循环流化床锅炉受热面磨损研究

姬晖

（山西西山热电有限责任公司，山西太原030022）

引言

循环流化床锅炉运行时其受热面磨损严重，常出现泄漏停炉等问题，炉内受热面磨损占据了很大比重，同时也是影响机组安全运行的重要方面。从影响锅炉内部磨损的因素来看，具体体现为燃料与床料特性、磨损时间、冲刷角度等。CFB锅炉磨损还与运行维护、设计结构、处理方案有关，所以要从多方面分析磨损原因，再制定有效地解决方案。

1 循环流化床受热面磨损机理

在高倍率与高循环流化床锅炉中，气与固相流滑移速度很大。对于炉膛内部风速较大，而在炉壁周边，流化风速较小，在颗粒团紧随气流网上运动的同时，颗粒也会向上聚集，沿着炉壁往下流动，最终形成典型的CFB锅炉力学结构。在炉壁周边形成向下物料，并以加厚的浓度质量进行回流。在CFB锅炉中，颗粒浓度呈下高上低状态，越往炉膛下方靠近，颗粒的直径越大，浓度越高。在炉膛高度变化的同时，颗粒直径与浓度以反比呈现，下部磨损率明显超过稀相区。而炉壁磨损和物料回流有直接关系。炉壁垂直平滑时，通常只出现地应力滑动磨损，磨损率不高，危害小。局部磨损是酿成回流磨损的主要原因，有很大危害，同时也是锅炉泄露的根本原因。大部分局部磨损都是受热面结构所致，在炉膛壁面回流期间，若遇到凸台与局部障碍物，则很可能改变颗粒流动，让颗粒分到障碍物两端，并对管材进行磨损冲刷；或者颗粒反弹到凸台，少数颗粒到达水冷壁管，对管壁进行正撞击与斜冲刷。磨损程度和凸台大小、障碍物形状有极大关系，凸台越大，说明大颗粒的反弹率越高，磨损面积越大，相反，磨损范围越小，而超过凸台尺寸的颗粒反映很微小，大颗粒反弹率很低，通常会沿着凸台滚动。直径低于凸台高度的颗粒会出现反弹与分流，当母材被影响后，磨损就开始向管壁母材靠近，而被磨损的区域开始变薄，并增大凸台。在磨损增加的同时，凸台厚度与大尺寸颗粒都会增加，并在恶性循环的过程中，逐渐破坏母材强度[1]。

2 循环流化床锅炉受热面磨损原因

2.1 结构原因

从当前循环流化床锅炉反馈的信息来看，受热面磨损的原因主要分为两种：第一，局部磨损，即点磨损；第二，区域性磨损，即面磨损。在局部磨损中，与结构有着直接关系。膜式炉壁、光滑程度都会影响磨损程度，任一倾斜都可能对壁面、管屏构成磨损[2]。即使是一个很小的炉壁凸台，颗粒也会对其造成反弹，最后使炉壁磨损。从现场反馈的信息来看：大部分磨损都出现在受热面开孔、穿墙管、水冷壁、弯管与不规则的焊瘤、焊缝、急转弯等区域，这些都是局部磨损的原因，其不止是结构设计问题，也属于质量问题。

例如：部分锅炉在水冷壁与炉膛下部浇筑区域，结构设计欠佳（如下页图1-1与2-1所示），使浇筑材料上部水冷壁的磨损非常严重，通过使用改进措施（如下页图1-2与2-2所示），有效地避免了回流反弹，同时也消除了磨损，具有很好的效果。部分CFB锅炉因穿墙管区域密封设计不佳，内部使用轻质保温材料，一旦炉内物料被掏空，水冷壁就会遭到磨损，用耐磨耐火材料进行浇筑填充，以此来提高密封盒的防磨性能；维护质量不达标，让水冷壁现场出现不规则焊缝；堆焊后没有及时处理好，使其出现局部磨损，从而使水冷壁出现泄漏故障。

