陳栓變

（太原鍋爐集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021）

1 概述

循環(huán)流化床鍋爐由于具有煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、燃燒穩(wěn)定、爐內(nèi)燃燒中添加石灰石低成本脫硫、灰渣可以綜合利用等優(yōu)點(diǎn)[1]，近年來得到廣泛應(yīng)用。

雖然，循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已基本成熟，但是影響循環(huán)流化床鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的局部的問題依然存在。其中循環(huán)流化床鍋爐受熱面磨損問題一直是困擾其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一[2]。 其中又以爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的磨損為主。

為了有效解決爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的磨損，在鍋爐設(shè)計(jì)中采取了各種防磨措施解決該問題，本文主要介紹常用的幾種防磨措施以供參考。

2 循環(huán)流化床鍋爐爐膛交界處磨損原理及影響因素

2.1 普通磨損機(jī)理

攜帶有灰粒和未完全燃燒燃料顆粒的煙氣通過受熱面時(shí)，粒子對受熱面都會(huì)造成磨損，并且這種磨損是不均勻的，凡是煙速較大或飛灰濃度較大的部位，受熱面的磨損就較為強(qiáng)烈。例如靠近墻壁的管子彎頭部分，由于這些地方縫隙較大，煙速較高而形成嚴(yán)重的局部磨損。

受熱面金屬表面的磨損正比于飛灰粒的動(dòng)能和撞擊次數(shù)，飛灰粒的動(dòng)能同速度的平方成正比，而撞擊次數(shù)同速度的一次方成正比。這樣，管子金屬的磨損就同煙氣流速的三次方成正比例。可見煙速的大小對受熱面磨損的影響是很大的。

2.2 防磨的一般原則

為避免受熱面過大的磨損，最主要的是正確的選取煙氣流速，比如，當(dāng)燃用褐煤時(shí)爐膛煙氣流速一般可大于5m/s，當(dāng)燃用硬度較大的煤種（如矸石）時(shí)煙氣流速則應(yīng)小于4.5 m/s，即需要根據(jù)燃用煤種的特性來確定煙氣流速以減小對受熱面的磨損。

減少煙氣中飛灰濃度，特別是防止局部濃度過高，也是避免受熱面嚴(yán)重磨損的有效辦法。但總灰量決定于燃料的灰分和發(fā)熱量，當(dāng)燃用高灰分、低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤時(shí)，飛灰濃度大，對受熱面的磨損也大。

另外還可以通過加裝防磨設(shè)備來保護(hù)受熱面。比如，噴涂硬質(zhì)合金就是為了提高管子的耐磨性，防止因水冷壁管磨損而頻繁出現(xiàn)泄漏、爆管或大量換管。

2.3 爐膛水冷壁與密相區(qū)的交界處的磨損

CFB鍋爐爐膛內(nèi)存在著大量物料的內(nèi)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，物料被風(fēng)帶入爐膛上部后向四周移動(dòng)，然后在爐膛四周形成“貼壁回流”，在下降過程中受到任何的干擾都會(huì)在干擾處造成磨損。如果鰭片內(nèi)被澆筑料、床料、焊瘤等堵塞，物料向一側(cè)或兩側(cè)流動(dòng)，就會(huì)形成對水冷壁的磨損。

2.4 影響交界處的磨損的因素

影響交界處的磨損的因素主要有煤種、顆粒度、料層厚度、一次風(fēng)、二次風(fēng)、耐火材料的高度、爐膛收縮角度等。燃用煤質(zhì)較硬、自爆性差的煤對交界處易磨損；煤的顆粒度大，必然采用較大的一次風(fēng)量，粗顆粒容易被帶出密相區(qū)，增加對交界處磨損；料層越厚，一次風(fēng)量越大，床層高度就越高，粗顆粒越易被帶出密相區(qū)，增加對交界處易磨損；二次風(fēng)進(jìn)口距離交界處越近，在交界處越易造成顆粒的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，交界處越易磨損；密相區(qū)的耐火材料的有效高度越低，粗顆粒很容易被帶出密相區(qū)，交界處越易磨損；爐膛收縮角度越大，在相同的一、二次風(fēng)的比例下，布風(fēng)板上煙氣流速越高，粗顆粒在爐膛下部獲得動(dòng)量越大，越易被帶出密相區(qū)，交界處越易磨損。

3 目前交界處防磨措施現(xiàn)狀

經(jīng)過多年實(shí)踐，目前有關(guān)交界處防磨措施主要有在交界處焊防磨鰭片技術(shù)，在交界處一定范圍進(jìn)行防磨耐磨涂層技術(shù)，交界處采用軟著陸技術(shù)，交界處的讓管技術(shù)等。

3.1 交界處焊防磨鰭片技術(shù)

交界處焊防磨鰭片主要是為了消除爐膛內(nèi)由于內(nèi)循環(huán)形成的貼壁回流的循環(huán)灰對管壁的磨損。即在交界處以上200~250mm范圍內(nèi)，布置錯(cuò)列布置的鰭片，用其切碎渦流來消除物料對管子的磨損，如圖1所示。

