摘要：随着社会经济和科学技术不断发展，我国电力事业发展迅速，循环流化床锅炉作为一种高效的清洁型燃煤发电技术，其在现代发电领域有着越来越广泛且重要的应用，并且循环流化床锅炉设备表现出明显的大型化发展趋势。但由于循环流化床锅炉水冷壁表面的下行颗粒流率和炉膛的颗粒浓度较高，导致循环流化床锅炉的水冷壁磨损问题异常突出，如何做好循环流化床锅炉的安全管理和运行管理，科学分析水冷壁磨损的故障现象和问题成因，并以此为基础制定合理化的磨损预防对策，是现代热电企业必须面对和解决的现实问题。笔者即从330MW循环流化床锅炉入手，就其水冷壁磨损常见形式、磨损原因及磨损预防措施，发表几点看法，以供相关人员参考。
关键词：330MW循环流化床锅炉；水冷壁；磨损；成因分析；预防
近几年，我国社会经济发展迅速，相应带动了我国电力事业的快速发展，无论是产业规模还是发电能力，均有了长足的发展和提高，极大地满足了现代社会建设发展的电力能源供应需求。在这种环境下，循环硫化床锅炉在现代发电领域得到了越来越广泛的应用，同时表现出明显的大型化、规模化发展特征。循环流化床是一种高效、清洁的燃煤发电技术，循环流化床锅炉是其核心工艺设备，该设备的运行性能和运行质量，直接影响着整个工艺流程的安全性和经济性。但受到循环流化床锅炉自身的一些工艺特性和运行特性影响，其在使用运行过程中，较容易出现水冷壁磨损的问题，如不能针对此问题进行科学的预防和控制，就会严重威胁循环流化床的运行安全和经济运行。本文即围绕330MW循环流化床锅炉，就其常见的水冷壁磨损故障类型、磨损原因、以及磨损预防对策，进行了分析和探讨，具体内容如下：
一、330MW循环流化床锅炉常见水冷壁磨损问题分析
循环流化床锅炉运行过程中，燃烧室内气相、固相中的固体粒子的运动方向并不固定，属于不规则运动，对受热面的磨损作用也不尽相应，常见磨损问题主要有以下几种形式：
（一）冲击磨损分析
冲击磨损具体是指气相、固相中的固体粒子直接冲击热面管子造成的磨损问题，冲击方向一般为竖直方向，随着时间的推移，管子表面将出现显微裂纹或塑性变形，并且在固体粒子反复、多次的冲击下，变形层会逐渐脱落，最终产生磨损。冲击磨损的危害主要表现在造成管子表面的疲劳破坏方面，极大地增加了爆管的风险。
（二）切削磨损分析
如气相、固相中的固体粒子不是以垂直方向冲刷受热面管子，而是带有一定的角度，尤其是保持平行、高速冲刷状态，就会对管子表面造成强烈的切削冲击，随着切削作用的影响持续加剧，就会导致爆管问题的发生。切削磨损问题再管子折角、焊口等部位作用尤为明显。
（三）接触疲劳磨损问题分析
如气相、固相两相在流动过程中，受到金属受热面管子的阻挡作用，并在管子背风面形成涡流，就会由于固体粒子涡流的作用，而对管子背风面造成磨损，也就是接触疲劳磨损。
（四）综合磨损问题分析
如气相、固相两相中的固体粒子按照一定的角度多次、反复冲刷受热面管子，就会在往复运动过程中，同时对管子表面造成冲击磨损、切削磨损、以及接触疲劳磨损等多种磨损，这种复杂的磨损问题就是综合磨损。一般情况下，循环流化床锅炉燃烧室内膜式水冷壁与耐火防磨层间的管子磨损问题，就是综合磨损。
二、造成330MW循环流化床锅炉水冷壁磨损问题的成因分析
（一）受到锅炉燃烧室内气固两相中固体粒子的粒度和浓度影响
就循环流化床锅炉而言，其在燃烧运行过程中，锅炉燃烧室内气相、固相两相流保持中心区域固体粒子和气体向上流动的流动模式，周边四壁的固体粒子则保持向下流动的流动模式，二者共同组成“环核流动模型”。中心区域和四壁区域间的固体粒子除了基本的向上、向下运动外，同时存在着横向的主相交换，并且这种主相交换会由上至下逐渐加强，也就是说发生在燃烧室下部和过渡区的立即交换程度要明显强于燃烧室上部。
