林志恒，錢 進(jìn)?，趙 威，陳萬勛，王一桂

循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損研究進(jìn)展*

林志恒1，錢 進(jìn)1?，趙 威1，陳萬勛2，王一桂2

（1. 貴州大學(xué)，貴陽(yáng) 550025；2. 中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司，貴陽(yáng) 550003）

循環(huán)流化床（CFB）技術(shù)是低熱值燃料利用領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的技術(shù)，其特有的爐內(nèi)氣固流動(dòng)結(jié)構(gòu)引起了水冷壁磨損這一突出問題。本文綜述了CFB鍋爐水冷壁磨損研究的發(fā)展?fàn)顩r，首先從研究理論、易磨損位置及產(chǎn)生原因、影響因素、控制措施四個(gè)方面描述了CFB鍋爐水冷壁磨損機(jī)理；然后介紹了磨損模型的發(fā)展歷程，分析了相關(guān)模型的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，著重強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前應(yīng)用前景較廣的CFB鍋爐水冷壁磨損研究方法；最后，從熱態(tài)環(huán)境構(gòu)建、磨損模型修正、微觀尺度結(jié)構(gòu)描述、研究對(duì)象和人工智能方法五個(gè)方面為該領(lǐng)域的研究側(cè)重點(diǎn)提出建議。

循環(huán)流化床；水冷壁；磨損

0 引 言

循環(huán)流化床（circulating fluidized bed, CFB）具有污染控制成本較低、燃料適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，在生物質(zhì)混燃、生物質(zhì)直燃及垃圾焚燒發(fā)電等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前低熱值燃料利用領(lǐng)域最具有發(fā)展前景的技術(shù)之一[1]。近年來，國(guó)家重點(diǎn)支持建設(shè)了彬長(zhǎng)電廠、威赫電廠等一些大容量、高參數(shù)的超/超超臨界CFB機(jī)組，目前我國(guó)CFB機(jī)組超過4 000臺(tái)，總?cè)萘砍^10 000 MW[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CFB鍋爐因受熱面磨損引起的四管破裂問題比燃煤鍋爐更為突出，占設(shè)備事故的60%～70%，是制約CFB鍋爐安全運(yùn)行的首要因素[3]。由于CFB鍋爐爐膛復(fù)雜的環(huán)?核流動(dòng)特征，造成水冷壁的磨損遠(yuǎn)高于其他受熱面，CFB鍋爐水冷壁的磨損特性是當(dāng)前熱點(diǎn)研究課題之一[4]。

1 循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損機(jī)理

1.1 水冷壁磨損理論

相關(guān)研究表明，沖蝕磨損是CFB鍋爐水冷壁磨損的主要表現(xiàn)形式[5]。沖蝕磨損根據(jù)顆粒沖擊材料表面角度的大小可分為沖刷磨損和撞擊磨損。夾角較小時(shí)是沖刷磨損，表現(xiàn)為刨削效果；夾角較大時(shí)是撞擊磨損，表現(xiàn)為壁面疲勞破壞[6]。目前已有很多相關(guān)理論，其中影響最大的有微切削磨損理論、變形磨損理論、二次沖蝕理論和成片沖蝕理論。

FINNIE[7]提出微切削磨損理論，定量描述了沖擊角度與沖蝕磨損之間的關(guān)系，該理論認(rèn)為沖擊角度和磨損量呈正態(tài)分布關(guān)系，但其僅適用于塑性材料且沖擊角度較小的情況。

BITTER[8-9]基于能量平衡關(guān)系提出變形磨損理論，該理論認(rèn)為侵蝕由變形磨損和切削磨損組成，對(duì)于理想脆性材料，變形磨損占主要部分，且顆粒沖擊角度越大，磨損量越大；對(duì)于理想塑性材料，切削磨損占主要部分，且顆粒沖擊角度越大磨損量越小。

