循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨損技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：循環(huán)流化床鍋爐的磨損一直是制約著其應(yīng)用與發(fā)展的重要問題。因此，研究循環(huán)流化床水冷壁防磨損技術(shù)，做好水冷壁磨損預(yù)測工作，降低磨損速率對于循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計和運行具有重要意義。本文以祁東煤礦矸石電廠為例，研究了循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨技術(shù)的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床 ?水冷壁 ?鍋爐 ?防磨損技術(shù)

1 循環(huán)流水化床鍋爐水冷壁防磨損技術(shù)簡介

流化床鍋爐由其爐型特點決定受熱面水冷壁管運行中需要受到高流速、大粒度、大流量的高溫床料的強(qiáng)烈沖刷磨損，設(shè)備管壁減薄快速，使用壽命縮短，而水冷壁管一旦出現(xiàn)嚴(yán)重減薄，極易在運行中發(fā)生爆管泄漏事故，從而造成鍋爐事故停運。為確保鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，以達(dá)到電廠長周期運行的目的，企業(yè)在參考其他各地電廠防護(hù)情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)長期以來的設(shè)備運行檢修經(jīng)驗，制定出了科學(xué)可行的鍋爐水冷壁防磨損技術(shù)方案。（耐材橫梁+金屬噴涂）水冷壁管綜合防護(hù)技改方案是一種新型的鍋爐水冷壁防磨損技術(shù)方案，其使用效果較好，極大地降低了水冷壁的磨損程度，提高了其使用壽命，保障了鍋爐的穩(wěn)定運行，目前該技術(shù)屬于成熟應(yīng)用階段。

2 造成循環(huán)流水化鍋爐水冷壁磨損的原因及解決方案

2.1 循環(huán)流水化鍋爐水冷壁磨損原因

一般地，磨損最嚴(yán)重的區(qū)域主要集中在以下幾個部位：①爐墻澆注料上緣水冷壁根部部位。由于位于爐膛物料密相邊緣區(qū)，不但受到嚴(yán)重的高速高濃度床料的強(qiáng)烈沖刷、磨損，而且存在嚴(yán)重的渦流效應(yīng)、切割效應(yīng)。其原因是由于爐墻澆注料上緣的頂部提供了一個平臺，當(dāng)物料以較高的速度下降到該平臺時產(chǎn)生反彈，其中水冷壁管側(cè)反彈部分，對水冷壁管就產(chǎn)生了嚴(yán)重的切割效應(yīng)。（如圖1）②爐膛下部水冷壁與中部水冷壁結(jié)合焊縫部位。此處同樣位于爐膛物料密相邊緣區(qū)，由于在鍋爐安裝施工中焊口對接不平滑，及焊縫相對于平滑的水冷壁會形成臺階效應(yīng)，在緊貼著水冷壁向下高速流動的物料長期沖刷下，焊口上緣會出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷磨損。（如圖2）③爐膛出口水冷壁后墻部位。此處由于顆粒運行時受到煙氣拐向離心慣性作用而引起磨損沖刷，在煙氣出口兩側(cè)水冷壁局部磨損表現(xiàn)尤為明顯。

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圖1 爐墻根部水冷壁磨損圖 ? ?圖2 水冷壁對接焊縫磨損圖

在上述多種因素作用下，導(dǎo)致受熱面管逐漸被磨蝕減薄，當(dāng)局部承受不了管內(nèi)水汽壓力時即造成鍋爐爆管而造成停爐。

2.2 防磨損技術(shù)方案

2.2.1 耐材橫梁。查閱目前國內(nèi)對流化床鍋爐研究理論表明：物料對管壁的磨損速率與物料速度成三次方關(guān)系，與顆粒直徑成平方關(guān)系，與物料濃度成正比關(guān)系。

E=k·U3·d2·μ

式中：E——磨損速率，μm/100h;k——灰特性系數(shù);U——物料速度，m/s;d——物料顆粒直徑，m;μ——物料濃度，g/（m2·s）。

經(jīng)過充分的綜合分析后認(rèn)為：首先，貼壁灰流的沖刷是造成磨損的根本原因，而根據(jù)磨損速率公式可以看出貼壁灰流的流速影響最大，因此只要降低了貼壁灰流的流速，磨損速率就會極大幅度的降低。為此防磨損技術(shù)改造中引入了耐材橫梁技術(shù)（如圖3），貼壁灰流在下降過程中遇到了阻擋的耐材防磨橫梁，有效地降低了流速。

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防磨梁由耐火耐磨澆注料制成，防磨梁凸出管外沿約100mm，豎直寬度約100mm，總共設(shè)置2道防磨梁。水冷壁下層對接焊縫處做1道耐材防磨梁，直接將焊縫進(jìn)行覆蓋，對最易磨損的部位形成最直接的保護(hù)。第2道防磨梁距下部澆注料約2000mm處，目的是對爐膛密相邊緣區(qū)高速的貼壁灰流進(jìn)行減速和促使部分物料改變流動方向。耐材防磨梁上部做成水平狀，以利于自然儲灰，當(dāng)大流量的緊貼水冷壁管的“貼壁灰流”碰到耐材防磨梁的儲灰時，被軟阻擋，促使貼壁灰流減速。

