淺談循環(huán)流化床鍋爐水冷壁常見磨損及防磨措施

劉井宏 杜中秋 湯寶亮 白宇光

摘要：循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、高效脫硫、氮氧化物排放低等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但影響循環(huán)流化床鍋爐正常運(yùn)行的水冷壁受熱面磨損難題又?jǐn)[到了技術(shù)人員面前。而對于檢維修行業(yè)中，更多的是采取在水冷壁表面增設(shè)防磨層的方式來增加鍋爐運(yùn)行周期。本文介紹了華錦集團(tuán)熱電公司多年來水冷壁受熱面典型部位磨損形式，以及對鍋爐維修中常選用的幾種防磨方法進(jìn)行分析對比，在以后防磨措施選擇上有很大的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；水冷壁；受熱面；磨損形式；防磨措施

引言

熱電公司共有5臺循環(huán)流化床鍋爐，主要承擔(dān)著為下游“十一五”石化裝置供汽的任務(wù)，鍋爐總的負(fù)荷有限，尤其在冬季，下游用汽量增大，5臺鍋爐除檢修時間外一直處于運(yùn)行狀態(tài)，事故停車勢必會影響蒸汽平衡，給下游裝置穩(wěn)定、安全、滿負(fù)荷生產(chǎn)造成巨大影響。而循環(huán)流化床鍋爐不出現(xiàn)事故停車幾乎是不可能的。近幾年來，熱電公司停車事故多數(shù)是因為水冷壁受熱面受到磨損所致。據(jù)統(tǒng)計，熱電公司在2009-2016年期間，因水冷壁管受到磨損原因發(fā)生爆管停車達(dá)25次，占停爐事故總數(shù)的76%。由此可見，只有解決磨損問題，才能大大降低意外停車事故，減少或避免經(jīng)濟(jì)損失。

1 鍋爐事故停車危害

鍋爐水冷壁管受到磨損后，會發(fā)生減薄，一旦承受不了內(nèi)部壓力就會發(fā)生水冷壁管泄漏，高壓的汽水混合物夾雜著煙灰直接劇烈沖刷更多鄰近或?qū)ο虻乃浔诠?，造成大面積泄漏，使汽包水位很難維持，床溫急劇下降，被迫緊急停爐，使鍋爐降溫過快，會給鍋爐耐火材料，爐管帶來損傷。同時給后續(xù)的檢維修也帶來很大影響，鍋爐受熱面爆管后處理的難度很大，而且還要組織大量人力、物力清理床料、重新加入床料，搭、拆腳手架，更換泄漏管束等工作，花費(fèi)時間較長，嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)蒸汽平衡。

2 常見磨損部位

在平時水冷壁檢修過程中，5臺鍋爐的磨損存在一些共性部位，同時也存在一些典型的磨損區(qū)域。

2.1普遍磨損位置

鍋爐爐膛密相區(qū)耐火材料上沿0-5米區(qū)域內(nèi)水冷壁管磨損相對上部區(qū)域點(diǎn)數(shù)較多、磨損較為嚴(yán)重，磨損形式均以深溝和均勻減薄為主；在靠近煙道出口水平位置的前后墻、側(cè)墻、水冷屏出現(xiàn)不同程度的偏磨現(xiàn)象。

2.2 典型的磨損區(qū)域

3 常見磨損因素

3.1 磨損機(jī)理

物料對管壁的磨損速率與其速度、濃度及粒度關(guān)系為：

E∝W3D2U

式中：E—磨損速率 W—物料速度

D—物料粒度 U—物料濃度

3.2 水冷壁磨損因素

3.2.1 煙氣流速影響

煙氣流速越高磨損越嚴(yán)重，磨損量與煙氣速度的三次方成正比。一次風(fēng)越大，磨損量越大。另外二次風(fēng)量越大，對爐內(nèi)燃燒情況的擾動就越劇烈，水冷壁磨損量就越大。

3.2.2 煙氣濃度的影響

煙氣內(nèi)顆粒濃度越大，水冷壁磨損量越大。因為顆粒數(shù)越大，對管壁的撞擊和沖刷越強(qiáng)烈。在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行中，負(fù)荷越高，床層密度及床層差壓越大，說明顆粒濃度越大，磨損量越大。

3.2.3 燃料性質(zhì)的影響

燃料顆粒硬度、灰分越大，對水冷壁管壁的切削作用越強(qiáng)烈，磨損量越大。

為了降低燃燒成本，目前熱電公司采取在燃料中摻燒一定比例的褐煤，而褐煤與煙煤相比，褐煤的硬度、灰分、水分相比煙煤較大，這樣勢必會增大水冷壁磨損速率；水分的增加，也會提高煙氣流速加劇磨損。

3.2.4 檢修質(zhì)量的影響

受熱面在維修后，沒有達(dá)到圓滑過渡，出現(xiàn)凸起，形成渦流加劇水冷壁管磨損；水冷壁鰭片板沒有滿焊，造成大量煙氣顆粒外漏，導(dǎo)致的水冷壁管側(cè)面的磨損。

3.2.5 耐火材料脫落影響

由于爐膛密相區(qū)的出渣口、二次風(fēng)口、給煤口、回料閥出口、吊屏及穿墻處等耐火材料脫落都會造成局部不規(guī)則，加大了局部渦流和局部沖擊，加劇了水冷壁磨損。