TILLY[10]總結(jié)出二次沖蝕理論，將塑性材料侵蝕分為兩個(gè)階段。首先顆粒沖擊表面產(chǎn)生凹坑，然后顆粒破碎對(duì)表面造成二次撞擊，且實(shí)驗(yàn)表明破碎后的顆粒動(dòng)能大小、破碎程度和沖蝕能力呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

LEVY[11]通過研究塑性靶材沖蝕發(fā)現(xiàn)只有畸變層性質(zhì)影響材料磨損量，這解釋了低硬度高塑性材料抵抗沖蝕和材料被沖蝕后表面加工硬化兩個(gè)現(xiàn)象，彌補(bǔ)了微切削理論的不足。

1.2 水冷壁易磨損位置及產(chǎn)生原因

大量研究表明，CFB鍋爐水冷壁易磨損區(qū)域主要有四個(gè)，其中磨損主要發(fā)生在稀相區(qū)且以縱向沖刷為主[12-15]。

（1）密相區(qū)耐火層和水冷壁管過渡區(qū)域。沿爐膛壁面下降的顆粒流與向上運(yùn)動(dòng)的顆粒流形成對(duì)流，局部區(qū)域會(huì)受到各方向不均勻的沖擊力，或者是下降的顆粒流在交接處產(chǎn)生流動(dòng)方向的改變，可能會(huì)形成圖1所示的渦流區(qū)，加速局部磨損。

（2）稀相區(qū)下部水冷壁角落區(qū)域。如圖2所示，顆粒流在水冷壁角落產(chǎn)生回流現(xiàn)象，顆粒在不同區(qū)域滯留時(shí)間不同，顆粒濃度在近壁區(qū)較高且從角落到中間逐漸減少，形成磨損。

圖2 水冷壁角落區(qū)域

（3）水冷壁不規(guī)則區(qū)域。如圖3所示，不規(guī)則區(qū)域會(huì)對(duì)局部流動(dòng)特性產(chǎn)生擾動(dòng)，貼壁下降的顆粒流遇到耐火層等凸臺(tái)時(shí)流動(dòng)方向發(fā)生改變，產(chǎn)生沖刷磨損。

圖3 水冷壁不規(guī)則區(qū)域

（4）稀相區(qū)水冷壁。顆粒流從爐膛中間上升到頂部再沿壁面下降到密相區(qū)的過程稱為內(nèi)循環(huán)，該過程中顆粒流經(jīng)過稀相區(qū)時(shí)持續(xù)在壁面產(chǎn)生均勻磨損。

1.3 水冷壁磨損影響因素

影響水冷壁磨損的因素有很多，主要可以分為以下四類。

（1）顆粒流的特征。顆粒流濃度越大，運(yùn)動(dòng)速率越大，磨損速率越大[16-17]。

（2）顆粒的物理、化學(xué)特性。粒徑較小時(shí)，磨損速率隨著粒徑增大而增大；且硬度越大，光滑度越低，磨損越快[18]。

（3）壁面特征。材料硬度、塑性、表面光滑度等特征和表面熱處理方法影響磨損速率[19-22]。復(fù)合涂層材料的耐磨性能主要由涂層材料的機(jī)械性能、厚度決定[23]。

（4）鍋爐運(yùn)行條件。爐膛內(nèi)的運(yùn)行風(fēng)速、鍋爐負(fù)荷、配風(fēng)比、床溫、靜態(tài)床層高度等因素間接影響顆粒團(tuán)運(yùn)動(dòng)。如溫度升高時(shí)速度對(duì)沖蝕影響作用逐漸降低，磨損速率先升高后降低，存在一個(gè)極大值[24-25]。

