浅谈循环流化床锅炉水冷壁常见磨损及防磨措施

刘井宏 杜中秋 汤宝亮 白宇光

摘要：循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、高效脱硫、氮氧化物排放低等优点，因而在工业领域中得到了广泛的应用。但影响循环流化床锅炉正常运行的水冷壁受热面磨损难题又摆到了技术人员面前。而对于检维修行业中，更多的是采取在水冷壁表面增设防磨层的方式来增加锅炉运行周期。本文介绍了华锦集团热电公司多年来水冷壁受热面典型部位磨损形式，以及对锅炉维修中常选用的几种防磨方法进行分析对比，在以后防磨措施选择上有很大的借鉴作用。

关键词：循环流化床锅炉；水冷壁；受热面；磨损形式；防磨措施

引言

热电公司共有5台循环流化床锅炉，主要承担着为下游“十一五”石化装置供汽的任务，锅炉总的负荷有限，尤其在冬季，下游用汽量增大，5台锅炉除检修时间外一直处于运行状态，事故停车势必会影响蒸汽平衡，给下游装置稳定、安全、满负荷生产造成巨大影响。而循环流化床锅炉不出现事故停车几乎是不可能的。近几年来，热电公司停车事故多数是因为水冷壁受热面受到磨损所致。据统计，热电公司在2009-2016年期间，因水冷壁管受到磨损原因发生爆管停车达25次，占停炉事故总数的76%。由此可见，只有解决磨损问题，才能大大降低意外停车事故，减少或避免经济损失。

1 锅炉事故停车危害

锅炉水冷壁管受到磨损后，会发生减薄，一旦承受不了内部压力就会发生水冷壁管泄漏，高压的汽水混合物夹杂着烟灰直接剧烈冲刷更多邻近或对向的水冷壁管，造成大面积泄漏，使汽包水位很难维持，床温急剧下降，被迫紧急停炉，使锅炉降温过快，会给锅炉耐火材料，炉管带来损伤。同时给后续的检维修也带来很大影响，锅炉受热面爆管后处理的难度很大，而且还要组织大量人力、物力清理床料、重新加入床料，搭、拆脚手架，更换泄漏管束等工作，花费时间较长，严重影响整个系统蒸汽平衡。

2 常见磨损部位

在平时水冷壁检修过程中，5台锅炉的磨损存在一些共性部位，同时也存在一些典型的磨损区域。

2.1普遍磨损位置

锅炉炉膛密相区耐火材料上沿0-5米区域内水冷壁管磨损相对上部区域点数较多、磨损较为严重，磨损形式均以深沟和均匀减薄为主；在靠近烟道出口水平位置的前后墙、侧墙、水冷屏出现不同程度的偏磨现象。

2.2 典型的磨损区域

3 常见磨损因素

3.1 磨损机理

物料对管壁的磨损速率与其速度、浓度及粒度关系为：

E∝W3D2U

式中：E—磨损速率 W—物料速度

D—物料粒度 U—物料浓度

3.2 水冷壁磨损因素

3.2.1 烟气流速影响

烟气流速越高磨损越严重，磨损量与烟气速度的三次方成正比。一次风越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃烧情况的扰动就越剧烈，水冷壁磨损量就越大。

3.2.2 烟气浓度的影响

烟气内颗粒浓度越大，水冷壁磨损量越大。因为颗粒数越大，对管壁的撞击和冲刷越强烈。在循环流化床锅炉运行中，负荷越高，床层密度及床层差压越大，说明颗粒浓度越大，磨损量越大。

3.2.3 燃料性质的影响

燃料颗粒硬度、灰分越大，對水冷壁管壁的切削作用越强烈，磨损量越大。

为了降低燃烧成本，目前热电公司采取在燃料中掺烧一定比例的褐煤，而褐煤与烟煤相比，褐煤的硬度、灰分、水分相比烟煤较大，这样势必会增大水冷壁磨损速率；水分的增加，也会提高烟气流速加剧磨损。