在上述环境下，燃烧室内的粒子浓度分布表现出明显的“上部小，下部大”特征，中间则存在一个过渡段。从固体粒子大小的角度判断，燃烧室下部的粒子普遍较粗，而上部的粒子则相对较细，中部区域粗细粒子混合分布，表示中部为过渡区。受循环床锅炉燃烧室内部固体粒子浓度分布、流动模式、以及粒度分布的特征影响，下部区域的金属受热面受磨损影响较为明显和严重，同时四角区域也是磨损的重点发生区域。另外，如燃烧室内受热面并不垂直或表面存在突起，突起部位也必然会受到严重的磨损影响。
（二）受到锅炉燃烧室内气固两相中固体粒子的方向和速度影响
除锅炉燃烧室内气固两相中固体粒子的粒度和浓度影响外，还可从流体力学的角度，根据锅炉燃烧室内气固两相中固体粒子的方向和速度，对锅炉水冷壁磨损问题的产生原因，进行进一步的探究。如从气固两相固体粒子中随意选取一个固体粒子进行分析，其在运动过程中，即受到向上气流的“浮力”也受到自身重力的影响，并且这两种力的方向相反。如两种力的大小相等，则固体粒子在气流中悬浮，不会发生下落运动，而是保持长时间的飞翔运动，此时的气流速度即被称为“飞翔速度”。如气流速度超过飞翔速度，固体粒子就会以持续减少的加速度做向上运动；如气流速度低于飞翔速度，固体粒子就会以持续增强的加速度做向下运动。
另一方面，锅炉燃烧室内气固两相中固体粒子的形状、大小存在着明显差异，故而粒子间的运动速度也存在着明显差异。一般来说，小粒子具有的运动速度要大于大粒子具有的运动速度，在实际运动过程中，就不可避免地发生粒子间的碰撞问题。受粒子间的碰撞影响，大粒子的运动速度会不断加快，气流速度分布也会越发的不均匀，当气流经过因碰撞而旋转的粒子时，就必然会带给粒子一个与垂直于气流方向的里，从而导致粒子趋向炉膛四周集中。在这种运动作用下，就会给循环流化床锅炉水冷壁造成较严重的磨损。
三、加强循环流化床水冷壁磨损保护的措施分析
（一）水冷壁让管改造措施分析
由以上分析可知，气固两相固体粒子的浓度、粒度和速度是影响锅炉水冷壁磨损程度的关键因素，同时由于水冷壁与耐火防磨层所处位置的固体粒子浓度、速度、粒度较大，故而这一部位的磨损问题较为突出和严重。因此，相关操作人员可通过水冷壁让管改造的方式，降低水冷壁受到的磨损作用，如图一所示。
图一 某循环流化床锅炉水冷壁让管改造示意图
（二）增设防磨台措施分析
虽然水冷壁让管改造可有效减少固体粒子对水冷壁的冲击和磨损，但对于改造条件和改造工艺有着较高且严苛的要求，对于部分条件不允许或不适用水冷壁让管改造的情况，操作人员还可通过增设防磨台的方法，直接实现对水冷壁的防磨保护，降低冲刷磨损对其的破坏影响。
结语：
综上所述，随着我国电力事业不断发展，相关企业及人员需全面提高对330MW循环流化床锅炉水冷壁磨损问题的重视和关注，从问题常见表现形式和问题成因入手，积极采取相应的预防措施进行防护，进而降低水冷壁的磨损问题影响，促进我国电力事业进一步的健康发展。
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[3]啟运,周星龙,陈宁武等.330MW循环流化床锅炉水冷壁磨损分析[J].神华科技,2016(02).
论文作者:曹峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/12
标签：磨损论文; 粒子论文; 流化床论文; 水冷论文; 锅炉论文; 固体论文; 速度论文; 《电力设备》2018年第3期论文;