循环流化床锅炉受热面磨损防治措施

循环流化床锅炉受热面磨损防治措施

循环流化床（CFB）锅炉受热面磨损主要有两种情况：（1）物料以极高的速度正面击打受热面，使其表面产生小坑造成磨损；（2）高速物料以一定的角度直接切削受热面产生磨损。

影响炉内受热面磨损的因素很多，包括颗粒速度、烟气速度、受热面温度、烟气成分、物料循环方式、燃料特性、床料特性、受热面材料特性、冲刷角度、磨损时间等，其中烟气速度对CFB锅炉炉内磨损影响最大。此外，磨损还与受热面结构与布置方式有关，特别是防磨不当也会加剧局部磨损（例如热喷涂效果不佳引起的磨损）。

实际运行结果表时，CFB锅炉炉内磨损比较严重的部位有：（1）密相共耐火材料上站与水冷壁管结合部位；（2）锅炉穿墙管弯管的下部；（3）炉膛的四角；（4）给煤口上下部水冷壁管；（5）隔墙水冷壁下部的前后墙水冷壁；（6）分离器水平烟道入口水冷壁；（7）炉膛顶部水冷壁与耐火材料结合部位。

针对CFB锅炉不同的磨损部位，广泛应用的防磨措施主要有以下几种：

（1）敷设耐火材料这种方式需要在水冷壁管上焊接销钉以固定耐火材料，耐火材料的敷设厚度一般控制在50～70mm。该技术在锅炉密相区和炉膛出口周围广泛应用，施工简单，防磨效果好，但会导致锅炉换热特性下降，敷设完成后还需要进行烘炉和热养护。

（2）焊接护瓦这种方式主要用于水冷壁与耐火材料的结合部位，尤其是在密相区上部与水冷壁结合部位、分离器出口附近敷设耐火材料的水冷壁管边缘部位、炉膛顶部敷设耐火材料水冷壁管的边缘部位、尾部受热面蛇形管的迎风面、风水联合冷渣管蛇形管的迎风面等，防磨效果相对较好。防磨护瓦受热不均容易导致护瓦变形，部分护瓦变形后会造成局部区域的磨损加剧，从而影响防磨效果，并且检修和维护工作量较大。

（3）金属喷涂金属喷涂一般用在密相区上部水冷壁1～2m、给煤口正面的水冷壁、中隔墙水冷壁下的前后墙水冷壁、炉膛的四角、炉膛顶部、尾部烟道顶部等部位。目前，超音速电弧喷涂和超音速火焰喷涂应用较多。超音速电弧喷涂先用高铬镍基钛合金材料打底形成过渡涂层，再在打底层上面喷涂一层高耐磨的金属陶瓷涂层，均匀喷涂4遍，使涂层厚度达到0.5～0.8mm以上，涂层边沿平滑过渡；电弧喷涂涂速度高，涂层化学成分和硬质相含量易调整，在电厂CFB 锅炉水冷壁防磨中应用较广；超音速火焰喷涂利用丙浣、丙烯等碳氢系燃气或氢气与高压氧气在特制的燃烧室（喷嘴）内燃烧产生的高温高速焰流进行喷涂，将粉末沿轴向或侧向送进焰流中，粉末粒子被加热到熔化或半熔化状态的同时，被

加速到300～600m/s撞击在基体上后形成高强度致密涂层。该方法成本高，现场作业困难，粉末消耗量大，对粉末要求苛刻，而且易出现喷涂层本体磨损，喷涂层起皱脱落等问题。

需要指出的是，喷涂后水冷壁管换管时，必须将坡口喷涂层处理干净（处理高度距焊口控制在30～50mm，下部焊口选下限，上部焊口选上限），否则金属喷涂层中的Cr、Ni在焊接时会在高温下溶化，进入焊接液引起脆性裂纹。例如，某发电公司1号炉防磨喷涂管换管时就因此3次返工，仅水冷壁换管一项检修项目（共42道焊口）就耗时15天。

（4）让管和凸台技术让管是改变水冷壁管的几何形状，利用耐磨耐火材料结合简易弯管使垂直段耐磨耐火材料与上部水冷壁管保持平直，将旋涡形成于耐火材料区域而避免磨损水冷壁。这种防磨措施主要应用于密相区上部与水冷壁结合处，若结合焊接瓦技术，防磨效果将更好。护瓦的加装高度最好控制在200mm 左右，既可起到防磨作用，又避免了浪费。由于沿着锥段耐磨耐火材料的上升气流决定了旋涡的大小，因此设计时应重点考虑气流的流速和方向，并以此来确定让管的结构。实践表明，利用让管结构可以有效防磨，但具体效果与锅炉的流化速度和锥段结构有关。此外，让管会使耐火材料上部平齐处应力过于集中，不易固定。

