循環流化床鍋爐水冷壁防磨技術探討

葉海軍

摘要：水冷壁磨損問題是困擾鍋爐安全運行的主要問題，若不采取防磨措施或措施不當，水冷壁磨損將會日趨嚴重，爆管停爐的事故頻發，嚴重影響電廠的安全、穩定和經濟運行。文章探討了循環流化床鍋爐水冷壁防磨的技術措施，以期改善水冷壁管抗磨和防磨效果，盡可能地避免爆管停爐異常。

關鍵詞：水冷壁磨損；防磨隔板；循環流化床；鍋爐運行；爆管停爐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK229 文章編號：1009-2374（2015）31-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.041

1 鍋爐水冷壁防磨損的必要性

目前，循環流化床鍋爐使用的燃料為多配煤，灰分高且石灰石爐內脫硫，燃料煙煤含量較多，該煤種因揮發分高，容易燃燒，在爐膛下部的燃燒份額比較大，燒該煤種，鍋爐總風量相對較大，甚至有的鍋爐大風量也不一定能帶滿負荷，風量大必然加大磨損；爐內石灰石脫硫，在目前國家環保形勢比較嚴的情況下，鈣硫比一般控制較高，進一步加大了爐內物料濃度，使磨損加大，在高風量和高物料濃度下，爐膛水冷壁管磨損成為必然。鍋爐水冷壁管磨損一直是鍋爐普遍存在的嚴重問題，由于嚴重的磨損，甚至使一些鍋爐用戶的連續運行時間很難突破一兩個月，是鍋爐用戶最為頭疼的難題，它的直接危害主要表現在：（1）使管壁整體或局部減薄，形成嚴重的安全隱患，造成局部或大面積管壁更換，增加了工作量，并給用戶造成很大的經濟損失；（2）發生水冷壁突發性爆管事故，造成緊急停爐搶修，不僅打亂了用戶的正常生成秩序，還直接影響企業效益。

水冷壁的磨損最終會導致爆管，現在運行的循環流化床鍋爐機組中因水冷壁磨損泄露被迫停爐的次數占鍋爐總停爐次數的40%以上，是各循環流化床鍋爐用戶最為頭疼的難題，發生水冷壁突發性爆管事故，不僅造成緊急停爐搶修，打亂了正常的生產秩序，直接影響企業效益，因此水冷壁防磨非常必要。

2 循環流化床鍋爐水冷壁磨損原理

循環流化床鍋爐爐膛中存在一個高濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁灰流區，水冷壁的均勻磨損主要是由向下流動的灰粒磨損所致，大量顆粒貼壁下流，且速度越來越快、濃度越來越高。對循環流化床鍋爐邊壁灰流區內顆粒下降流速的測量結果：在爐膛上部，邊壁灰流內顆粒下降流速不足2m/s；衛然帶過渡區位置附近，邊壁灰流區內顆粒的下降流速高達8m/s左右。實踐表明：邊壁灰流區內顆粒下降流速在3.0m/s以下時，水冷壁管的磨損比較輕微；邊壁灰流區內顆粒下降流速在4.5m/s以上時，水冷壁管的磨損明顯加強。

爐膛水冷壁常見的磨損為高速的灰粒子沖刷碰撞而引起的管子減薄，根據有關資料，磨損量與顆粒速度的3.3次方成正比，并隨灰粒子的濃度增大而增大，從理論上講，降低磨損應從降低顆粒流速、減小灰粒子濃度和減小粒子的顆粒直徑入手。循環流化床鍋爐爐膛中存在一個高濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁灰流區，水冷壁的均勻磨損主要是由向下流動的灰粒磨損所致，爐膛中心區的灰濃度從上到下有很大降低，但穩定的邊壁灰流區向下流動的灰濃度接近于最大濃度往下流動，而水冷壁的磨損主要是由邊壁區的顆粒引起的，因此要降低灰濃度必須破壞其穩定的邊壁灰流區。

實踐中我們發現爐膛越向下磨損越厲害，這主要是由于爐膛下部邊壁區向下流動的顆粒速度更高所致；由磨損速度與顆粒速度的3.3次方成正比可以得出磨損速度與顆粒下落高度的1.6次方成正比，因此避免顆粒長距離的下滑可大大減輕磨損，顆粒下滑高度與爐膛高度和流化速度有關。

3 選擇防磨方法

3.1 超音速電弧噴涂

目前使用量最多的防磨措施有一定效果，但也有不少弊端，連續使用時間在一年以內，周期內會出現局部脫落、起皮等現象，導致局部磨損加劇，特別是爐膛四角的水冷壁管，使用周期在半年以內，這種磨損不平衡的特點使防磨難度比較大，每次更換水冷壁管，一般都是四個角的。

