循环流化床锅炉水冷壁的磨损及预防

循环流化床锅炉水冷壁的磨损及预防
循环流化床锅炉水冷壁受热面的磨损是循环流化床锅炉磨损中最突出的问题。

近年来，防磨器材厂家与锅炉生产厂家都做了大量的尝试，但总不能达到令人满意的效果。

标签：水冷壁磨损磨损机理实践预防
一、情况介绍
我公司是亚洲最大的集中供热项目，共安装6台116MW热水锅炉，3台75T/H次高压蒸汽锅炉，2台12MW汽轮发电机组，集中供热面积最终达到1758万平方米。

2004年度安装了两台116MW热水锅炉，厂内编号为#5、#6。

2005年度安装了2台116MW循环流化床热水锅炉，厂内编号为#3、#4锅炉；3台75T/H 次高压蒸汽锅炉，2台12MW汽轮发电机组。

其中，#3锅炉在90%负荷下累计运行21天，发生了密、稀相区交界处锅炉水冷壁管的泄露事故；#4锅炉在90%负荷下累计运行45天同样发生了密、稀相区交界处锅炉水冷壁管的泄露事故。

二、水冷壁管的磨损机理
影响锅炉受热面磨蚀的关系式如下：
E∝upndpKCτ/2g
E——磨蚀量；up——烟气中固体粒子的速度；
dp——固体粒子直径；C——烟气中固体粒子浓度；
K——比例常数，表示物料和气体的磨损特性；
τ——运行时间；g——重力加速度。

从公式可以看出，锅炉受热面的磨蚀量与固体粒子速度的n次方成正比，根据不同学者研究，n值在3.0～4.3之间；与粒子浓度、粒子直径成正比；与K成正比，K决定于床料颗粒密度、灰的成分和床料颗粒形状，K通过试验确定。

锅炉受热面的磨损还受到床料温度，床料硬度，受热面材料硬度，管束结构和布置间距的影响。

循环流化床燃烧室内金属受热面的磨损机理与气固两相流的流动模式有关。

磨损方式有冲击磨损、切削磨损、接触疲劳磨损和综合磨损。

循环流化床锅炉炉膛内，典型的气固两相流的流体动力学模形，为中心向上
环状流和固体物料的贴壁下滑流，固体物料沿水冷壁的贴壁下滑流是水冷壁管产生磨损的主要原因。

炉膛水冷壁管的严重磨损与回流物料突然改变方向有关。

改变方向的部位主要有（1）、水冷壁与浇注料卫燃带的分界面处，（2）、膜式水冷壁管与鳍片焊接缺陷处，（3）、水冷壁其它突出部位。

造成我公司水冷壁管磨损泄漏的主要原因是（2）膜式水冷壁管与鳍片焊接缺陷处。

我公司116MW循环流化床热水锅炉锅筒中心线高度为36910mm，整个水冷壁管屏分上、中、下三段在现场焊接。

在膜式水冷壁与耐火防磨层卫燃带处采用水冷壁弯管（防磨弯）的防磨方式（如图1）。

由于弯管的存在，防磨弯处的水冷壁管不容易在锅炉生产厂家焊接成管屏后，整屏弯制，需要在施工现场单根对焊。

由于弯管的存在增加了水冷壁及鳍片的焊接难度。

虽然锅炉生产厂家要求，水冷壁于炉膛内的安装焊口，焊后必须打磨，直至与管子外壁平齐，由于现场施工的困难，仍然存在焊肉凸出问题（见照片1）；在鳍片对焊处存在错口、凸台和凹坑。

