循环流化床锅炉磨损的原因浅析及措施

循环流化床锅炉磨损的原因浅析及措施

田群伟周金英

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南714000）摘要：循环流化床锅炉(CFB)燃烧技术是一项近20年来发展起来的燃煤技术。是继链条炉、煤粉炉发展起来的高效率、低污染的新型炉，因其燃烧效率高、煤种适应性广、负荷调节范围大、氮氧化物排放低、能在燃烧过程中方便和廉价地进行脱硫等优点而备受青睐。自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用和推广。随着循环流化床燃烧技术的日益成熟，循环流化床也以其大量的运行实践被公认为极具发展前途的炉型之一，成为今后电站锅炉的发展趋势。但这种炉型在运行中也反映出一系列问题，如高温烧蚀，低温腐蚀，冲刷磨损，超温爆管，尾部烟道再燃烧，床上大面积结焦，落渣管堵塞，耐火耐磨材料脱落，风帽漏渣，给煤系统堵塞，断煤等问题。本文重点对循环流化床锅炉炉膛内的磨损进行了分析，并提出了相应的防磨措施。

关键词：循环流化床；落煤口；防磨；金属喷涂

1 前言

作为一个发展中国家，如何解决煤炭燃烧设备降低NOx/SO2大气污染物排放、改善环保减轻温室效应、低成本的设备投资、提高能源利用效率、便于劣质煤综合利用、尽量处理固体垃圾燃料之间所存在的矛盾，成为煤炭燃烧和综合利用设备发展和应用的关键所在。在这样的客观现实情况下，循环流化床锅炉的普遍运用就成为多数企业用户的首选燃烧设备，较好地解决了上述矛盾。

我国是开发流化床燃烧技术较早的国家。早在上世纪60年代，就开始研究发展鼓泡流化床技术。循环流化床技术的研究和开发始于上世纪80年代。1989～1991年初，首批35～75T/h的循环流化床锅炉投入运行。由于产品设计和循环流化床锅炉的理论发展落后的原因，运行问题较多。经国家组织完善化研究后，在90年代中后期得以快速发展。随着该技术的不断完善和发展，用于集中供热的热水循环流化床锅炉也在应用和推广。可以预见，今后若干年里将是循环流化床锅炉飞速发展和使用的重要时期。

2 设备概述

渭化现在使用的循环流化床锅炉是由无锡华光锅炉厂有限责任公司制造的UG-220/10.8-M型。锅炉为高温高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架兀型布置。锅炉设计煤种为黄陵烟煤。如图1

图1循环流化床结构简图

3 CFB锅炉的磨损

在循环流化床锅炉中由于炉内固体物料浓度、粒径比煤粉炉要大的多，所以循环流化床锅炉的磨损比煤粉炉要严重的多，但炉内磨损并不是均匀的一般磨损主要有以下几个部位

1、风帽磨损，最严重的区域在物料返料口附近。

2、水冷壁的磨损，最严重的区域在炉膛下部水冷壁与耐火浇注料交界处、炉膛四周区域以及一些不规则的管壁，这些不规则管壁包括穿墙管、炉墙开孔处的弯管以及管壁上焊缝等。

3、高温旋风分离器的入口烟道及上部区域以及中心筒。

4、对流烟道受热面的某些部位，如省煤器、过热器和空气预热器的某些部位3.1水冷壁管的磨损

水冷壁管的磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一。炉内水冷壁管的磨损主要集中在以下三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损；炉膛四个角落区域的管壁磨损；不规则区域管壁的磨损。炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因一是在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与

炉内向上运动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡旋流；另一个原因是沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷。炉膛四个角落区域的管壁磨损原因是角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高，同时流动状态也受到破坏。不规则区域管壁（如穿墙管、炉墙开孔处的弯管等的磨损原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。循环流化床物料在锅炉炉膛中心区域以上升流为主，四周边壁区以贴壁下降流为主，水冷壁防磨凸台上部磨损原因如图2所示：

