CFB鍋爐水冷壁磨損原因分析及治理方法

多潔才仁

（青海鹽湖工業集團股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

CFB鍋爐水冷壁磨損原因分析及治理方法

多潔才仁

（青海鹽湖工業集團股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

CFB是一種高效、低污染的潔凈煤燃燒技術，其使用壽限的關鍵在于磨損，直接影響著CFB鍋爐的安全經濟運行。CFB鍋爐水冷壁磨損主要原因在于金屬、多階防和澆注料的使用和優化。本文通過對金屬噴涂、多階防磨梁、澆注料等方面進行優化，并提出了優化設計方案，以期有效降低爐膛受熱而磨損，提高機組的連續運行時間。

CFB鍋爐；水冷壁；磨損原因；治理方法

隨著時代的發展、科技的進步，鍋爐的制造使用方面有了諸多新技術，不但提高了其燃燒效率，增加了適應性，同時也降低了能耗與污染。然而，在這些環保的優勢之下，也有其弊端，例如CFB鍋爐是目前普遍采用較好的，但它的磨損問題一直以來還是較為突出的實際問題，不但減少了鍋爐的壽限，也使得該類型的鍋爐未能在市場環境中獲得更長足的發展。因此，應該對該方面的問題加以重視，并對其進行細致研究，從而推動其持續發展。

0 概述

以某地所使用的兩臺每小時可燃燒465 t物料的CFB鍋爐為例，屬于第II代緊湊型循環CFB鍋爐。從技術方面分析，它主要以汽冷式分離器、單側回料、一體式返料換熱器技術為主；從設計燃料方面分析，可使高硫石油焦達到100%；從核燃料方面分析，即由兩部分構成，一部分是30%的煙煤，一部分是70%的高硫石油焦，兩臺鍋爐均于2010年投產。CFB鍋爐的構成較為復雜，其中有爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形回料閥、尾部對流煙道。本次討論中所選取的CFB鍋爐由美國福斯特惠勒公司生產，其體積分別由爐膛高度（前高度、后高度）、寬度及深度構成，通常都會采用澆注料對其周圍加以覆蓋。從其基本原理可以看到，以前墻給料的方式在其蒸發受熱面，以膜式水冷壁結構為主，當煤或者石灰石經過燃燒室時，會發生脫硫反應，然后將其利用分離器凈化，最后排出煙道。

1 磨損原因探析

在CFB鍋爐中，其最大特征在于物料循環，該循環系統不僅僅包括爐外，也在爐內形成內循環。從作用與功能的角度講，外循環可以將燃燒率提升，主要過程即是通過分離的增加來達到返料的速度最大化，從而提高工作效率。而內循環則不同，它主要是利用內流體速度的分布規律等，利用構成濃度所形成的煙氣，使顆粒物在其中進行上下流動。從兩種不同的循環方式可以看出，所謂循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中發生于內循環系統。

通常來講，在水冷壁磨損中存在雙體磨損和三體磨損。所謂雙體磨損是在固體物料和水冷壁接觸時，其受向下流動物料沖刷引起；三體磨損則是爐膛內運動的固體物料發生顆粒團互相撞擊所產生。從一般的維護與對磨損的觀察經驗分析，本次所討論的循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中于三體磨損。

對于循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損的原因分析，應該從其不同的區域對其進行分別研究。它的主要磨損區域存在于布風板、風帽，爐膛四周的水冷壁、出口煙窗區域、分離器、進口煙道，以及爐頂受熱面、尾部對流煙道等。在對其磨損進行預防與維護中，可以針對不同的磨損區域采用較為對應的防護措施。比如，對于爐內水冷屏、過熱屏、再熱屏下端穿墻區、不規則區或者爐頂、尾部等，都可以采用在施工質量方面的安全管理與質量控制以及優化其結構設計來降低其磨損程度。也就是說，在循環流化床（CFB）鍋爐中，諸多可以得到控制與預防的磨損可以通過其他手段加以防止，而所討論的循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損主要集中于爐膛四周水冷壁磨方面的磨損現象。根據磨損的不同部位可以將其分為四種較為主要的磨損類型。第一種是爐膛四角區的水冷壁管磨損；第二種是一般水冷壁管均勻磨損；第三種是在水冷壁管耐火耐磨材料交界處的水冷壁管磨損；第四種是不規則區域出現的水冷壁管磨損。