例如：3#鍋爐因西側(cè)回料腿出口耐火材料脫落導(dǎo)致水冷壁磨損停車事故；2#鍋爐過熱屏穿墻處耐火材料脫落導(dǎo)致水冷壁磨損停車事故。

3.2.6 鍋爐本身設(shè)計影響

受鍋爐自身動力場影響，煙氣在爐膛流速分布是不均勻的，四角處的煙氣流動速度比較大，流動也復(fù)雜，磨損要比其他部位嚴(yán)重；熱電公司4#、5#鍋爐煙道出口上部到頂棚距離不足，煙氣轉(zhuǎn)向距離不夠，造成對頂棚的沖刷。

4 防磨技術(shù)的應(yīng)用

在防磨過程中，在運(yùn)行調(diào)整方面、來煤管理方面、給煤粒度方面、檢修質(zhì)量方面都加強(qiáng)的同時，熱電公司在防磨技術(shù)上也積極大膽的研究和考察應(yīng)用。

目前，鍋爐行業(yè)中，采用的防磨技術(shù)有：讓管技術(shù)、鑲嵌防磨護(hù)瓦技術(shù)、防磨梁技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、熔敷堆焊技術(shù)等。下面對幾種常見防磨技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析比較。

因為鍋爐初始設(shè)計原因，目前只有1#、4#、5#鍋爐采取了讓管技術(shù)，2#、3#鍋爐均未采取讓管技術(shù)。通過表2分析結(jié)果，在日常檢修中，熱電公司采取的是比較成熟的鑲嵌防磨護(hù)瓦、熱噴涂、熔敷堆焊三種防磨技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中也得到了很好效果。

自2009年投運(yùn)至2013年不到4年的時間里，熱電公司4#、5#鍋爐前墻角因機(jī)械磨損就造成了5次停車。2013年5月4#鍋爐更換鑲嵌防磨護(hù)瓦，10月5#鍋爐更換鑲嵌防磨護(hù)瓦，至今兩臺鍋爐換護(hù)瓦處沒有發(fā)生過爆管。磨損前超差狀態(tài)，更換熔敷堆焊管對與均勻減薄，磨損較輕區(qū)域采用熱噴涂技術(shù)。

熱電公司2#鍋爐過熱器穿墻處耐火材料邊緣水冷壁管，經(jīng)多次檢測數(shù)據(jù)綜合分析該處存在異常磨損現(xiàn)象，甚至在2016年1月還發(fā)生過爆管。后將其更換熔敷堆焊合金管，運(yùn)行兩個周期后磨損狀況得到大大改善。

但在實(shí)際鍋爐檢修中，主要是考慮工程進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量問題，通過表3進(jìn)行分析如下：

通過表3得出，金屬噴涂最耐磨，但厚度有限制，不能超過0.6mm，施工最簡便靈活，造價低，但抗磨周期短；堆焊合金和鑲嵌合金護(hù)瓦這兩種防磨技術(shù)造價相對于噴涂較高，且只能工廠定制現(xiàn)場安裝，施工中有一定局限性，他們均屬于靠厚度來防磨，抗磨周期較長，但鑲嵌護(hù)瓦防磨因影響鍋爐傳熱效率不宜大面積應(yīng)用；熔敷防磨是其他幾種防磨技術(shù)的提高，防磨層可以再生修補(bǔ)，維修簡便，現(xiàn)場施工靈活，可以同時上多臺設(shè)備，適合典型磨損和磨損嚴(yán)重部位的應(yīng)用。

5 應(yīng)用效果

在鍋爐建設(shè)運(yùn)行之初，熱電公司的1#鍋爐號稱“禮拜爐”，爆管事故頻繁發(fā)生，甚至1個月發(fā)生多起爆管停車事故。隨著不斷的摸索，對爐內(nèi)特殊部位進(jìn)行改造，鍋爐能運(yùn)行更長時間，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到技術(shù)人員要求，經(jīng)歷十多年的發(fā)展，新型防磨技術(shù)也不斷的出現(xiàn)，我們大膽的采取了一些成熟的防磨技術(shù)，到目前為止，我們的鍋爐檢修一次運(yùn)行時間至少達(dá)到180天，較最初提高了10幾倍。

6 結(jié)論

通過對上述磨損部位、磨損方式、防磨措施的分析對比，總結(jié)出對典型部位磨損，盡可能采取熔敷堆焊技術(shù)防磨；磨損不嚴(yán)重區(qū)域，采用金屬熱噴涂技術(shù)防磨；對于鑲嵌護(hù)瓦防磨技術(shù)，雖然抗磨效果很好，但其影響鍋爐傳熱，運(yùn)行中鑲嵌護(hù)瓦易脫落，產(chǎn)生不確定因素導(dǎo)致停車事故，不建議采用。

參考文獻(xiàn)

[1] 車得福，莊正寧，李軍等. 鍋爐 西安交通大學(xué)出版社

[2] 上海大屯能源股份有限公司. 循環(huán)流化床典型磨損事故分析 中國水利水電出版社

（作者單位：北方華錦化學(xué)工業(yè)股份有限公司工程分公司）