馬飛

（中鋁礦業(yè)有限公司熱電廠，河南 鄭州 450041）

1 主要參數(shù)及整體布置

中鋁礦業(yè)有限公司熱電廠有2臺(tái)410t/h高溫高壓循環(huán)流化床燃煤鍋爐。過熱蒸汽壓力9.81MPa，主蒸汽溫度540℃，單汽包自然循環(huán)、全鋼架支吊結(jié)構(gòu)。由燃燒室、高溫絕熱分離器、自平衡分路回料閥和尾部對(duì)流煙道組成。

2 磨損的主要危害

由于循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)部固體物料的濃度、粒徑均比煤粉爐要大得多，對(duì)爐內(nèi)受熱面磨損嚴(yán)重，輕者會(huì)導(dǎo)致局部受熱不均勻，使熱應(yīng)力發(fā)生變化，嚴(yán)重者還可能造成爆管（受熱面泄露），最終導(dǎo)致鍋爐非計(jì)劃停車，嚴(yán)重影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行和全廠的經(jīng)濟(jì)效益。

3 磨損機(jī)理及主要存在問題

在循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過程中，在一次流化風(fēng)量的作用下，爐膛內(nèi)部的中心區(qū)域，一次流化風(fēng)速很高，物料顆粒團(tuán)隨著氣流向上運(yùn)動(dòng)，而在爐膛水冷壁面附近，流化風(fēng)速相對(duì)爐膛中心區(qū)域偏低，物料顆粒也就向流化風(fēng)速較低的爐膛水冷壁面方向滑移聚集，并沿著爐膛水冷壁面向下流動(dòng)，就形成了所謂的“貼壁流”，這就是循環(huán)流化床鍋爐典型的“環(huán)-核”空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。爐膛內(nèi)部氣固兩相流之間的滑移速度是非常大的，因此，爐膛下部密相區(qū)的磨損速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上部稀相區(qū)。

爐膛壁面的磨損主要與回料過程有關(guān)，當(dāng)爐膛壁面平滑垂直時(shí)，其磨損程度相對(duì)較輕，一般只發(fā)生低應(yīng)力滑動(dòng)擦傷磨損。而危害最大的是較嚴(yán)重的局部磨損，主要是由床料回流造成的磨損，這往往也是造成爐膛爆管非計(jì)劃停車的主要原因。

針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的運(yùn)行特性，研究表明，鍋爐受熱面的磨損存在著以下關(guān)系：

式中，M為鍋爐受熱面管壁表面的磨損量（g/m2）；C為比例常數(shù)，代表灰顆粒的磨損特性與燃煤煤種有關(guān)；a為爐內(nèi)飛灰顆粒的流速（m/s）；u為爐內(nèi)飛灰與受熱面的撞擊率；d為煙氣中的飛灰質(zhì)量濃度（g/m3）；t為時(shí)間（h）。

從上式中可以看出，鍋爐受熱面的磨損程度與爐內(nèi)飛灰顆粒的流速的三次方成正比，與爐內(nèi)飛灰與受熱面的撞擊率的平方成正比，與煙氣中的飛灰質(zhì)量濃度成正比。

4 主要磨損部位

我廠鍋爐水冷壁磨損最嚴(yán)重的部位是爐膛下部水冷壁與耐火澆注料交界處、一些不規(guī)則管壁以及爐膛四角區(qū)域，這些不規(guī)則管壁包括爐膛穿墻管、管壁上的焊縫以及管壁減薄后的堆焊處。另外，還有爐膛開孔處的不規(guī)則彎管等。

爐膛水冷壁磨損主要集中在以下六個(gè)區(qū)域：（1）爐膛出口兩側(cè)墻管壁切向的沖刷磨損。（2）爐膛中、下部四角區(qū)域管壁的沖刷磨損。（3）爐膛下部密相區(qū)澆注料與水冷壁管過渡區(qū)的沖刷、撞擊磨損。（4）水冷壁管對(duì)接焊縫處的沖刷磨損。（5）不規(guī)則區(qū)域（如穿墻管、熱電偶、看火孔、澆注料凸臺(tái)、爐膛開孔處彎管以及屏、壁變形處等）的管壁沖刷、撞擊磨損。（6）密相區(qū)澆注料處易磨損的區(qū)域（如落煤口、返料口、二次風(fēng)口）。

