循環(huán)流化床鍋爐磨損與防磨措施分析

安道遠

摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新，鍋爐行業(yè)通過創(chuàng)新研發(fā)，生產(chǎn)出了一種高效、低污染的循環(huán)流化床鍋爐，并在電站、工業(yè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐磨損問題一直是困擾循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展的主要問題之一，磨損問題解決不好，鍋爐無法正常運行，運行中嚴重磨損的部位主要發(fā)生在爐膛受熱面、密相區(qū)及旋風分離器等部位，對于這項問題，本文將介紹循環(huán)流化床鍋爐的構(gòu)造以及工作原理，探究磨損原因，找尋防磨措施。

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床;鍋爐磨損;防磨措施

一、前言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷革新，鍋爐行業(yè)通過創(chuàng)新研發(fā)，生產(chǎn)出了一種高效低污染的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備，并在電站、工業(yè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[1]。循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備效率高、煤種適應(yīng)性廣，正在逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)鍋爐，但是其磨損問題不解決就會影響循環(huán)流化床鍋爐安全、經(jīng)濟、高效運行。

二、循環(huán)流化床鍋爐的組成

（一）鍋爐本體

主要包括啟動燃燒器、風室、配風裝置、爐膛、氣固分離器、返料裝置、汽包、下降管、水冷壁、過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等。

（二）輔助設(shè)備

主要包括鼓風機、引風機、回風風機、破碎機、給煤機、冷渣機、除塵器、脫硫脫硝設(shè)備、煙囪等[2]。

三、循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)特點

流化床鍋爐最為主要的結(jié)構(gòu)特點是物料循環(huán)系統(tǒng)，由布風裝置、燃燒室、氣固分離器、回料裝置、點火裝置等設(shè)備組成。燃燒室、分離器及回料裝置被稱為循環(huán)流化床鍋爐的三大核心部件，并構(gòu)成了循環(huán)流化床鍋爐的顆粒循環(huán)回路，是其結(jié)構(gòu)上區(qū)別于其他鍋爐的明顯特征，是循環(huán)流化床鍋爐的特有系統(tǒng)。如下圖1所示。

四、循環(huán)流化床鍋爐的工作原理

在破碎機將燃料破碎到合適的大小之后，碎燃料經(jīng)過給煤機從燃燒室的培風板上部位置上料，并且在燃燒室中和熱沸騰物料相混合，在熱沸騰物質(zhì)的高溫加熱下，燃料迅速受熱點火燃燒。燃燒之后，在高速空氣流的作用下，就會有大量的固體小顆粒充滿整個爐腔，之后被帶出燃燒室進入氣固分離器。在氣固分離器的作用下，固體物料重新返回爐腔進行燃燒。

分離器引出的高溫煙氣經(jīng)尾部煙道與對流受熱面換熱后，通過除塵器從煙囪排出。上述煤、空氣和煙霧系統(tǒng)被稱為鍋爐的燃燒系統(tǒng)，即通常被稱為“爐”。另一方面，鍋爐給水被泵入省煤器進行預(yù)熱，然后進入汽包，然后進入下降管和水冷壁。加熱和蒸發(fā)后，給水返回汽包。汽水分離后，蒸汽進入過熱器加熱，然后通過主蒸汽管道輸送給用戶。上面是一個汽水系統(tǒng)，俗稱“鍋”[3]。

五、節(jié)能型流化床鍋爐的技術(shù)特性

（一）較高的熱效率

鍋爐保證熱效率不低于88%（煙煤）;鍋爐飛灰含碳量不大于6%（煙煤）;底渣含碳量不大于2%（煙煤）[4]。

（二）較低的電耗

采用低床壓、低流速設(shè)計，合理的一、二次風配比，從而減少對風機的風壓要求，風機電耗。

（三）較強的連續(xù)運行能力

鍋爐年運行時間不少于8000小時;鍋爐連續(xù)運行時間不少于7000小時。

六、循環(huán)流化床鍋爐的環(huán)保特性

（一）低硫排放

調(diào)整鍋爐受熱面分配，保證爐膛燃燒溫度在860℃～880℃之間，是爐內(nèi)石灰石脫硫最佳溫度區(qū)間[5]。采取爐內(nèi)噴入石灰石粉，結(jié)合高效的分離器，捕捉更細顆粒，保證石灰石與煙氣多次混合反應(yīng)，達到爐內(nèi)石灰石的最高利用率，確保爐內(nèi)脫硫效率達90%以上;結(jié)合爐外脫硫塔措施，保證SO2原始排放35 mg/Nm3以下。