图2炉膛内气固流动形式

按设计，循环灰贴壁下落到水冷壁防磨凸台上部堆积，形成约45°的自然堆积角，剩余循环灰沿坡面下滑，避免冲刷水冷壁管，达到减小磨损的目的。在水冷壁防磨凸台上部过渡区内，由自然下落的循环灰在水平凸台上形成斜坡，称为“软着陆”区域，如图3所示。

由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡旋流，使循环灰堆积角减小，“软着陆”区细颗粒较少，大颗粒偏多，导致“软着陆”效果欠佳，沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷磨损。如图4所示：

图3：设计工况图4：实际工况

3.2 炉内过热器的磨损

炉膛内屏式过热器、水平过热器管屏的磨损机理与炉内水冷壁管的磨损机理相似，主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。

3.3 对流烟道受热面的磨损

对流烟道受热面的磨损主要发生在省煤器两端和空气预热器进口处，产生磨损的主要原因是设计上考虑不周，安装时出现误差；另一个原因是受热面材质不好。

4 循环流化床锅炉的常见防磨措施

4.1 金属防磨盖板

防磨盖板是锅炉传统防磨措施之一，其结构见图5，主要用于尾部烟道对流受热面，防磨材料根据防磨位置烟气温度选取，一般采用1Cr18Ni9Ti和20G 钢两种材料，板厚为2 mm。

图5：金属防磨盖板示意图

4.2 防磨堆焊

在需要防磨的金属材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金属，使母材具有较高的抗磨损性能，主要用于非金属耐磨耐火材料与非保护区之间的过渡处的防磨，如水冷壁下部、过热器、风帽、高温再热器等部位。

4.3 水冷壁衬里

水冷壁衬里是用焊在管子表面上的金属销钉将较密的耐磨耐火材料固定在烟气侧的锅炉管件上，结构见图3-5。图6（a）所示的衬里主要敷设在炉膛下部区域；图6（b）所示的衬里主要敷设在过热器屏和再热器屏易磨损处。

图6：水冷壁衬里结构示意图

5 热喷涂技术

5.1 炉内受热面的热喷涂

为了减缓锅炉的高温腐蚀和磨损，随着表面工程技术的发展，各种先进涂层防护技术不断被开发并逐步运用到锅炉管上，使锅炉“四管”的防腐耐磨技术进入了实用化阶段，锅炉“四管”喷涂技术得到了广泛应用。目前超音速电弧喷涂是锅炉“四管”耐磨防护最先进的现场喷涂技术，涂层材料主要有FeCrAl合金、NiCr 合金、NiCrTi合金及NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料。这里主要介绍NiCr/Cr3C2金属材料及其在循环流化床锅炉上的实际应用。

5.2 喷涂的主要性能

NiCr/Cr3C2金属材料由两种不同性能的组分构成：其中NiCr合金具有良好的耐热耐蚀性，常用的成分是80％Ni/20％Cr；而Cr3C2是Cr-C系中最常见与最重要的一种化合物，熔化温度为1810℃，在金属碳化物中它的抗氧化能力最强，在空气中只有在1100℃～1400℃才开始显著氧化，在高温条件下仍然保持相当高硬度。Cr3C2还具有很强的耐蚀性和耐磨性，在稀硫酸溶液中是1Cr l8Ni9Ti不锈钢耐蚀性的30倍，而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。用NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料喷涂循环流化床锅炉管，管壁磨损量由1.5～2.0mm/年（喷涂前管子母材）减少到约0.2mm/年（喷涂后涂层）。通常用NiCr作为耐热合金粘结组与Cr3C2硬质相经超音速涂层工艺形成涂层，就构成了优良的抗高温耐磨材料。

作为喷涂层材料，NiCr/Cr3C2有不同的结构与组成。在结构上，分为混合型与包覆型。混合型是NiCr与Cr3C2各作为一个组分按一定粒度及重量的要求混合而成，这种形式的NiCr/Cr3C2已应用多年，至今仍占据重要地位。包覆型是利用化学及冶金方法将NiCr和Cr3C2两种组分包覆在一起，成为一种复合材料，