淺談循環(huán)流化床鍋爐的防磨措施

祁少飛

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司，山西 太原 030053）

1 磨損的概念及危害

磨損：物體工作表面的材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不斷發(fā)生損耗、轉(zhuǎn)移或產(chǎn)生殘余變形的現(xiàn)象。

磨損的主要危害：循環(huán)流化床鍋爐的磨損主要是受熱面磨損和耐火材料磨損兩個(gè)方面。在受熱面的磨損中，不管是汽水側(cè)還是煙風(fēng)側(cè)的管道磨損，都會(huì)使受熱管道產(chǎn)生熱應(yīng)力變化、受熱不均勻的現(xiàn)象，從而造成受熱面爆管、泄露，甚至導(dǎo)致鍋爐停爐；耐火材料磨損將導(dǎo)致耐火層脫落、漏風(fēng)增加、受熱面磨損更為嚴(yán)重。無論受熱面磨損還是耐火材料磨損都將對(duì)鍋爐的正常、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生不同程度的影響。

2 受熱面磨損及防磨措施

爐膛方面，循環(huán)流化床鍋爐中氣固兩相流之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)很大。爐膛內(nèi)部的固體顆粒團(tuán)在隨氣流向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，由于爐膛內(nèi)部中心區(qū)域流化風(fēng)速高、四壁流化風(fēng)速低，固體顆粒還將向流化風(fēng)速低的爐膛四周滑動(dòng)、聚集，同時(shí)沿爐膛膜式壁向下流動(dòng)，強(qiáng)烈的爐內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生。爐壁的磨損與爐膛內(nèi)部物料的貼壁回流過程息息相關(guān)，貼壁回流的物料在回流過程中，遇到障礙物時(shí)，物料顆粒的流動(dòng)方向?qū)?huì)發(fā)生改變，障礙物將會(huì)把物料分流到障礙物的兩側(cè)，障礙物兩側(cè)管材將受到斜沖刷，進(jìn)而造成磨損；貼壁回流的物料遇到障礙物后受力、反彈，當(dāng)顆粒被反彈到膜式壁上時(shí)，顆粒將會(huì)與管壁形成斜沖刷和正撞擊現(xiàn)象，從而造成磨損。

工程實(shí)踐中爐膛的防磨措施：除了設(shè)計(jì)時(shí)選取合理的煙氣流速，運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格控制入爐煤粒度、燃燒室流化速度等外，還應(yīng)該在結(jié)構(gòu)上采取讓管技術(shù)、增設(shè)防磨梁、加縱向肋片等主動(dòng)防磨措施，以及被動(dòng)的金屬噴涂、敷設(shè)耐火材料等防磨措施。

2.1 讓管技術(shù)

主要應(yīng)用于爐膛密相區(qū)上部與膜式壁結(jié)合處。讓管是通過改變膜式壁的幾何形狀，使垂直段耐磨耐火材料與上部膜式壁管保持平直，使貼壁回流的物料所產(chǎn)生的旋渦形成于耐火材料區(qū)域，從而避免膜式壁的磨損。大量的工程實(shí)踐表明，利用讓管結(jié)構(gòu)可以有效防磨。

2.2 防磨梁技術(shù)

在膜式壁的高度方向每隔一定的距離用耐火耐磨材料做成一些凸臺(tái)，凸臺(tái)的布置形式為水平或傾斜布置，用來降低物料在貼壁回流過程中的速度和濃度。防磨梁技術(shù)安裝簡(jiǎn)單方便，工程實(shí)踐中多有應(yīng)用。

2.3 加縱向肋片

為了延長(zhǎng)爐膛里豎直布置受熱面（水冷屏、過熱屏）的使用壽命，一般在豎直布置的受熱面管子上設(shè)置縱向肋片?？v向肋片可規(guī)范貼壁回流物料的流場(chǎng)，減緩受熱面的磨損，延長(zhǎng)受熱面壽命。

2.4 金屬噴涂

金屬噴涂是在膜式壁管子及鰭片的表面噴涂一種高強(qiáng)度耐磨的金屬陶瓷涂層，是一種被動(dòng)的防磨技術(shù)措施。一般在密相區(qū)上部膜式壁1～2 m、給煤口正面的膜式壁、爐膛的四角、爐膛頂部等易磨損的部位進(jìn)行金屬噴涂。金屬噴涂后，可減緩膜式壁自身的磨損，但隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，噴涂層本體磨損后會(huì)出現(xiàn)噴涂層起皺脫落、造成膜式壁凹凸不平，加劇磨損等現(xiàn)象。同時(shí)，在更換噴涂后的膜式壁管子時(shí)，管端坡口處的噴涂層必須處理干凈，因?yàn)榻饘賴娡繉又械腃r、Ni在高溫時(shí)熔化。當(dāng)膜式壁管子進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，在高溫的焊接環(huán)境下，金屬噴涂層中的Cr、Ni將會(huì)熔化進(jìn)入焊液，形成脆性裂紋，導(dǎo)致焊接質(zhì)量變差。

2.5 敷設(shè)耐火材料

在膜式壁上敷設(shè)一定厚度的耐磨耐火澆注料，以減緩膜式壁的磨損，是一種被動(dòng)的防磨技術(shù)措施。耐火材料的固定方式是靠焊接在膜式壁管上銷釘加以固定。多用在鍋爐密相區(qū)及爐膛出口周圍，該方法施工簡(jiǎn)單，防磨效果好，但澆注料的導(dǎo)熱系數(shù)小，會(huì)使?fàn)t膛的換熱特性下降，工程中耐火材料的敷設(shè)厚度一般在50～70 mm。

