大型流化床鍋爐防磨研究

循環(huán)流化床鍋爐在生產(chǎn)運(yùn)行中，出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，影響了機(jī)組的可靠性運(yùn)行。比照磨損的機(jī)理及主要影響的因素，分析受熱面的磨損規(guī)律，選擇適合的防磨措施，合理的參數(shù)控制，使磨損損害減少到小程度，從而提高CFB鍋爐運(yùn)行的可靠性。文中首先概述了大型CFB鍋爐磨損機(jī)理與現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上又結(jié)合電廠防磨調(diào)整手段和措施，進(jìn)而根據(jù)CFB鍋爐的磨損情況選取合適的防磨措施。

  【關(guān)鍵詞】 受熱面 磨損 措施

  CFB鍋爐與常規(guī)的煤粉爐相比還存在一些問(wèn)題。其中磨損問(wèn)題制約著CFB鍋爐長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行，本文結(jié)合郭家灣電廠實(shí)施的鍋爐防磨措施，總結(jié)出數(shù)條適用性廣、行之有效的防磨手段，希望對(duì)磨損問(wèn)題的研究有參考價(jià)值。

  1 電廠鍋爐簡(jiǎn)介

  郭家灣電廠鍋爐是采用哈鍋?zhàn)灾餮邪l(fā)設(shè)計(jì)制造的HG-1065/17.5-L.MG44循環(huán)流化床鍋爐。主要由單爐膛雙布風(fēng)板、4個(gè)高溫絕熱分離器、4個(gè)自平衡“U”形回料閥、尾部對(duì)流煙道、2個(gè)管式空氣預(yù)熱器、6臺(tái)滾筒冷渣器等部分組成。

  2 鍋爐磨損機(jī)理

  受熱面、金屬部件和耐火材料的磨損主要表現(xiàn)為沖蝕磨損。沖蝕磨損有兩種類(lèi)型：一為沖刷磨損，一為撞擊磨損。沖刷磨損，顆粒與固體表面的沖擊角較小，顆粒垂直于固體表面的分速度使它鍥入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動(dòng)，兩個(gè)分速度合成的效果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時(shí)間延長(zhǎng)而變化不大。撞擊磨損，顆粒相對(duì)于固體表面的沖擊角較大，或接近于垂直，以一定的運(yùn)動(dòng)速度撞擊固體表面疲勞破壞，隨時(shí)間遷移，磨損速率有增加的趨勢(shì)，甚至變形層脫落，導(dǎo)致磨損量突升。

  3 防磨措施

  3.1 影響磨損的因素

  研究和測(cè)試表明：金屬壁面的磨損速率與顆粒速度呈立方關(guān)系，與顆粒直徑呈平方關(guān)系，即有：

  公式中 ——磨損速率；K——系數(shù)；——顆粒速度；——顆粒直徑。

  可見(jiàn)，當(dāng)與都增加1倍，增加32倍；當(dāng)與都增加0.5倍，增加7.6倍。

  表面較為平滑或棱角較多的顆粒對(duì)金屬壁面的磨損速率影響差別很大，顆粒棱角較多，材質(zhì)較為堅(jiān)硬磨損會(huì)比較嚴(yán)重。

  固體顆粒的濃度越高，磨損速率就越大。濃度和磨損成正比。

  流道的形狀對(duì)磨損速率也有影響，比如流道中凸出的部分磨損就大，凹陷的部分棱角處磨損也比較大。流道和顆粒方向平行磨損就輕。

  可見(jiàn)磨損速率與固體顆粒的速度、顆粒特性、濃度、及流道的形狀有關(guān)。還有金屬溫度的升高會(huì)使得金屬的硬度下降，耐磨性能降低。

  3.2 常見(jiàn)的防磨措施

  3.2.1 運(yùn)行調(diào)整中常見(jiàn)的防磨措施

  （1）控制煙氣速度。對(duì)煙氣流速的控制可以有效地減輕飛灰磨損。但煙氣流速的降低，將造成煙氣側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)的降低，并增加積灰與堵灰的可能性，因而應(yīng)完全考慮，以確定經(jīng)濟(jì)、合理的煙氣流速。

  （2）控制飛灰濃度。磨損量與飛灰濃度成正比。飛灰濃度大，灰顆粒撞擊受熱面的點(diǎn)數(shù)多，磨損量大；鍋爐流過(guò)轉(zhuǎn)向室后，飛灰濃度集中于煙道外側(cè)，因而省煤器管子的外側(cè)部分將產(chǎn)生較大的磨損。此外，運(yùn)行中燃用高灰分、低熱值的煤時(shí)，飛灰濃度也會(huì)增大，繼而使磨損加重。

