（广州环保投资集团有限公司 510330）
摘要：循环流化床锅炉由于具有燃料适应性强、环保指标易控制等优点，在全国得到了迅速发展。由于循环流化床锅炉炉内物料浓度为煤粉炉的几十倍到上百倍，因此磨损问题始终是困扰其安稳长运行的一大难题，本文阐述了锅炉水冷壁管的磨损机理，从设计思路、设计方案、施工方案及使用效果上全面介绍非金属多阶阻流梁在2#CFB炉上的应用。
关键词：循环；锅炉；多阶阻流梁；磨损
1 前言
广州石化动力二站拥有2台465t/h循环流化床锅炉，生产厂家为美国福斯特、惠勒公司，1#炉于2007年12月投产，2#炉于2009年5月投产，设计燃料为100%高硫石油焦，较核燃料为70%高硫石油焦+30%烟煤。自2016年下半年开始，国内燃料市场价格发生巨大波动，石油焦价格不断上涨，最高达1800元/ t，而原煤价格只有700元/ t，鉴于石油焦和原煤的巨大价格差，动力二站锅炉大比例掺烧原煤将具有巨大的经济效益。但是，原煤的热值只有石油焦的2/3，同等负荷将需要更多的燃料量，将大大提高炉内物料浓度，加剧炉内水冷壁管磨损。因此，在分公司降本增效的经营指导方针下，解决炉内水冷壁管的磨损问题是一项刻不容缓的问题。
2磨损机理
循环流化床锅炉在运行过程中其床料分两种方式循环：一种是床料上升至顶部进入分离器后下到返料腿，重新返回炉膛，这种循环叫做外循环；一种是床料在炉膛中间上升至炉膛顶部再沿炉膛边壁下降到密相区，这种循环叫内循环（如图1a）。内循环的循环量是外循环的3-5倍。目前出厂的CFB锅炉防磨重点主要在分离器及密相区，在此区域敷设了耐火耐磨材料。但在实际运行中，各地的循环流化床锅炉水冷壁普遍存在着剧烈磨损问题，以致锅炉安全稳定性差，运行周期短，爆管事件频发。其主要原因见图1a，床料及飞灰顺着炉膛四周的水冷壁快速下降形成“贴壁流”，贴壁流对水冷壁管造成严重磨损。目前研究表明物料对管壁的磨损速率与其速度、浓度及粒度关系为：
E=k.U3.d2.μ
式中：E——磨损速率，μm/100h
K——灰特性系数
U——物料速度，m/s
d——物料颗粒直径，m
μ——物料颗粒浓度，g/（m2.s）
式中可以看出，磨损速率与物料成三次方关系，与颗粒直径成平方关系，与物料浓度成正比。由于贴壁流的流速对水冷壁管磨损影响最大，因此只要降低了贴壁流的流速，磨损速率就会极大幅度的降低。多阶阻流梁就是利用阻流梁改变循环流化床锅炉炉内物料的循环模式（见图1b），将物料流速由原来的8 m/s降低到2 m/s，水冷壁管的磨损降降低为原来的1/64。
3设计思路
阻流架设计前，先根据锅炉的结构尺寸和热力参数建立理论模型，然后用所建模型模拟计算锅炉炉膛的流动场状态和颗粒物分布状态以及数据化的浓度数值，并计算颗粒物的速度分布场和速度数值；对锅炉多年来实际运行的各热力参数和炉膛磨损状况进行针对性分析，得出本锅炉的实际磨损特性；比对模拟计算数值与实际运行结果，为阻流架设计的准确性提供可靠依据。
设计阻流架时，在上述模拟计算以及理论与实际相结合的分析基础上，根据温州科得利自有的专利技术的指数规律设计阻流梁布置方式，结合锅炉的结构特点（焊缝布置状况、浇筑料布置状况、过热屏布置状况等），形成下密上疏的结构形式，使得贴壁烟气及飞灰（床料）形成上快下慢的指数规律，同时考虑并消除锅炉结构中的一些受磨损管道的薄弱环节。设计中，仔细考虑锅炉燃煤特性和额定运行参数等，在水冷壁一定的标高处分别布置阻流梁形成一个完整的炉膛阻流架，以有效控制水冷壁贴壁烟气流速以及自上而下运动的固体颗粒速度，逐级实现短距离的软着陆和减轻局部“涡流”、“漩流”、“紊流”的作用强度，从而显著减缓水冷壁的磨损，真正体现主动式防磨理念的优良的实用效果。
4 设计方案