1.4 水冷壁磨損控制措施

目前控制水冷壁磨損主要以改進(jìn)檢修工藝為主，以調(diào)整運(yùn)行工況為輔，方法分為以下四類。

（1）局部熱噴涂技術(shù)。對(duì)水冷壁表面進(jìn)行噴砂除銹等預(yù)處理后，采用先進(jìn)的電弧噴涂技術(shù)進(jìn)行耐磨防護(hù)噴涂，涂層性能穩(wěn)定且噴涂速度快，能有效減緩磨損速率。

（2）加裝防磨梁或防磨隔板。防磨梁能適當(dāng)降低顆粒流貼壁下降的速度以減少磨損。防磨隔板具有多層結(jié)構(gòu)，能逐級(jí)降低顆粒流速度，且隔板表面會(huì)形成部分物料堆積，減少顆粒與壁面的接觸。兩種防磨結(jié)構(gòu)都具有安裝簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，目前被廣泛使用。

（3）焊接工藝處理。焊縫是水冷壁不規(guī)則區(qū)域的主要部分之一，減少焊縫的余高和錯(cuò)口量能有效減少局部區(qū)域磨損。

（4）調(diào)整運(yùn)行工況。煙氣流速是影響水冷壁磨損的主要原因之一，合理的一次、二次風(fēng)量能減少爐膛內(nèi)的擾動(dòng)、控制貼壁流的運(yùn)動(dòng)速度，進(jìn)而減緩磨損速率。

2 磨損模型

磨損模型經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從理論研究到仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的發(fā)展過程，可以分為如下五個(gè)階段。

2.1 單顆粒撞擊磨損模型和顆粒摩擦磨損模型

2.1.1 單顆粒撞擊磨損模型

單顆粒撞擊磨損模型主要以單個(gè)顆粒為研究對(duì)象，F(xiàn)INNIE[7]在1958年提出了單顆粒切削磨損模型，該模型認(rèn)為顆粒運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的區(qū)域?yàn)槟p體積，磨損方式類似機(jī)械切削，被磨材料只產(chǎn)生塑性變形，顆粒不會(huì)破碎，也不存在二次磨損。

BITTER[8-9]認(rèn)為磨損是變形磨損和切削磨損的共同作用，脆性材料主要發(fā)生變形磨損，塑性材料主要發(fā)生切削磨損，且變形磨損速率是使材料產(chǎn)生變形所消耗能量與該材料變形磨損因子的比值，磨損體積計(jì)算公式為：

BITTER模型優(yōu)點(diǎn)是能直觀體現(xiàn)磨損量和顆粒撞擊角度的關(guān)系，且比FINNIE模型更全面地考慮了多種顆粒和被磨材料的特性，缺點(diǎn)是撞擊角度接近或等于零時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際不符。

2.1.2 顆粒摩擦磨損模型

顆粒摩擦磨損模型著眼于單個(gè)或多個(gè)顆粒對(duì)材料表面作用力和被磨材料的特性。假設(shè)顆粒在材料表面摩擦深度與摩擦路徑無關(guān)時(shí)，RABINOWICZ[27]提出一種摩擦磨損模型，磨損體積計(jì)算公式為：

式中：為顆粒劃過的距離，m；為顆粒在材料表面法向作用力，N；為材料硬度，N/m2；1為修正系數(shù)，由顆粒外形決定。

假設(shè)顆粒在材料表面摩擦深度與摩擦路徑有關(guān)時(shí)，BOYLE等[28]提出了單位面積多顆粒瞬時(shí)摩擦磨損模型，質(zhì)量磨損速率計(jì)算公式為：

式中：為單位面積質(zhì)量磨損速率，kg/(m2?s)；2為由實(shí)驗(yàn)決定的系數(shù)；為被磨材料的密度，kg/m3；為單位面積顆粒在材料表面法向應(yīng)力，Pa；2為相對(duì)滑移速度，m/s。

用數(shù)學(xué)方法對(duì)式（4）和式（5）中不同變量做變換可知兩式等價(jià)。此外，ZHU[29]證明了數(shù)值計(jì)算結(jié)果可以作為ROGERS磨損模型的輸入?yún)?shù)，因此顆粒摩擦磨損模型通常與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合而非單獨(dú)應(yīng)用于磨損研究。

