摘要：在锅炉定期检验过程中发现循环流化床锅炉存在的问题较多，检验的难度较大。受管理人员的素质，燃料的品质，运行人员的水平等因素影响，循环流化床锅炉连续安全运行时间短，维修频繁、成本较高，给企业造成较大的经济损失。循环流化床锅炉受热面磨损及爆管是非计划停炉的主要原因，其中水冷壁磨损最为普遍。为了预防磨损，使用单位一般采取补焊、堆焊、喷涂、加装防磨挡板、增设防磨梁以及涂刷耐磨涂料等措施，大部分使用单位都采用较为单一的防磨措施，虽然对缓解冲刷磨损起到了一定作用，但防磨效果不明显。
关键词：循环流化床锅炉；水冷壁；磨损机理；控制措施
1水冷壁磨损原因分析
循环流化床锅炉水冷壁的磨损程度、磨损速率等与燃料颗粒的粒径大小，运动速度、烟气成分、受热面温度、运动形式等有着密不可分的关系。燃料颗粒在炉膛中的流动形式为环形流动，即中心区域的颗粒随着空气一起向上流动，而炉膛四周靠近水冷壁管的颗粒顺着膜式壁向下流动。
造成水冷壁磨损的主要原因有以下几个：（1）跟随烟气快速向上流动的燃料颗粒对水冷壁管造成的磨损；（2）流动速度比较慢，沿着管壁向下流动的燃料颗粒对水冷壁管冲刷造成的磨损；（3）由于不规则几何形状所带来的局部涡流所造成的磨损；（4）炉膛内局部射流对水冷壁管造成的磨损。炉膛内部局部射流主要为一、二次风空气射流及给料口射流，一、二次风口及给料口位于炉膛底部，周围水冷壁被浇注料所覆盖，对水冷壁管的磨损很微弱，本文暂不讨论。
运行中燃料颗粒对水冷壁的磨损机理可以用冲刷磨损来解释。其中，最为典型的水冷壁磨损是底部浇注料上方过渡区域水冷壁管的磨损，该磨损主要发生在底部浇注料上方200~600mm区域内，随着高度的增加，磨损会逐渐减小。炉膛中部的燃料在一次风的作用下以流化状态向上运动，而炉膛四周的燃料灰沿着水冷壁向下运动，两个方向相反的流动，且因为贴壁燃料灰的运动方向会因为底部浇注料的形状而改变，极易产生涡流。
与此同时，沿着水冷壁向下流动的颗粒在碰到底部浇注料的时候会发生反弹，更加加重了对水冷壁的磨损。
不规则区域管壁磨损机理与上述机理相似，比如穿墙测点开孔处的弯管、对接焊缝及有焊瘤和咬边的鳍片焊缝、水冷壁管和防磨金属涂层交界处、水冷壁管的机械损伤、凸起等部位。尤其是水冷壁管的对接焊缝如果没有打磨平整、光滑，焊缝附近的管壁会受到极其严重的磨损。
2磨损机理分析
2.1磨粒磨损
物体表面与磨粒相互摩擦引起表面材料损失的现象叫磨粒磨损。它是指一个表面与硬质物体或硬质颗粒接触，产生切削或刮擦作用，引起材料表面破坏。在流化床系统中，磨粒磨损十分普遍。磨粒磨损的机理是磨料颗粒的机械作用，它与磨粒的相对硬度、大小、形状、固定程度以及载荷作用下磨粒与被磨表面的力学性能有关。由于影响因素众多，很难对于循环流化床锅炉水冷壁管受磨粒磨损情况建立起一个完备系统性的数学模型，故很难定量讨论，只能定性分析。在一次风机与二次风机开动的条件下，循环流化床物料在锅炉炉膛中心区域以上升流为主，四周边壁区以贴壁下降流为主，正常运行时炉膛内部流体流动。
2.2耐火浇注料与水冷壁管交界处磨损原因分析
循环灰沿锅炉内壁下落到水冷壁与耐火浇注料交界处上部堆积，形成约45°的自然堆积角，之后下落的灰沿坡面下滑，避免冲刷水冷壁管，可以起到减小磨损的作用。在水冷壁与耐火浇注料交界上部的过渡区内，由自然下落的积灰在耐火浇注料上部形成斜坡，称为“软着陆”区域。沿锅炉内壁炉内向上运动的固体颗粒与向下流动的固体颗粒运动方向相反，这样使得“软着陆”区域的细颗粒减少，大颗粒增多，导致“软着陆”的效果减弱，沿炉膛壁面向下流动的固体颗粒在交界处流动方向发生了改变，因而对水冷壁管产生冲刷磨损。
2.3炉膛四角的管壁磨损原因分析
炉膛水冷壁四个角落区域的管壁磨损，主要原因是由于在四角产生的叠加作用使该区域内壁面向下流动的固体物料密度增加，流动状态也发生了改变。假设在炉膛的四个内壁面上向下的颗粒层厚度为a，则在四角处，有部分重叠区域，其密度为每个壁面中间的2倍，故在炉膛的四角处，会形成较为严重的磨损。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.4不规则区域管壁磨损原因