（二）低氮排放

采用860-880℃低床溫設(shè)計;采用低氧量設(shè)計，燃燒調(diào)整氧量控制在3%;嚴格進行分級供風，提高二次風量比例達50%以上，抬高二次風入爐位置，保證爐內(nèi)燃燒缺氧還原區(qū);保證鍋爐初始NOx排放濃度≤100 mg/Nm3;分離器入口預(yù)留SNCR脫硝接口位置;在尾部煙道兩組省煤器之間預(yù)留出裝設(shè)SCR設(shè)備的空間;通過脫銷裝置后保證鍋爐最終NOx排放濃度≤50 mg/Nm3。國內(nèi)目前環(huán)保要求嚴格，燃煤與環(huán)保的矛盾日益突出的情況下，循環(huán)流化床鍋爐已成首選的高效低污染的新型燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床鍋爐如下圖2所示。

七、磨損機理

（一）造成磨損的原因

循環(huán)流化床鍋爐具有的燃燒特點是由其特有的燃燒方式?jīng)Q定的，低溫、動力性能強的特點也是流化床鍋爐獨有的。為了使得流化床上的固體顆粒得到充分燃燒，就需要鍋爐底部的布風裝置吹出速度快、強度大的空氣流，在流化床上形成強烈的擾動。但是固體充分燃燒的同時，又需要空氣強烈的吹動，氣體和固體兩種物質(zhì)共同燃燒時，就會有大量的煙氣產(chǎn)生，并且煙氣中夾雜著未充分燃燒的固體小顆粒以及燃燒產(chǎn)生的灰塵顆粒，在強空氣流的帶動下，具有極快的速度。煙氣中的顆粒以極快的速度沖刷水冷壁以及鍋爐內(nèi)部的其他裝置，就會造成局部裝置的損壞，鍋爐運行就會出現(xiàn)問題[6]。除此之外，還有一點就是旋風分離器沒有達到理想的分離效果，較低的分離效率就會導(dǎo)致受熱面會直接受到強烈的較高濃度的煙塵沖刷，造成受熱面嚴重磨損。

（二）影響循環(huán)流化床鍋爐磨損的主要因素

1. 煙氣物料速度。速率越大，其磨損速率越快。

2. 煙氣中的物料濃度、粒度。

3. 被磨損件表面粗糙度、硬度和抗磨性能。

八、主動防磨措施和被動防磨措施

（一）主動防磨措施

對灰濃度、灰粒粒度以及風量等運行參數(shù)進行調(diào)整就是從主動防磨的角度來降低受熱面積的磨損。當循環(huán)流化床在滿負荷一、二次風風量的比例達到5.5∶4.5時，就會導(dǎo)致爐膛出口的含氧量過高，增加爐膛負壓[7]。

因此，可以得出結(jié)論，當風量過大就會增加爐膛內(nèi)的空氣，增加含氧量，相對應(yīng)的爐內(nèi)煙氣的流量就會增加，導(dǎo)致爐膛內(nèi)的煙氣流速增加，并且煙氣中攜帶的顆粒物較多，在大風量的驅(qū)使下就會加劇爐膛過渡區(qū)的磨損情況。

采用主動防磨措施，在保障鍋爐出力的情況下，調(diào)整參數(shù)降低第一次和第二次的進風量，使得兩次進風量的比例在5∶5左右，就可以控制爐膛出口的含氧量在4%～5%之間，從而降低爐膛內(nèi)部的煙氣流速，受熱面積的磨損就會降低許多。