2.2 多顆粒磨損模型

第二階段的多顆粒模型主要是考慮到了顆粒團(tuán)內(nèi)顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)方向、速率等的隨機(jī)性，對(duì)磨損模型加以修正，一般不用于預(yù)測(cè)水冷壁磨損，通常用于研究流化床尾部受熱面或埋管的磨損。SOO[30]將被磨材料分為脆性和塑性兩類，當(dāng)消耗的能量超過屈服應(yīng)力效果后，材料因延性或脆性失效產(chǎn)生磨損。SOO對(duì)顆粒撞擊角度、速率等做平均處理后得到的磨損速率計(jì)算公式為：

由于循環(huán)流化床存在靜止區(qū)域和噴口這樣的流動(dòng)突變區(qū)，SOO的假設(shè)不一定成立，LYCZKOWSKI等[26]的研究證實(shí)了這一點(diǎn)。

2.3 磨損模型和顆粒離散相氣固流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算結(jié)合

由于只考慮宏觀顆粒運(yùn)動(dòng)特性而不計(jì)入氣體對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)影響會(huì)導(dǎo)致較大誤差，誕生了將磨損模型和顆粒離散相氣固流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算結(jié)合的方法，主要用于顆粒體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)的磨損預(yù)測(cè)。TABAKOFF等[31]通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出碳鋼受到煤灰顆粒沖蝕的磨損量經(jīng)驗(yàn)公式：

2.4 磨損模型與歐拉雙流體模型或歐拉?拉格朗日模型相結(jié)合

2.4.1 基于歐拉雙流體模型

在多相描述上基于歐拉雙流體模型時(shí)可以分為顆粒動(dòng)力學(xué)磨損模型和能量耗散磨損模型，適用于工程尺度，其計(jì)算量較小，是當(dāng)前工程領(lǐng)域多相流沖蝕研究的主流方法。能量耗散模型認(rèn)為壁面磨損是碰撞過程中顆粒內(nèi)能耗散的結(jié)果，主要由貼近壁面的單層顆粒引起，BOUILLARD等[32]提出了單層能量耗散磨損模型，表達(dá)式為：

單層能量耗散模型不能反映被磨材料表面顆粒流動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且用于磨損的能量比例系數(shù)過于依賴經(jīng)驗(yàn)。顆粒動(dòng)力學(xué)模型是將顆粒動(dòng)力學(xué)理論和單顆粒撞擊磨損模型結(jié)合，并將氣固流動(dòng)特性參數(shù)作為輸入來預(yù)測(cè)磨損。

顆粒動(dòng)力學(xué)模型可以預(yù)測(cè)顆粒濃度較大時(shí)的磨損，但適用范圍有限，并且對(duì)磨損材料表面氣固流動(dòng)結(jié)構(gòu)考慮不足。目前基于歐拉雙流體模型的氣固顆粒系統(tǒng)模擬一般選擇在能量最小多尺度（energy- minimization multi-scale, EMMS）模型的基礎(chǔ)上修正曳力模型來分析相間作用，這種方法能夠體現(xiàn)顆粒聚團(tuán)效應(yīng)，如許霖杰等[35]基于EMMS-歐拉雙流體方法提出的超臨界CFB鍋爐整體數(shù)值模擬模型具有良好的應(yīng)用效果。

2.4.2 基于歐拉?拉格朗日模型

歐拉?拉格朗日模型適用于實(shí)驗(yàn)室尺度，計(jì)算量較歐拉雙流體模型大，但是歐拉?拉格朗日模型并沒有分子運(yùn)動(dòng)無序的假設(shè)，且能夠捕捉到顆粒碰撞過程中引起的團(tuán)聚效應(yīng)，團(tuán)聚效應(yīng)是相間作用和顆粒碰撞能量耗散的共同結(jié)果，因此歐拉?拉格朗日模型能獲得更真實(shí)的氣固顆粒流動(dòng)結(jié)構(gòu)。一些學(xué)者將歐拉?拉格朗日模型與磨損模型相結(jié)合，這種研究方法是當(dāng)前顆粒沖蝕研究的重要基礎(chǔ)。