根据模拟计算结果和炉膛磨损分析结论，以及上述的项目目标、设计思路与所积累的成功设计经验，综合考虑各方面的因素，在确保阻流架对床温、负荷、炉膛差压、一次风量、总风量等运行参数的影响降低至最小程度前提下，以保证阻流防磨效果为目的；为此，在本CFB锅炉炉膛内侧四周（前墙、后墙、左墙、右墙）相对标高12.700m、14.300 m、16.275 m、19.600 m、24.360 m、28.106 m处分别布置阻流梁，共6道上凹弧面的梯形阻流梁，共同组成防磨指数阻流架（见图2）。其中自下而上的第一道、第三道、第五道梁的形状相同，第二道、第四道、第六道梁的形状相同。阻流梁由耐磨可塑料和钢筋抓钉等构成。抓钉用φ8mm的Cr25Ni20钢筋制成，抓钉外表用沥青全面包覆一层约1mm厚的沥青作为抓钉的伸缩缝隙，抓钉前端包覆一层约2mm厚的沥青层，以消除抓钉的线性膨胀应力对耐火材料造成的内部破坏。阻流梁每1000mm留设3mm厚的膨胀缝。膨胀缝留设成非直通式结构，缝内填充两层（厚度2-3 mm）的陶瓷纤维纸。
图2 阻流梁布置示意图
5 施工方案
5.1 按施工图纸要求进行标高定位（标高位置为阻流梁的上沿），并在已测定好的标高位置分段用水平管测出水平点，然后用20#细线拉出水平线，并用白色油漆笔在水冷壁管表面上划出需要布置阻流梁的水平线。
5.2在确认标高水平线的水冷壁管及鳍片位置，用钢刷或钢丝轮仔细清理表面上灰垢、结渣物等。
5.3对于有耐磨涂层的鳍片位置，必须用砂轮磨光机将鳍片上的涂层仔细打磨去除干净，否则将会影响抓钉的焊接可靠性，甚至影响水冷壁管的强度。
5.4抓钉选用φ8mm-Cr25Ni20圆钢制作，按照图纸要求将抓钉焊接在相应鳍片位置，使用A312焊条焊接，根部必须满焊。
5.5对抓钉表面进行沥青刷涂，抓钉外表用沥青全面包覆一层约1mm厚的沥青，抓钉前端包覆一层约2mm厚的沥青层。
5.6在抓钉根部下70mm处，每隔约1.5米的鳍片上焊接φ8mm的“L”型A3F钢托架，在“L”型钢托架铺设支力敲打模板，并在模板底部和外壁上粘帖塑料薄膜。
5.7按照图纸要求，使用耐磨耐火可塑料进行施工制作阻流梁。
5.8 本项目利用2011年3月2#CFB炉大修机会，进行了阻流梁的施工。图3为现场抓钉施工及阻流梁外型图，图4为阻流梁整体结构图。
图4为阻流梁整体结构图
6 应用效果
6.1 大修后进行额定负荷试验，床温上升10-20℃，运行一次风量增加量<设计值的4%，运行总风量增加量<设计值的5%，排烟温度与改造前持平，达到项目设计性能准则。
6.2 利用2017年8月由于卫燃带过渡区耐磨耐后可塑料脱落导致水冷壁管爆管抢修的机会，进入炉膛进行检查，六道阻流梁外观良好，无脱落、开裂现象，对第一至四道阻流梁上20mm处抽管测厚400处，水冷壁管厚度均在4.2mm之上，达到了项目设计目标。
6.3 经过大修改造后，2#CFB炉达到100%全烧煤工况，2#CFB炉累计烧原煤达100000吨，节约生产成本2000万元。同时，由于原煤含硫量在1%左右，而石油焦含硫量在6%左右，因此节约了大量的石灰石三剂费用。
参考文献：
［1］岑可法、倪明江、严建华等.循环流化床锅炉理论设计与运行［M］北京：中国电力出版社.2006.07：665-670
［2］李先、康利生、刘永强等.循环流化床锅炉水冷壁管磨损预防措施分析［J］内蒙古电力技术，2011，29（3）：46-47.
［3］广州石化2#CFB炉多阶阻流梁设计、施工说明书，温州科得利有限公司
论文作者:许春德
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/5
标签：磨损论文; 水冷论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 石油焦论文; 流化床论文; 物料论文; 《电力设备》2018年第21期论文;