循環(huán)流化床鍋爐防磨損技術初探

1、申 報 論 文（中級）題目 循環(huán)流化床鍋爐防磨損技術初探 單 位：南江煤電有限責任公司姓 名： 吳 登 申報專業(yè)： 熱動力 2015 年 月 日 摘 要 循環(huán)流化床鍋爐具有高效、低污染、調節(jié)靈活、煤種適應廣、爐渣綜合利用率高等特點。特別是環(huán)保方面的實用性，使得這種鍋爐近年來在電站和熱電聯(lián)產(chǎn)項目上應用廣泛。循環(huán)流化床鍋爐與傳統(tǒng)的煤粉爐不同，在循環(huán)流化床鍋爐運行中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反應產(chǎn)物的固體床料，在“爐膛-返料器-爐膛”這一密閉循環(huán)回路里處于不停的高溫循環(huán)中；同時，在爐膛內床料在重力的作用下，不斷地進行上、下往復循環(huán)運動；因此，在循環(huán)回路的相應部分及受熱管件會產(chǎn)生一定的磨損。磨損嚴

2、重影響鍋爐安全運行，使得鍋爐運行維護費用增大，機組利用率低，給企業(yè)帶來損失。本文結合南江煤電有限責任公司煤矸石電廠循環(huán)流化床鍋爐磨損的原因，針對磨損現(xiàn)象采取必要的措施。 關鍵詞 循環(huán)流化床 防磨損一、前言 南江煤電有限責任公司電廠建設于1992年，屬于資源綜合利用電廠，燃料全部使用礦井煤矸石，擔負著礦井、生活區(qū)的供電任務及供熱。由于原有的沸騰鍋爐熱效率低、污染嚴重、制約了企業(yè)發(fā)展。2008年公司對原有的兩臺沸騰鍋爐分別改造為兩臺cg25/2.45-mx型循環(huán)流化床鍋爐。投產(chǎn)兩年以來，1#、2#鍋爐受熱面及爐墻有不同程度的磨損，由于水冷壁磨損嚴重，1#水冷壁爆管頻繁發(fā)生，以至于最長連續(xù)運行時間很

3、難達到三個月，嚴重影響了公司的經(jīng)濟效益。為此，本文從檢修質量和運行工藝調整兩方面進行分析，并提出相應的措施，控制磨損，以提高鍋爐的可靠性與經(jīng)濟性。二、循環(huán)流化床鍋爐爐膛磨損機理與影響因素 1、磨損的概念與形式： 在循環(huán)流化床鍋爐中大顆粒燃料由于機械作用或伴有化學或電的作用，物體工作表面材料在相對運動中不斷損耗的現(xiàn)象稱為磨損。根據(jù)磨損機理不同，磨損一般可分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖蝕磨損、微動磨損等。流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊所造成的磨損稱為沖蝕（或沖擊磨損）。沖蝕又有兩種基本類型，分別叫做沖刷磨損和撞擊磨損，這兩種磨損的沖刷表面流失過程的微觀形貌是

4、完全不同的。沖刷磨損是顆粒相對固體表面沖擊角較小，甚至接近平行，撞擊磨損是指顆粒相對于固體表面沖擊角度較大，或接近垂直時，以一定的速度撞擊固體表面使其產(chǎn)生微小的塑性變性或顯微裂紋。磨損又可分為兩物體磨損、三物體磨損。在兩物體磨損中，固體依靠自身動量撞擊并沖刷壁面，在三物體磨損中，沿壁面運動的固體粒子受到粒子團的沖擊，而粒子團則利用前者作為磨損介質來磨損受熱面。外層粒子將第一層粒子擠向表面粒子根據(jù)自身動力磨損表面粒子磨損管子 兩物體磨損 三物體磨損2、磨損的影響因素 循環(huán)流化床鍋爐中煤灰顆粒對鍋爐耐火材料及受熱管件的磨損屬于顆粒流的沖蝕，既有顆粒對爐內耐火材料的撞擊，又有高濃度含灰氣流對受熱面表

