍋爐;防磨技術；分析

循環流化床(簡稱CFB)燃燒技術是一項新興的燃煤技術。循環流化床鍋爐是一種煤種的適應性廣、燃燒效率較高、高效脫硫、氮氧化物排放低、負荷調整能力強、灰渣綜合利用率高的最實惠鍋爐。CFB在運轉時,含有燃料、燃料灰的固體床料在爐膛→旋風分離器→回料閥→爐膛這一封閉循環回路里一直處于高溫循環流動中,而且在爐850℃～950℃燃燒進行效率最高的反應。床料不僅在這一回路作外循環流動,床料而且在重力下在鍋爐內持續的進行循環流動。磨損給鍋爐造成的直接危害是使承受內壓的受熱面金屬管子壁由厚變薄直至破裂停爐。磨損會使得鍋爐無法按照正常的功能作業，這樣下來會給企業造成很大的經濟負擔和減低運行效率，所以要有先進的循環流化床鍋爐防磨技術。

1. 磨損機理

在實際工程操作中，由于機械相互作用、間歇性的化學和電力作用，物體工作面的材質在相對外力的作用下不斷發生變形、損耗、轉移的現象稱為磨損。根據磨損機理的不同，可把磨損分為磨料磨損、腐蝕磨損、粘著磨損、沖蝕磨損、疲勞磨損和微振磨損等類型。在循環流化床鍋爐中，爐內受熱面的磨損主要呈現為沖蝕磨損。沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對鍋爐材質表面撞擊而造成的磨損。沖蝕磨損有兩種基本類型: 一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，這兩種磨損沖蝕表面流失過程的微觀形貌不完全相同。沖刷磨損是固體顆粒沖擊鍋爐表面的沖擊角度較小，有時幾乎平行。根據分速速原理，大顆粒垂直于撞擊鍋爐表面的分速度使它楔入被沖擊物體，而固體顆粒與鍋爐表面相切的另一個分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度共同作用能使鍋爐表面受損嚴重。如果鍋爐表面材質承受不住這種合速度的作用，就會被剝落成一小片一小片的材質，長期這樣就會嚴重影響正常工作。撞擊磨損是指固體顆粒相對于固體表面沖擊角較大，或接近垂直時，以一定的運動速度撞擊固體表面使其產生微小的塑性變形或顯微裂紋，在大量固體顆粒長時間、反復撞擊下，逐漸使整片塑性變形層脫落而形成的磨損。在循環流化床鍋爐爐內受熱面的磨損中，床料顆粒與金屬件和耐火材料的沖擊角度一般為0°～90°，因此，循環流化床鍋爐爐內水冷壁的磨損是上述2類磨損的綜合。

2 防磨技術

2.1 爐膛水冷壁管的磨損

在爐內水冷壁管上有四種磨損情況: 爐膛四個角落位置的管壁磨損; 鍋爐爐膛出口自底部向下1.5m范圍內兩側管壁的磨損;爐膛衛燃帶與水冷壁管過渡位置(密相區)管壁的磨損;不規則位置管壁的磨損。爐膛四個角落位置的管壁磨損是由于角落區域密封鰭片在安裝時內表面粗糙,并且固體物料濃度高,同時流動狀態也受到破壞。鍋爐爐膛出口自底部向下1.5m范圍內兩側管壁的磨損是由于固體物料在改變流動方向時產生的渦流沖刷。爐膛衛燃帶與水冷壁管過渡區域管壁的磨損是因為安裝拼接焊縫時造成局部磨損的條件。在過渡區域固體物料在局部產生渦旋流;自上而下的固體物料在交接區域產生流動方向的改變而對管壁產生沖刷。不規則管壁改變了物料的流動特性而造成較大的物料波動沖刷。

2.2 埋管的磨損

埋管離床料距離最近,同時也是磨損較嚴重的位置,運作時常常使得埋管爆管的事情發生。埋管的防磨技術是采用焊防磨鰭片來設計的,防磨鰭片主要安裝在埋管下三排迎風面上,用鰭片阻擋固體顆粒直接沖擊管壁,增加埋管的使用壽命,之前也用過噴涂、護瓦,護瓦的長度在300mm～600mm之間,如果太長了會因與埋管的膨脹系數不同而發生變形甚至脫落。部分大顆粒燃料由于驟然高溫而破成數個小塊。大部分小顆粒物料由于比表面積大易流化而隨一次風向上移動,并由于燃燒而體積逐漸變小從而使得比表面積逐漸變大。這樣, 大部分小顆粒物料由于一次風的作用而離開爐膛。大顆粒物料由于比表面積小不易流化而聚集在爐膛下部且顆粒越大離底部布風板越近。因此, 在落渣管內表面磨損到一定程度時, 就須對其進行補焊或在內表面焊上V上形不銹鋼抓釘再敷以不定型耐火耐磨材料。

