循环流化床锅炉炉膛水冷壁磨损与防磨关键技术

循环流化床锅炉炉膛水冷壁磨损与防磨关键技术
韩春峰
【摘要】分析了CFB流化床锅炉各主要部位的磨损形式,以及各部位磨损原理,制定了切实有效的防范措施,经过实践检验非常有效,具有一定的普遍性,对于当今迅速发展的CFB循化流化床锅炉在运行中磨损问题的解决有一定的参考和借鉴意义,延长了CFB循环流化床锅炉运行周期,带来了显著的经济效益.针对锅炉防磨关键技术使用,认为积极采用炉膛防磨梁和热喷涂技术是CFB循化流化床锅炉水冷壁高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法.CFB循环流化床锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂,它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关.%The wear forms of CFB fluidized bed boilers are analyzed,and the wear principle of each part is analyzed.The effective and effective preventive measures are developed.It is very effective after practice and has certain universality.For today’s rapidly deve loping CFB The solution to the problem of wear in the circulating fluidized bed boiler has certain reference and reference significance,which prolongs the operating cycle of the CFB circulating fluidized bed boiler and brings significant economic benefits. For the use of boiler anti-wear key technology,it is considered that the active use of furnace anti-wear beam and thermal spraying technology is the most reliable solution for CFB circulating fluidized bed boiler water wall high temperature anti-corrosion wear coating. The mechanism of high temperature corrosion and wear of CFB circulating fluidized bed boiler water wall tube is complex,which is closely related to
the furnace flame temperature,the sulfur content of coal combustion,and the erosion of flue gas and ash particles.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2019(045)009
【总页数】2页(P68-68,87)
【关键词】流化床;炉膛;水冷壁;磨损;贴壁流;涡流;浇注料
【作者】韩春峰
【作者单位】陕西咸阳化学工业有限公司,陕西咸阳 712000
【正文语种】中文
【中图分类】TK229.6
公司工程中心3×180t/h循环流化床锅炉，锅炉运行温度在850～1 050℃，炉膛普遍存在着较为严重的磨损问题，严重影响锅炉的正常安全运行，给被提供动力支持的主力生产线造成安全生产隐患以及巨大经济损失。

据分析，造成炉膛水冷壁剧烈磨损的主要原因是床料及飞灰随着高速贴壁流烟气冲刷水冷壁管，特别是在浓相区的磨损尤为严重。

根据CFB锅炉的运行与检修经验和浇注料公司的专利技术、专业设计水平、流动场模拟计算能力与长期积累的成功经验，经过认真调研并进行技术论证，认为在CFB锅炉炉膛增设防磨指数防磨梁可以达到较为理想的减磨防磨效果。

1 CFB循环流化床防磨梁技术
1.1 磨损原因机理
在运行过程中循环流化床锅炉床料为2种方式循环：
（1）炉膛床料在中间上升到炉膛顶部再沿边壁下降到密相区，叫内循环；（2）炉膛床料上升至顶部被吹进分离器后下到返料筒，重新返回炉膛，叫做外循环。

内循环的量是外循环的3～5倍。

目前出厂的CFB锅炉主要在分离器及密相区为防磨重点，耐火耐磨材料在此区域敷设。

各地的循环流化床锅炉水冷壁普遍存在着剧烈磨损问题，在实际运行中，锅炉运行周期短，安全稳定性差，爆管频繁发生。

其主要原因是，床料及飞灰在炉膛四周的水冷壁顺下降形成“贴壁流”，水冷壁管的贴壁流对水冷壁造成严重磨损。

1.2 磨损部位
1.2.1 卫燃带与膜式壁交界处和密相区的磨损
此种磨损方式较难处理，且比较严重。

那么在碰到凸起的浇注料时，沿膜式壁面下降的物料流（即壁面流）使与浇注料相接处的管壁受到磨损而形成凹沟，会改变流向形成涡流，时间长了，形如八字胡，管壁会逐渐减薄而泄漏。

1.2.2 炉膛水冷壁四角磨损
由于物料浓度相对较高，在膜式水冷壁壁四角缝、不平整焊道焊缝迸溅等因素，而出现局部磨损现象，四角缝的检查是每次停炉检查不可忽视的，要打磨平整光滑焊缝。

1.2.3 对接焊缝处水冷壁的磨损
对磨损程度至关重要是膜式水冷壁的垂直度，任何壁面凸起和倾斜物都将带来严重的磨损。

2 防磨梁技术应用
2.1 设计依据
本锅炉为循环流化床锅炉，采用高温水冷式旋风分离器、非机械回灰、固态排渣、平衡通风、双排柱全钢架，支吊结构。

2.2 结构改造设计
高速贴壁流烟气中夹带的颗粒（床料与飞灰）冲刷水冷壁管，造成炉膛水冷壁管大面积严重磨损。

烟气流遇到水冷壁表面凸出物（如焊缝、焊疤、结渣等）时会在其附近产生局部“涡流”和“支流叠加”效应，结果在凸出物两侧约45°方向的水冷壁上“刨削”出深沟，极易造成水冷壁管爆破。

密相区耐火浇筑料与水冷壁过渡的高密度含尘烟气由于截面关系变化而形成局部“紊流”、“漩流”和“逆向流”会对水冷壁管产生剧烈撞击式的切削磨损，结果通常在密相区磨损特别严重，此区域内爆管时常发生。