2 流場模擬分析

所謂流場模擬分析，也就是根據CFB鍋爐的結構尺寸、熱力參數等構建一個理論模型，利用軟件分析，并計算出鍋爐爐膛內部的顆粒物的分布狀態、數值濃度值，從而將其速度分布、數值等進行具體運算，做出模擬結論。

首先，在顆粒濃度模擬分析方面，主要是應該關注標高的固定范圍內的磨損問題，也就是應該對顆粒的濃度進行細致分析；其次，應該對顆粒速度進行模擬分析，其中的關鍵在于對顆粒下降時，速度的最大值進行測算，因為已經完成了澆注料的覆蓋，所以，在該方面還是需要對固定范圍內的標高進行磨損情況的分析。在磨損量模擬分析中，一般都會根據所得數據，通過沖蝕磨損理論加以運算，并做出結果。其公式如下：

E=mp×k×Un×F（a）

其中，E表示沖蝕磨損率（um/100 h），mp表示沖擊工作面的固體顆粒質量（kg），k表示灰特性系數，Un表示物料速度（m/s，n在2到3），F（a）則是描述沖蝕、沖擊角度關系的相函數。

3 治理方法分析

3.1 金屬噴涂

該方法較為傳統，是處理水冷壁磨損的常見辦法，從其基本原理看，主要是通過替代作用，也即是將耐磨合金層作為管壁代替品，經受物料沖刷作用所帶來的磨損，主要還是以較為傳統的以高耐磨性對抗磨損。從經驗及普遍受歡迎程度看，超音速火焰噴涂及電弧噴涂的使用較為普遍，而且效果也較為理想。在噴涂區域的選擇方面，它需要將其磨損部位加以明確，從而在其爐膛內部標高一個固定的范圍。

換句話講，即是對內水冷壁管及鰭片處進行噴涂，對爐膛水冷壁四角焊縫標高某個固定數值下的根管進行噴涂處理，對于分離器入口側墻襯里的管道與鰭片進行噴涂。

在噴涂中，要注意對噴涂層應該進行檢測，并使其符合相關的技術指標要求，如其結合的強度、硬度、熱導率、噴涂粒子速度及孔隙率等，進行一合理對比，使其保持在合理的范圍之內。

3.2 多階防磨梁

對CFB鍋爐水冷壁磨損治理措施中，多階防磨梁技術較新，其基本原理在于，通過多階防磨梁技術使磨損速率、物料之間構成三次方關系，利用對于物料的流速控制，使其可能出現的沖刷磨損減輕，最主要的治理部位集中于衛燃帶過渡區，其效果最為明顯；當安裝防磨梁之后，爐內床料的流動方向會發生改變，而且它會通過形成一個能夠減輕水冷壁管磨損的低濃度區。

3.3 澆注料優化

雖然CFB鍋爐屬于第II代升級產品，然而其內在的結構缺陷無法避免，因而造成爐膛內部區域的磨損較為嚴重。上面所說的兩種方法，雖然可以起到一定的治理作用，但是從其治理效果看，最終不能達到治本的目的，而且當其應用隨著時間周期而增加時，就會出現問題。

因此，應該注重澆注料優化，也就是需要在第一道阻流與前墻衛燃帶間進行耐磨可塑料的涂抹，從而提高其受磨損的耐受程度，達到抗磨損效果。

4 結束語

總而言之，循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁的磨損主要是由于物料循環燃燒的特點引發，以及金屬、多階防和澆注料的使用和優化。所以對其控制應該從多個角度入手，在設計、安裝、運行、維護、檢查等主要環節克服可能出現的問題，當有問題時，應該及時采取有效的措施加以處理。

對于它的磨損還應該注重關鍵部位，對其細致檢查，認真分析，并找出具體的原因，進行專項治理。同時應該注重綜合治理的必要性，通過多種手段達到保障鍋爐壽命延長的目的。

［1］ 陳國杰. CFB鍋爐水冷壁磨損防護措施及質量控制［J］. 山東電力高等專科學校學報，2014（2）.

［2］ 楊玉晨. 循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損原因及預防措施［J］. 科學與財富報，2013（12）.

［3］ 徐景書. 450T/h循環流化床（CFB）鍋爐水冷壁磨損原因及預防措施［J］. 黑龍江科技信息，2012（17）.

（P-01）

Cause analysis and treatment methods of CFB boiler water wall wearing

TK223

1009-797X（2015）22-0131-03

B DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.051

多潔才仁（1986-），男，大專學歷，焊接檢修技術員。

2015-10-13