摘要：循环流化床锅炉具有显著的优势，是目前广泛使用的炉型之一。但由于各种原因造成水冷壁管磨损，发生局部破坏，甚至导致停炉事故。严重影响了锅炉的使用安全性和效率。本文在对水冷壁管磨损形成原因分析的基础上，探讨了预防磨损的对策。
关键词：循环流化床锅炉；磨损机理；预防措施；
一、水冷壁管的磨损机理
1.1影响锅炉受热面磨蚀的关系式如下
E∝upndpKCτ/2g；E――磨蚀量；up――烟气中固体粒子的速度；dp――固体粒子直径；C――烟气中固体粒子浓度；K――比例常数，表示物料和气体的磨损特性；τ――运行时间；g――重力加速度。从公式可以看出，锅炉受热面的磨蚀量与固体粒子速度的n次方成正比，根据不同学者研究，n值在3.0～4.3之间；与粒子浓度、粒子直径成正比；与K成正比，K决定于床料颗粒密度、灰的成分和床料颗粒形状，K通过试验确定。锅炉受热面的磨损还受到床料温度，床料硬度，受热面材料硬度，管束结构和布置间距的影响。循环流化床燃烧室内金属受热面的磨损机理与气固两相流的流动模式有关。磨损方式有冲击磨损、切削磨损、接触疲劳磨损和综合磨损。
循环流化床锅炉炉膛内，典型的气固两相流的流体动力学模形，为中心向上环状流和固体物料的贴壁下滑流，固体物料沿水冷壁的贴壁下滑流是水冷壁管产生磨损的主要原因。炉膛水冷壁管的严重磨损与回流物料突然改变方向有关。改变方向的部位主要有:①水冷壁与浇注料卫燃带的分界面处;②膜式水冷壁管与鳍片焊接缺陷处;③水冷壁其它突出部位。
1.2造成水冷壁管磨损泄漏的主要原因是
膜式水冷壁管与鳍片焊接缺陷处。在膜式水冷壁与耐火防磨层卫燃带处采用水冷壁弯管（防磨弯）的防磨方式。由于弯管的存在，防磨弯处的水冷壁管不容易在锅炉生产厂家焊接成管屏后，整屏弯制，需要在施工现场单根对焊。由于弯管的存在增加了水冷壁及鳍片的焊接难度。虽然锅炉生产厂家要求，水冷壁于炉膛内的安装焊口，焊后必须打磨，直至与管子外壁平齐，由于现场施工的困难，仍然存在焊肉凸出问题；在鳍片对焊处存在错口、凸台和凹坑。
1.3锅炉炉膛水冷壁管的磨损分类
分为双体磨损和三体磨损。双体磨损是由于固体物料与水冷壁接触，水冷壁受到向下回流物料的冲刷。三体磨损，是沿炉膛壁面运动的固体物料受颗粒团的碰撞，利用贴壁物料做为介质使水冷壁产生磨损。其中，三体磨损是循环流化床锅炉水冷壁磨损的主要形式。由于在现场施工焊接中，水冷壁管及鳍片对接处出现了凸台、凹坑，凸台、凹坑的存在使固体循环物料在此处改变了流动方向，出现了涡流。涡流的出现改变了固体循环物料贴壁下滑流对水冷壁的单纯冲刷、切削磨损，出现了涡流对水冷壁管的接触疲劳磨损，最终形成综合磨损。
二、水冷壁管磨损预防措施
2.1炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区防磨对策
冷态试验和运行的流化床锅炉表明，壁面处向下流动的高浓度固体物料流对管壁磨损有重要影响，因此在水冷壁管上加焊挡板(在挡板上下亦可浇注耐火耐磨材料)以阻止向下流动的固体物料，可达到水冷壁管防磨的目的。运行表明，采用此种措施后水冷壁管的磨损大大减轻。第二种防磨方法是改变水冷壁管的几何形状，耐火耐磨材料结合简易弯管使卫燃带区域与上部水冷壁管保持平直。这样固体物科沿壁面平直下流，消除了易磨区。第三种防磨方法可配合上述两种方法进行，即对易磨区的水冷壁管进行防磨喷涂，这种方法也可单独进行。目前运行的循环流化床锅炉几乎都对此易磨区进行了防磨喷涂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.2炉膛四周角落区域管壁的防磨对策
炉膛角落区域水冷壁管的磨损也相当严重，特别是由于安装原因，造成密封鳍片的上下重叠，凹凸不平，运行中不仅磨损鳍片也冲刷管壁。此处防磨的最有效措施是将角落的鳍片焊上销钉，浇注上耐火耐磨材料。运行表明，其效果较好，得到了广泛应用。
2.3不规则区域管壁的防磨对策