針對(duì)以上磨損部位，我們采用了有針對(duì)性的防磨措施。

5 防磨措施

根據(jù)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)物料循環(huán)方式以及循環(huán)特性，爐膛中心的物料上升速度較快，接觸四周膜式水冷壁的物料流速較慢，且沿著壁面向下流動(dòng)，形成“貼壁流”，也就是上升中心流與下降環(huán)，為了充分減少磨損，我廠針對(duì)爐內(nèi)不同區(qū)域，經(jīng)過多次改造，陸續(xù)采用不同的防磨方式。目前，擁有多階式防磨梁、防磨格柵、水冷壁噴涂、水冷壁熔敷等多種防磨措施。

我廠根據(jù)爐膛內(nèi)部不同部位的磨損程度，并結(jié)合不同防磨措施的不同優(yōu)勢(shì)，有針對(duì)性地采用不同的防磨措施。

（1）在爐膛密相區(qū)往上，分別間隔500mm、600mm、1150mm、900mm，以及爐膛出口往下1000mm的位置設(shè)置了五道防磨梁，以降低貼壁流的流速，來(lái)降低磨損。

（2）在四道梁往上磨損比較嚴(yán)重的部位分兩次進(jìn)行了水冷壁熔敷防磨，一共熔了9000mm。

（3）由于前墻1～4道梁之間“八字胡”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，2018年8月，打掉前墻四道梁，采用格柵防磨措施，共設(shè)置8排橫向格柵、14列豎向格柵，“八字胡”現(xiàn)象得到明顯改善。

（4）對(duì)于頂棚磨損，以及水冷屏磨損較嚴(yán)重的東第一根、西第一根，我們采用水冷壁噴涂方式防磨。

（5）在每次停爐時(shí)，我們都會(huì)對(duì)水冷壁、屏進(jìn)行測(cè)厚，對(duì)于低于3.5mm的管子進(jìn)行換管處理，對(duì)于高于3.5mm低于4.0mm的管子以及偏磨比較嚴(yán)重的部位進(jìn)行噴涂。整個(gè)爐膛的防磨方式以及分布如圖1所示。

圖1

6 運(yùn)行調(diào)整對(duì)受熱面磨損的影響

在鍋爐運(yùn)行中，入爐煤顆粒度要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行配比，當(dāng)粗顆粒較多時(shí)，爐內(nèi)循環(huán)物料較少，較粗的床料顆粒將懸浮在燃燒室下部，這樣就造成爐膛密相區(qū)燃燒份額過大，床溫就難以控制，嚴(yán)重者還有可能造成爐膛結(jié)焦，運(yùn)行中為了避免結(jié)焦，運(yùn)行人員就會(huì)減少給煤量、增加一次流化風(fēng)量，這樣一來(lái)，就會(huì)造成鍋爐不容易帶負(fù)荷，達(dá)不到設(shè)計(jì)蒸發(fā)量。隨著一次流化風(fēng)量的增加，會(huì)造成煙氣量增加，從而引風(fēng)機(jī)負(fù)荷增加，排煙溫度、飛灰濃度也會(huì)隨之增加。另外，由于鍋爐運(yùn)行總風(fēng)量的增大，對(duì)流受熱面的煙氣流速也會(huì)隨之上升，煙氣攜帶大顆粒床料將會(huì)急劇增加受熱面的磨損，形成惡性循環(huán)。

當(dāng)入爐煤細(xì)顆粒較多時(shí)，床層不容易建立，這樣一來(lái)，密相區(qū)床溫就不容易維持，即便是密相區(qū)的燃燒溫度維持住了，較細(xì)的床料顆粒也將會(huì)被揚(yáng)析，這樣尾部煙道受熱面的磨損也就加大了，并且煙道出口粉塵排放量也會(huì)超標(biāo)。

因此，除了以上所做的防磨措施外，我們又從運(yùn)行調(diào)整上進(jìn)一步控制磨損。

（1）通過提高旋風(fēng)分離器分離效率、增加返料量來(lái)控制床溫，從而降低一次風(fēng)量。

（2）控制爐膛負(fù)壓，降低煙氣流速。

（3）控制入爐煤及床料顆粒度，降低磨損。

（4）提高布風(fēng)板阻力，使床料流化更均勻。

7 防磨效果檢測(cè)

根據(jù)生產(chǎn)以及設(shè)備運(yùn)行狀況，我廠每年每臺(tái)鍋爐計(jì)劃?rùn)z修兩次，每次停爐時(shí)，都會(huì)組織防磨防爆小組成員進(jìn)入爐膛進(jìn)行水冷壁、屏測(cè)厚檢查，近4年來(lái)，鍋爐運(yùn)行周期、爆管次數(shù)、停爐換管根數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2

從圖2可以看出，做完防磨措施后，效果還是很明顯的，2019年的平均運(yùn)行周期比2016年提高了40天，另外，全年爆管次數(shù)以及換管量也都有所降低。