（见照片2）
锅炉炉膛水冷壁管的磨损又分为双体磨损和三体磨损，。

双体磨损是由于固体物料与水冷壁接触，水冷壁受到向下回流物料的冲刷。

三体磨损，是沿炉膛壁面运动的固体物料受颗粒团的碰撞，利用贴壁物料做为介质使水冷壁产生磨损。

其中，三体磨损是循环流化床锅炉水冷壁磨损的主要形式。

由于我公司在现场施工焊接中，水冷壁管及鳍片对接处出现了凸台、凹坑，凸台、凹坑的存在使固体循环物料在此处改变了流动方向，出现了涡流，如图（1）、（2）。

涡流的出现改变了固体循环物料贴壁下滑流对水冷壁的单纯冲刷、切削磨损，出现了涡流对水冷壁管的接触疲劳磨损，最终形成综合磨损。

加快了炉膛水冷壁的磨损速度，使锅炉的运行时间减少。

三、对循环流化床锅炉水冷壁管屏进行喷涂及安装防磨护瓦两种防磨措施的探讨
循环流化床锅炉水冷壁管屏目前经常采用的防磨措施有两种，一种是在水冷壁管屏表面进行热喷涂，二是安装防磨护瓦。

由于大多数锅炉生产厂家，现在基本采取了改变浇注料卫燃带处水冷壁管的几何形状，既采用了防磨弯的锅炉防磨措施，使锅炉耐火耐磨浇注料与上部水冷壁管保持平直，使固体物料沿水冷壁面平直下流，避免固体循环物料对水冷壁管的直接冲击、切削、撞击等磨损。

所以，这种探讨是建立在采用了防磨弯的锅炉防磨措施基础之上的。

对喷涂和安装防磨护瓦两种情况的比较
对喷涂和安装防磨护瓦两种情况我们进行了认真的观察，对采用两种防磨措施的防磨结果进行了比较。

采用电弧喷涂方法主要存在三个问题，一是存在喷涂材料脱落现象，脱落的原因主要是喷涂前做喷砂处理时，局部处理不到位，使喷涂材料不能与水冷壁管母材牢固地结合，运行时出现脱落。

二是在喷涂层上部与水冷壁管屏结合处的过渡段，出现喷涂层被冲刷掉的问题。

冲刷掉的原因是因为喷涂层的过渡段厚度虽然较薄，但仍然突出于水冷壁管屏母材，使冲刷加剧出现
磨损。

三是水冷壁管子在施工现场对焊后，焊口打磨后仍然存在焊肉凸台，鳍片对焊处出现凸台、凹坑，固体循环物料在凸台、凹坑处产生涡流，形成综合磨损，加剧了磨损速度，使水冷壁管在较短的时间磨损出现冲刷沟而泄漏。

采用安装防磨护瓦的方法，主要存在一个问题，就是在护瓦与水冷壁的结合过渡处，由于最上部护瓦的过渡角相对于喷涂过渡段的角度大的多，存在着突然凸出的问题，加剧了磨损。

对循环流化床锅炉防磨技术的探讨
采用水冷壁弯管，是目前最为先进的浇注料卫燃带上部水冷壁防磨方法。

采用水冷壁弯管（防磨弯）与采用电弧喷涂相结合的防磨措施，应当是目前最佳的水冷壁防磨方法。

而采用水冷壁弯管与安装防磨护瓦相结合的防磨方法，是在因存在现场焊接问题的前提下，采取的一种补偿措施。

因为电弧喷涂方法具有良好的导热性，喷吐层具有较强的硬度，喷涂层较薄并且能和水冷壁较好的过渡。

随着喷涂技术的发展，喷涂工艺的提高，喷层脱落问题会很好的解决。

但是，采用喷涂的防磨方法，是在水冷壁管屏不存在凸台、凹坑，管屏平整的前提下，机械焊接能够较好的解决这一问题。

因此，需要锅炉制造厂家在设计、制造锅炉时，将防磨弯处的水冷壁管子采用机械焊接成屏，将现在防磨弯处对接焊口整体下移，移至耐火耐磨浇注料以下。

这样，对接焊口处即使存在凸台、凹坑，也不存在磨损的问题，弥补了现有条件下喷涂和安装防磨护瓦的不足。

解决耐火耐磨浇注料卫燃带上部水冷壁弯管易磨损的问题。

参考文献：
1、岑可法等编《循环流化床锅炉理论设计与运行》中国电力出版社2004年
2、刘德昌等编《循环流化床锅炉运行及事故处理》中国电力出版社2006年。