本冷屏和过热屏等区域由于炉膛截面积变化造成烟气速度改变也容易引起异常磨损。

为消除上述各种造成炉膛水冷壁管严重磨损的现象，提高CFB锅炉的使用寿命，在基本不改变燃料结构和运行参数的前提下，降低和有效
控制贴壁流烟气及其夹带的床料与飞灰的速度是最为有效的方法，具体措施为设计结构合理的防磨指数防磨梁。

设计防磨梁时，根据技术指数规律设计阻流梁布置方式，结合锅炉的结构特点（焊缝布置状况、浇筑料布置状况、过热屏布置状况等），形成下密上疏的结构形式，在水冷壁一定的标高处分别布置阻流梁形成一个完整的炉膛防磨梁，以有效控制水冷壁贴壁烟气流速以及自上而下运动的固体颗粒速度，逐级实现短距离的软着陆和减轻局部“涡流”、“漩流”、“紊流”的作用强度，从而显著减缓水冷壁的磨损，真正体现主动式防磨理念优良的实用效果。

确保防磨梁对床温、负荷、炉膛差压、一次风量、总风量等运行参数的影响降低至最小程度前提下，保证阻流防磨效果为目的，在本CFB锅炉炉膛内侧四周（前、后、左、右墙）相对标高12.85m、14.85m、20.05m、24.05m、30.05m处分
别布置阻流梁，共五道上凹弧面的梯形阻流梁，共同组成防磨指数防磨梁。

其中自下向上的第一至四道梁的形状相同，第五道具有独立形状。

由于四墙角部位存在较大磨损问题，所以在墙角部位的梁形状具有特殊防护结构。

阻流梁由耐磨可塑料和
钢筋抓钉等构成。

阻流梁每1 000mm留设3mm厚的膨胀缝。

膨胀缝留设成非直通式的结构（按专利要求设置），缝内填充两层（厚度2～3mm）的陶瓷纤维纸。

2.3 防磨梁应用效果
（1）没有布置防磨梁时水冷壁附近存在着一层较稳定的高颗粒浓度区域，同时由于炉膛出口偏置，靠近炉膛出口侧面水冷壁中上部区域存在着颗粒斜向流动切向冲刷水冷壁的流动现象，因此水冷壁必然存在严重的磨损问题；设置防磨梁后，沿水冷壁向下流动的颗粒流受到阻流梁阻挡后，沿阻流梁上沿流向炉膛内部，在阻流梁下部空间形成明显的低颗粒浓度区，在远离阻流梁的水冷壁区域重新形成沿壁面向下流动的颗粒流，同时缓解颗粒切向冲刷水冷壁的现象。

所以，布置防磨梁可以较大幅度缓解壁面磨损。

（2）布置防磨梁前水冷壁边壁区域形成0.1～0.2m厚的向下流动的高浓度颗粒流，该颗粒流在炉膛的中下部（6m区域）速度可以到达6m/s左右，所以该区域的高浓度高速度颗粒流对水冷壁造成剧烈的磨损。

防磨梁的布置明显改变水冷壁局部区域的颗粒流动速度分布和颗粒流动方向。

阻流梁上方的颗粒基本呈垂直向下流动，当向下流动到阻流梁区域时，受阻流梁影响，颗粒速度下降，流动方向转向离开水冷壁，向炉膛内部流动；在阻流梁下方，颗粒速度减缓并继续呈离开水冷壁向炉膛内部流动的趋势。

因此，防磨梁的布置将有效降低水冷壁壁面上颗粒向下流动速度并改变流动方向，从而显著改善水冷壁的大面积磨损问题。

（3）防磨梁安装完成运行半年约运行40 000h后停炉检查炉管磨损情况，在施工区域附近水冷壁管上随机抽查800个点，数据较安装前，100%抽查点管壁厚度减薄量小于0.35mm。

运行一年或8 000h后停炉检查炉管磨损情况，在施工区域附近水冷壁管上随机抽个800点，数据较安装前，100%抽查点管壁厚度减薄量最大小于0.7mm，80%抽查点管壁厚度减薄量最大小于0.6mm。

（4）防磨梁改造后，在锅炉额定工况180t/h下的正常稳定运行。

对锅炉运行参
数的影响达到以下要求：
①负荷影响率：＜1%；（额定工况下）
②床温上升变化：≤25℃；（额定工况下）③炉膛差压影响率：＜3%；（额定工况下）
④运行一次风量增加量：≤设计值的5%；（额定工况下）⑤运行总风量增加量：≤设计值的5%；（额定工况下）
3 结束语
炉膛防磨梁改造后，能对水冷壁管表面实施有效保护，再结合超音速电弧喷涂涂层防磨技术的应用，使其外表面基本不受损伤，保证CFB锅炉水冷壁管的可靠性，保证了设备安全有效运行，预防了对于CFB循环流化床锅炉运行中对水冷壁管冲蚀（磨损）造成腐蚀。

减少或避免非计划停炉，降低运行成本，可大量节省材料更换费用及维修费。

实践证明，CFB循环流化床锅炉防磨梁改造能够对锅炉水冷壁的保护提供一个非常有效可靠的解决办法，值得推广应用。

参考文献
【相关文献】
[1] 岑可法.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京：中国电力出版社，1998.。