2.2.2 金屬噴涂。根據(jù)流化床鍋爐運行機(jī)理，鍋爐內(nèi)部的高溫物料對受熱面管壁的沖刷、磨損是不可避免的，但可以從材料工程技術(shù)應(yīng)用上綜合考慮，采用一些新的技術(shù)對受熱面的物理性能指標(biāo)進(jìn)行改善，從而去降低磨損的程度和減緩磨損的速率。

采用超音速電弧噴涂配套使用HDS88A金屬陶瓷絲材，實施噴涂在鍋爐受熱面水冷壁管壁上，可以獲得高質(zhì)量、高硬度的耐磨涂層，從而大大降低磨損的程度和減緩了磨損的速率。

涂層技術(shù)指標(biāo)：厚度（0.7-0.9mm），硬度（≥HRC65），孔隙率（≤0.9%），結(jié)合強(qiáng)度（≥50MPa）。

2.2.3 綜合實施方案。首先對爐墻根部往上4米左右區(qū)域內(nèi)、爐膛四角、煙氣出口兩側(cè)區(qū)域等水冷壁管易磨損部位，采用超音速電弧噴涂工藝，噴一層厚度為0.6-

0.8mm的高溫耐磨防腐的HDS88A金屬合金涂層。然后進(jìn)行施工防磨橫梁，第1道防磨橫梁位置在離爐墻根部往上0.6m處，用于覆蓋和保護(hù)下部水冷壁焊接焊縫，第2道防磨橫梁根據(jù)具體磨損嚴(yán)重程度再向上0.6-1.5m處施工，根據(jù)實際使用效果，在密相區(qū)水冷壁制作二道橫梁即可滿足防護(hù)要求，而梁寬僅100mm，只打二道梁基本不會影響受熱面的整體傳熱效果，卻能很好地保護(hù)局部磨損特別嚴(yán)重部位，綜合使用壽命可達(dá)一年以上。

3 祁東煤礦矸石電廠循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨損技術(shù)研究與應(yīng)用

3.1 （耐材橫梁+金屬噴涂）水冷壁管綜合防護(hù)技改方案的提出。皖北煤電集團(tuán)祁東煤泥矸石電廠鍋爐選型為75T/H循環(huán)流化床鍋爐，2005年電廠投產(chǎn)運行至今，設(shè)備總體生產(chǎn)工況良好，各項優(yōu)點突出，但是通過長期生產(chǎn)中對設(shè)備的監(jiān)督、檢查與管理，也發(fā)現(xiàn)出一些危害較大的設(shè)備缺陷，其中以水冷壁管磨損問題較為嚴(yán)重。為此，祁東煤泥矸石電廠積極借鑒其他電廠的防護(hù)情況，總結(jié)優(yōu)化出（耐材橫梁+金屬噴涂）水冷壁管綜合防護(hù)技改方案。

3.2 改造前后經(jīng)濟(jì)分析

①水冷壁爆管造成停爐1次，計算油電水、人工費用

2010年本廠因1#鍋爐水冷壁管爆管造成停爐，造成影響發(fā)電時間6天，損失上網(wǎng)發(fā)電量為：

12500（千瓦）×24（小時）×6（天）×1（臺鍋爐） ×（1-13%扣除廠用電）=156.6萬千瓦時，按本廠上網(wǎng)電價0.418元/千瓦時折算為65.5萬元。

再次啟動鍋爐所耗用燃油、人工費用為：

3（噸）×1（萬元/噸）×1（臺鍋爐） =3萬元，我廠每次啟動鍋爐需耗費輕質(zhì)燃用3噸，輕質(zhì)燃用物資采購價1萬元/噸，折算耗用共為3 萬元。（人工費用忽略不計）

②更換兩臺鍋爐水冷壁管，停爐17天計算損失費用。2010年因省級質(zhì)檢部門強(qiáng)制要求停爐更換鍋爐水冷壁管，單臺機(jī)組影響發(fā)電時間17天，兩臺機(jī)組共損失上網(wǎng)發(fā)電量為：12500（千瓦）×24（小時）×17（天）×2（臺鍋爐） ×（1-13%扣除廠用電）=887.4萬千瓦時，按本廠上網(wǎng)電價0.418元/千瓦時折算為371萬元。

③全年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為371+65.5+3=439.5萬元。

3.3 發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點

采用受熱面綜合治理技術(shù)（耐材橫梁+金屬噴涂），可以有效降低水冷壁“貼壁灰流”對爐膛密相區(qū)水冷壁的磨損程度，耐材防磨梁的使用改善了爐內(nèi)“貼壁灰流”磨損的相關(guān)環(huán)境，在不影響整體受熱面出力的前提下，徹底杜絕了焊縫區(qū)域處的嚴(yán)重磨損，而結(jié)合金屬噴涂技術(shù)進(jìn)行綜合使用，防磨損效果更為明顯，有效的解決了長期困擾安全生產(chǎn)的流化床鍋爐受熱面易磨損問題。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：王輝（1979-），男，安徽錢營孜發(fā)電有限公司，本科，助理工程師，從事火力發(fā)電廠技術(shù)及檢修管理工作。