循环流化床锅炉受热面的磨损及应对措施

汤永平

（贵州开磷遵义碱厂，贵州 遵义 563004）

循环流化床锅炉受热面的磨损及应对措施

汤永平

（贵州开磷遵义碱厂，贵州 遵义 563004）

阐述了循环流化床锅炉受热面的磨损机理并探讨了防止磨损的应对措施。

循环流化床锅炉；受热面；磨损；应对措施

循环流化床锅炉是近三十年发展起来的一种新型洁净煤燃烧技术，以新燃料着火速度快、残渣和飞灰含碳量低、有利于减少氮氧化物的排放、负荷调节性能好而著称，深受用户好评，但也因其受热面磨损量大、耗电量高而影响循环流化床的使用。

贵州开磷遵义碱厂现有四川锅炉厂生产的循环流化床锅炉2台，型号分别为C150-3.82/MX和C75-3.82/MX24。受热面主要为布置于炉膛四周的水冷壁、布置在靠前膜式水冷壁的水冷屏、介于炉膛与尾部烟道间的水冷旋风分离器、布置在竖井烟道中的包覆炉墙膜式受热面、高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器。

1 循环流化床锅炉的磨损部件分析

1.1 布风装置

循环流化床锅炉布风装置的磨损主要有2种情况，一为风帽的磨损，最为严重的区域在循环物料回料口和放渣管进渣口附近，其原因主要是颗粒浓度较高的循环物料以较大的平行于布风板的速度分量冲刷风帽；一为风帽小孔的扩大，这种磨损将改变布风特性，同时，造成固体物料漏至风室，使得在每次停炉时在水冷风室有大量的细灰，影响锅炉的送风量和风室风压的测量。

1.2 炉膛水冷壁管的磨损

循环流化床锅炉炉内水冷壁管的磨损可以分为4种情况：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛4个角落区域的管壁及膜片的磨损；一般水冷壁管的磨损；不规则区域即突变区域管壁的磨损。[1]

（1）卫燃带的磨损。水冷壁卫燃带过渡区域的磨损形式见图1，磨损发生在炉膛下部卫燃带与水冷壁管的交界处。

这种磨损有2方面原因，一是在过渡区域内，由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，因而，在局部产生涡流；二是沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域改变流动方向，对水冷壁管产生冲刷，见图2a。卫燃带与水冷壁过渡区域内水冷壁管的磨损并不是在炉膛四周均匀发生的，而是与炉内物料总体流动形式有关。遵义碱厂循环流化床锅炉卫燃带的磨损发生在前后墙，左右墙较少磨损，磨损尤为严重的区域是前墙，原因是前墙是给煤口，细煤灰易被上升气流带入上部卫燃带；后墙磨损较为严重的原因是返料口布置在后墙，增大了后墙上升气流烟灰的浓度，因而磨损加剧。其原理如图2b所示。

（2）炉膛四角区域的水冷壁管的磨损。由于循环流化床锅炉中部烟气中固体颗粒被气流带入上部，重颗粒大部分沿水冷壁向下流动，形成所谓的贴壁流，水冷壁的四角区域是四周水冷壁的结合部位，突变部位较多，且炉内沿壁面向下流动的固体物料浓度比较高，流动状况也受到破坏，因而磨损较为严重，发生爆管的次数较多。

（3）炉膛一般水冷壁管的磨损。除卫燃带和水冷壁过渡区以及炉膛四角以外，目前，还未发现炉膛水冷壁直管受到严重磨损的情况，只是发现水冷壁被磨亮，好像喷沙除铁锈一样，因而，炉膛内一般水冷壁管的磨损不严重。

（4）不规则管壁的磨损。炉膛内的不规则管包括穿墙管、炉墙开人孔处或观察孔的让步管、管壁上的焊缝等，以及炉内的一些测量元件如压力测点、温度测点。运行经验表明，既使很小的几何尺寸的不规则也会造成局部的严重磨损。

炉墙开孔处让管的磨损区域见图3，炉膛炉墙开孔处的让管区域发生了很大程度的磨损，其中开孔上部的让步管磨损较轻，而开孔下部的让管磨损比较严重。水冷壁管焊缝的局部磨损见图4，磨损首先发生在焊缝的上部，在这种情况下，焊缝磨平后，磨损即终止；而在另外一些情况下，焊缝上面的管子也发生磨损。这类磨损现象在炉膛的浓相区较严重。对于用于测量温度的热电偶和用于测量炉膛内浓相区压力和稀相区压力的测压管，为测得真实温度或压力，必须将热电偶或测压导管插入足够深度，而插入热电偶或导压管后会对局部的流动特性造成较大的扰动，因而，造成热电偶保护套、导压管或邻近水冷壁管磨损较为严重。

1.3 二次风口的磨损

二次风一般位于炉膛下部浓相区的上方，由于浓相区内物料的脉动将床料带入二次风嘴，从而产生二次喷嘴的磨损。二次风口磨损后，炉膛内物料将从二次风口流出来，引起二次风的外漏。