2.3 尾部受熱面的磨損

過熱器位置偏高的溫度,但是在省煤器位置因為煙溫低,灰粒變硬、且體積收縮表面會使得尖銳的棱角形成,這樣一來就對省煤器管排的磨損相當厲害。循環流化床鍋爐安裝了分離器和回送裝置,為了保證正常運作所需要的物料循環,分離效率在95%以上,表面上好像是使尾部煙道飛灰的濃度降低了。同時在尾部煙道中煙氣大都向下流動,固體顆粒隨煙氣流動,同時又受到重力影響,固體顆粒的絕對速度是煙氣速度與顆粒終端速度之和,比爐膛內煙氣上升氣流的絕對速度要高,超高的顆粒濃度和顆粒速度,因此經常導致省煤器等尾部受熱面嚴重磨損。為了更有效的解決這一難題，應該在省煤器迎風面2～3排加裝護瓦或防磨管,煙氣走廊上部加擋板防止煙氣從走廊流出,也可以在煙氣走廊每一個彎頭處加裝護瓦,省煤器管要上下在一條線不能有從中間弄出管排,確實有的話必須進行校正,確實也不能校正的，務必在其上面加裝護瓦。

2.4 布風裝置的磨損

由于流化床鍋爐內物料濃度是沿布風板向上逐漸減小的。風帽位于爐膛底部, 此處物料濃度最高且多為大顆粒物料。這樣, 風帽體由于長期處于高溫環境而外表變軟, 在高濃度大顆粒物料的長期沖刷下, 風帽體會產生漸次磨損。風嘴由于一次風從此處向外吹出, 而大顆粒物料在外面對其不斷進行沖刷。長期使用, 風嘴會逐漸變大。風帽的這部分由于內無一次風的流動而起的冷卻作用而自身又處于高溫環境之下, 很快會產生局部過熱, 因而風帽的這部分會很快變軟, 在大顆粒物料的不斷沖刷下, 這部分磨損速度比其它部分的快得多。在落渣管附近, 由于大顆粒物料比其它地方多且方向較一致, 此處的風帽磨損自然比其它地方風帽嚴重。原先鍋爐廠生產的大都是迂回柱狀風帽, 風帽頂部和風室是焊接在一起的。使用后發現,頂部易在磨損后被吹掉。半球形風帽外表面積比柱狀風帽的小了將近1/3 , 且比柱狀風帽少了一道棱邊。綜前所述, 風帽必須選用具有能夠在高溫下抗氧化和抗變形能力的材料。風帽外表形狀應是在滿足風量的情況下, 越小越好且盡量避免棱角, 風帽體應在便于檢修的情況下, 盡量是一個整體給料口的磨損及其防范措施在給料處, 物料(循環物料和燃料)在重力和返料風的作用下進人爐膛, 長期的高溫和物料沖刷使得給料口被磨成一道道溝。因此對給料口管道材料的要求和風帽的一樣。

3.結語

綜上所述，循環流化床鍋爐的磨損是一個極為重要應該引起重視的問題，因為影響磨損的原因諸多。鍋爐設計師應該多與一線操作人員和專業檢修人員溝通交流，如有任何問題應該在最短的時間內最有效的解決，還應該不時的發現問題和改進運行過程中存在的問題; 在鍋爐的整個安裝過程中應該按照標準程序; 每次停爐后專業檢修人員都必須對鍋爐進行全面清查, 還要時常測量各個管子的壁厚, 如有問題應及時解決。只要大家共同協作, 循環流化床鍋爐才能達到長期平穩安全的運作。

[1]王智微.循環流化床鍋爐循環物料平衡的研究 熱電技術，2003( 4)

[2]路春美等.循環流化床鍋爐設備與運行.中國電力出版社，2003.No.2:19-2 3

[3]湖南省電機工程學會.火力發電廠鍋爐受熱面失效分析與預防.北京:中國電力出版社,2004.

[4]劉德昌,陳漢平,等.循環流化床鍋爐運行及事故處理.北京:中國電力出版社, 2006.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.053