過熱器、省煤器管子：在過熱器、省煤器管系迎風(fēng)面及彎頭處加防磨護(hù)瓦來進(jìn)行防護(hù)。為了防止煙氣走廊的形成，可在管排中間插上幾根水平的不銹鋼鐵板固定好，強(qiáng)制使管排整齊。

空氣預(yù)熱器管子：立管式空氣預(yù)熱器管子煙氣進(jìn)口處加裝防磨套管，同時(shí)敷設(shè)一定厚度的耐磨澆注料來進(jìn)行防磨；臥管式空氣預(yù)熱器管子在迎風(fēng)面加裝防磨護(hù)瓦來進(jìn)行防護(hù)。

3 耐火材料的磨損及防磨

循環(huán)流化床鍋爐的受熱面在采取一定主動(dòng)防止磨損措施的同時(shí)，還采取被動(dòng)防磨措施，即在易磨損部位的受熱面上敷設(shè)一定厚度的耐火材料，以減緩受熱面的磨損。耐火材料還有保溫隔熱、密封的作用。

因耐火材料與金屬件的膨脹系數(shù)不同，隨著爐內(nèi)溫度的循環(huán)波動(dòng)將會(huì)出現(xiàn)耐火材料產(chǎn)生裂縫與剝落的現(xiàn)象。同時(shí)，爐內(nèi)大量的固體物料對(duì)耐火材料的沖刷，也將會(huì)對(duì)耐火材料產(chǎn)生一定的破壞。耐火材料的施工方式、養(yǎng)護(hù)、烘爐等也將影響耐火材料的使用壽命。因此，要合理選擇耐磨材料，注重施工質(zhì)量，合理運(yùn)行操作和維護(hù)，以減緩耐火材料的磨損。

4 關(guān)于運(yùn)行中的防磨

鍋爐在設(shè)計(jì)、制造、安裝、筑爐、烘爐完成后，鍋爐受熱面及澆注料的磨損與運(yùn)行過程息息相關(guān)。理論及實(shí)踐表明，磨損與時(shí)間、飛灰粒徑、流速、飛灰濃度存在一定的關(guān)系，即：

式（1）中：T為磨損量，g/m2；τ為時(shí)間，h；η為飛灰撞擊率，與飛灰濃度、飛灰顆粒直徑、煙氣流的粘性、煙氣流速以及管子的直徑有關(guān)，飛灰顆粒大小及其分布特性與煤的燃燒特性、細(xì)度、燃燒方式以及燃燒條件有關(guān)；μ為煙氣中飛灰質(zhì)量濃度，g/m3；ω為飛灰顆粒的流速，可近似地取用等于煙氣流速，m/s；C為比例常數(shù)，代表了飛灰顆粒的磨損特性，與煤種有關(guān)。

由此可見，在運(yùn)行中要降低煙氣流速、降低煙氣中的灰濃度、降低爐膛差壓、降低入爐燃料的粒徑，以減輕受熱面及澆注料的磨損。

4.1 降低煙氣流速

循環(huán)流化床鍋爐燃料燃燒所需風(fēng)量由一次風(fēng)和二次風(fēng)組成。一次風(fēng)為燃料燃燒提供氧氣的同時(shí)，最為主要的作用是為流化床床料提供流化風(fēng)；二次風(fēng)為助燃風(fēng)，為燃料充分燃燒提供氧氣。一次風(fēng)量對(duì)流化質(zhì)量、循環(huán)物料量、循環(huán)物料粒徑、床溫、NOX的生成有重大影響。一次風(fēng)量過低會(huì)導(dǎo)致流化不良造成床溫過高甚至爐膛結(jié)焦等嚴(yán)重后果，影響鍋爐安全運(yùn)行；一次風(fēng)量過高會(huì)導(dǎo)致循環(huán)物料量增加、循環(huán)物料粒徑加大、煙氣流速增加、NOX濃度增加，將加速受熱面及澆注料磨損、NOX減排治理難度加大，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，在運(yùn)行中應(yīng)合理配風(fēng)。

4.2 降低灰濃度

循環(huán)灰濃度是衡量循環(huán)物料量的指標(biāo)，是影響爐內(nèi)傳熱、床溫、蒸發(fā)量、蒸汽溫度的重要參數(shù)，同時(shí)對(duì)磨損也有很大影響。循環(huán)灰濃度高，爐內(nèi)傳熱好、床溫高、帶負(fù)荷能力強(qiáng)、蒸汽溫度高，循環(huán)灰濃度低，磨損減輕。運(yùn)行中，應(yīng)合理控制循環(huán)灰量。

4.3 降低爐膛差壓

爐膛差壓是衡量爐膛內(nèi)部床料量的指標(biāo)，差壓高、床料多、燃燒穩(wěn)定、爐膛各部溫度均勻、底渣可燃物少；差壓過低可能導(dǎo)致爐膛下部床溫偏高、底渣可燃物偏多、經(jīng)濟(jì)性差。

4.4 降低燃煤粒徑

燃煤粒徑粗，為了確保床層流化，需增大一次風(fēng)量，從而增加煙氣流速。另外，在鍋爐啟停過程中，應(yīng)限制溫升或降溫速度，防止產(chǎn)生過大熱應(yīng)力。

5 結(jié)束語

循環(huán)流化床鍋爐自身的物料循環(huán)燃燒特點(diǎn)，不可避免地對(duì)受熱面及耐火材料造成磨損，我們?cè)谠O(shè)計(jì)、制造、安裝、筑爐、烘爐及運(yùn)行各環(huán)節(jié)，采取合理有效的防磨措施以減緩受熱面及澆注料的磨損，從而可提高鍋爐運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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