（二）被動防磨措施

1. 爐膛水冷壁澆注料與水冷壁交際處采用讓管技術(shù)，平滑過渡。

2. 爐膛水冷壁管采用超音速金屬噴涂技術(shù)，。

3. 爐膛水冷壁安裝耐高溫網(wǎng)格板，降低物料貼壁流速，減緩水冷壁管磨損。

4. 提高耐火材料性能指標等，提高耐磨性能。

5. 爐膛密相區(qū)水冷壁管采用激光熔覆高溫防磨技術(shù)，增加水冷壁管耐磨性能，其熔覆層顯微硬度達到1200～1300 HV，熔覆層厚度0.8～1.0 mm，解決了撲通地中合金錳鋼D102焊材堆焊水冷壁管造成的影響。另外熔覆層和水冷壁管基體冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，無應(yīng)力變形問題，磨損率有效降低。

所謂的被動防磨措施就是為了減輕磨損從降低顆粒下滑高度、降低灰濃度、保持受熱面光滑、采用耐火耐磨材料等角度考慮防磨措施。現(xiàn)在有很多的循環(huán)流化床鍋爐上面用的都不再采用耐火磚，大多數(shù)的都是耐火澆注料、耐火可塑料和耐火搗打料等。因為這些不定型耐火材料遠比耐火磚好用，最大的優(yōu)點就是施工便捷，而不是跟耐火磚那種的施工麻煩，耗費人工，耗費時間非常的長[8]。

首先，由于循環(huán)流化床鍋爐的各個部位的運行情況跟使用的條件不同，就需要選擇不同性能的耐磨耐火澆注料來滿足鍋爐在使用中的要求。從而達到綜合砌爐的目的?？梢愿鶕?jù)鍋爐的各個部位的情況分成四個區(qū)域，并且選擇不同的耐磨耐火澆注料。第一個區(qū)域就是爐膛密相區(qū)、爐膛出口煙道、旋風分離器與直筒等部位。這些部位的物料流速極快，對襯體造成了極大的沖刷、磨損、撞擊，所以要選擇耐磨性比較高級的耐火澆注料[9]。這個區(qū)域的耐磨損指數(shù)要小于5 CC。第二個區(qū)域的物料就對襯體的沖刷、磨損和撞擊等比較小了，但是還是有磨損存在的。這些區(qū)域就包括旋風筒的錐體回料閥，旋風筒的出口部位，對耐磨耐火澆注料的要求是要有一定的抗磨損性能，耐磨損指數(shù)最好小于7 CC。第三個區(qū)域為水冷風室，這個部位在鍋爐點火的時候溫度很高，點火油槍周圍的溫度能達到1500℃。但是鍋爐運行的時候溫度就比較低。對耐磨性能沒有要求，但是對耐火澆注料的抗急冷抗急熱性非常的嚴格。第四個區(qū)域是分離器出口對流煙道部位爐墻，這里因為煙氣中的飛灰濃度比較低、速度慢。所以，它的磨損程度相對的就比較輕了，只需要用普通的黏土高鋁質(zhì)耐火澆注料就可以。

（三）防磨效果

主動防磨以及被動防磨是從不同的角度考慮的防磨措施，但是都基本上將水冷壁磨損嚴重的情況杜絕了。在采用主動防磨或者被動防磨措施之后，水冷壁仍有一定的磨損但是已經(jīng)基本不妨礙正常使用。

九、結(jié)語

江山化工公司130t/h循環(huán)流化床鍋爐在水冷壁過渡區(qū)磨損較為嚴重并由此引發(fā)爆管事故，通過對磨損機理的分析與討論，采取了有效的防磨措施。在水冷壁過渡區(qū)域采用超音速電弧防磨噴涂技術(shù)進行耐磨噴涂，噴涂材料采用超硬耐磨電弧噴涂材料，并消除水冷壁表面缺陷。并從運行角度調(diào)整了風量，將煙速控制在合理范圍內(nèi)。通過進行技術(shù)改造，基本上消除了水冷壁磨損嚴重的情況，運行一年多效果良好。從考慮節(jié)約維修成本以及延長材料壽命等方面，完善鍋爐的運行水平是非常重要的。由于煙氣速度對磨損起決定作用，因此要合理配風，保證最佳的風煤比，合理控制煙速，并及時調(diào)節(jié)入爐煤和返料，可防止加重局部磨損，并保證鍋爐的經(jīng)濟運行。

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