葉海軍

摘要：水冷壁磨損問題是困擾鍋爐安全運(yùn)行的主要問題，若不采取防磨措施或措施不當(dāng)，水冷壁磨損將會日趨嚴(yán)重，爆管停爐的事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響電廠的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。文章探討了循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨的技術(shù)措施，以期改善水冷壁管抗磨和防磨效果，盡可能地避免爆管停爐異常。

關(guān)鍵詞：水冷壁磨損；防磨隔板；循環(huán)流化床；鍋爐運(yùn)行；爆管停爐 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK229 文章編號：1009-2374（2015）31-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.31.041

1 鍋爐水冷壁防磨損的必要性

目前，循環(huán)流化床鍋爐使用的燃料為多配煤，灰分高且石灰石爐內(nèi)脫硫，燃料煙煤含量較多，該煤種因揮發(fā)分高，容易燃燒，在爐膛下部的燃燒份額比較大，燒該煤種，鍋爐總風(fēng)量相對較大，甚至有的鍋爐大風(fēng)量也不一定能帶滿負(fù)荷，風(fēng)量大必然加大磨損；爐內(nèi)石灰石脫硫，在目前國家環(huán)保形勢比較嚴(yán)的情況下，鈣硫比一般控制較高，進(jìn)一步加大了爐內(nèi)物料濃度，使磨損加大，在高風(fēng)量和高物料濃度下，爐膛水冷壁管磨損成為必然。鍋爐水冷壁管磨損一直是鍋爐普遍存在的嚴(yán)重問題，由于嚴(yán)重的磨損，甚至使一些鍋爐用戶的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間很難突破一兩個(gè)月，是鍋爐用戶最為頭疼的難題，它的直接危害主要表現(xiàn)在：（1）使管壁整體或局部減薄，形成嚴(yán)重的安全隱患，造成局部或大面積管壁更換，增加了工作量，并給用戶造成很大的經(jīng)濟(jì)損失；（2）發(fā)生水冷壁突發(fā)性爆管事故，造成緊急停爐搶修，不僅打亂了用戶的正常生成秩序，還直接影響企業(yè)效益。

水冷壁的磨損最終會導(dǎo)致爆管，現(xiàn)在運(yùn)行的循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組中因水冷壁磨損泄露被迫停爐的次數(shù)占鍋爐總停爐次數(shù)的40%以上，是各循環(huán)流化床鍋爐用戶最為頭疼的難題，發(fā)生水冷壁突發(fā)性爆管事故，不僅造成緊急停爐搶修，打亂了正常的生產(chǎn)秩序，直接影響企業(yè)效益，因此水冷壁防磨非常必要。

2 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損原理

循環(huán)流化床鍋爐爐膛中存在一個(gè)高濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁灰流區(qū)，水冷壁的均勻磨損主要是由向下流動的灰粒磨損所致，大量顆粒貼壁下流，且速度越來越快、濃度越來越高。對循環(huán)流化床鍋爐邊壁灰流區(qū)內(nèi)顆粒下降流速的測量結(jié)果：在爐膛上部，邊壁灰流內(nèi)顆粒下降流速不足2m/s；衛(wèi)然帶過渡區(qū)位置附近，邊壁灰流區(qū)內(nèi)顆粒的下降流速高達(dá)8m/s左右。實(shí)踐表明：邊壁灰流區(qū)內(nèi)顆粒下降流速在3.0m/s以下時(shí)，水冷壁管的磨損比較輕微；邊壁灰流區(qū)內(nèi)顆粒下降流速在4.5m/s以上時(shí)，水冷壁管的磨損明顯加強(qiáng)。

爐膛水冷壁常見的磨損為高速的灰粒子沖刷碰撞而引起的管子減薄，根據(jù)有關(guān)資料，磨損量與顆粒速度的3.3次方成正比，并隨灰粒子的濃度增大而增大，從理論上講，降低磨損應(yīng)從降低顆粒流速、減小灰粒子濃度和減小粒子的顆粒直徑入手。循環(huán)流化床鍋爐爐膛中存在一個(gè)高濃度、沿水冷壁向下流動的邊壁灰流區(qū)，水冷壁的均勻磨損主要是由向下流動的灰粒磨損所致，爐膛中心區(qū)的灰濃度從上到下有很大降低，但穩(wěn)定的邊壁灰流區(qū)向下流動的灰濃度接近于最大濃度往下流動，而水冷壁的磨損主要是由邊壁區(qū)的顆粒引起的，因此要降低灰濃度必須破壞其穩(wěn)定的邊壁灰流區(qū)。

實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)爐膛越向下磨損越厲害，這主要是由于爐膛下部邊壁區(qū)向下流動的顆粒速度更高所致；由磨損速度與顆粒速度的3.3次方成正比可以得出磨損速度與顆粒下落高度的1.6次方成正比，因此避免顆粒長距離的下滑可大大減輕磨損，顆粒下滑高度與爐膛高度和流化速度有關(guān)。

3 選擇防磨方法

3.1 超音速電弧噴涂

目前使用量最多的防磨措施有一定效果，但也有不少弊端，連續(xù)使用時(shí)間在一年以內(nèi)，周期內(nèi)會出現(xiàn)局部脫落、起皮等現(xiàn)象，導(dǎo)致局部磨損加劇，特別是爐膛四角的水冷壁管，使用周期在半年以內(nèi)，這種磨損不平衡的特點(diǎn)使防磨難度比較大，每次更換水冷壁管，一般都是四個(gè)角的。

