循环流化床锅炉防磨措施分析王斌

循环流化床锅炉防磨措施分析王斌

王斌

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古鄂尔多斯017209

摘要：在经济建设以及科学技术不断发展的形势下，循环流化床锅炉广泛的应用在工业生产中，但是在实际运行中会产生内壁的磨损，降低了锅炉的运行效率，并且缩短了使用寿命。所以要采取有效的措施，降低磨损程度，提高锅炉的运行效率，促进经济发展。本文对循环流化床锅炉防磨措施进行了探讨。

关键词：循环流化床锅炉；防磨；措施

1磨损机理

在实际工程操作中，由于机械相互作用、间歇性的化学和电力作用，物体工作面的材质在相对外力的作用下不断发生变形、损耗、转移的现象称为磨损。根据磨损机理的不同，可把磨损分为磨料磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和微振磨损等类型。在循环流化床锅炉中，炉内受热面的磨损主要呈现为冲蚀磨损。冲蚀磨损是指流体或固体颗粒以一定的速度和角度对锅炉材质表面撞击而造成的磨损。冲蚀磨损有两种基本类型:一种为冲刷磨损，另一种为撞击磨损，这两种磨损冲蚀表面流失过程的微观形貌不完全相同。冲刷磨损是固体颗粒冲击锅炉表面的冲击角度较小，有时几乎平行。根据分速原理，大颗粒垂直于撞击锅炉表面的分速度使它楔入被冲击物体，而固体颗粒与锅炉表面相切的另一个分速度使它沿物体表面滑动，两个分速度共同作用能使锅炉表面受损严重。如果锅炉表面材质承受不住这种合速度的作用，就会被剥落成一小片一小片的材质，长期这样就会严重影响正常工作。撞击磨损是指固体颗粒相对于固体表面冲击角较大，或接近垂直时，以一定的运动速度撞击固体表面使其产生微小的塑性变形或显微裂纹，在大量固体颗粒长时间、反复撞击下，逐渐使整片塑性变形层脱落而形成的磨损。在循环流化床锅炉炉内受热面的磨损中，床料颗粒与金属件和耐火材料的冲击角度一般为0～90°，因此，循环流化床锅炉炉内水冷壁的磨损是上述2类磨损的综合。

2循环流化床锅炉磨损的原因

在循环流化床锅炉使用的过程中，其自身的水冷壁管磨损在很大程度上与煤粉炉有着密切的联系，其主要体现在以下两个方面：首先，在大量烟气排放的过程中，其自身包含的固体颗粒能够在一定程度上对水冷壁管进行冲刷，加强壁管内部的磨损；其次，基于锅炉内部存在的内循环作用，导致大量固体颗粒在运行的过程中，沿着炉膛四壁重新回落，以此形成第二次冲刷，尤其在水冷壁管和耐火材料层过渡区的凸出部位。

2.1烟气流速影响

在锅炉运行的过程中，排除的烟气流速越高，对锅炉的磨损越重；且烟气流速与风量也有着一定的联系，风量越大，则磨损量越大；若二次风量越大，则会对炉内燃烧的状况进行剧烈的扰动，直接增加受热面积的磨损量，而这些都会给锅炉造成损失。

2.2烟气颗粒浓度影响

在锅炉燃料燃烧后，势必会排除大量的烟气，这些烟气在排出的过程中，烟气内颗粒浓度越大，则会直接增加锅炉的受热磨损面，其核心原因在于烟气颗粒的数目越大，在排除的过程中，会直接冲撞锅炉管壁。由此在循环流化床锅炉运行的过程中，基于锅炉自身内部结构的循环性，导致锅炉内部负荷大幅度提高，负荷一旦提高，则会造成床层密度及床层差压增大，颗粒浓度一旦增大，则锅炉的磨损量也会大幅度增加。

2.3燃料性质的影响

燃料在燃烧的过程中，其颗粒硬度、灰分程度，都会对锅炉造成磨损。在其燃烧的过程中，灰分越大，对受热面管壁的切削作用越强烈，则磨损量越大。尤其在掺烧煤矸石或其它高硬度燃料的过程中，会在原有的基础上大大缩短受热面管爆管得运行时间。

2.4锅炉安装及质量检修

在对锅炉造成磨损的过程中，与锅炉的安装及检修质量有一定的联系。在锅炉安装使用的过程中，若没有正确的对其安装，势必会影响锅炉的正常运行，同时也会造成大量颗粒的外漏，在加剧锅炉磨损的同时，还为锅炉今后的投入使用埋下了安全隐患。

