馬喜成

（山西省檢驗檢測中心（山西省標(biāo)準計量技術(shù)研究院），山西 太原 030012）

循環(huán)流化床鍋爐不同于傳統(tǒng)的煤粉鍋爐，它采用特殊的燃燒方式，受熱面磨損問題比其他鍋爐嚴重，直接影響鍋爐的安全運行。

1 循環(huán)流化床鍋爐磨損機理及特點

根據(jù)磨損機理，磨損可分為腐蝕磨損、沖蝕磨損、黏著磨損、疲勞磨損等。循環(huán)流化床鍋爐的磨損主要是沖蝕磨損造成的。沖蝕磨損分為兩類：一是固體顆粒運動方向與受熱面的夾角較?。ㄆ叫校?，這時固體顆粒產(chǎn)生刨削作用，這種磨損對受熱面造成的磨損速率隨時間變化不大。二是固體顆粒運動方向與受熱面的夾角較大（垂直），在其長期的、反復(fù)的作用下使表面產(chǎn)生疲勞破壞，磨損速率隨著時間變化呈現(xiàn)增長趨勢[1]。

受熱面的磨損狀況主要與物料的粒徑、濃度、硬度以及受熱面的壁溫有關(guān)。當(dāng)物料粒徑較小時，受熱面所受的沖蝕磨損也很?。划?dāng)物料粒徑增大時，所受的沖蝕磨損也隨之增大；當(dāng)粒徑大到一定程度時（臨界粒徑），沖蝕磨損不會繼續(xù)增大（見圖1）。由圖1 可知，當(dāng)粒徑小于0.1 mm 時，磨損量隨著粒徑的增大而增加，粒徑很小時對受熱面的沖蝕磨損很?。划?dāng)粒徑大于0.1 mm 時，受熱面的磨損量變化非常緩慢或者幾乎不變。

圖1 磨損與顆粒直徑

一般認為，不同的物料硬度對磨損的影響情況也不同，當(dāng)物料硬度越接近或者高于受熱面材料硬度時，磨損情況會急劇增加。循環(huán)流化床鍋爐運行一段時間后，受熱面會氧化形成一層堅硬的氧化膜。表1 為物料硬度表（20 ℃）。由表1 可知，氧化膜的硬度遠高于爐內(nèi)物料的硬度，因此受熱面上氧化膜的形成很關(guān)鍵。根據(jù)運行人員的經(jīng)驗，循環(huán)流化床受熱面的壁溫在400 ℃附近與磨損之間的關(guān)系變化比較明顯，變化關(guān)系見第143頁圖2。當(dāng)受熱面壁溫低于400 ℃時，由于氧化膜沒有形成，因此磨損速率較大；當(dāng)壁溫超過400 ℃并繼續(xù)增加，這時會產(chǎn)生熱應(yīng)力，因氧化膜與受熱面金屬的膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致部分氧化膜脫落，再加上高溫腐蝕等因素的影響，會導(dǎo)致磨損的速率有所增加[2]。

圖2 磨損與溫度

表1 物料硬度表（20 ℃） （HV）

2 主要受熱面的磨損及原因分析

2.1 爐膛水冷壁的磨損

爐膛水冷壁是鍋爐受熱面磨損最嚴重的部件之一。根據(jù)爐膛水冷壁不同部位的磨損情況可將磨損水冷壁劃分成3 種情況。

2.1.1 爐膛下部耐火材料過渡區(qū)域水冷壁管的磨損

造成磨損的主要原因是沿爐膛水冷壁向下運動的固體顆粒遇到過渡區(qū)域內(nèi)的凸臺改變運動方向，從而對水冷壁管產(chǎn)生沖刷磨損。次要原因是沿管壁向下流動的固體顆粒與爐內(nèi)的上升氣流局部形成渦流。在沖刷和渦流的共同作用下使過渡區(qū)域內(nèi)的水冷壁管產(chǎn)生局部溝槽和小坑。

2.1.2 不規(guī)則水冷壁管的磨損

不規(guī)則水冷壁管的磨損主要是因為不規(guī)則水冷壁改變了固體顆粒的運動方向，對其局部流動特性造成較大擾動，從而對水冷壁管產(chǎn)生沖擊磨損。不規(guī)則水冷壁管包括爐墻開孔處的彎管、穿墻管、水冷壁管上的焊縫處等。根據(jù)運行人員的經(jīng)驗，即使不規(guī)則的幾何尺寸很小也會引起嚴重的磨損，因此在設(shè)計和安裝過程中要引起重視。

2.1.3 爐膛四角區(qū)域水冷壁管的磨損

爐膛四角區(qū)域水冷壁管的磨損在循環(huán)流化床鍋爐檢修時比較常見。造成磨損的主要原因是爐膛四角區(qū)域內(nèi)向下運動的固體顆粒較多，因此該區(qū)域內(nèi)的水冷壁管磨損較嚴重。