圖1 防磨鰭片布置圖

交界處焊防磨鰭片較好地解決了對管子的磨損。目前的經(jīng)驗(yàn)表明，防磨鰭片對小容量鍋爐，特別是35t/h以下的鍋爐效果較好。

3.2 耐磨涂層技術(shù)耐磨涂層的制備方法有火焰粉末或線材噴涂、等離子噴涂、高速火焰噴涂、超音速電弧噴涂。其中，超音速電弧噴涂利用流體力學(xué)中的“拉瓦爾原理”，使噴涂時(shí)的粒子超過音速，使涂層具有孔隙度低、結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨損等特點(diǎn)。但由于施工工藝復(fù)雜，涂層和管子交界處不能圓滑過渡，產(chǎn)生突起而形成新的磨損點(diǎn)。另外，噴涂絲材性能達(dá)不到要求也會(huì)使整體耐磨性變差，壽命降低。如圖2所示。

圖2 電弧噴涂表面

3.3 軟著陸技術(shù)

軟著陸是在交界處用耐火耐磨材料砌筑出寬度為200mm左右的臺(tái)階，運(yùn)行時(shí)由于細(xì)物料的堆集，形成一個(gè)“灰墊”，消除物料下落時(shí)的能量，達(dá)到防磨效果。其結(jié)構(gòu)見圖3，該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在耐磨材料終止線處采用了一個(gè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，部分內(nèi)循環(huán)灰會(huì)自然堆積在該處，由于產(chǎn)生了一個(gè)“灰墊”，可大大的減輕內(nèi)循環(huán)灰反彈問題。但運(yùn)行時(shí)由于灰的流動(dòng)性好，很難形成理想中的“灰墊”，也就難以達(dá)到理想的防磨效果。

3.4 讓管技術(shù)

讓管技術(shù)就是在交界處將膜式壁向外折彎，如圖4所示，使貼壁回流的物料在交界處不形成渦流，而是將渦流區(qū)和由撞擊形成的反彈區(qū)下移至耐火材料處，從而避免對管子的磨損。

圖3 軟著陸技術(shù)

圖4 讓管結(jié)構(gòu)圖

讓管技術(shù)是按貼壁回流理論解決交界處磨損的很好的方法。但在鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

1）在設(shè)計(jì)中必須保證交界處的耐磨耐火材料完全避開貼壁回落的物料。

2）讓管部位沒有被耐火耐磨材料覆蓋的彎頭處，必須保證距離布風(fēng)板和二次風(fēng)口有一定的高度，否則容易被大量向上流動(dòng)的顆粒撞擊，形成另一種形式的磨損。

3）盡量避免在讓管區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)焊鰭片或管子對接（這與鍋爐制造廠家的制造工藝有關(guān)），必須將所有可能造成下落的顆粒流向發(fā)生改變的突起或焊縫消除，避免造成新的磨損點(diǎn)。

由于受彎管形狀、角度、運(yùn)行等因素的限制，目前采用讓管技術(shù)的鍋爐交界處也發(fā)現(xiàn)有磨損的問題。

3.5 “藍(lán)泥”技術(shù)。

藍(lán)泥技術(shù)是西歐、日本廣泛采用的一種防磨方式，這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以用藍(lán)泥將循環(huán)流化床鍋爐衛(wèi)燃帶的澆注料平臺(tái)作平滑過渡，從而消除渦流在此部位的發(fā)生，如圖5。藍(lán)泥還可將防磨面做到任何高度，而施工厚度不致過厚（壁管前側(cè)0.5cm左右），上部可作平滑過渡。這種方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是質(zhì)保期過后，可隨鍋爐檢修做簡單修補(bǔ)，仍可獲得一個(gè)較長的運(yùn)行年限。藍(lán)泥的弱點(diǎn)是施工面最上部雖然可以平滑過渡，但無法做到和表面一樣，因而施工面上部也就成為較薄弱的環(huán)節(jié)。

圖5 藍(lán)泥防磨施工層面

此外，還有加裝防磨梁結(jié)構(gòu)，即在爐膛內(nèi)耐磨材料以上的膜式水冷壁上，每隔一定高度沿爐膛四周施工一圈防磨隔槽，以減小磨損顆粒的下滑高度和降低爐膛邊壁區(qū)灰濃度，但該技術(shù)可能會(huì)影響爐內(nèi)物料的水冷壁的傳熱，有待進(jìn)一步考驗(yàn)。還有的提出采用鐵鋁瓷護(hù)瓦做成的“抗渦流護(hù)瓦總成”等。

4 結(jié)論

爐膛水冷壁與密相區(qū)耐火材料交界處的防磨措施是否有效，在某種程度上決定了鍋爐的使用壽命，如果防磨措施不當(dāng)，不僅會(huì)引起受熱面管子泄露，影響鍋爐的安全運(yùn)行，而且檢修時(shí)還要花費(fèi)大量的工時(shí)和鋼材來修復(fù)或更換被磨損的部件，給使用單位造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。雖然各個(gè)鍋爐生產(chǎn)廠家有自己的防磨方法，也達(dá)到了一定的預(yù)期效果，但仍需要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況不斷改進(jìn)，以達(dá)到最理想的運(yùn)行效果。

[1]林宗虎.鍋爐手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1989.

[2]劉德昌,陳漢平,張世紅.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行及事故處理[M].中國電力出版社,2010.

[3]于龍,呂俊復(fù),王智微,等.循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的研究展望[J].熱能動(dòng)力工程,2004(4):336-342.