循環流化床鍋爐防磨技術探討

馮雷華

摘要：由于循環流化床鍋爐是一種多次循環燃燒的方式，在運行過程中不可避免的會在爐內形成一個高濃度的區域，并且循環流化床鍋爐內的高顆粒濃度和高運行的煙速特點，在一定程度上決定了爐內各個部件受到含塵煙氣的高速沖刷，使得磨損的問題極其嚴重，雖然許多部門在設計的時候都采用了防磨措施，但是在實際運行中循環流化床鍋爐由于其固體顆粒濃度過大，比煤粉爐高十至幾十倍，造成循環流化床鍋爐的受損速度較快，因此，循環流化床鍋爐的防磨技術措施還需要不斷總結經驗、改進，從而完善防磨措施。

關鍵詞：循環流化床；鍋爐；防磨技術

1 循環流化床鍋爐

循環流化床燃燒技術是近二十多年發展起來的具有大型化等方面優點，其容量可以和煤粉爐那樣幾乎不受限制的一種清潔的新型燃燒技術。循環流化床鍋爐與其它類別鍋爐最主要區別是循環流化床鍋爐處在流化狀態下的燃燒過程。它具有NOx排放低、負荷調節范圍大、灰渣易于綜合利用、環保性能好、燃料適應性廣等優點。循環流化床燃燒技術在未來我國的燃煤技術領域發展的很長一段時間內，將會是最現實且最適用的具有低污染高效的燃燒技術。

2 主要磨損的金屬部件

（1）布風裝置。布風裝置的磨損主要是風帽的磨損，其中風帽磨損最為嚴重的區域發生于回料口附近。其主要原因是循環的物料以較大的平行于布風板的速度分量進行沖刷風帽。（2）爐膛的水冷壁管。爐膛的水冷壁管的主要磨損是在爐膛四個角落區域的管壁、不規則區域管壁。爐膛四個角落區域的管壁磨損的主要原因是該區域向下流動的固體物料濃度比較高。不規則區域管壁主要磨損原因是不規則管壁對局部的流動特性造成了較大擾動。（3）爐內受熱面的磨損。鍋爐爐膛內的屏式過熱器磨損機理主要取決于受熱面的具體結構和固體物料的流動特性，與爐膛內水冷壁管的磨損原理相似。

3 循環流化床鍋爐磨損機制

在實際工作中，由于機械作用、間或伴有化學或電的作用，物體工作表面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稱為磨損。按磨損機制不同，可把磨損分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損和微振磨損等類型。在循環流化床鍋爐中，爐內受熱面的磨損主要表現為沖蝕磨損。沖蝕磨損是指流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊造成的磨損。沖蝕磨損有兩種基本類型：一種為沖刷磨損，另一種為撞擊磨損，這兩種磨損沖蝕表面流失過程的微觀形貌不完全相同。沖刷磨損是顆粒相對固體表面沖擊角較小，甚至接近平行。顆粒垂直于固體表面的分速度使它楔入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度合成的效果起刨削作用。如果被沖擊的物體承受不住這種作用力，就會被切削掉一小塊，經過大量、反復的作用，固體表面將產生磨損。撞擊磨損是指顆粒相對于固體表面沖擊角較大，或接近垂直時，以一定的運動速度撞擊固體表面使其產生微小的塑性變形或顯微裂紋，在大量顆粒長期、反復撞擊下，逐漸使塑性變形層整片脫落而形成的磨損。在循環流化床鍋爐爐內受熱面的磨損中，床料顆粒與金屬件和耐火材料的沖擊角度一般為0°～90°，因此，循環流化床鍋爐爐內水冷壁的磨損是上述兩類磨損的綜合。影響循環流化床鍋爐磨損的因素很多，主要有燃料灰特性（灰粒特性、灰成分特性）、床料特性、部件或局部的結構特點、物料循環方式、運行參數及受熱面的特性等。

