循環(huán)流化床鍋爐磨損問題淺析

摘 要：循環(huán)流化床以其煤種適應(yīng)強(qiáng)、脫硫環(huán)保效益高的優(yōu)勢，日益得到發(fā)展。目前主要燃用高灰分低熱值的劣質(zhì)煤種，解決防磨問題已成為影響循環(huán)流化床穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素。該文研究了循環(huán)流化床鍋爐磨損的重點(diǎn)區(qū)域和原因，提出了推薦措施。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床 鍋爐 磨損

中圖分類號(hào)：TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-01

循環(huán)流化床鍋爐（以下簡稱CFB鍋爐）內(nèi)的固體物料濃度為煤粉鍋爐的幾十倍到上百倍，其受熱面與耐火材料的磨損問題特別突出，防磨措施正確與否，直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。下面就CFB鍋爐磨損的重點(diǎn)區(qū)域、原因以及措施進(jìn)行闡述。

1 主要磨損部件及磨損機(jī)理

CFB鍋爐的主要受磨損部件有布風(fēng)裝置、爐內(nèi)受熱面、爐頂受熱面、對(duì)流受熱面、耐火材料等。磨損造成的停爐事故接近停爐總數(shù)的50%，其中水冷壁管與耐火材料的磨損為主要故障來源，是CFB鍋爐中與材料相關(guān)的最嚴(yán)重問題。

1.1 布風(fēng)裝置的磨損

布風(fēng)裝置的磨損主要是風(fēng)帽的磨損。風(fēng)帽的磨損有兩種，一是風(fēng)帽外部的磨損。這是氣流攜帶物料直接沖刷風(fēng)帽外殼的結(jié)果。風(fēng)帽外部磨損最嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)生排渣口和回料口附近。二是風(fēng)帽小孔擴(kuò)大。一次風(fēng)攜帶著細(xì)小的塵粒通過孔徑有限的風(fēng)帽小孔時(shí)產(chǎn)生很高的流速，對(duì)小孔表面產(chǎn)生沖刷。風(fēng)帽小孔的擴(kuò)大將改變布風(fēng)特性，同時(shí)床料會(huì)漏進(jìn)風(fēng)室。

1.2 爐內(nèi)受熱面的磨損

爐內(nèi)水冷壁磨損主要有三種情況：爐膛下部敷設(shè)衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域的管壁磨損；爐膛四個(gè)角落區(qū)域的管壁磨損；不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損，如爐膛出口處管壁磨損。

爐膛后墻及兩側(cè)墻下部衛(wèi)燃帶與水冷壁管的交界處，常常發(fā)生磨損。這類磨損的機(jī)理有以下兩個(gè)方面，一是過渡區(qū)內(nèi)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上的固體物料運(yùn)動(dòng)方向相反，因而在局部產(chǎn)生渦旋流；另一個(gè)原因是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流道方向的改變，因而對(duì)水冷壁產(chǎn)生沖刷。大量的含塵煙氣鄰近爐膛出口時(shí)，含塵濃度越來越高，且方向發(fā)生改變，大量的顆粒在慣性力作用下，加重了對(duì)水冷壁管的磨損。在后墻靠近爐膛出口處和兩側(cè)墻，迎煙氣流動(dòng)方向45～90 °范圍內(nèi)的水冷壁管磨損嚴(yán)重。在結(jié)構(gòu)上，如果旋風(fēng)分離器出口煙氣流運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，灰在離心力的作用下，在過熱器前右側(cè)墻形成的灰濃度較高，就會(huì)增加右側(cè)過熱器管的磨損；反之，左側(cè)磨損就會(huì)

加重。

1.3 對(duì)流受熱面的磨損

對(duì)流受熱面主要是指過熱器、再熱器、省煤器及空氣預(yù)熱器，其磨損機(jī)理與煤粉爐基本相同。該文不再做研討。

1.4 耐火材料的磨損

耐火材料主要敷設(shè)區(qū)域包括燃燒室、高溫分離器、外置式換熱器、煙道及物料回送管路。耐火材料故障造成的停爐事故占CFB鍋爐事故的15%，是僅次于受熱面磨損的第二大事故原因。造成耐火材料磨損的主要原因是啟爐時(shí)的熱震和顆粒沖刷磨損，以及因堿金屬的滲透而造成耐火材料漸衰失效和滲碳而造成的耐火材料變質(zhì)破壞等。

2 磨損影響因素

影響CFB鍋爐磨損的主要因素一般有燃料特性、床料特性、物料循環(huán)方式、運(yùn)行參數(shù)、受熱面結(jié)構(gòu)和布置方式等，涉及設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行和維護(hù)等方面。對(duì)于已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)營的發(fā)電企業(yè)而言，如何通過優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整來降低磨損的影響尤為重要，下面闡述運(yùn)行參數(shù)對(duì)磨損的影響。