2.5锅炉自身动力场的影响

在锅炉自身运行的过程中，基本锅炉内部结构的局限性，炉膛内烟气在排除的过程中，处于不均匀的状况，且四角处的烟气流速普遍比中间的大很多，因而造成的磨损程度也要比其他部位严重。

3循环流化床锅炉防磨措施

3.1设计阶段提前预控

（1）锅炉水冷壁防磨设计。密相过渡区会产生一定速度的“面壁流”的物料颗粒，受风速很高的一次风的卷带，在靠近水冷壁处强烈的冲刷水冷壁，因此所有容易产生涡流的让管口应设计在燃烧室浇注料层，例如落煤口、返料口、看火口及二次风口等，燃烧室浇注料层上部至锅炉出口的水冷壁不设计任何容易产生涡流的让管口。锅炉出口处水冷壁管应设计用浇注料包裹，解决因局部涡流冲刷水冷壁而造成的漏泄事故。

增加卫燃带的高度可以减轻此处管壁的防磨。这是因为高度增加后，在耐火材料凸台附近沿壁面向下流动的固体物料在流量上有所减小，同时其中的大颗粒也比较少，因而管壁磨损也会轻一些。

（2）过热器和省煤器防磨设计。过热器和省煤器的磨损主要是烟气中的灰颗粒对其冲刷导致，设计锅炉时尽量提高分离器的分离效率，降低分离器后烟气中灰颗粒含量，减轻过热器管排和省煤器管排的磨损。在过热器管排和省煤器管排制作完成后，先将的迎风面、穿墙管及弯头处做防磨喷涂，再用防磨护瓦包裹，提高过热器管排和省煤器管排的耐磨度。

（3）放渣管及风帽防磨设计。落煤口正对着放渣管，在运行放料时进入炉膛的燃煤会有部分大颗粒的直接被放出，造成锅炉的不完全燃烧热损失和放料管内结焦。放渣管设计在锅炉后墙边上或者锅炉两侧边上，大颗粒燃煤进入炉膛后就会与热料充分混合，预热、燃烧、破碎，经一次风扰动就不会被直接排除，既降低了锅炉的不完全燃烧热损失，又不会使放料管内结焦和磨损。

3.2喷涂防磨

熔敷技术是近年来流化床锅炉防止水冷壁磨损使用的一项新技术，利用熔敷热源将具有一定性能的材料熔敷在基体(工件)表面上，形成冶金结合的一种熔敷工艺过程。熔敷的目的是利用熔敷的方法在工件表面获得耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能的熔敷金属层。

分布式变流熔敷系统、粉心合金熔丝熔敷水冷壁合金防腐装置系统及方法，具体的工艺过程为通过高压电弧产生的热量将合金熔丝融化形成熔滴，再经过高速脉冲甩滴机构将熔滴甩到工件表面，从而形成金属冶金结合的熔敷过程。由于工件是三维立体结构，因此熔敷过程采用全自动机器人熔敷机来实现，熔敷过程为激光扫描工件表面，计算机合成工件表面立体图形，自动计算和分析施工顺序和熔枪定位，熔敷施工，周而复始的重复上述步骤直到熔敷区域施工完毕，整个过程为“3D”表面金属填充打印技术。

3.3入炉煤粒度控制

入炉煤的颗粒度对循环流化床锅炉的点火启动、运行控制、燃烧效率、风帽及水冷壁等部件的运行均有很大影响。入炉煤的颗粒度过大，会在床体中沉积形成死滞区，破坏正常的流化状态，使炉内温度场不均匀，造成床温过低或过高停炉。流化床的入炉煤粒度一般在0~13mm范围内，若为了照顾大煤粒沸腾良好而加大风量，煤粒飞逸就会增多，加大锅炉损失。颗粒度增大，则会因照顾大颗粒流化而加大风量，致使小颗粒煤未及时燃烧而飞出炉膛进入旋风部的返料床上二次燃烧，使返料温度过高，造成返料器高温结焦，影响锅炉正常运行。颗粒浓度较大，颗粒与颗粒间、颗粒与受热面间碰撞、摩擦的机会增多，对受热面的磨损也较严重，随着煤粉粒度和炉内温度的增加，煤粒沉降速度增大，煤粒对水冷壁的撞击力越大，磨损越严重。床料平均直径增加，床料流化所需最小流化风量亦增大，在一定风压下，床料阻力相比较致使流化状态向不良方向移动，而加速了布风板上风帽的磨损，同时飞灰损失随着最小流化风量的增大而增加，水冷受热面的磨损而成倍增加，从而导致锅炉运行周期大大缩短。