  （3）控制床溫。床溫直接影響煙氣和受熱面的溫度，床溫升高，煙氣和受熱面的溫度升高，從外觀看，床溫的變化對(duì)飛灰的磨損性影響不大，但溫度的變化勢(shì)必會(huì)影響受熱面管壁的溫度，管壁溫度的變化勢(shì)必影響金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度，使其耐磨性能降低。當(dāng)床溫升高時(shí)，金屬的壁溫也隨之升高，此時(shí)，金屬的熱應(yīng)力增加，同時(shí)，金屬壁面形成的氧化膜和金屬的熱膨脹系數(shù)不同，以及高溫腐蝕的影響，金屬管壁變形出現(xiàn)扭曲、凹凸點(diǎn)，流道的形狀變化致使磨損加劇，長(zhǎng)時(shí)期高溫運(yùn)行，磨損的加劇程度更大，所以，運(yùn)行中床溫的控制一定要加強(qiáng)限制，不宜過(guò)高、也不宜大幅波動(dòng)、更不允許長(zhǎng)期的高溫運(yùn)行，床溫的控制范圍約為：850℃～950℃之間。

  （4）控制燃料特性。受熱面的磨損量與燃料、床料的直徑大小有關(guān)，直徑小，受熱面所受到的沖腐磨損小。隨著直徑的增加，磨損量增加。較硬的顆粒對(duì)金屬管壁的磨損也比較嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)際情況選取合適的煤和矸石，來(lái)減小磨損量。

  （5）控制燃燒風(fēng)量。運(yùn)行中如果燃燒風(fēng)量使用過(guò)大，除對(duì)燃燒安全、經(jīng)濟(jì)造成影響外，還會(huì)由于煙氣量的加大而使磨損速度增加。計(jì)算表明，省煤器處的過(guò)量空氣系數(shù)由1.2增大為1.3時(shí)，磨損可能會(huì)增加約25%。

  3.2.2 檢修工藝中常見(jiàn)的防磨措施

  （1）敷設(shè)耐火材料。這種方式需要在水冷壁管上焊接銷(xiāo)釘以固定耐火材料。該技術(shù)在鍋爐密相區(qū)和爐膛出口周?chē)鷱V泛應(yīng)用，施工簡(jiǎn)單，防磨效果好，但會(huì)導(dǎo)致鍋爐換熱特性下降，敷設(shè)完成后還需要進(jìn)行烘爐和熱養(yǎng)護(hù)。

  （2）焊接護(hù)瓦。這種方式主要用于水冷壁與耐火材料的結(jié)合部位，尤其是在密相區(qū)上部與水冷壁結(jié)合部位、分離器出口附近敷設(shè)耐火材料的水冷壁管邊緣部位、爐膛頂部敷設(shè)耐火材料水冷壁管的邊緣部位、尾部受熱面蛇形管的迎風(fēng)面、風(fēng)水聯(lián)合冷渣管蛇形管的迎風(fēng)面等，防磨效果相對(duì)較好。

  （3）金屬噴涂。金屬噴涂一般用在密相區(qū)上部水冷壁1～2m、給煤口正面的水冷壁、中隔墻水冷壁下的前后墻水冷壁、爐膛的四角、爐膛頂部、尾部煙道頂部等部位。

  （4）讓管技術(shù)。讓管是改變水冷壁管的幾何形狀，利用耐磨耐火材料結(jié)合簡(jiǎn)易彎管使垂直段耐磨耐火材料與上部水冷壁管保持平直，將旋渦形成于耐火材料區(qū)域而避免磨損水冷壁。這種防磨措施主要應(yīng)用于密相區(qū)上部與水冷壁結(jié)合處，若結(jié)合焊接瓦技術(shù)，防磨效果將更好。

  （5）爐內(nèi)防磨梁。是在錐段上水冷壁加裝間距不等的多道耐火防磨橫梁，通過(guò)降低爐膛四周近壁區(qū)顆粒團(tuán)（貼壁流）沿著壁面向下加速流動(dòng)的速度，減輕下落粒子對(duì)管壁的沖擊來(lái)減輕磨損。這種防磨梁凸臺(tái)主要由耐磨耐火澆注和龜甲網(wǎng)組成，通過(guò)銷(xiāo)釘將凸臺(tái)固定在水冷壁上，凸臺(tái)沿水冷壁高度方向以一定間距水平或傾斜多階布置，防磨效果較為理想。   3.3 郭家灣電廠運(yùn)行中的防磨措施