2.2 爐膛其他受熱面的磨損

目前大型的循環(huán)流化床鍋爐爐膛除了布置有水冷壁，還布置有屏式過熱器、再熱器、水冷蒸發(fā)屏等。由于過熱器、再熱器及蒸發(fā)屏和水冷壁同樣布置在爐膛內(nèi)，因此其磨損的機理基本相似，取決于各受熱面的結(jié)構(gòu)形式和物料的流動特性。爐膛頂部受熱面所受的磨損位置處在高濃度、高速度煙氣流動的必經(jīng)通道上，再加上爐頂位于上升煙氣流的轉(zhuǎn)彎處，在離心作用下，大量的固體顆粒甩向爐頂，更增大了爐頂受熱面的磨損。

2.3 尾部煙道對流受熱面的磨損

一般對流受熱面由過熱器、省煤器及空預(yù)器組成，自上而下安裝在尾部煙道，磨損常發(fā)生在省煤器兩端和空預(yù)器入口處。循環(huán)流化床鍋爐的對流受熱面位于旋風(fēng)分離器之后，雖然分離器的分離效率可以達到99%，但由于爐內(nèi)煙氣攜帶高濃度的灰分，使得經(jīng)分離器后進入尾部煙道煙氣中的灰量絕對值依然很高。在尾部煙道中，灰分顆粒隨煙氣向下流動，再加上重力加速度的作用，因此灰分顆粒的絕對速度是由煙氣流速和重力速度合成的。磨損速率與運動速度和粒徑有關(guān)，與運動速度呈三次方關(guān)系，與顆粒直徑呈二次方關(guān)系，計算公式為

式中：δ 為磨損速率；k 為系數(shù)；u 為運動速度；d為顆粒直徑。

因此在尾部煙道的設(shè)計過程中要充分考慮上述因素，合理選擇風(fēng)速，合理布置受熱面，避免對流受熱面磨損。同時為了防止低溫腐蝕，受熱面應(yīng)選擇合適的材質(zhì)[2]。

3 防磨的主要措施

3.1 爐膛水冷壁的防磨措施

爐膛衛(wèi)燃帶過渡區(qū)域內(nèi)水冷壁磨損最嚴重。防磨措施有以下3 種：一是使該區(qū)域固體顆粒的流動特性發(fā)生改變，在水冷壁上加裝防磨梁改變固體顆粒的流動方向。二是改變該區(qū)域水冷壁的幾何形狀，即采用水冷壁讓管技術(shù)使耐火澆注料與上部水冷壁保持在一個平面上，固體顆粒就會沿壁面繼續(xù)向下運動，從而消除該區(qū)域的磨損。三是采用表面處理技術(shù)對水冷壁管起到保護和強化的作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前的處理技術(shù)有熱噴涂、電鍍、熱浸鍍、滲氮等[3-4]。

在施工過程中盡量保持水冷壁壁面的光滑，對于無法避免磨損的部位應(yīng)采取合適的防護措施，比如澆筑耐磨料、噴涂耐磨材料等。對于局部磨損嚴重的部位還可以采用防磨堆焊技術(shù)，使母材具有更高的耐磨性。

3.2 爐膛其他受熱面的防磨措施

這些受熱面主要指過熱器和再熱器，通常會在受熱面管屏最下部受煙氣沖刷的位置加裝防磨瓦。設(shè)計人員在設(shè)計時應(yīng)該避免將爐內(nèi)受熱面的管屏布置在爐膛出口截面附近，否則會加劇管屏的磨損。

3.3 尾部煙道對流受熱面的防磨措施

常采用的措施有以下5 種。

一是對局部磨損嚴重的對流管采用厚壁管或加裝防磨套管、防磨罩。二是部分對流管采用表面處理技術(shù)，噴涂、滲氮等。三是加裝煙氣導(dǎo)向擋板，防止煙氣走偏造成局部流速過快，加劇磨損。四是對流受熱面管束的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量采用順列布置。五是運行時控制好鼓風(fēng)機、引風(fēng)機的運行頻率，防止煙氣流速過快導(dǎo)致的磨損速率的加快。

4 結(jié)論

1） 為防止磨損，在設(shè)計過程中應(yīng)盡量減少水冷壁壁面的凹凸不平，與水冷壁管的交接處應(yīng)盡量平滑過渡。在選擇煙氣流速時，要充分考慮到煙速對磨損的影響。

2） 在施工過程中，水冷壁向火側(cè)的焊縫余高要磨平，保證壁面的光滑、平整。要保持好各個對流管束間的間距，防止個別管束間距過大形成風(fēng)道，加劇磨損。

3） 在運行時要選擇合適的煤種，調(diào)整好風(fēng)量，控制好煙氣流速，同時要監(jiān)測好爐膛溫度，防止?fàn)t膛受熱面超溫。在停爐檢修時要認真檢查水冷壁管的磨損情況，檢查各個管屏的平整度，煙氣擋板是否脫落，對流管束的防磨瓦、防磨罩是否脫落等。