600MW鍋爐外置床受熱面防磨技術及應用

何佳

【摘要】鍋爐外置床是CFB鍋爐的重要組成機構，其性能優劣直接影響到鍋爐的效率，外置床的位置是在高溫灰的回路部分，通常具有幾個倉室，其上面是分離器，外置床在鍋爐運轉過程中的主要作用是將傳熱系統與燃燒系統分離，使鍋爐的溫度調節特性顯著提高，但是在鍋爐使用過程中，鍋爐外置床受熱面常常會出現嚴重的磨損，這對鍋爐的性能有著很大的負作用，本文將以600MW鍋爐外置床受熱面作為研究對象，對其存在的磨損類型與磨損原因進行分析，并提出相應的改進措施。

【關鍵詞】鍋爐外置床；磨損；磨損原因；改進措施

引言

CFB鍋爐屬于循環流化床鍋爐，與傳統的鍋爐有著較大不同，在結構上最大的差異就是CFB鍋爐在整個系統中添加了鍋爐外置床，因此運行方式也是不同于傳統鍋爐，CFB鍋爐在爐膛的出口設有一個分離器，該分離器的主要作用就是將固體與氣體進行分離，分離出的固體顆粒可以繼續用來燃燒，而氣體則是流入到煙道中。CFB鍋爐的循環系統主要有三個主要部件，分別是分離器、返料閥和爐膛，反應物和燃料在鍋爐中處于高溫的狀態，并在整個鍋爐系統中循環流動，從而提高燃料的利用率，在整個循環過程中，鍋爐外置床起著至關重要的作用，它可以是鍋爐的受熱面和再熱器可以更加方便的布置，使得整個鍋爐系統可以大型化發展，但是通過鍋爐外置床的實際應用過程發現，外置床在使用過程中會發生一定的磨損，最為明顯的兩類磨損分別是耐火材料的磨損和受熱面的磨損，其他部位的磨損比較小，本文將對600MW鍋爐外置床受熱面的磨損進行分析和研究，并提出改善磨損的措施。

1外置床磨損類型

鍋爐外置床受熱面的磨損通常有兩種，分別是沖蝕磨損和微振磨損，本文對這兩種磨損進行分析，從而得出其磨損機理并找出應對措施。

1.1 沖蝕磨損

在外置床內循環的顆粒會與受熱面發生一定的撞擊，由撞擊產生的磨損稱為沖蝕磨損，對于沖蝕磨損又可以細分為兩種類型，分別是撞擊磨損和沖刷磨損。所謂撞擊磨損就是外置床內循環的顆粒與受熱面長期以較大的角度進行撞擊，隨著撞擊次數的增多，最初的磨損范圍將會逐漸擴大，嚴重受熱面表層還會出現脫落的現象；而沖刷磨損主要是由于摩擦形成的，外置床內循環的顆粒與受熱面以一定的角度撞擊時，會在相應的方向產生摩擦，由于顆粒表面并不是光滑的，存在一定的棱角，因此會對受熱面造成一定的刮傷。通過長期的實踐表明，一般情況下沖刷磨損是主要的磨損形式，但是對于粒子較多的情況下，撞擊磨損的作用也會十分顯著。

1.2 微振磨損

微振磨損不同于沖蝕磨損，它是由于鍋爐內部的元件相互摩擦產生的，主要在傳熱管壁與其支撐件之間，在鍋爐沒有運轉的時候，這兩個部件之間是相對靜止的，并不存在相對運動，當有高溫物質在鍋爐內循環的時候，傳熱管壁與其支撐件的溫度都將會隨之升高，但是由于兩部分的材料不同，因此熱膨脹系數也會存在差異，膨脹時的變形不同就會導致二者之間產生相對運動，這種磨損是隨著溫度變化而產生的。

2磨損機理分析

對于常見的外置床受熱面磨損情形，可以歸納總結將其概括為幾個重要的影響因子，通過對這幾個影響因子進行分析研究并控制就可以改善受熱面的磨損情況。對于撞擊磨損和沖刷磨損，粒子的形狀以及撞擊速度對受熱面磨損大小有著直接的影響，形狀越不規則，撞擊速度越快，就越容易使受熱面產生磨損，除了粒子方面的因素，還需要考慮到受熱面的耐磨情況，可以選擇耐磨的材料；對于微振磨損，之所以會產生相對運動，究其根本原因就是沒有對自由管卡進行限位，當管排發生運動時，其對應的管卡也會隨之運動，這樣就會使管卡與吊桿之間發生相對運動，最初二者相對位移小，因而振幅小，磨損不嚴重，隨著時間的增長，磨損加劇，振幅增大，防振板也會產生磨損，將會影響到機組的穩定運行。