卓柯等[36]在歐拉?拉格朗日架構(gòu)下采用OKA磨損模型[37]分析了彎管部件的沖蝕磨損，研究表明顆粒圓整度、顆粒粒徑對(duì)管壁沖蝕磨損速率均有較大影響。MCLAURY等[38]在拉格朗日架構(gòu)下分析顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡，通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬證明了MCLAURY磨損模型在極低沖擊角下仍然適用。OKA模型和MCLAURY模型都起源于彎管沖蝕研究，OKA模型對(duì)不同顆粒材料具有更好的適應(yīng)性，MCLAURY模型更適合顆粒流動(dòng)軌跡復(fù)雜、沖擊角度較小的情況。

WANG等[39]將傳熱和FINNIE模型整合到萊斯?離散單元法（discrete element method, DEM）中研究CFB鍋爐受熱面的侵蝕特性。萊斯?離散單元法能夠模擬多相體系中湍流結(jié)構(gòu)與密集分散粒子的相互作用。ZHOU等[40]采用實(shí)驗(yàn)和仿真方法研究了沉管沖蝕現(xiàn)象，提出了粗粒度模型以克服現(xiàn)有DEM方法中存在的窮舉計(jì)算問題。新開發(fā)的CG CFD-DEM用一個(gè)CG粒子模擬一組原始粒子，能模擬原始顆粒在不同表面速度下的流動(dòng)形態(tài)，在定量上有更高精度。WANG、ZHOU等學(xué)者都選擇對(duì)DEM方法做一定修正以獲得顆粒運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)，這類改進(jìn)方法是目前的主流發(fā)展方向。

2.5 人工智能預(yù)測(cè)模型

近年來，人工智能技術(shù)的逐步成熟帶來了研究新方向，很多學(xué)者基于人工智能技術(shù)對(duì)鍋爐燃燒、受熱面磨損等特性進(jìn)行研究，建立了相關(guān)預(yù)測(cè)模型。李鵬輝、吳恒運(yùn)、彭道剛等[41-43]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)的方法建立預(yù)測(cè)模型研究了鍋爐燃燒、排放等特性，并發(fā)現(xiàn)支持向量機(jī)的建模方法精度更高、收斂更快。TAN等[44]建立了極限學(xué)習(xí)機(jī)（extreme learning machine, ELM）模型并用和聲搜索（harmony search, HS）算法優(yōu)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐氮氧化物減排的目標(biāo)。魏二萌[45]采用反向傳播（back propagation, BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了鍋爐磨損預(yù)測(cè)模型，并用實(shí)驗(yàn)證明了預(yù)測(cè)模型誤差小、泛化能力好?？梢姡斯ぶ悄芊椒ㄒ呀?jīng)廣泛應(yīng)用于鍋爐燃燒、磨損等復(fù)雜多耦合系統(tǒng)，且隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，基于先進(jìn)算法的預(yù)測(cè)模型精度會(huì)不斷提高。

2.6 常用磨損模型分析

考慮到精度、適用范圍等因素，在現(xiàn)今數(shù)值模擬研究中，常用磨損模型有FINNIE模型、OKA模型、MCLAURY模型、TABAKOFF模型四種，在給定材料屬性下，前三種模型單位面積質(zhì)量磨損速率公式都可以被歸納為：