不规则水冷壁管的磨损和爆管仅次于炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域壁管的磨损和爆管。由于压力测孔，人孔等处的水冷壁管不规则，气、固两相流很容易在此处造成涡流冲刷和磨损。如不采取措施，一般在运行3000h后，就会发生严重的磨损和爆管。为此采用喷涂硬质合金或浇注耐磨耐火浇注料的方式来达到防磨的目的。运行表明，采用浇注耐磨耐火浇注料对不规则水冷壁管可起到很好的防磨作用。另外由于安装原因造成安装焊缝特别是密封鳍片的上下重叠，凹凸不平等原因造成壁面不光滑，很容易在运行中导致水冷壁管严重磨损，直至爆管。其防磨的有效办法就是将凸起的焊缝磨平，凹进的焊补平直，安装过程中遗留下来的铁件或未打浇注料的销钉，一定要清除干净并打磨光滑。
2.4一般水冷壁管的防磨对策
目前尚未发现炉膛水冷壁管直管严重磨损的情况，一般仅发现水冷壁管被磨亮。此区域水冷壁管的防磨，要从运行方面调整，在确保流化风量和氧量的前提下，尽量降低流化风量，炉膛出口负压不要过大；其次要从入炉煤粒度入手，确保循环流化床锅炉的给煤粒度要求，粒度减小后，不仅可以减少用电量，减轻锅炉磨损，同时也可以提高床温并能降低灰渣可燃物。
2.5其他防磨技术对策
2.5.1膜式壁让管技术对于新设计的循环流化床锅炉。使浇注层与膜式壁形成上下一致的垂直平面。但由于浇注层与膜式壁很难平滑过渡，运行一段时间后容易形成台阶，因此磨损还是存在。下流的颗粒在浇注层碰撞反弹后都向炉膛中心侧运动，而不会向水冷壁管侧运动，因此基本上不会对水冷壁管产生冲蚀。对于已投用的锅炉，采用让管技术因改造投资过大而难以得到应用，因此必须采取其他的防磨措施。
2.5.2采用热喷涂技术热喷涂技术是一种材料表面保护和强化的防磨技术。它以气体、液体燃料以及电弧等离子弧作热源。将金属、合金、陶瓷、塑料等粉末或丝材、棒材加热到熔化或半熔化状态，借助于火焰推力或压缩空气喷射而粘附到预先经过表面处理的工件表面形成涂层，以达到提高工件性能，延长设备使用寿命的一种技术。一般采取对浇注层以上1m范围的水冷壁管进行热喷涂防磨，管子表面的喷涂层对缓解该处的磨损确实有一定的效果。
2.5.3加防磨横梁的方法进行防磨根据磨损与颗粒的运动速度、颗粒浓度的关系，我们采用在炉膛浇注层以上的水冷壁管上，采用每一定高度浇注防磨横梁的办法来防磨，同时在运行时横梁上能自然形成堆积层。其防磨原理是：加防磨横梁后，沿壁下流的颗粒到横梁速度下降，然后再下降。由于横梁的距离与原先炉膛的高度相比大大缩短，颗粒的下降速度将大大减少。根据磨损公式，磨损量与颗粒速度的n次方成正比，因而磨损量也将大大减少。加防磨横梁，在横梁上会形成灰层。由于灰层较软，落在灰层的颗粒，基本上不会发生反弹。这样也就不会发生颗粒反弹后对水冷壁管的冲蚀。加防磨横梁后，由于横梁占据水冷壁面积不大，并不会影响炉膛的传热。
结束语
当前，循环流化床锅炉需要运行的时间正在不断延长，预防磨损的要求也变得越来越高。笔者相信，耐磨材料的完善与发展将能够提高锅炉的安装工艺及检修水平，从而有效延长机组运行的周期。
参考文献
[1]高少娟.循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策[J].煤气与热力，2011，37（10）：429-430.
[2]罗必雄.大型循环流化床锅炉机组工艺设计，中国电力出版社，2010.4.
[3]梁进林.汽冷式旋风分离器在300MW循环流化床锅炉上的应用[J].应用能源技术，2011，27（16）：3317-3318.
[4]叶振华.循环流化床锅炉燃烧室浇注料与膜式壁交界处管壁磨损问题的探讨及处理措施[J].化学工程与装备，2011，18（22）：547-548.
论文作者:辛俊巍
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/22
标签：水冷论文; 磨损论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 流化床论文; 固体论文; 物料论文; 《电力设备》2018年第15期论文;