1.4 炉膛顶部受热面的磨损

炉膛顶部受热面的磨损主要是由于气固两相流在离开炉膛进入旋风分离器时，在炉膛顶部区域转弯进入联接炉膛与旋风分离器的水平烟道时，产生离心作用，将大颗粒物料甩向炉顶而造成的，炉膛顶部的受热面的磨损问题可通过将炉顶与去旋风分离器的水平烟道拉开足够的距离及在易磨损区域敷设耐磨浇注料来解决。

1.5 旋风分离器的磨损

旋风分离器的大部分构件一般都敷设有刚玉莫来石耐磨可塑材料，因此，旋风分离器金属件的磨损很严重，旋风分离器中心筒的损坏往往是由于热变形造成的。

1.6 对流烟道受热面的磨损

对流烟道受热面磨损发生的主要部位是高于或低于省煤器的穿墙管处以及空预器进口端100 mm处，造成对流烟道受热面磨损的主要原因是设计上考虑不周、安装时出现失误等。磨损的原因是循环流化床锅炉炉内固体物料浓度很高，分离器未能捕集。而随烟气进入对流烟道的飞灰的浓度很高。同时，在尾部烟道、烟气速度和飞灰颗粒终端速度，比炉膛内烟气呈上升气流时的绝对速度要高得多，较高的飞灰颗粒浓度和速度，常会导致对流受热面的磨损加剧。

2 循环流化床锅炉的受热面防磨措施

2.1 采用金属表面热喷涂技术

在循环流化床锅炉易磨损受热面的金属表面喷涂耐磨金属，使其附着在受热面管道的表面形成保护层，其具有防止磨损和防腐的作用，其原因是：（1）涂层的硬度较基体的硬度更大；（2）涂层在高温下会生成致密、坚硬和化学稳定性更好的氧化层，且氧化层与其基体的结合更加牢固。其中，后一种原因是防止受热管道磨损的主要因素[2]。

2.2 炉膛下部水冷壁与耐火材料（卫燃带）交接处的防磨

炉膛浓相区与稀相区交界的卫燃带处，壁面处向下流动的高浓度固体物料流对管壁磨损有重要影响，因此，为防止该处的磨损加大，措施之一是在水冷壁管上加焊挡板来破坏向下流动的固体物料流，从而达到水冷壁管防磨的目的，采用这种措施后，水冷壁卫燃带的磨损大大减轻，磨损速度可降低到0.35 μm/h[1]，加装方式见图5，措施之二是改变水冷壁管的几何形状，采用让管技术，使耐磨材料敷设在简易让管上从而使卫燃带区域与上部水冷壁管保持平直，这样固体物料沿壁面平直下流，消除了突变区，使局部易磨区磨损减小，卫燃带让管防磨技术示意图见图6。

2.3 对流受热面的防磨

因布置于竖井烟道中的尾部对流受热面较多，占用的空间大、烟气流速较高、受热面的磨损加大。对于尾部对流受热的防磨应采取以下措施。

（1）提高气固分离装置的分离效率，或在炉内装飞灰除尘器，这样，可降低烟气中的飞灰浓度，从而减轻对流受热面的磨损；

（2）设计时，应选择合理的烟气流速，因为磨损率与烟气流速的三次方成正比；

（3）降低速度场和飞灰浓度场的不均匀性，如在烟道转弯处加装防磨盖板等，以防止局部严重磨损；

（4）受热面管束尽量采用顺列布置；

（5）采用烟气流均布板，防止烟气走廊的形成；

（6）采用膜式或羊角式迎风鳍片省煤器，加装防磨盖板；

（7）空预器加装防磨套管。

3 结束语

循环流化床锅炉的长周期安全稳定运行，很大程度上取决于受热面的磨损问题。对循环流化床锅炉受热面如水冷壁、卫燃带、高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器的磨损原因的分析，提出了解决磨损的方法。运行实验证明，改造方式是切实可行的，运行3年无泄漏事故发生，确保了下游生产负荷的稳定运行。

［1］郝继红，李建锋.循环流化床锅炉磨损机理及防治.北京：中国电力出版社，2008.

［2］牛 勇，张立华，等.循环流化床锅炉设备.北京：中国电力出版社，2007.

Analysis of circulating fluidized bed boiler Heating surface wear and response measures

TANG Yong-ping
(Guizhou Kailin Zunyi Soda Plant,Zunyi 563004,China)

The circulating fluidized bed boiler heating surface wear mechanisms were introduced and the counter-measures was discussed.

circulating fluidized bed boiler;heating surface;wear;response

TK229

B

1009－1785(2012)04-0028-03

汤永平，南京师范大学动力工程学院热能工程专业毕业，研究生。现任贵州开磷遵义碱厂设备部副部长；全国注册公用设备（动力）工程师、热能工程工程师，擅长自备热电系统的组建及运行和工矿企业公用设备及系统设置和优化。

2011-12-15