TABAKOFF模型與式（9）的不同之處在于其在考慮式（9）中顆粒小角度切削磨損的同時(shí)考慮了顆粒法向速度對(duì)材料的磨損，且對(duì)材料兩種磨損使用了不同的速度碰撞系數(shù)，將兩種過程加以區(qū)分，因此精度更高。此外常數(shù)項(xiàng)的差異是不同模型計(jì)算結(jié)果差異的主要原因，不同模型得到的磨損分布規(guī)律基本一致，其中速率和攻角對(duì)結(jié)果的影響更顯著。

FINNIE模型常用于彎管等簡(jiǎn)單模型中，以復(fù)雜爐內(nèi)環(huán)境下的水冷壁為研究對(duì)象時(shí)常選用OKA模型、MCLAURY模型、TABAKOFF模型三種。如圖4所示，根據(jù)王思邈等[46]的研究結(jié)果，取實(shí)驗(yàn)和三種模型模擬的共44份數(shù)據(jù)繪制成對(duì)比圖進(jìn)行分析。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與不同模型仿真結(jié)果對(duì)比圖

由圖4可知，TABAKOFF模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最為接近，精度最高，與上述公式分析吻合。而OKA模型、MCLAURY模型預(yù)測(cè)結(jié)果偏大，TABAKOFF模型預(yù)測(cè)結(jié)果偏小。但模型的精度和研究對(duì)象相關(guān)，并不是不變的，如蘇佳慧等[47]的研究表明，在彎管沖蝕研究中MCLAURY模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最吻合。

在CFB鍋爐水冷壁磨損研究中，物料種類、運(yùn)行負(fù)荷、爐膛幾何參數(shù)、模型簡(jiǎn)化等因素對(duì)磨損模型的適用性都有影響，應(yīng)當(dāng)針對(duì)研究對(duì)象采用實(shí)驗(yàn)或仿真手段進(jìn)行模型修正以提高模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，如根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤的沖刷磨損指數(shù)試驗(yàn)方法》（DL/T465-2007）[48]來修正不同煤種在模型中的相關(guān)系數(shù)。此外，對(duì)連續(xù)相、離散相的描述和相間作用的選擇是研究氣固顆粒系統(tǒng)的重點(diǎn)。對(duì)于描述連續(xù)相，一般采用歐拉架構(gòu)或者拉格朗日架構(gòu)，其區(qū)別在于拉格朗日架構(gòu)的計(jì)算量較大、精度較高。在描述離散相上需要注意顆粒相微觀行為和顆粒間作用兩個(gè)方面，顆粒微觀行為研究主要基于離散相群體平衡模型，但是目前該領(lǐng)域缺乏普適模型；顆粒間作用通常采用軟球模型來體現(xiàn)顆粒碰撞應(yīng)力，軟球模型比硬球模型具有更高精度但對(duì)計(jì)算資源需求較大。對(duì)于氣固流動(dòng)，相間作用非常復(fù)雜，而曳力是相間作用的主要部分，目前EMMS方法修正的曳力模型可以體現(xiàn)顆粒團(tuán)聚效應(yīng)，是處理相間作用力的有效方法之一。

人工智能預(yù)測(cè)模型是近年來誕生的磨損預(yù)測(cè)新方法?；跀?shù)值模擬研究得到的大量數(shù)據(jù)，選擇支持向量機(jī)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法訓(xùn)練預(yù)測(cè)模型，可以在一定程度上節(jié)省時(shí)間、豐富研究數(shù)據(jù)。然而這種方法需要龐大的數(shù)據(jù)集來保證預(yù)測(cè)模型的精確性，且輸入層變量越多，模型越精確、訓(xùn)練耗時(shí)越多。

3 結(jié)論與建議

分析了CFB鍋爐水冷壁沖蝕磨損的機(jī)理，并詳述了沖蝕磨損理論、模型發(fā)展歷程，對(duì)比了各模型在氣固系統(tǒng)應(yīng)用上的適用條件和優(yōu)劣性。近年來對(duì)CFB鍋爐水冷壁磨損研究的非實(shí)驗(yàn)方法主要是基于歐拉?歐拉方法或歐拉?拉格朗日方法的數(shù)值模擬研究，人工智能預(yù)測(cè)模型則是對(duì)相關(guān)研究的補(bǔ)充。

