淺談循環流化床鍋爐的防磨措施

祁少飛

（太原鍋爐集團有限公司，山西 太原 030053）

1 磨損的概念及危害

磨損：物體工作表面的材料在相對運動中不斷發生損耗、轉移或產生殘余變形的現象。

磨損的主要危害：循環流化床鍋爐的磨損主要是受熱面磨損和耐火材料磨損兩個方面。在受熱面的磨損中，不管是汽水側還是煙風側的管道磨損，都會使受熱管道產生熱應力變化、受熱不均勻的現象，從而造成受熱面爆管、泄露，甚至導致鍋爐停爐；耐火材料磨損將導致耐火層脫落、漏風增加、受熱面磨損更為嚴重。無論受熱面磨損還是耐火材料磨損都將對鍋爐的正常、安全、經濟運行產生不同程度的影響。

2 受熱面磨損及防磨措施

爐膛方面，循環流化床鍋爐中氣固兩相流之間的相對運動很大。爐膛內部的固體顆粒團在隨氣流向上運動的同時，由于爐膛內部中心區域流化風速高、四壁流化風速低，固體顆粒還將向流化風速低的爐膛四周滑動、聚集，同時沿爐膛膜式壁向下流動，強烈的爐內循環運動從而產生。爐壁的磨損與爐膛內部物料的貼壁回流過程息息相關，貼壁回流的物料在回流過程中，遇到障礙物時，物料顆粒的流動方向將會發生改變，障礙物將會把物料分流到障礙物的兩側，障礙物兩側管材將受到斜沖刷，進而造成磨損；貼壁回流的物料遇到障礙物后受力、反彈，當顆粒被反彈到膜式壁上時，顆粒將會與管壁形成斜沖刷和正撞擊現象，從而造成磨損。

工程實踐中爐膛的防磨措施：除了設計時選取合理的煙氣流速，運行時嚴格控制入爐煤粒度、燃燒室流化速度等外，還應該在結構上采取讓管技術、增設防磨梁、加縱向肋片等主動防磨措施，以及被動的金屬噴涂、敷設耐火材料等防磨措施。

2.1 讓管技術

主要應用于爐膛密相區上部與膜式壁結合處。讓管是通過改變膜式壁的幾何形狀，使垂直段耐磨耐火材料與上部膜式壁管保持平直，使貼壁回流的物料所產生的旋渦形成于耐火材料區域，從而避免膜式壁的磨損。大量的工程實踐表明，利用讓管結構可以有效防磨。

2.2 防磨梁技術

在膜式壁的高度方向每隔一定的距離用耐火耐磨材料做成一些凸臺，凸臺的布置形式為水平或傾斜布置，用來降低物料在貼壁回流過程中的速度和濃度。防磨梁技術安裝簡單方便，工程實踐中多有應用。

2.3 加縱向肋片

為了延長爐膛里豎直布置受熱面（水冷屏、過熱屏）的使用壽命，一般在豎直布置的受熱面管子上設置縱向肋片。縱向肋片可規范貼壁回流物料的流場，減緩受熱面的磨損，延長受熱面壽命。

2.4 金屬噴涂

金屬噴涂是在膜式壁管子及鰭片的表面噴涂一種高強度耐磨的金屬陶瓷涂層，是一種被動的防磨技術措施。一般在密相區上部膜式壁1～2 m、給煤口正面的膜式壁、爐膛的四角、爐膛頂部等易磨損的部位進行金屬噴涂。金屬噴涂后，可減緩膜式壁自身的磨損，但隨著運行時間的加長，噴涂層本體磨損后會出現噴涂層起皺脫落、造成膜式壁凹凸不平，加劇磨損等現象。同時，在更換噴涂后的膜式壁管子時，管端坡口處的噴涂層必須處理干凈，因為金屬噴涂層中的Cr、Ni在高溫時熔化。當膜式壁管子進行焊接作業時，在高溫的焊接環境下，金屬噴涂層中的Cr、Ni將會熔化進入焊液，形成脆性裂紋，導致焊接質量變差。

2.5 敷設耐火材料

在膜式壁上敷設一定厚度的耐磨耐火澆注料，以減緩膜式壁的磨損，是一種被動的防磨技術措施。耐火材料的固定方式是靠焊接在膜式壁管上銷釘加以固定。多用在鍋爐密相區及爐膛出口周圍，該方法施工簡單，防磨效果好，但澆注料的導熱系數小，會使爐膛的換熱特性下降，工程中耐火材料的敷設厚度一般在50～70 mm。