3.2 防磨瓦

防磨瓦在局部磨損時(shí)可以起到一定的作用，但容易變形脫落，一旦變形脫落，就會造成磨損加劇，同時(shí)在防磨瓦頂部因?yàn)橛型古_，會形成漩渦，仍然有磨損。

3.3 藍(lán)泥帶、防磨涂料

這種方式是一種典型的被動措施，就是哪兒出現(xiàn)磨損，用耐火料或涂料將該部位遮蓋，不但減少受熱面，而且因頂部邊沿有凸臺導(dǎo)致磨損面積擴(kuò)大。

3.4 防磨梁、防磨隔板

目前在被動防磨方面，防磨梁、防磨隔板防磨效果被公認(rèn)是最好的，原理也一樣，但防磨梁因?yàn)楦采w了大量受熱面而不被看好，同時(shí)對于燒煤泥和爐內(nèi)脫硫的鍋爐防磨梁在實(shí)踐上是行不通的，防磨梁一般做7～8道，從下做到頂，這導(dǎo)致了壁流灰都改向聚到了爐膛中部，沿水冷壁向下到爐床的灰量減少，爐床向上攜帶熱量的能力減弱，爐膛上部溫度降低，石灰石的加入使循環(huán)灰量更大，當(dāng)爐膛內(nèi)物料濃度高到一定程度，形成的顆粒團(tuán)會越來越大，當(dāng)風(fēng)量無法克服顆粒團(tuán)的重力時(shí)，鍋爐將無法正常運(yùn)行。

防磨隔板的防磨理念與防磨梁有所不同，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，絕大多數(shù)爐膛水冷壁的磨損集中在密相區(qū)，也就是衛(wèi)燃帶向上3～4米區(qū)域內(nèi)，再向上部由于灰量明顯減少且顆粒比較細(xì)，貼壁灰流速度也不快，磨損比較輕微，不需要進(jìn)行防護(hù)，防磨隔板一般只針對衛(wèi)燃帶向上3～4米區(qū)域進(jìn)行防護(hù)，即可確保鍋爐穩(wěn)定長周期運(yùn)行。

根據(jù)水冷壁磨損形成的原理，為破壞穩(wěn)定的邊壁灰流區(qū)，使其與水冷壁接觸的顆粒濃度降低，向下流動的顆粒下滑到隔板處時(shí)，通過“軟著陸”使下滑的速度降為零，從隔槽中溢出后，才又重新開始下降，每個(gè)隔板段間的距離與原爐膛高度相比大大縮短，即顆粒的下滑高度大大縮短，因此，磨損速度可以大幅度降低。

目前部分電廠做的垂直于水冷壁的防磨平臺，也能起到一定的防磨效果，循環(huán)灰貼壁下落到水冷壁防磨板上部堆積，形成約45°的堆積角，剩余循環(huán)灰沿坡面下滑，避免沖刷水冷壁管，達(dá)到減小磨損的目的。在水冷壁防磨板上部過渡區(qū)內(nèi)，由自然下落的循環(huán)灰在防磨板上形成斜坡，稱為“軟著陸”區(qū)域，由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運(yùn)動的固體物料運(yùn)動方向相反，在局部很容易產(chǎn)生渦旋流，使循環(huán)灰堆積角減小，“軟著陸”區(qū)細(xì)顆粒較少，大顆粒偏多，導(dǎo)致“軟著陸”效果欠佳，沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動方向的改變，因而對水冷壁管很容易產(chǎn)生沖刷磨損。我海南金海漿紙業(yè)有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的具有一定仰角的防磨隔板，成功解決了循環(huán)灰“軟著陸”區(qū)細(xì)顆粒較少的情況，使鍋爐的防磨更徹底。

該技術(shù)方案優(yōu)點(diǎn)是多層主動阻擋貼壁灰流，可逐級降低貼壁灰流速和濃度，因而大大降低了貼壁灰流對管壁的磨損，延長了水冷壁的使用周期。此防磨措施與噴涂等方法相比具有成本低、解決水冷壁防磨更徹底的特點(diǎn)，此方法也可方便地用于早期的循環(huán)流化床鍋爐的改造，不受耐磨材料處是否讓管和平滑的限制，還可以用于爐膛中部局部凸起位置的防磨。對于局部磨損嚴(yán)重的鍋爐，在防磨隔板防磨的基礎(chǔ)上，可結(jié)合超音速電弧噴涂，進(jìn)行組合防磨。

4 結(jié)語

綜合以上水冷壁防磨的技術(shù)方案分析，加裝防磨隔板有其一定的技術(shù)優(yōu)勢。加裝此防磨結(jié)構(gòu)防磨隔板后，可以做到：三年內(nèi)防護(hù)區(qū)內(nèi)水冷壁磨損值不超過0.2mm，無變形、脫落，對減輕爐膛內(nèi)水冷壁的磨損，比單純噴涂效果更為明顯，而且比噴涂技術(shù)有更長的使用壽命。

從經(jīng)濟(jì)性方面來看，防磨隔板技術(shù)比單純噴涂技術(shù)在降低投資成本及避免間接經(jīng)濟(jì)損失方面均占有明顯的優(yōu)勢。希望在將來的工作實(shí)踐中能研究探討出更多經(jīng)濟(jì)實(shí)用的水冷壁防磨技術(shù)。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）endprint