循環(huán)流化床鍋爐磨損機理及解決措施

王中權

（神華國華太倉發(fā)電有限公司，江蘇 太倉 215433）

0 概 述

循環(huán)流化床鍋爐（CFB）是近年發(fā)展起來的1種高效、低污染的鍋爐，具有煤種適應性好、調(diào)峰幅度大、有害氣體排放少等優(yōu)點。目前，在煤炭供應日益緊張，電廠燃用煤種多變的情況下，CFB鍋爐對多煤種的適應性使其具有極大優(yōu)勢。通過多年的實踐發(fā)現(xiàn)，CFB鍋爐在運行中也有較多的缺陷，如鍋爐的磨損嚴重、排渣困難、給煤系統(tǒng)故障頻繁等問題，降低了鍋爐安全運行的可靠性?，F(xiàn)從生產(chǎn)實際出發(fā)，對機組投運以來出現(xiàn)的問題，從運行調(diào)整及檢修工藝等方面進行原因分析，并提出相應的防止措施，取得了較好成效。

1 循環(huán)流化床鍋爐的磨損機理

1.1 磨損機理

循環(huán)流化床鍋爐磨損是復雜的失效過程，它不僅受力學影響，同時還與材料、環(huán)境、介質等因素密切相關。在固體粒子濃度較高區(qū)域，磨損主要取決于固體粒子及煙氣流與受熱面管子的對流運動。磨損與煙氣流速密切相關，固體粒子的運動速度是影響磨損的主要因素。磨損機理分為雙體磨損和三體磨損，雙體磨損是顆?？勘旧淼膭恿磕p管子的表面；三體磨損主要是顆粒群壓著緊挨著管子的一層顆粒，這層顆粒會磨損管子。循環(huán)流化床爐內(nèi)床料的循環(huán)可分為內(nèi)、外循環(huán)。外循環(huán)是指部分床料由爐膛上部出口進入分離器，經(jīng)分離器后，此部分中的細顆粒進入爐尾部煙道，被分離出的固體粒子，經(jīng)回料閥返回爐膛。在運行中，固 體床料在爐膛→分離器→回料閥→爐膛這一封閉循環(huán)回路里不停的做高溫循環(huán)流動。內(nèi)循環(huán)是指床料在重力作用下，在爐內(nèi)不斷地進行內(nèi)循環(huán)流動。因此，在循環(huán)回路的相應部位必然產(chǎn)生嚴重磨損，如圖1、圖2所示。

由于循環(huán)流化床具有獨特的物料循環(huán)的特性，循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)的固體物料濃度為煤粉爐的幾十倍到上百倍，受熱面和耐磨材料因而受到大量大顆粒固體物料的不斷沖刷，磨損現(xiàn)象十分嚴重，會引起鍋爐的“四管爆破”，影響流化床鍋爐運行的可靠性。

1.2 常見CFB鍋爐磨損部位

根據(jù)運行時的觀察，歸納了循環(huán)流化床鍋爐易發(fā)生磨損的部位。（1）爐膛四周的水冷壁易遭磨損。具體位置是密相區(qū)耐磨耐火層、密相區(qū)與水冷壁管交界處、爐膛四角區(qū)域、爐膛出口煙窗區(qū)域、爐膛中部管壁、屏穿墻區(qū)域及不規(guī)則區(qū)域等；（2）爐膛內(nèi)屏下端；（3）布風板及風帽；（4）爐頂受熱面；（5）旋風分離器及進出口煙道；（6）立管及返料裝置內(nèi)表面；（7）尾部對流煙道。

2 循環(huán)硫化床鍋爐易磨損部位

2.1 風帽的磨損

風帽磨損的最嚴重區(qū)域發(fā)生在循環(huán)物料回料口附近。主要原因是粒濃度的循環(huán)物料以較大的平行于布風板的速度分量沖刷風帽所致。對大口徑鐘罩風帽，在布風板表面敷設有耐磨層，風帽只有外罩部分暴露在濃相區(qū)，風帽采用ZG40Cr25Ni20材料，耐熱溫度為1 400℃，具有很強的耐磨性。風帽與風管采用螺紋連接，進行點焊加固。風帽的磨損區(qū)域，如圖3所示。