3防磨技術研究

3.1管卡結構優化

在外置床受熱面的磨損機理分析過程中可以得出，管卡的結構對于受熱面的磨損有著緊密的聯系，因此可以考慮對管卡的結構進行優化，從而減小受熱面的磨損。在傳統的鍋爐結構中，管卡和吊桿之間并非完全固定在一起，兩者之間存在著一定的間隙，當粒子在鍋爐內循環并產生撞擊時，這兩者就會發生相對摩擦，從而產生磨損，對于600MW鍋爐外置床，通常有兩種類型的管卡，一種是固定式的，稱為固定管卡，另一種是移動式的，稱為自由管卡，這兩種管卡的結構都有必要進行一定的改善來減少磨損。對于自由管卡，將最上面的管卡與上限位部件焊接在一起，而最下面的管卡與下限位部件之間留有一定的間隙，作為熱膨脹時的緩沖空間；對于固定管卡，可以將所有管卡焊接成一個整體，并將其焊接到上限位部件上，通過對這兩種管卡的結構進行改造，可以在一定程度上改善磨損的情況。

3.2關鍵部位溫度監測

外置床受熱面的磨損不僅與硬件結構有關，在鍋爐運轉過程中，受熱面會處于高溫環境下，高溫條件是受熱面的機械強度收到很大的影響，會使其表面硬度下降，而粒子還沒有達到軟化的溫度，因此其硬度沒有發生太大的變化，這就導致受熱面更容易產生磨損，通過實際中的調研可以發現，高溫倉的受熱面產生的磨損較為嚴重，因此需要對這個表面的溫度進行實時監控與控制，此外，有些管子由于自身結構問題常會出現超問，這將會加劇磨損，所以對管子的溫度也要進行監測。

3.3選擇合適的防磨材料

從外置床受熱面的磨損機理不難看出，受熱面的磨損與其自身選用材料的耐磨特性也有著緊密的關系，對于材料的選擇，既要考慮到耐磨的需求，還應考慮到不同部位需選用不同的耐磨材料，以降低經濟成本，在選用耐磨材料的過程中往往有幾個重要的原則需要嚴格遵守，對于管束以及懸掛管等部位，需選用傳熱耐壓的材料，通常以低碳鋼為主，也可以選用合金鋼，對于腐蝕環境下的受熱面，需要在其表面噴涂一些耐火材料，也可以選擇添加內襯的措施，對于溫度變化較為頻繁的部位，則需要選擇熱膨脹系數較小的材料，這樣其產生的變形就會減小。

3.4實際應用

600WM外置床受熱面的布置采用了新的方法，其換熱器的受熱面都是單側引入和單側引出，受熱面的管壁也都采用了與粒子運動方向平行的結構，這樣就可以減小兩者之間的沖擊角度，這樣還能避免出現局部磨損嚴重的現象。600MW CFB機組外置床設計時充分考慮了管排之間的磨損，采用了引進300MW CFB鍋爐改進后的外置床受熱面防磨技術，豎直吊掛管與水平蛇形管間距為5mm，另外，為了準確掌握外置床內的流動與傳熱特性，在各個外置床外的受熱面出口均布置了多組壁面溫度測點，用來監測外置床受熱面的出口汽溫，通過現場的監測，能夠在機組運行過程中，準確的獲知各個管子的吸熱狀況，避免爆管的發生。

4結束語

外置床受熱面的磨損存在沖蝕磨損和微振磨損，這兩種磨損均可采取管卡結構優化、監測外置床受熱面管束出口汽溫、選擇合適的防磨材料等防磨措施達到防磨效果，采用優化的外置床的防磨結構，可以保證鍋爐在一個大修期內不發生磨損，國內首臺600MW CFB鍋爐機組采用了引進型300MW CFB鍋爐改進后的外置床防磨技術，可基本消除管夾與吊掛管由于外置床內管排的振動而發生的微振磨損。

參考文獻

[1] 胡昌華，盧嘯風.600MW超臨界循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2012.7.

[2] Kevan Rliey， David Thimsen TNP-ONE： Three years of Commercial CFB Operation. Proceeding of the 12th Int. Conf On CFB， 1993： 389～396

[3] 倪曉輝.東方-福斯特·惠勒.大型循環流化床鍋爐的技術特點.東方鍋爐，1995（1）：1～8

[4] Stephen J Goidich， Ragnar G. The Utility CFB Boiler-Present Status， Short and Long Term Future with Supercritical and Ultra-Supercritical Steam Parameters [A].Power Gen Europe 2002 [C]. Milan： 2001.