  郭家灣電廠運(yùn)行中的防磨理念是“以減磨來(lái)實(shí)現(xiàn)防磨”。具體措施如下：

  3.3.1 降低床壓

  床壓的大小是反映爐內(nèi)物料量多少的參數(shù)，該廠在滿足負(fù)荷要求的情況下，逐漸降低床壓運(yùn)行，并分析每次改變床壓后的運(yùn)行情況，維持床壓在3-4kpa之間，一次風(fēng)壓在17kpa以內(nèi)，風(fēng)室壓力保持在11—12.5 KPa。比原來(lái)有了較大幅度的降低，高負(fù)荷時(shí)控制偏低值，低負(fù)荷時(shí)控制偏高值，在該范圍內(nèi)床壓過(guò)低、過(guò)高的不利影響均得到有效控制。使?fàn)t內(nèi)物料濃度得到很好的控制。

  3.3.2 降低氧量，減少一二次風(fēng)量

  CFB鍋爐的風(fēng)量由一次風(fēng)、二次風(fēng)和其它流化風(fēng)組成。一次風(fēng)經(jīng)爐膛底部的布風(fēng)板送入爐膛，首先是流化床料，其次提供燃燒初期的氧量供應(yīng)，維持一定的床層溫度，保證爐膛的熱量傳遞。二次風(fēng)在布風(fēng)板之上1.5～3米左右的位置分內(nèi)外送入爐膛，風(fēng)速較高、穿透力較強(qiáng)，和密相區(qū)未燃盡的碳粒、一氧化碳?xì)怏w等混合，提供燃燒所需要的空氣。如（圖1）所示，循環(huán)流化床鍋爐的一、二次風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷的變化而變化，其它風(fēng)量基本保持穩(wěn)定，不隨鍋爐負(fù)荷變化而變化。

  風(fēng)量配比原則：在一次風(fēng)滿足流化的前提下，相應(yīng)地調(diào)整二次風(fēng)。循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行前均要進(jìn)行冷態(tài)試驗(yàn)，并得到不同料層厚度的臨界流化風(fēng)量曲線，通過(guò)溫度的修正得到熱態(tài)不同料層厚度的臨界流化風(fēng)量曲線，在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)以此作為調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)量的下限。二次風(fēng)量調(diào)整主要依據(jù)爐膛出口煙氣中的氧量調(diào)整，在低負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行，一般二次風(fēng)投入量很小。通過(guò)調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)量及配比，使煤在爐膛內(nèi)充分燃燒。一次風(fēng)控制床溫，二次風(fēng)控制氧量（1%-3%），在床溫允許的范圍內(nèi)降低氧量運(yùn)行。

  3.3.3 保證合格的入爐粒度

  當(dāng)運(yùn)行中，物料中粗顆粒較多時(shí)，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒的分額過(guò)大，爐床將超溫結(jié)焦。為了避免結(jié)焦，減少給煤量，會(huì)造成鍋爐的出力達(dá)不到要求，此外為防止粗顆粒沉積而引發(fā)事故，通常采用大風(fēng)量運(yùn)行，不僅在額定負(fù)荷下風(fēng)門(mén)大開(kāi)，而且在低負(fù)荷時(shí)，也不關(guān)小風(fēng)門(mén)。如此運(yùn)行，不僅引起煙氣量增加，煙氣溫度的變化，而且會(huì)因大風(fēng)量而造成揚(yáng)析量增加，密相床的燃燒分額下降，飛灰的濃度增加，同時(shí)，通過(guò)對(duì)流受熱面的煙速上升，磨損加大，形成惡性循環(huán)。如果顆粒組中的細(xì)顆粒較多，則床層不易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細(xì)的顆粒也將被揚(yáng)析，加大尾部受熱面的磨損，同時(shí)，難以保證煙氣出口的粉塵排放要求。所以嚴(yán)格控制入爐煤粒度符合下列寬篩分要求（表1）。

  4 結(jié)語(yǔ)

隨著流化床鍋爐大型化技術(shù)的日漸成熟，循環(huán)流化床鍋爐的防磨不僅要在設(shè)計(jì)中采取措施，而更要注重優(yōu)化鍋爐各項(xiàng)參數(shù)來(lái)減弱磨損。CFB鍋爐的防磨通過(guò)多種手段、多項(xiàng)措施共同實(shí)施，可靠性會(huì)越來(lái)越高。