圖3 風帽的磨損區(qū)域

從每次停爐后的檢查情況分析，爐膛內(nèi)風帽外罩是磨損最嚴重的區(qū)域，發(fā)生在循環(huán)物料的回料口和排渣口區(qū)域。由于該機組的2臺鍋爐采用后墻給煤、前墻錐型閥控制排渣的布置形式，回料口與給煤口為同一口；由于下煤插板的調(diào)整不便，使中間2個給煤口的下煤量小于兩側2個給煤口，使得對應于兩側回料口處的風帽外罩磨損明顯比其它區(qū)域嚴重。中間區(qū)域的磨損較兩側更為明顯。

為了防止因磨損導致外罩風帽脫落和漏渣等現(xiàn)象，除了按照設計要求安裝風帽外，采用了增加點焊點、加厚風帽外罩、改變風帽形狀和改變風帽材質等方法。

2.2 爐內(nèi)水冷壁的磨損

爐內(nèi)濃相區(qū)內(nèi)布置有很多穿墻至爐內(nèi)的測溫和測壓元件，實踐證明，即使很小測量元件的不規(guī)則幾何尺寸變化，也會對局部的流動特性造成較大擾動，造成爐內(nèi)局部區(qū)域的嚴重磨損。在安置測量元件的開口處敷設耐磨耐火材料，并在二次風管和熱工測孔管外涂上瀝青或包上陶瓷纖維紙，以解決磨損和材料熱膨脹的問題。二次風管分上下兩層，有利于燃料的分級燃燒，降低爐膛溫度，減少NOX的產(chǎn)生。二次風管設計制造上采用1Cr20Ni14Si2耐熱耐磨鋼板，運行中應必須嚴格控制一次風壓和床壓，保持二次風壓大于床壓，使床料不能返回到二次風口內(nèi)磨損風口和風管。在實際運行中，由于熱效率試驗中需調(diào)整風量的大小，不斷從爐膛內(nèi)向下二次風管內(nèi)返渣，使下二次風管發(fā)生過熱變形和磨穿的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了二次風口向爐膛外漏渣的情況?，F(xiàn)場的實際情況，如圖4所示。

圖4 落煤口及測溫、測壓等不規(guī)則處的磨損情況

要解決下二次風口的變形甚至漏渣的問題，只有增大二次風口處的風壓才能保證二次風口的完整性。但由于機組經(jīng)濟性的需求，不能改變下二次風口標定值。采取在爐墻護板上再焊一層新的護板，并在兩層護板間增加保溫材料的措施，減少散熱損失和增強對新護板的保護。

目前，利用主動多階式防磨梁技術，減輕了稀相區(qū)的磨損，效果較好，如圖5所示。防磨梁耐火耐磨材料形成凸臺，沿水冷壁高度方向以一定間距水平或傾斜的多階布置。增加防磨凸臺后，顯著降低了爐膛貼壁流的速度和濃度（貼壁流速度可由8m／s降低為2m／s），保證水冷壁管的耐磨壽命由3個月左右延長到1年以上。該項防磨措施技術的特點：（1）主動方式，降低了爐膛貼壁流的速度和濃度；（2）安裝簡單方便，不需對爐膛水冷壁進行大規(guī)模改造；（3）運行可靠，檢修簡單方便。

圖5 主動多階式防磨梁技術

2.3 耐磨耐火材料與受熱面交界處的磨損

耐磨耐火材料與受熱面交界處的磨損也相當嚴重，如圖6所示。在每次停爐后對受熱面的檢查中，均能發(fā)現(xiàn)已嚴重磨損的管子，磨損有平面和溝槽形狀。這是因為在過渡區(qū)內(nèi)，由于沿壁面下流的物體與爐內(nèi)向上的固體物料運動方向相反，因而會在局部區(qū)域產(chǎn)生渦旋流；同時，在沿受熱面向下流動的物料在交界處會形成顆粒反彈，出現(xiàn)了顆粒的不規(guī)則運動，導致該區(qū)域出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。目前，設計鍋爐時，已對圖7所示的過渡區(qū)，改成彎管結構，從而減少物料對受熱面的磨損。

對該處防護的處理方式是在濃相區(qū)覆蓋防磨蓋板，防磨蓋板材質為1Cr20Ni14Si2，長度為240 mm。也可以利用特殊耐磨材料進行堆焊，對水冷壁進行防護。以堆焊材料作為過渡區(qū)，通過犧牲過渡區(qū)的材質，減少對水冷壁的磨損，2年來的運行證明，這種堆焊材料的磨損量非常小，很好地保護了這部分區(qū)域的水冷壁和過熱器管。