不规则区域管壁如炉墙开孔处的弯管，管壁上的焊缝，原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。运行经验表明，即使很小的几何尺寸的不规则也会造成局部的严重磨损，炉墙开孔处的弯管区域发生了不同程度的磨损，其中开孔上部的弯管磨损较轻，而开孔下部的弯管则磨损比较严重。
3防止水冷壁磨损常采用的方法
3.1局部堆焊
局部堆焊是防磨比较常见的一种措施，是通过金属融化焊，在受热面上形成一层金属熔化层，以此来提高磨损的时间，此措施工艺简单，但受施焊人员的水平制约。在检修时间短，热负荷不高的情况下，此措施为首选。
3.2防磨挡板
防磨挡板也是较为常见的一种防磨措施，是在水冷壁上的鳍片上焊接3-5mm宽的金属板，其防磨原理是降低水冷壁贴壁流的流速，减缓水冷壁磨损。
3.3防磨梁
防磨梁也是一种较为常见的防磨措施，其原理与防磨板相同，都是降低水冷壁贴壁流的流速，减缓水冷壁磨损。检验过程中发现，在启停频繁的锅炉，防磨梁开裂，破损的几率会增大，造成局部磨损较为严重。
3.4喷涂
喷涂技术发展到今天一般可以分为两种，一种是常见的热喷涂，一种的是冷喷涂。热喷涂一般为超音速电弧喷涂，是指以电弧为热源，将融化的金属用超音速气流雾化，并高速喷射到工件表面形成涂层，使材料表面得以保护和强化的一种技术。利用电弧喷涂，可以在不积热、不用贵重底层材料的情况下，获得致密的表面性能和结合强度的涂层。冷喷涂是这几年发现出来的新技术，代表技术为3D打印，该技术运用金属粉末状可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造防磨层的技术。喷涂是通过涂层的硬度及厚度，来降低磨损的数率，以此提高运行时间。防磨喷涂受喷涂材料，喷涂位置，喷砂处理是否彻底等因素影响较大，水冷壁间距一般在10-20mm左右，喷枪往往对这个区域很难直射，所以导致这个区域喷涂厚度小于管正面。
3.5熔敷
熔敷技术是利用熔敷热源将具有一定性能的材料熔敷在工件表面上，形成冶金结合的一种工艺过程。熔敷是利用熔敷的工艺在工件表面获得耐磨性能的较好的金属层，硬度一般在HRC50以上。熔敷防磨后，水冷壁壁厚会增加1.5-2mm，熔敷层与管子母材是完全的冶金结合，保证管壁热阻增加很小，熔敷后管子表面积会增加10-15%，所以熔敷后对锅炉管没有负面影响。熔敷防磨层的可修补性、可焊接性强，锅炉磨损较大区域，可以实施多层熔敷增加熔敷层厚度来预防磨损。
3.6蓝泥防磨
蓝泥防磨是西欧、日本广泛采用的一种防磨方式，这种方法最大的优点是可以用蓝泥将循环流化床锅炉卫燃带的浇注料平台作平滑过渡，从而消除涡流在此部位的发生。蓝泥还可将防磨面做到任何高度，而施工厚度不致过厚（壁管前侧5mm左右），上部可作平滑过渡。这种方法还有一个优点就是质保期过后，可随锅炉检修做简单修补，仍可获得一个较长的运行年限。此方法不但适用于卫燃带处水冷壁管的防磨，还可用于密相区等浇注料脱落的修补，对运行时间较长、磨损较严重的锅炉使用效果尤为明显。蓝泥防磨成本较高，同样区域的成本高于防磨板，防磨梁2倍以上。
结论
国内中、高压循环流化床锅炉数量众多，循环流化床锅炉由于其设计原理与运行机制，水冷壁的磨损是不可避免的，同时，也是该种锅炉最主要的失效形式之一。要想解决该问题，需要在锅炉的设计、制造、安装、运行等每个环节都认真对待。设计要合理，制造、安装要保证质量，焊口要与母材保持平整，机械硬伤、凹坑要补焊填充并打磨光滑；运行中在非必要情况下保持工况稳定，并优化参数来控制燃料颗粒的粒径，降低烟气流速、燃料颗粒浓度，从多个角度使锅炉减少爆管事故，延长使用寿命。
参考文献：
[1]李华，等.循环流化床锅炉水冷壁磨损及过热的分析和预防[J].中国设备工程，2017，（4）：33-34.
[2]王金枝，肖明，等.循环流化床锅炉膜式水冷壁管磨损及处理[J].国网技术学院学报，2017，13（4）：43-46.
论文作者:刘尚松
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：磨损论文; 水冷论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 流化床论文; 颗粒论文; 管壁论文; 《电力设备》2018年第32期论文;