凸台技术放弃了原来耐磨耐火材料斜坡平滑过渡的结构，而是将耐磨耐火材料伸出，形成耐磨耐火材料平台，运行中炉内物料在平台上自然堆积，形成软着陆区，承受贴壁下行物料的冲刷，对此处水冷壁、护板以及耐磨耐火材料都起到了一定的保护作用。凸台结构是德国EVT公司在该国CFB锅炉主要燃用褐煤的前提下提出的。凸台结构的施工难度较大，施工质量很难达到设计要求也是引起水冷壁管磨损的主要原因。基于国内的实际情况，在新的CFB锅炉工程中大多采用了让管技术。

（5）加纵向肋片主要用于竖直布置的水冷壁管，对物料流场有整流作用，可以规范贴壁面的物料流动，在一定程度上达到延长受热面寿命之目的。

（6）炉内防磨梁该技术由西安热工研究院有限公司研发，并已在国内30多台135MW等级上以的CFB锅炉广泛采用，主要是在锥段上水冷壁加装间距不等的多道耐火防磨横梁，通过降低炉膛四周近壁区颗粒团（贴壁流）沿着壁面向下加速流动的速度，减轻下落粒子对管壁的冲击来减轻磨损。这种防磨梁凸台主要由耐磨耐火浇注和龟甲网组成，通过销钉将凸台固定在水冷壁上，凸台沿水冷壁高度方向以一定间距水平或倾斜多阶布置，安装简单方便，无需对炉膛水冷壁进行大量改造，运行可靠，防磨效果较为理想，无论是新建机组还是已投运机组均可采用。

（7）运行参数控制严格控制入炉煤粒度、燃烧室流化速度等。燃烧室流化速度可以控制在4.5～5.5m/s，对低灰分、小粒径煤取高值，高灰分、粗粒径煤取低值；对低热值、多灰燃料粒径取0～8mm，对高热值烟煤、无烟煤粒径取0～10mm。CFB锅炉的低风量、低风速运行减轻磨损效果明显，如某发电公司480t/hCFB锅炉的一次风量由投产之初的26万m3/h（标准状态，下同）降低到17万m3/h，磨损明显减轻。

（8）加强防磨和受热面焊接监督主要是利用停炉检修的机会，测量磨损受热面的减薄量，对于磨损较严重的区域重点监督，水冷壁厚度测量宜半年进行一次。需要指出的是，加强防磨监督不仅要关注“四管”，还应该将膜式壁的鳍片列入监督范围，定期测厚，例如某发电公司2009年1号炉后墙水冷壁因鳍片漏风造成水冷壁磨损爆管，同年2号炉停炉检查，将鳍片列入“四管”监督范围，共查出鳍片漏风10处，鳍片磨损超标6处，特别是发现漏风鳍片周围的水冷壁多处出现了磨损超标，通过这些部位的及时处理，确保了设备的安全稳定运行。

受热面焊接不仅要保证焊口100%的X射线探伤合格，而且要严格控制焊接部位凸起的高度，一般要求水冷壁管焊接凸起的高度小于1mm，鳍片焊接凸起的高度小于2mm，以防形成局部涡流，产生磨损。

综上所述，CFB锅炉炉内复杂的气固两相流动虽然无法完全避免磨损，但是只要根据其磨损机理的影响因素采取相应的防范措施，就能够有效减缓磨损的速度，延长受热面的使用寿命。

一、省煤器飞灰磨损的危害及机理

省煤器的飞灰磨损可导致爆管泄漏事故，危害很大。对电厂来说，飞灰的磨损是引起省煤器磨损的主要原因。携带有灰粒和末完全燃烧颗粒的烟气冲刷省煤器蛇形管时，会逐渐使省煤器管壁变薄。而且在省煤器中，由于烟温较低，飞灰颗粒硬化，此处烟气有流动速度也较高，管子更易磨损。所以，在锅炉设计及运行中，必须了解飞灰磨损的规律，采取有效措施来防止或减轻飞灰磨损。飞灰磨损的机理是烟气中存在一定数量的动能的飞灰，击管壁时发生削铁而使管子减薄。飞灰在冲击管壁时，一般有垂直冲击和斜向冲击两种情况，垂直冲击造成的磨损称冲击磨损，它的作用是使管子表面由于灰粒撞击而出现明显的小凹坑；斜向冲击时的冲击力分为法向分力和切向分力，法向分力引起冲击磨损，切向分力侧引起切削磨损。由于省煤器各管排的相对位置不同，因而各管在沿管周各点上的冲击力和切向力的作用也不相同，导致了飞灰对各管磨损程度的差异。

二、影响飞灰磨损的因素

影响飞灰磨损的因素很多，它们之间的关系可用下式表示，璚

J＝cημω3t