2.1 煙氣流速

煙氣流速是影響鍋爐內(nèi)壁磨損的主要因素，試驗(yàn)證明磨損量與固體粒子速度的n次方成正比，N值大致在3～4之間。

2.2 粒子濃度

磨損量與粒子濃度成正比，粒子濃度越大，磨損量越大。粒子濃度與循環(huán)倍率、分離器的分離效率及煙氣的均衡有關(guān)。較高的循環(huán)倍率將導(dǎo)致鍋爐內(nèi)壁的嚴(yán)重磨損。燃用細(xì)組份過多的入爐煤時(shí)，燃燒中心上移，爐膛上部及出口處的煙氣溫度和灰粒濃度均會(huì)升高，將加劇磨損。

2.3 床溫

床溫對(duì)磨損的影響主要在于床溫變化導(dǎo)致受熱面管壁溫度變化，進(jìn)而影響到金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)踐表明，一般情況下，CFB鍋爐受熱面的管壁與磨損在管壁溫度接近400 ℃的范圍內(nèi)發(fā)生變化。當(dāng)壁溫低于此溫度時(shí)，管壁未形成氧化膜，磨損率較大。高出400 ℃一個(gè)較小范圍時(shí)，形成了氧化膜，磨損大幅度降低。當(dāng)壁溫繼續(xù)增加，由于熱應(yīng)力的產(chǎn)生，同時(shí)氧化膜和金屬的熱膨脹系數(shù)不同及高溫腐蝕的影響等，磨損又會(huì)增加。

2.4 床料高度

密相區(qū)的特殊工況和粒子特性造成其磨損遠(yuǎn)大于稀相區(qū)，床料越高，受熱面磨損越嚴(yán)重。運(yùn)行中應(yīng)綜合考慮安全經(jīng)濟(jì)性的要求通過試驗(yàn)獲得科學(xué)的床料高度。

2.5 鍋爐負(fù)荷

負(fù)荷越高，入爐煤量越大，粒子濃度和速度越大，對(duì)鍋爐的磨損越嚴(yán)重。

3 防磨措施

3.1 物理防磨

目前CFB鍋爐的主要防磨措施比較被動(dòng)，例如采用超音速電弧噴涂技術(shù)在磨損嚴(yán)重面上刷涂非金屬陶瓷材料。近年來，國內(nèi)CFB鍋爐大多采用亞音速火焰噴涂、普通電弧噴涂、超音速電弧噴涂和亞音速噴涂相結(jié)合的噴涂方法。不同噴涂廠家選擇的噴涂材料不盡相同，但主要是含陶瓷相材料，試驗(yàn)顯示，NiCr3C2效果較好，這些噴涂工藝可不同程度地提高鍋爐的使用壽命（約3～5倍），但成本較高。此外，還有通過增加防護(hù)罩或防磨護(hù)瓦的方法抵抗磨損，但同時(shí)存在降低受熱面?zhèn)鳠嵝实谋锥恕?/p>

3.2 從長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)性角度來說，從運(yùn)行維護(hù)的角度采用一些主動(dòng)的防磨措施來減輕磨損也是防磨處理的一個(gè)積極發(fā)展方向

從煤質(zhì)改善的角度，采用提高煤質(zhì)的方法，使單位負(fù)荷燃料消耗量減少，爐內(nèi)物料濃度降低，從而減輕磨損。

加強(qiáng)入爐煤的預(yù)處理水平，保證燃煤粒度符合要求，并科學(xué)嚴(yán)格控制一次風(fēng)量，從而降低爐膛懸浮段上方灰塵濃度和煙氣速度。

一、二次風(fēng)量的大小對(duì)水冷壁的磨損有很大影響，加大一次風(fēng)，會(huì)使燃燒的密相區(qū)上移，在交界區(qū)域處固體物料的濃度和速度都在增加；當(dāng)床層截面積一定時(shí)，總風(fēng)量增加使煙氣流速增大，物料沖刷管子的磨損量與氣流速度的3～4次方成正比，氣流速度越大，磨損愈嚴(yán)重。因此保證風(fēng)量調(diào)整在規(guī)定范圍內(nèi)，堅(jiān)決消除厚料層、大風(fēng)量運(yùn)行的狀態(tài)也能減輕鍋爐組件的磨損。

4 結(jié)語

CFB鍋爐的磨損經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行等有關(guān)單位的長期實(shí)踐，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，但是磨損依然是目前影響CFB鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一因素，還需要理論工作者和實(shí)踐工作者共同努力，積極探索，努力解決這一難題。

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