3.2 防磨瓦

防磨瓦在局部磨損時可以起到一定的作用，但容易變形脫落，一旦變形脫落，就會造成磨損加劇，同時在防磨瓦頂部因為有凸臺，會形成漩渦，仍然有磨損。

3.3 藍泥帶、防磨涂料

這種方式是一種典型的被動措施，就是哪兒出現磨損，用耐火料或涂料將該部位遮蓋，不但減少受熱面，而且因頂部邊沿有凸臺導致磨損面積擴大。

3.4 防磨梁、防磨隔板

目前在被動防磨方面，防磨梁、防磨隔板防磨效果被公認是最好的，原理也一樣，但防磨梁因為覆蓋了大量受熱面而不被看好，同時對于燒煤泥和爐內脫硫的鍋爐防磨梁在實踐上是行不通的，防磨梁一般做7～8道，從下做到頂，這導致了壁流灰都改向聚到了爐膛中部，沿水冷壁向下到爐床的灰量減少，爐床向上攜帶熱量的能力減弱，爐膛上部溫度降低，石灰石的加入使循環灰量更大，當爐膛內物料濃度高到一定程度，形成的顆粒團會越來越大，當風量無法克服顆粒團的重力時，鍋爐將無法正常運行。

防磨隔板的防磨理念與防磨梁有所不同，根據統計，絕大多數爐膛水冷壁的磨損集中在密相區，也就是衛燃帶向上3～4米區域內，再向上部由于灰量明顯減少且顆粒比較細，貼壁灰流速度也不快，磨損比較輕微，不需要進行防護，防磨隔板一般只針對衛燃帶向上3～4米區域進行防護，即可確保鍋爐穩定長周期運行。

根據水冷壁磨損形成的原理，為破壞穩定的邊壁灰流區，使其與水冷壁接觸的顆粒濃度降低，向下流動的顆粒下滑到隔板處時，通過“軟著陸”使下滑的速度降為零，從隔槽中溢出后，才又重新開始下降，每個隔板段間的距離與原爐膛高度相比大大縮短，即顆粒的下滑高度大大縮短，因此，磨損速度可以大幅度降低。

目前部分電廠做的垂直于水冷壁的防磨平臺，也能起到一定的防磨效果，循環灰貼壁下落到水冷壁防磨板上部堆積，形成約45°的堆積角，剩余循環灰沿坡面下滑，避免沖刷水冷壁管，達到減小磨損的目的。在水冷壁防磨板上部過渡區內，由自然下落的循環灰在防磨板上形成斜坡，稱為“軟著陸”區域，由于沿壁面下流的固體物料與爐內向上運動的固體物料運動方向相反，在局部很容易產生渦旋流，使循環灰堆積角減小，“軟著陸”區細顆粒較少，大顆粒偏多，導致“軟著陸”效果欠佳，沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區域產生流動方向的改變，因而對水冷壁管很容易產生沖刷磨損。我海南金海漿紙業有限公司設計開發的具有一定仰角的防磨隔板，成功解決了循環灰“軟著陸”區細顆粒較少的情況，使鍋爐的防磨更徹底。

該技術方案優點是多層主動阻擋貼壁灰流，可逐級降低貼壁灰流速和濃度，因而大大降低了貼壁灰流對管壁的磨損，延長了水冷壁的使用周期。此防磨措施與噴涂等方法相比具有成本低、解決水冷壁防磨更徹底的特點，此方法也可方便地用于早期的循環流化床鍋爐的改造，不受耐磨材料處是否讓管和平滑的限制，還可以用于爐膛中部局部凸起位置的防磨。對于局部磨損嚴重的鍋爐，在防磨隔板防磨的基礎上，可結合超音速電弧噴涂，進行組合防磨。

4 結語

綜合以上水冷壁防磨的技術方案分析，加裝防磨隔板有其一定的技術優勢。加裝此防磨結構防磨隔板后，可以做到：三年內防護區內水冷壁磨損值不超過0.2mm，無變形、脫落，對減輕爐膛內水冷壁的磨損，比單純噴涂效果更為明顯，而且比噴涂技術有更長的使用壽命。

從經濟性方面來看，防磨隔板技術比單純噴涂技術在降低投資成本及避免間接經濟損失方面均占有明顯的優勢。希望在將來的工作實踐中能研究探討出更多經濟實用的水冷壁防磨技術。

參考文獻

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（責任編輯：秦遜玉）endprint