4 循環流化床鍋爐防磨技術

4.1 布風裝置的防磨技術

風帽必須選用具有能夠在高溫下抗氧化和抗變形能力的材料。風帽外表形狀應是在滿足風量的情況下，越小越好且盡量避免棱角，風帽體應在便于檢修的情況下，盡量是一個整體給料口的磨損及其防范措施在給料處，物料（循環物料和燃料）在重力和返料風的作用下進入爐膛，長期的高溫和物料沖刷使得給料口被磨成一道道溝。因此對給料口管道材料的要求和風帽的一樣。

4.2 爐膛下部水冷壁與耐火材料交接處的防磨技術

在水冷壁管上面加上焊擋板，可以有效的破壞向下流動的固體物料流，運用這種方法可以在一定程度上降低了水冷壁管的磨損程度。還可以改變交接區域的幾何形狀，從而使衛燃帶和水冷壁的交界區域的局部流動特性發生變化，從而達到防磨的主要目的。此外，應讓水冷壁管的耐火材料結合簡易彎管，使其衛燃帶和上部的水冷壁管保持一致，使固體物料避免垂直下流，減少磨損的可能性。

4.3 金屬表面熱噴涂技術和其它表面處理技術

在循環流化床鍋爐的金屬表面噴涂能夠有效防止磨損和腐蝕，這主要是因為涂層的硬度能夠比原先基體的硬度更加大，且在金屬表面噴涂之后，會在高溫的情況下生成致密、堅硬和化學穩定性較好的氧化層，可以使整個基體和氧化層緊密的結合在一起，這是較為主要的一個問題。

4.4 讓管技術

目前，新設計循環流化床鍋爐的水冷壁通常采用讓管技術增加其防磨性能，具體方法是將膜式壁折彎讓管，使該處澆注料與膜式壁鰭片形成上、下一致的垂直面，使耐磨材料與光管交界處的磨損大大減輕。該措施一般適用于新設計的鍋爐，對早期投運的鍋爐來說，若進行讓管改造則投資較大且改造困難。

4.5 多階布置的防磨槽結構技術

多階布置的防磨槽結構是一種通過改變爐內流場，減少磨損顆粒與水冷壁接觸機會，降低顆粒流動速度的主動防磨措施。隔槽采用耐磨耐熱鋼板制作成波形板和小撐架焊接固定在水冷壁鰭片管上，其作用與防磨凸臺（防磨梁）類似，但又有明顯的不同。防磨槽的結構設計特點有：（1）用波形耐熱鋼板與鰭片相焊，在水冷壁表面形成波形槽，波形槽在垂直水冷壁表面多層布置。（2）防磨槽很窄，只阻擋邊壁層中對磨損起作用的部分灰顆粒；對爐膛流場影響相當小，不會在爐內產生漩渦。（3）防磨槽能有效積灰，軟阻擋作用明顯，灰逐漸減速到零后溢出；使與水冷壁接觸的灰速度、濃度大幅度降低。（4）沒有被阻擋的邊壁層灰和從防磨槽溢出灰依然沿水冷壁管表面流下，但不會緊貼水冷壁表面，也不會像凸臺那樣被爐膛中向上的氣流攜帶上。（5）防磨槽溢灰口水冷壁最外端處最低，有效減少了最易對水冷壁產生磨損的水冷壁之間凹槽中的灰流量。

5 結束語

綜上所述，循環流化床鍋爐的磨損問題是影響循環流化床鍋爐技術發展的一個比較關鍵因素。磨損問題解決的好壞直接關系到循環流化床鍋爐的設計以及直接影響鍋爐機組的可用性。因此循環流化床鍋爐的防磨技術對鍋爐機組安全穩定地運行來說具有重大的意義。

參考文獻：

[1]淺析循環流化床鍋爐防磨改造[J].徐疆，王海霞，劉小文.區域供熱.2014（03）.

[2]淺析循環流化床鍋爐耐火防磨層的應用[J].陳國陽，王紅娜.中國井礦鹽.2013（01）.

（作者單位：平朔煤矸石發電有限責任公司）