从区域磨损的角度来看，通常发生于炉内受热面区域，具体如：炉膛出口转向迎风面、炉壁四角、变形弯曲后的管屏等，这种磨损和结构有着直接关系。炉壁四周的物料质量浓度很大，类似于两个避免物料浓度的重合，且很容易改变流动状态，最后出现磨损。而CFB锅炉的进煤口与返料口都在炉膛后墙区域，出口烟窗在炉膛后墙，屏式受热多偏向前墙，这也让炉膛后墙物料质量明显高于前墙，在较大的物料回流量影响下，后墙炉壁冲刷与磨损非常严重。炉内受热面磨损，通常是管屏膨胀引发的不规则变形，让本就平直的管子弯曲，磨损通常出现在弯曲弓形区域，屏式受热多出现在偏向前墙的区域，使炉膛后墙物料逐渐升高。

图2 炉壁改进前后对比图（二）

2.2 运行因素

循环流化床锅炉受热面磨损除了与内部结构有关，还受运行因素影响，虽然普通因素不会带来严重的磨损，但下列运行因素则会造成区域性磨损。

长期超床会加速受热面磨损，CFB锅炉床压是物料高度与密度的表现，床压越高，密相层越大；床压越小，密相层越小。一旦超出正常床压范围，密相层就会增加，从而增加炉膛受热磨损[3]。在长时间超床压运行期间，也会增加磨损程度。长期超负荷、超煤量运行也会增加炉内磨损，煤量大小和锅炉效率、热负荷有直接关系，同负荷下的锅炉变化不大。煤量与煤质有直接关系，煤质越大，入炉煤量就越大，物料浓度与磨损就越大。

3 控制循环流化床锅炉磨损方案

在现实工作中，针对防爆防磨问题可以使用多种有效方案，如：改进工艺、增强安全检查、优化热风控制等，其中，最有效的方式是改善锅炉工艺[4]。

热喷技术是专门针对材料表层的新技术，它将液体燃烧、气体、电弧等作为热源，让陶瓷、金融、塑料、合金加热到半熔融与融化状态，利用压缩空气与火焰推力进行喷射形成涂层，从而赋予耐磨、隔热、抗高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，不断改善工作性能、延长设备使用周期。根据电厂流化床锅炉反馈的实情，考虑到喷涂效率与成本，使用超高音速电弧喷涂，已得到了很好的防腐、防磨效果。

在确保床温与床压的情况下，减小一次风速与风量。当一次风速与风量得到控制后，烟气流速就会减小。虽然固体床料与烟气流速不等，但固体床料需要依赖烟气流速，所以烟气流速越小，固体床料速度就越小，使用有效措施减小流化床锅炉尾部烟气浓度，控制磨损[5]。

在炉膛设计中，截面积不能太小。当总风量一定时，炉膛截面积越小，说明炉膛风速与流化风速越大，磨损严重。就磨损的层面来看，使用软媒比硬煤更能减小磨损。从设计的领域来看，炉型与煤种对应，所以锅炉运行必须在确保粒径设计范围与煤质的情况下，控制好粒径与石灰石品质，同时去除原煤中的铁块与石块。以定态设计理念为出发点，适量减小床储量。

4 结语

为了减轻循环流化床锅炉受热面的磨损，必须从施工、设计到运行高度重视，在确保循环流化床锅炉安全运行的同时，发挥循环流化床技术优势，降低锅炉维修费用。

[1]黄卫，刘文贺.循环流化床锅炉磨损机理分析与防磨措施[J].煤矿现代化，2010（3）：90-92.

[2]王晓霞，陈志伟，高少娟，等.循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策[J].煤气与热力，2011，31（10）：5-7.

[3]胡昌华.外置床受热面防磨技术及应用[J].中国电力，2013，46（9）：12-15；20.

[4]刘蕊.220 t/h循环流化床锅炉炉内受热面磨损的探讨[J].中国科技博览，2011（36）：408.

[5]刘国强，芦利华，张爱霞，等.浅谈130 t循环流化床锅炉防磨[C]//全国电力行业CFB机组技术交流服务协作网技术交流会论文集，2010：25-28.