雖然基于CFD-DEM耦合方法的磨損研究框架已經(jīng)較為成熟，但仍然存在以下一些薄弱之處可以作為提高CFB鍋爐水冷壁磨損預(yù)測(cè)精度的側(cè)重點(diǎn)。

（1）在熱態(tài)環(huán)境構(gòu)建上對(duì)燃燒模型、傳熱模型的處理不當(dāng)，通常采用簡(jiǎn)單的熱邊界條件，在氣固流場(chǎng)和燃燒過程上描述不足，磨損預(yù)測(cè)欠缺真實(shí)性。

（2）大型循環(huán)流化床的爐內(nèi)復(fù)雜環(huán)境會(huì)造成顆粒流速率、攻角等存在較大差異，由于目前主流磨損模型簡(jiǎn)化公式中顆粒速率的量級(jí)不同、攻角函數(shù)不同，磨損模型必須通過實(shí)驗(yàn)或仿真結(jié)果對(duì)比、修正。

（3）通常對(duì)于曳力模型的修正僅從相間作用著手，顆粒碰撞與顆粒聚團(tuán)效應(yīng)的關(guān)系少有體現(xiàn)，且目前曳力模型一般都是單粒徑系統(tǒng)，系統(tǒng)的多分散特性對(duì)曳力和微觀尺度結(jié)構(gòu)的影響缺乏考慮。

（4）目前的循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損研究多以燃煤、生物質(zhì)混燃機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)生物質(zhì)直燃及垃圾焚燒發(fā)電機(jī)組的研究存在一定空白，缺乏對(duì)燃料種類帶來的磨損差異性研究。

（5）現(xiàn)有的基于人工智能算法的磨損預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，輸入層變量偏少。但卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural networks, CNN）等人工智能算法研究框架已較為成熟，選擇合適的人工智能算法，通過海量信息數(shù)據(jù)挖掘磨損特征的方法構(gòu)建磨損預(yù)測(cè)模型是解決大型CFB鍋爐水冷壁磨損預(yù)測(cè)問題精度的重點(diǎn)之一。

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Research Progress of CFB Boiler Water Wall Wear

LIN Zhi-heng1, QIAN Jin1, ZHAO Wei1, CHEN Wan-xun2, WANG Yi-gui2

(1. Guizhou University, Guiyang 550025, China; 2. PowerChina Guizhou Engineering Co. Ltd., Guiyang 550003, China)

Circulating fluidized bed (CFB) technology is the most promising technology in the field of low calorific value fuel utilization, and the unique gas-solid flow structure in the furnace leads to the prominent wear problem of water wall. The research progress of CFB boiler water wall wear was reviewed in this paper, which provides reference for further research. Firstly, the wear mechanism of CFB boiler water wall was expounded from aspects of research theory, wearable parts and their causes, influencing factors and control measures. Then, the main wear models in the development history were compared to expound their advantages, disadvantages and applicable scope. The research methods with broad application prospects were emphatically introduced. Finally, some suggestions were put forward for future research in this field from aspects of hot environment construction, wear model modification, micro-scale structure description, research object and artificial intelligence method.

circulating fluidized bed; water wall; wear

TK224.1

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2021.04.011

2095-560X（2021）04-0351-08

2021-03-10

2021-04-29

貴州省科技支撐項(xiàng)目（2Y040）

錢 進(jìn)，E-mail：jqian@gzu.edu.cn

林志恒（1994-），男，碩士研究生，主要從事熱動(dòng)力系統(tǒng)模擬與優(yōu)化研究。

錢 進(jìn)（1965-），男，工學(xué)碩士，副教授，主要從事熱動(dòng)力過程多尺度數(shù)值模擬與仿真研究。