（山西省锅炉压力容器监督检验研究院 太原市 030012）
摘要：循环流化床锅炉受热面因磨损导致泄漏是造成其停炉事故的主要原因。本文结合作者多年的锅炉检验检测经验，对循环流化床锅炉的磨损机理、特点进行探讨分析，总结了磨损发生的主要部位及磨损原因，提出了切实可行的防磨措施。
关键词：循环流化床；磨损量；磨损机理；冲蚀
Circulating fluidized bed boiler heating surface wear and abrasion proof measures
Meng Xiang-ding，Ma Xi-cheng
（Boiler pressure vessel inspection institute of Shanxi Province，Taiyuan 030012，China）
Abstract：It is the main reason for circulating fluidized bed boiler shutdown which is caused by wear and leakage of the heating surface. Combining with the experience of boiler inspection and testing for many years，this paper analyzes the wear mechanism and characteristics of circulating fluidized bed boiler and sums up the main parts and the causes of wear. At last the author puts forward practical measures to prevent wear.
Key words：circulating fluidized bed；the wear volume；the wear mechanism；erosion
循环流化床锅炉不同于传统的煤粉锅炉，它的固体床料是由燃料、石灰石、燃料灰及其反应产物组成，在炉膛 → 分离器 → 返料阀 → 炉膛这个封闭的循环回路中不停的高温循环流动；床料除了在这一回路中做外循环流动外，还在重力作用下，不断的进行炉内内循环流动。因此，循环流化床锅炉所采用的这一特殊的燃烧方式，造成其受热面磨损问题比其它锅炉更为严重，更直接影响锅炉的安全运行。
1 循环流化床锅炉磨损机理及特点
根据磨损机理，磨损可分为腐蚀磨损、冲蚀磨损、黏着磨损、疲劳磨损等。对于循环流化床锅炉来说，它的磨损主要是冲蚀磨损造成的。冲蚀磨损分为两类：一种是固体颗粒运动方向与受热面的夹角较小几乎接近平行，颗粒垂直于受热面表面的分速度使它锲入被冲击表面，而相切的分速度又使它沿受热面滑动，在这两种分速度的共同作用下形成了刨削作用，这种磨损对受热面造成的磨损速率随时间变化不大。另一种是固体颗粒运动方向与受热面的夹角较大，几乎接近垂直，以一定的速度撞击表面，在其长期、反复的作用下使表面产生疲劳破坏，随着时间变化，磨损速率有增长趋势。
受热面的磨损状况主要与物料的粒径、浓度、硬度以及受热面的壁温有关，当物料粒径较小时，受热面上所受到的冲蚀磨损也就很小。随着物料粒径的增大，所受到的冲蚀磨损也随之增大，但粒径大到一定程度后（临界粒径），冲蚀磨损也不会继续增大。从图1可以分析出，当粒径在0.1mm以下，磨损量随着粒径的增大而增加，粒径很小时，对受热面的冲蚀磨损很小；当粒径超过0.1mm后，受热面的磨损量变化非常缓慢或者几乎不变[1]。
一般认为，不同的物料硬度对磨损的影响情况也不同，当物料硬度越接近或者高于受热面材料硬度时，磨损情况会急剧增加。对于循环流化床锅炉来说，运行一段时间后，受热面会氧化形成一层坚硬的氧化膜。从表1可以看出，氧化膜的硬度远高于炉内物料的硬度，因此受热面上氧化膜的形成很关键。根据运行人员的经验，循环流化床受热面的壁温在400℃附近与磨损之间的关系变化比较明显。当受热面壁温低于400℃时，由于氧化膜没有形成，所以磨损速率较大；当壁温超过400℃继续增加，这时会产生热应力，因氧化膜与受热面金属的膨胀系数不同，导致部分氧化膜脱落，再加上高温腐蚀等因素的影响，会导致磨损的速率有所增加。
2 主要受热面的磨损及原因分析
2.1 炉膛水冷壁
炉膛水冷壁的磨损在锅炉受热面的磨损中是最严重的部件之一。根据炉膛水冷壁不同部位的磨损情况，可将磨损水冷壁划分成三中情况。
1、炉膛下部耐火材料过渡区域内水冷壁管的磨损
造成磨损的主要原因是沿炉膛水冷壁向下运动的固体颗粒因遇到过渡区域内的凸台而改变运动方向，从而对水冷壁管产生冲刷磨损。另外原因是沿管壁向下流动的固体颗粒与炉内的上升气流在局部形成涡旋流。在冲刷和涡流的共同作用下，使过渡区域内的水冷壁管产生局部沟槽和小坑。
2、不规则水冷壁管的磨损
这部分磨损主要是因为不规则水冷壁改变了固体颗粒的运动方向，对其局部流动特性造成较大绕动，从而对水冷壁管产生冲击磨损。不规则水冷壁管包括炉墙开孔处的弯管、穿墙管、水冷壁管上的焊缝处等。根据运行人员的经验，即使不规则的几何尺寸很小也会引起严重的磨损，因此在设计和安装过程中要引起重视。