3.4运行方式调整

循环流化床锅炉的运行基于流态化的高温物料悬浮燃烧。风量的大小将直接影响到锅炉的安全运行。理论上讲，运行风量略高于最小流化风量即可。风量控制系统主要包括一、二次风量调节，一次风的主要作用是流化炉内床料，二次风主要在稀相区下部喷人炉膛，补充燃烧所需要的氧量，一次风量的大小直接关系到流化质量的好坏，CFB锅炉在运行前都要进行冷态试验，并做出在不同料层厚度（料层差压）下的临界流化风量曲线，在运行时以此作为风量调整的下限，如果风量低于此值，料层就可能流化不好，时间稍长就会发生结焦。如果风量过大，会增大反料中循环灰中大颗粒的含量，从而增加磨损。通常认为，磨损的大小与烟气流速的3次方成正比，因此运行中必须合理配风，满足运行的前提下减小送风量，严格控制过量空气系数。

3.5炉内受热面的防磨

循环流化床锅炉在运行的过程中，其炉内受热面的磨损程度将直接影响着锅炉的整体热效率。由此就需要相关人员在锅炉的结构设计中，能够采用科学、合理的设计方式，加强炉内受热面的防磨。在其加强的过程中，主要包括以下几个方面：首先，锅炉内部受热面的设计要合理。燃料在锅炉内部燃烧的过程中，往往是低温燃烧，其飞灰在排出的过程中，并没用经过一定的熔化与凝固，因而其本身比较软，再加上炉内灰粒流动方向与膜式水冷壁布置同向，不容易产生撞击，能够有效的将磨损控制在规定范围内。除此之外，在整个炉内受热面防磨措施中，炉膛内屏式过热器和屏式再热器的设计，多采用膜式结果，能够在其使用的过程中，使烟气形成垂直的流动模式，将磨损降到最低。

3.6对流受热面的防磨

在对流受热面的防磨措施中，主要包括以下几个方面：第一，在锅炉运行的过程中，可以通过气固分离装置来提高锅炉的分离效果，同时在条件允许的状况下，在炉内按照一定的飞灰除尘器，在降低飞灰浓度的同时，还能降低飞灰对受热面的磨损程度；第二，在锅炉设计的过程中，结合着锅炉的使用用途，选择合适的烟速；第三，在锅炉整体运行的过程中，应适当的降低速度场与飞灰浓度场，以此来平衡烟速的实际运行，避免局部严重磨损的现象发生；第四，在锅炉使用的过程中，管理人员可以采用管壁表面处理技术来提高锅炉壁管的抗磨性；第五，在提高锅炉防磨措施的过程中，管理人员可以采取必要的防腐蚀措施，避免磨损与腐蚀的同时发生。

3.7高温气固分离器的防磨

旋风分离器是目前循环流化床锅炉中最常用的气固分离装置，旋风分离器易磨区域的防磨方法是采用砖砌结构而不是采用常规的耐火材料浇注。另一种方法是在易磨区域安装防磨瓦，这种方法价格较低。在生产实践中主要的磨损问题有：①布风板是的风帽磨损，采用耐高温耐磨材质解决，并需停炉时注意检查更换。②密相区炉墙的磨损较快，采用高强耐磨耐火材料。③水冷壁和密相区的接合部位的冲刷磨损，一般采用弯管避让加喷涂技术减小磨损，旋风分离器前的烟道中的受热面加防磨瓦，分离器后的烟气冲刷磨损一般只需在设计中考虑，运行中很少出现问题。

综上所述，随着社会经济的迅速发展，循环流化床锅炉在使用的过程中，其防磨措施的加强，在提高锅炉自身使用性能的同时，还能在原有的基础上延长锅炉的使用寿命，在提高燃料燃烧效率的同时，还能充分发挥锅炉自身的经济价值，为其今后的投入使用奠定基础。

参考文献

[1]黄晓平.循环流化床锅炉床温控制过程的探讨[J].科学中国人.2017(23).

[2]张华军.循环流化床锅炉床温控制优化分析[J].工业设计.2016(01).