過熱器、省煤器管子：在過熱器、省煤器管系迎風面及彎頭處加防磨護瓦來進行防護。為了防止煙氣走廊的形成，可在管排中間插上幾根水平的不銹鋼鐵板固定好，強制使管排整齊。

空氣預熱器管子：立管式空氣預熱器管子煙氣進口處加裝防磨套管，同時敷設一定厚度的耐磨澆注料來進行防磨；臥管式空氣預熱器管子在迎風面加裝防磨護瓦來進行防護。

3 耐火材料的磨損及防磨

循環流化床鍋爐的受熱面在采取一定主動防止磨損措施的同時，還采取被動防磨措施，即在易磨損部位的受熱面上敷設一定厚度的耐火材料，以減緩受熱面的磨損。耐火材料還有保溫隔熱、密封的作用。

因耐火材料與金屬件的膨脹系數不同，隨著爐內溫度的循環波動將會出現耐火材料產生裂縫與剝落的現象。同時，爐內大量的固體物料對耐火材料的沖刷，也將會對耐火材料產生一定的破壞。耐火材料的施工方式、養護、烘爐等也將影響耐火材料的使用壽命。因此，要合理選擇耐磨材料，注重施工質量，合理運行操作和維護，以減緩耐火材料的磨損。

4 關于運行中的防磨

鍋爐在設計、制造、安裝、筑爐、烘爐完成后，鍋爐受熱面及澆注料的磨損與運行過程息息相關。理論及實踐表明，磨損與時間、飛灰粒徑、流速、飛灰濃度存在一定的關系，即：

式（1）中：T為磨損量，g/m2；τ為時間，h；η為飛灰撞擊率，與飛灰濃度、飛灰顆粒直徑、煙氣流的粘性、煙氣流速以及管子的直徑有關，飛灰顆粒大小及其分布特性與煤的燃燒特性、細度、燃燒方式以及燃燒條件有關；μ為煙氣中飛灰質量濃度，g/m3；ω為飛灰顆粒的流速，可近似地取用等于煙氣流速，m/s；C為比例常數，代表了飛灰顆粒的磨損特性，與煤種有關。

由此可見，在運行中要降低煙氣流速、降低煙氣中的灰濃度、降低爐膛差壓、降低入爐燃料的粒徑，以減輕受熱面及澆注料的磨損。

4.1 降低煙氣流速

循環流化床鍋爐燃料燃燒所需風量由一次風和二次風組成。一次風為燃料燃燒提供氧氣的同時，最為主要的作用是為流化床床料提供流化風；二次風為助燃風，為燃料充分燃燒提供氧氣。一次風量對流化質量、循環物料量、循環物料粒徑、床溫、NOX的生成有重大影響。一次風量過低會導致流化不良造成床溫過高甚至爐膛結焦等嚴重后果，影響鍋爐安全運行；一次風量過高會導致循環物料量增加、循環物料粒徑加大、煙氣流速增加、NOX濃度增加，將加速受熱面及澆注料磨損、NOX減排治理難度加大，影響鍋爐經濟運行。因此，在運行中應合理配風。

4.2 降低灰濃度

循環灰濃度是衡量循環物料量的指標，是影響爐內傳熱、床溫、蒸發量、蒸汽溫度的重要參數，同時對磨損也有很大影響。循環灰濃度高，爐內傳熱好、床溫高、帶負荷能力強、蒸汽溫度高，循環灰濃度低，磨損減輕。運行中，應合理控制循環灰量。

4.3 降低爐膛差壓

爐膛差壓是衡量爐膛內部床料量的指標，差壓高、床料多、燃燒穩定、爐膛各部溫度均勻、底渣可燃物少；差壓過低可能導致爐膛下部床溫偏高、底渣可燃物偏多、經濟性差。

4.4 降低燃煤粒徑

燃煤粒徑粗，為了確保床層流化，需增大一次風量，從而增加煙氣流速。另外，在鍋爐啟停過程中，應限制溫升或降溫速度，防止產生過大熱應力。

5 結束語

循環流化床鍋爐自身的物料循環燃燒特點，不可避免地對受熱面及耐火材料造成磨損，我們在設計、制造、安裝、筑爐、烘爐及運行各環節，采取合理有效的防磨措施以減緩受熱面及澆注料的磨損，從而可提高鍋爐運行的可靠性和經濟性。

［1］岑可法，倪明江，駱仲泱，等.循環流化床鍋爐理論設計與運行［M］.北京：中國電力出版社，1997.

［2］劉德昌.流化床燃燒技術的工業應用［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［3］李福友.循環流化床鍋爐的磨損分析與對策［J］.現代電力，2005（01）.

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