3、炉膛四角区域水冷壁管的磨损
炉膛四角区域水冷壁的磨损在循环流化床锅炉检修时也比较常见。造成磨损的主要原因是炉膛四角区域内向下流动的固体颗粒浓度比较高，同时流动状态又遭到了破坏，因此该区域内的水冷壁磨损比较严重。
2.2 炉膛其它受热面的磨损
目前大型的循环流化床锅炉炉膛除了布置水冷壁，还布置有屏式过热器、再热器、水冷蒸发屏等。由于过热器、再热器及蒸发屏和水冷壁同样布置在炉膛内，其磨损的机理基本相似，也是取决于各受热面的结构形式和物料的流动特性。对于炉膛顶部受热面所受到的磨损，因其位置处于高浓度、高速度烟气流动的必经通道上；再加上炉顶位于上升烟气流的转弯处，在离心力的作用下，大量的固体颗粒甩向了炉顶，更增大了炉顶受热面的磨损。
2.3 尾部烟道对流受热面的磨损
一般对流受热面由过热器、省煤器及空预器组成，自上而下安装在尾部烟道，磨损部位常发生在省煤器两端和空预器入口处。循环流化床锅炉的对流受热面位于旋风分离器之后，虽然分离器的分离效率可以达到99%，但由于炉内烟气携带着高浓度的灰分，使得经分离器后进入尾部烟道烟气中的灰量绝对值依然很高。在尾部烟道中，灰分颗粒是随烟气向下流动，再加上重力加速度的作用，因此灰分颗粒的绝对速度是由烟气流速和重力速度合成的。磨损速率与运动速度和粒径有关，与运动速度呈三次方关系，与颗粒直径呈二次方关系，即：
δ=k u3 d2
式中δ——磨损速率；k——系数；u——运动速度；d——颗粒直径
因此在尾部烟道设计过程中要充分考虑上述因素，合理选择风速，合理布置受热面，避免对流受热面磨损。同时为了防止低温腐蚀，受热面应选择合适的材质[2]。
3 防磨的主要措施
3.1 炉膛水冷壁的防磨措施
炉膛下部耐火材料过渡区域内水冷壁是循环流化床锅炉磨损最严重的部位之一。它的防磨措施有以下几种：1、改变该区域固体颗粒的流动特性，在水冷壁上加装防磨梁改变固体颗粒的流动方向。2、改变该区域水冷壁的几何形状，即采用水冷壁让管技术使耐火浇注料与上部水冷壁保持在一个平面上，固体颗粒就会沿壁面继续向下运动，从而消除该区域的磨损。3、采用表面处理技术，对水冷壁管起到保护和强化的作用。随着技术的不断发展目前的处理技术有热喷涂、电镀、热浸镀、渗氮等[3，4]。
在施工过程中尽量保持水冷壁壁面的光滑、平整，任何凸起的位置都会带来严重的磨损。比如向火侧的焊缝需要磨平，突出物也要割除或磨平使壁面保持平整。对于无法避免的部位应采取合适的防护措施，比如浇筑耐磨料、喷涂耐磨材料等方法。对于局部磨损严重的部位还可以采用防磨堆焊技术，使母材具有更高的耐磨性能。
3.2 炉膛其它受热面的防磨措施
这些受热面主要指过热器和再热器，它们的磨损状况直接关系到机组的安全运行应重点防范，一般常采用的防磨管有Ω管屏、平底管、方型管等。另外根据循环流化床锅炉运行人员的经验，在设计时尽量避免将炉内受热面的管屏布置在炉膛出口截面附近，否则会加剧管屏的磨损。
3.3尾部烟道对流受热面的防磨措施
尾部烟道对流受热面的磨损问题也比较严重，不同位置的磨损情况也不同，应根据实际情况选择合适的防磨措施[5]。
常采用的措施有以下几种：
（1）对局部磨损严重的对流管采用厚壁管或加装防磨套管、防磨罩；
（2）部分对流管采用表面处理技术，喷涂、渗氮等；
（3）加装烟气导向挡板，防止烟气走偏造成局部流速过快加剧磨损；
（4）在对流受热面管束的结构布置上，应尽量采用顺列布置；
（5）在运行时控制好鼓风机、引风机的运行频率，防止烟气流速过快导致加快磨损速率。
4 结论
（1）为防止磨损在设计过程中应尽量减少水冷壁壁面的凹凸不平，与水冷壁管的交接处应尽量平滑过渡。在选择烟气流速时，要充分考虑到烟速对磨损的影响。
（2）在施工过程中严格按照设计图纸要求进行施工。水冷壁向火侧的焊缝余高要磨平，保证壁面的光滑、平整。要保持好各个对流管束间的间距，防止个别管束间距过大形成风道加剧磨损。
（3）在运行时要选择合适的煤种，调整好风量，控制好烟气流速，同时要监测好炉膛温度，防止炉膛受热面超温。在停炉检修时要认真检查水冷壁管的磨损情况，检查各个管屏的平整度，烟气挡板是否脱落，对流管束的防磨瓦、防磨罩是否脱落等。
参考文献：
[1]路春美，程世庆，王永征等. 循环流化床锅炉设备与运行[M]. 2版.北京：中国电力出版社，2008.
[2]曾东和，刘明云. 35t/h循环流化床锅炉防磨改造与完善[J]. 锅炉制造，2006（3）：5~6.
[3]方伟，尹方玉，韩家跃. 循环流化床锅炉膜式水冷壁管屏防磨喷焊工艺[J]. 焊接，2005（6）：18~20.
[4]于美杰，徐勇等. 高温耐腐蚀涂层在循环流化床锅炉水冷壁中的应用研究[J]. 试验与研究，2003（5）：23~26.
[5]李长林，高秀岚，郑福民. 循环流化床锅炉受热面的磨损原因分析及预防措施[J]. 东北电力技术，2005（10）：36~38.
第一作者简介：孟祥定，男，高级工程师，本科，锅炉压力容器检验检测
论文作者:孟祥定,马喜成
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
标签：磨损论文; 水冷论文; 炉膛论文; 流化床论文; 锅炉论文; 粒径论文; 烟气论文; 《电力设备》2017年第6期论文;