5、面的沖刷。沖擊磨損是指由于顆粒流撞擊或在表面滑動所引起的質量損失，在很大程度上取決于顆粒的尺寸、顆粒的形狀、沖擊速度、沖擊角度、供料量、顆粒的強度及硬度等，下面簡要討論這些因素對材料磨損的影響： 顆粒尺寸的影響：已有研究結果表明磨損程度受顆粒動能的影響，大顆粒沖擊管壁的磨損能力較大。影響顆粒大小的因素有煤粒大小、石灰石顆粒大小等。 顆粒形狀的影響：一般認為帶有棱角的顆粒比近似球形的顆粒更具磨蝕性，通常認為隨顆粒圓度的增加磨損量減少，然而顆粒的形狀并非設計人員能控制的。 顆粒撞擊表面可能性系數(shù)的影響：對表面有沖擊作用的顆粒份額是決定管壁磨損程度的關鍵因素。顆粒對壁面的沖擊行為沒有定論，至今仍不能

6、精確度量顆粒的濃度、軌跡及其停留時間。顆粒濃度由爐膛高度及尺寸、流化速度、固體物料量、顆粒的大小形狀及其均勻度等共同決定，這些因素也是相互制約的。 顆粒硬度的影響：當顆粒硬度比被磨材料的硬度低時，磨損率通常很低；當顆粒硬度接近或高于被磨材料的硬度時，磨損率會迅速增加；此時顆粒硬度再繼續(xù)增加則對磨損影響不顯著。顆粒的硬度由進入床層的煤粒、灰粒、石灰石顆粒等共同決定，又隨煤灰組分不同而變化。對于循環(huán)流化床鍋爐，必須引起注意的是床料在爐內停留一段時間后其表面會生成一膜層，其硬度要大大高于新鮮床料的硬度，因此在循環(huán)流化床中，受熱面的磨損將主要取決于床料表面磨層的厚度。 供料量：供料量的增加意味著顆粒濃

7、度的增加，其他條件相同情況下，顆粒濃度增加沖擊管壁的磨損能力隨之變大，循環(huán)流化床鍋爐高的循環(huán)倍率雖然可以提高燃燒效率，增強傳熱效果，但同時高的循環(huán)倍率也決定了煙氣中高濃度的固體顆粒和嚴重的磨損。 沖擊速度：顆粒的流速是在設計人員所能控制的，如二次風噴嘴、床層橫截面及爐膛出口通向旋風分離器處的顆粒速度等直接由設計人員控制著。沉降到管壁的顆粒沖擊速度由其自身重力及爐膛高度決定，設計人員可以通過選擇合適的流化速度及顆粒攜帶量來控制顆粒的沖擊速度。 沖擊角度：通常沖刷磨損隨沖擊角度的減小而減少，但鍋爐實際運行中的沖擊角度是很難確定的，只有在流動模型中可以控制沖擊角的大小從而減輕對磨損的影響。 除上述各

8、影響因素外，磨損程度還與被沖擊表面的材質有關，同等條件下，材質耐磨性能越好，磨損量愈小。 三、防磨措施 1、被動防磨措施 為減輕防磨，通?？梢苑謩e從降低顆粒下滑高度，降低灰濃度角度，保持受熱面表面平滑，提高水冷壁表面硬度等方面來采取防磨措施。通常采用的措施有： （1）通過加焊擋板，增加耐火平臺，加焊直向和橫向防磨片，加焊防磨槽可以降低顆粒下滑高度，使下行物料在下行過程中減慢速度，破壞穩(wěn)定的邊壁層，并能在擋板，平臺上自然堆積，形成軟著陸區(qū)，減緩煙氣與物料對水冷壁的沖刷。 （2）通過采用改變水冷壁幾何形狀的方式可以保持受熱面表面平滑，讓管防磨可以使固體物料沿壁面平直下流，消除了易磨區(qū)。 （3）通過