3.2.4 检修质量的影响

受热面在维修后，没有达到圆滑过渡，出现凸起，形成涡流加剧水冷壁管磨损；水冷壁鳍片板没有满焊，造成大量烟气颗粒外漏，导致的水冷壁管侧面的磨损。

3.2.5 耐火材料脱落影响

由于炉膛密相区的出渣口、二次风口、给煤口、回料阀出口、吊屏及穿墙处等耐火材料脱落都会造成局部不规则，加大了局部涡流和局部冲击，加剧了水冷壁磨损。

例如：3#锅炉因西侧回料腿出口耐火材料脱落导致水冷壁磨损停车事故；2#锅炉过热屏穿墙处耐火材料脱落导致水冷壁磨损停车事故。

3.2.6 锅炉本身设计影响

受锅炉自身动力场影响，烟气在炉膛流速分布是不均匀的，四角处的烟气流动速度比较大，流动也复杂，磨损要比其他部位严重；热电公司4#、5#锅炉烟道出口上部到顶棚距离不足，烟气转向距离不够，造成对顶棚的冲刷。

4 防磨技术的应用

在防磨过程中，在运行调整方面、来煤管理方面、给煤粒度方面、检修质量方面都加强的同时，热电公司在防磨技术上也积极大胆的研究和考察应用。

目前，锅炉行业中，采用的防磨技术有：让管技术、镶嵌防磨护瓦技术、防磨梁技术、热喷涂技术、熔敷堆焊技术等。下面对几种常见防磨技术应用进行分析比较。

因为锅炉初始设计原因，目前只有1#、4#、5#锅炉采取了让管技术，2#、3#锅炉均未采取让管技术。通过表2分析结果，在日常检修中，热电公司采取的是比较成熟的镶嵌防磨护瓦、热喷涂、熔敷堆焊三种防磨技术，在实际应用中也得到了很好效果。

自2009年投运至2013年不到4年的时间里，热电公司4#、5#锅炉前墙角因机械磨损就造成了5次停车。2013年5月4#锅炉更换镶嵌防磨护瓦，10月5#锅炉更换镶嵌防磨护瓦，至今两台锅炉换护瓦处没有发生过爆管。磨损前超差状态，更换熔敷堆焊管对与均匀减薄，磨损较轻区域采用热喷涂技术。

热电公司2#锅炉过热器穿墙处耐火材料边缘水冷壁管，经多次检测数据综合分析该处存在异常磨损现象，甚至在2016年1月还发生过爆管。后将其更换熔敷堆焊合金管，运行两个周期后磨损状况得到大大改善。

但在实际锅炉检修中，主要是考虑工程进度、经济和质量问题，通过表3进行分析如下：

通过表3得出，金属喷涂最耐磨，但厚度有限制，不能超过0.6mm，施工最简便灵活，造价低，但抗磨周期短；堆焊合金和镶嵌合金护瓦这两种防磨技术造价相对于喷涂较高，且只能工厂定制现场安装，施工中有一定局限性，他们均属于靠厚度来防磨，抗磨周期较长，但镶嵌护瓦防磨因影响锅炉传热效率不宜大面积应用；熔敷防磨是其他几种防磨技术的提高，防磨层可以再生修补，维修简便，现场施工灵活，可以同时上多台设备，适合典型磨损和磨损严重部位的应用。

5 应用效果

在锅炉建设运行之初，热电公司的1#锅炉号称“礼拜炉”，爆管事故频繁发生，甚至1个月发生多起爆管停车事故。随着不断的摸索，对炉内特殊部位进行改造，锅炉能运行更长时间，但这远远没有达到技术人员要求，经历十多年的发展，新型防磨技术也不断的出现，我们大胆的采取了一些成熟的防磨技术，到目前为止，我们的锅炉检修一次运行时间至少达到180天，较最初提高了10几倍。

6 结论

通过对上述磨损部位、磨损方式、防磨措施的分析对比，总结出对典型部位磨损，尽可能采取熔敷堆焊技术防磨；磨损不严重区域，采用金属热喷涂技术防磨；对于镶嵌护瓦防磨技术，虽然抗磨效果很好，但其影响锅炉传热，运行中镶嵌护瓦易脱落，产生不确定因素导致停车事故，不建议采用。

参考文献

[1] 车得福，庄正宁，李军等. 锅炉 西安交通大学出版社

[2] 上海大屯能源股份有限公司. 循环流化床典型磨损事故分析 中国水利水电出版社

（作者单位：北方华锦化学工业股份有限公司工程分公司）