摘要：循环流化床锅炉(简称CFB锅炉)除了高效节能、低污染地清洁燃烧优点以外，还有一个最大的特点就是燃料适用的广泛性。正因为如此，大多的循环流化床锅炉都燃用了高水份、含灰量极大的劣质煤，燃烧时，烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些灰粒以极高的速度冲刷炉壁及其设备，使其表面受到剧烈的磨损，发生局部的严重破坏，甚至导致事故停炉，因此，我们必须了解飞灰磨损的规律，分析出主要磨损的部位极其原因，经济有效地选用耐磨材料，设计合理的抗磨结构，使磨损危害减少到最轻的程度。
关键词：循环流化床锅炉；磨损机理；防磨技术
我国一次能源以煤炭为主，在煤炭资源中，劣质煤占有相当大的比重，环境保护要求日益提高，一次能源日趋紧张。循环流化床(CFB)锅炉作为一种高效、洁净、成熟的发电技术， CFB锅炉具有污染排放低、燃料适应性强和负荷调节性能好等特点。常规煤粉炉只能燃用设计煤种，一般不能燃用劣质煤。CFB锅炉可燃用煤矸石、劣质煤、泥煤和工业废弃物等，可缓解我国动力煤紧张的局面。能有效减轻环境污染，提高煤炭资源的综合利用效率。受热面和炉壁，由于受到含有高温、高浓度固体颗粒的气流冲刷而被磨损，严重地威胁锅炉的安全与经济运行，CFB锅炉的防磨问题是困扰CFB锅炉技术发展的关键因素。
1 磨损机理及主要磨损部件
在工程实际应用中，由于机械作用、间或伴有化学或电的作用，物体工作表面材料在相对运动中不断发生损耗、转移或产生残余变形的现象称为磨损。按磨损机制不同，可把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损和微振磨损等类型。在循环流化床锅炉中，炉内受热面的磨损主要表现为冲蚀磨损。冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击造成的磨损。
冲蚀磨损有 2 种基本类型：一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损，这 2 种磨损冲蚀表面流失过程的微观形貌不完全相同。冲刷磨损是颗粒相对固体表面冲击角较小，甚至接近平行。颗粒垂直于固体表面的分速度使它楔入被冲击物体，而颗粒与固体表面相切的分速度使它沿物体表面滑动，2 个分速度合成的效果起刨削作用。如果被冲击的物体承受不住这种作用力，就会被切削掉一小块，经过大量、反复的作用，固体表面将产生磨损。
撞击磨损是指颗粒相对于固体表面冲击角较大，或接近垂直时，以一定的运动速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变形或显微裂纹，在大量颗粒长期、反复撞击下，逐使塑性变形层整片脱落而形成的磨损。在循环流化床锅炉炉内受热面的磨损中，床料颗粒与金属件和耐火材料的冲击角度一般为0°～90°，因此，循环流化床锅炉炉内水冷壁的磨损是上述2类磨损的综合。影响循环流化床锅炉磨损的因素很多，主要有燃料灰特性(灰粒特性、灰成分特性)、床料特性、部件或局部的结构特点、物料循环方式、运行参数及受热面的特性等。降低炉内受热面磨损速率的根本方法是降低贴壁流的颗粒浓度及速度。从目前电厂的运行情况看，循环流化床锅炉主要磨损区域包括：
(1)炉膛四周水冷壁，包括密相区耐磨耐火层、密相区与水冷壁管交界处、炉膛四角区域、炉膛出口烟窗区域、炉膛中部管壁、屏穿墙区域及不规则区域。
(2)炉膛内水冷屏、过热屏、再热屏下端。
(3)水冷布风板及风帽。
(4)炉顶受热面。
(5)旋风分离器及其进出口烟道内表面，立管
及返料装置内表面。
(6) 尾部对流烟道。
(7) 外置床换热管。
