淺談循環流化床鍋爐水冷壁磨損及治理

叢斌+張中奇

關鍵詞：流化床、水冷壁 、磨損、治理

前言

循環流化床鍋爐這個新產品，自上個世紀80年代后期投放市場運行以來，就以其獨特的燃燒效率高、煤種適應性能廣、運行調整簡單、維護檢修方便、負荷調整范圍寬，以及環保效益好、摻燒石灰石后爐內脫硫效率高、灰、渣活性好、綜合利用途徑廣、低溫燃燒爐內具有一定的自脫硫功能等優點被人們所信賴。

一、循環流化床鍋爐運行中的磨損機理

循環流化床鍋爐的燃燒采用的是低溫循環燃燒，它的燃燒效率之高主要是靠多次的大循環和爐內成千上萬個小循環來實現的。我們可以將爐膛沿高度切成若干個截面，由于高度的不一樣，在各個截面上的載熱體濃度和載熱體物料的直徑也不一樣。可以得出一個結論：物料的濃度和物料粒子直徑是與爐膛的高度呈反比例變化的。在布風板上的風帽出口處風速很高，可達35～45m/s，甚至更高。運行中的物料和剛入爐的0～13mm及有一定級配比的原煤立即被流化，并在爐膛中心向上運動。經分析可知，凡是向上運動的物料粒子，不論其直徑大小，都最少同時受著三個方向的作用力：即粒子本身的重力，煙風流動對粒子向上的推動力和粒子與粒子之間在運動時的磨擦力。當粒子本身的重力和粒子之間的磨擦力之和，大于煙風流動對粒子向上的推動力時，該粒子就會向下降或向煙風推動力較小的四周飄移。從中心向四周飄移的粒子在本身重力的作用下，沿著水冷壁管外表面向下滑動，在向下滑動的過程中磨損也就開始了。經研究和實踐證明，物料對管子的磨損量的大小是與物料的濃度、爐膛內壓力、物料的粒子直徑、物料運動速度的三次方等因素成正比，而與燃用煤種的可磨性系數成反比。請見下面的關系式：

A=

A—磨損量、V—物料的運動速度、P—爐內的壓力、φ—物料的直徑、、Q — 物料濃度、C——物料的硬度、K—煤種的可磨性系數。

我們知道沿爐膛高度的任一個截面，其粒子直徑和單位容積內物料質量均不相等。若取任一截面為例進行分析，當物料粒子的重力和磨擦力之和大于或等于煙風向上的推力時，粒子就會下降或停止向上運動，并向四周飄移后沿水冷壁管外壁和鰭片下滑。所以說沿高度向下滑動的物料越往下越多，在重力加速度的作用下，越往下滑動的速度越快，越往下物料直徑越大，越往下爐內壓力越高，所以越靠近密相區磨損就越嚴重，這是一個不爭的事實。

循環流化床鍋爐的爐膛內氣、固兩種物質的運動是錯綜復雜的，是由兩個大循環和爐內成千上萬個小循環來構成的。對水冷壁系統中產生的磨損，就是運動的物料粒子對管子表面滑動沖刷磨損或撞擊磨損所造成的。關于產生磨損的輕重，可用一句話來概括：就是氣、固兩種物質的運動方向與水冷壁管中心線互相平行時，這時產生的磨損量最小且均勻，我們稱這種磨損叫均勻磨損，而均勻磨損對爐子的安全運行影響不大，每年約幾絲或十幾絲；一旦氣、固兩種物質的運動方向與水冷壁管中心線產生了不平行，這時就形成了一個的夾角，哪怕這個夾角非常小，這時的磨損就比較嚴重，夾角越大、磨損越重，從0.1度開始，到90度最大，我們稱這種磨損叫局部磨損。局部磨損速度之快、危害之大是目前任何一種爐型都無法比擬的。我們用局部磨損嚴重是循環流化床鍋爐的運行“專利”來形容一點也不過分。所以說循環流化床鍋爐只要運行就會有磨損，這是一個不爭的事實。

二、 磨損的治理

經過對鍋爐運行及磨損機理的膚淺分析，我們知道在水冷壁系統，氣、固兩種物質運動方向一旦和管子中心線形成了夾角，磨損就十分嚴重，所以說爐膛受熱面上的任何部位絕對不能有影響物料循環的雜物，一些不太主要的測溫、測壓元件應盡量減少，能取消的盡量取消，能改變位置的一定要改變位置，確保水冷壁受熱面平整、光滑。關于均勻磨損是循環流化床鍋爐固有的特性，是無法抗拒的事實，怎么樣治理好局部磨損是確保該爐型安全經濟運行的關鍵所在，也是防磨工作的核心任務和頭等大事。

現在有些鍋爐生產廠家在制造中對該部位采取了噴涂處理，應該講在磨損嚴重處進行噴涂處理是目前防止磨損最好的一個辦法，也是治理該處磨損的最佳途徑，所以美國福斯特惠樂公司水冷壁管采用復合材料。但目前就從技術、材料方面講噴涂存在著一些弊端，如采取噴涂，一不影響受熱面積，二不影響帶負荷，但是經過運行一段時間后，噴涂的地方和未進行噴涂的地方結合處產生了磨損怎么辦？噴涂的質量不好脫落了怎么辦？只好再去噴涂。可目前對噴涂技術、施噴人員的素質、以及噴涂材料質量等都不算太過關，噴涂辦法雖好，但現場很難收到理想的效果，所以理論和實踐是有一定差距的。如在噴涂后的磨損處再采取堆焊，由于該處的材質不同又無法進行，所以不易采用本辦法。處理該處的磨損，比較簡單的辦法就是用同材質的焊條經烘干后，由合格的高壓焊工在有磨損處進行堆焊補平，每次停爐都進行檢查如有磨損就進行處理，既節省時間，又節省費用，堆焊后的焊道高于母材也不要緊，運行一段時間后就會自然磨的很平，而決不會產生在磨焊道的同時磨損水冷壁管。如在噴涂后的地方堆焊有難度時，可采用一種防磨異形護瓦將局部磨損點移開，在易堆焊處掛上這種瓦。這是沒有辦法的辦法，是被迫采取的緩和之計，是違背磨損機理的臨時防磨措施。

結束語

本人經過以上對循環流化床鍋爐磨損機理及防治辦法上進行了一點膚淺的分析，能對該爐型搞好運行、掌握其特性、更好地治理磨損、起到一點拋磚引玉的作用。

循環流化床鍋爐在許多單位最長運行周期已達3000小時以上，我自己認為該爐型再經過一段時間防磨治理，將我們幾個想法全部付注實施后其連續運行時間還將延長，達到或超過3500小時沒問題。我認為只要我們共同努力，在目前防磨治理的基礎上，思想再開闊一些，對磨損原因和機理的探索再認真一些，防范措施、治理力度再加強一些、磨損這一頑癥一定能治理好，循環流化床鍋爐這個新產品一定能在全國的發電和供熱等各項事業中發揮出更大作用，一定能以它的獨特優點逐漸取代目前市場上正在運行的其他任何爐型。循環流化床鍋爐這個新產品一定能在發電、供熱事業中發揮出他的巨大經濟效益、社會效益和環保效益。endprint