9、對易磨區(qū)水冷壁管進行防磨噴涂可以提高水冷壁表面硬度,在金屬表面形成硬致密的氧化層,有效減少水冷壁管的磨損和爆管。 通過對以上被動防磨措施的分析與選擇，并結合考慮成本及本廠設備實際情況，煤電公司電廠從被動防磨角度來考慮， 采用噴涂和加防磨瓦，具體是在耐火防磨以上1.5m范圍內采用超音速電弧防磨噴涂技術進行耐磨噴涂，尤其對水冷壁焊口等局部不規(guī)則表面上噴涂耐磨材料。通過技術論證，其噴涂材料采用目前國內比較先進的lx88a超硬耐磨電弧噴涂材料。該噴涂材料是由陶瓷硬質相與塑性向相組成的粉芯絲材，涂層硬度很高。由于電弧噴涂的噴涂速度越高，涂層化學成分和硬質相含量易調整，沉積效率高等優(yōu)點以及熱膨脹系數(shù)與普通

10、低碳鋼和低合金的熱膨脹系數(shù)接近，可避免再熱循環(huán)過程中由于熱應力作用而造成涂層剝落。徹底消除水冷壁表面存在的缺陷。 2、主動防磨措施 從主動防磨角度來講，需要調整灰濃度、風量、灰粒粒度等運行參數(shù)以降低受熱面的磨損。我公司25t/h循環(huán)流化床鍋爐在滿負荷下的一、二次風比例6：4，爐膛出口含氧量偏高，達到了5.4%，且爐膛負壓偏大?？梢钥吹?，由于風量過大，使得爐膛過?？諝膺^多，含氧量偏高，并且相應增大了爐內煙氣流量，使得爐膛內煙氣流速過高，造成煙氣攜帶物料量過多，顆粒動能增加，使得循環(huán)流化床鍋爐稀相區(qū)顆粒濃度偏高，造成了爐膛過渡區(qū)上部稀相區(qū)磨損較為嚴重。因此調整了部分運行參數(shù)，在保證鍋爐出力的情況下

11、，降低了一、二次風總量，并調整了一、二次風的比例，比例調整為5.5:4.5左右，而在控制爐膛出口含氧量在34%之間。降低了爐膛內煙氣流速，使得磨損量大大降低。 四、防磨效果 通過從被動防磨和主動防磨兩個角度來進行改進，在爐膛及尾部煙道等易磨區(qū)域都采取了相應的防磨措施，尤其對衛(wèi)燃帶與水冷壁管過渡區(qū)域進行了噴涂技術的改造，并在被動防磨的基礎上對鍋爐的運行進行控制降低磨損。 在爐膛過渡區(qū)采用讓管技術，效果良好，并在上部噴涂了1.5m高防磨涂層。 采用了上述措施后，南江煤電公司電廠25t/h循環(huán)流化床鍋爐基本上消除了水冷壁磨損嚴重的情況，運行近3年沒有發(fā)生爆管事故。停爐對水冷壁進行檢查時僅有磨光現(xiàn)象。通過巴中鍋檢所進行檢測，管壁厚度完全符合特種設備要求。五、結 論 循環(huán)流化床鍋爐中煤灰顆粒對鍋爐爐膛受熱面的磨損屬于顆粒流的沖蝕，既有顆粒對爐內耐火材料的撞擊，又有高濃度含灰氣流對水冷壁表面的沖刷。磨損在很大程度上取決于顆粒的尺寸、顆粒的形狀、沖擊速度、沖擊角度、供料量、顆粒的強度及硬度等。 通過實際觀察與分析得出，南江煤電公司電廠25t/h循環(huán)流化床鍋爐由于衛(wèi)燃帶與水冷壁交界的過渡區(qū)內固體物料沿壁面下流，而已爐內向上運動的物料運動方向相反，因此在這個區(qū)域會產(chǎn)生渦流，而下行物料在此區(qū)域流動方