2.4 爐頂部輻射受熱面的磨損

循環(huán)流化床爐內(nèi)布置有二級再熱器和Ⅱ級過熱器及雙面水冷壁，由于二級再熱器和Ⅱ級過熱器敷設的澆注料除有防止磨損的作用外，還有減少吸熱量的作用。因此，在澆注料敷設時，雙面水冷壁僅僅在下聯(lián)箱部位敷有耐磨材料。采用此種方式敷設的目的，不僅僅是保護管材，還能維持適當?shù)奈鼰崦娣e。另外，Ⅱ級過熱器和二級再熱器在爐頂穿墻處的防磨板脫落較多，部分密封澆注料也有脫落，如圖8所示。重視此部分澆注料的保護，一旦有脫落和磨損就應及時修復。

圖8 再熱屏變形引起澆注料脫落

2.5 旋風分離器及回料系統(tǒng)的磨損

旋風分離器的易磨區(qū)主要發(fā)生在進口煙道的迎風面和筒體內(nèi)氣固流體轉速突然發(fā)生轉變的沖擊區(qū)。這部分防磨材料經(jīng)過3～4年運行后，耐火耐磨材料的沖刷減薄已達厚度的1／2以上。在水平煙道的上部和迎風面都通過大修或臨檢進行了重新筑砌。因循環(huán)流化床鍋爐是正壓運行，爐膛漏灰問題表現(xiàn)突出，漏灰主要發(fā)生在與爐膛結合風管、回料腿等部位，主要原因是耐火材料質量及試運中烘爐溫升率控制不理想，造成以上部位有間隙出現(xiàn)使爐灰漏出。

旋風分離器及回料系統(tǒng)大多為為絕熱式。在其中布置了厚達200mm以上的耐火耐磨澆注料和耐火保溫磚，外加一層保溫磚及鋼質外殼。因此分離器的磨損就是耐磨材料的磨損，嚴格執(zhí)行耐磨材料養(yǎng)護措施、保持合理的風量風速，就可以延長此部分澆注料的使用壽命。

2.6 鍋爐尾部對流煙道的磨損

流煙道磨損的發(fā)生部位在：（1）懸吊管省煤器穿頂棚處，防磨瓦安裝不當造成磨損。（2）懸吊管省煤器防磨瓦變形或脫落后，對省煤器管的沖刷磨損。（3）在環(huán)行聯(lián)箱各角的拐彎處，因渦流現(xiàn)象造成磨損。（4）在空氣預熱器處，一、二次風對空氣預熱器管箱都有不同程度的磨損，嚴重時，一次風管箱的磨損達到20%。（5）頂棚管在懸吊管省煤器穿墻處，由于防磨板和澆注料的脫落磨損，會導致爆管的發(fā)生。

這些磨損的原因是尾部、煙道中的顆粒直徑和濃度較煤粉爐高，在重力加速度的作用下，常常導致尾部受熱面的嚴重磨損，防磨瓦的變形、安裝不當?shù)纫蛩匾布又亓四p程度。設計上，在尾部受熱面對流管束上鋪設金屬防磨瓦，以避免含塵煙氣的氣流直接沖刷受熱面管束，造成磨損。省煤器的實際平均煙速不超過8m／s，省煤器管束與周圍墻壁間裝有防止煙氣偏流的阻流板，在穿墻處的管束彎頭設有防磨板?？疹A器低溫段采用耐腐蝕鋼材，避免蒸汽吹灰器的蒸汽氣流造成管束的磨損。

3 結 語

針對磨損導致的受熱面泄漏和設備失效情況，應根據(jù)電廠的運行特點，總結檢修經(jīng)驗。采取有效措施減少磨損，提高鍋爐運行的可靠性?？刹扇《喾矫娴拇胧?/p>

（1）對耐磨材料應按照要求進行保養(yǎng)，避免過快升溫升壓，降低其性能。

（2）嚴格按照工藝要求，對金屬防磨設施進行施工，防止因防磨設施的過熱變形，導致受熱面的磨損。

（3）根據(jù)鍋爐的運行特點，合理調(diào)整風速、控制一次風量、風的配比等參數(shù)。保持各運行參數(shù)處于合理的范圍，減緩爐內(nèi)的磨損。

（4）加強停爐期間對受熱面的檢查，及時處理受損的防磨設施和管子。

（5）在水冷壁區(qū)域采用噴涂耐磨合金材料等措施，增加水冷壁的使用壽命。