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2 主要防磨技术
磨损速率是固体浓度，速度、粒子特性及流道几何形状的函数，磨损通常发生以下区域，如：燃烧室下部、回料装置与燃烧室出口周围、分离器入口、分离器正对入口的圆筒面及燃烧室中的各类孔门周围的磨损。通常情况下CFB锅炉中有如下部位采用非金属耐磨耐火材料设计防磨衬里。（1）水冷壁布风板。（2）燃烧室下部四周水冷壁表面。（3）燃烧室内布置的水冷屏、过热器屏下端表面及其穿墙周围的水冷壁表面。（4）燃烧室出烟口周围及出烟口流道内表面。（5）分离器整个内表面。（6）料腿及回料装置内表面。（7）分离器出口烟道内表面和尾部对流烟道入口内表面。
2.1燃烧室的防磨结构设计
（1）由于燃烧室下部密相区物料浓度很高，混合及湍流流动非常强烈，所以该区域非常易于磨损。因此在下部密相区衬有一定厚度的耐磨耐火浇注料，这些耐磨耐火材料由焊在管子表面上的金属销钉固定。
（2）燃烧室内布置有水冷屏和二级过热器屏，其下部均处在气固两相流的流场中，易于磨损。尤其在穿墙处，由于流场发生变化，磨损更厉害。因此这些区域需要敷设耐磨浇注料。
2.2分离器的防磨设计
分离器是循环流化床锅炉的关键部件，分离效率对循环流化物料的粒径分布和物料量都有较为关键的作用。分离器内的耐磨耐火材料如果脱落、结焦，将直接影响分离效率，影响循环物料的正常平衡状态，影响锅炉负荷等性能参数;脱落的耐磨耐火材料碎块进入返料装置中，将破坏返料器的流化状态直至不能正常回料，造成被迫停炉，所以防止耐磨耐火材料脱落是十分重要的。在分离器、回料阀中，由于大部分耐磨砖都是垂直安装的，而且荷载很重，因此，必须采用分层卸载结构，否则会由于集中荷载过大而导致耐磨砖坠落的问题。对于汽冷分离器，主要采用内衬薄层耐磨浇注料结构，通过不锈钢抓钉固定。
2.3 回料装置的防磨设计
采取耐磨材料与保温材料配合的结构形式，其形式基本有以下几种:
（1）耐磨砖衬里+保温砖形式，耐磨砖与耐磨砖之间的灰桨缝为2 mm，为解决膨胀每隔一定间隔留有膨胀缝。在适当的高度设有高温热强钢制的托架把耐磨砖的重量分层传递到钢壳上。（2）耐磨砖衬里+保温浇注料，适合于钢壳形状较复杂及其它不适合保温砖的部位，耐磨砖与耐磨砖之间的灰桨缝为2 mm，适当间隔留有膨胀缝，每间隔一定高度设砖托分层卸载。
（3）耐磨浇注料+保温浇注料，适用于耐磨衬里表面复杂部位及设备顶面，这种结构最普通的形式是按一定规律布置/Y0型抓钉用以固定耐磨衬里，抓钉上要涂1 mm厚沥青解决金属抓钉与耐磨浇注料之间的温胀差异，耐磨浇注料按2%的比例加入不锈钢纤维，耐磨衬里要适当留有膨胀缝。
3 结语
在防磨治理工作中我们在了解了循环流化床锅炉磨损机理、掌握了影响炉管磨损的因素、探索一般磨损规律及特殊磨损规律之后，开拓创新，积极预防，才能防止受热面磨漏事故的发生，从而减少非计划停炉次数，才能使循环流化床锅炉的安全性、经济性得到充分保证，达到长周期安全稳定运行。
参考文献
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[3] 刘晓军. 浅谈循环流化床锅炉炉膛受热面磨损及防治[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015(29).
论文作者:冯志强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：磨损论文; 耐磨论文; 锅炉论文; 流化床论文; 表面论文; 水冷论文; 固体论文; 《基层建设》2017年第18期论文;