循环流化床锅炉水冷壁防磨技术初探

[摘 要]在循环流化床的使用过程中，因为其锅炉始终处于高温环境下，并且承受着固体颗粒的不断冲刷，往往容易造成锅炉设备的磨损，严重时甚至可能造成停炉。因此，有必要加强对循环流化床锅炉水冷壁防磨技术的研究和应用，从而为采取更有效的防磨措施奠定技术基础。

[关键词]循环流化床 锅炉水冷壁磨损 防磨技术

中图分类号：P285 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0031-01

1 引言

循环流化床（circulating fluidized bed，CFB）具有燃烧效率高、煤种适应广（可燃用烟煤、贫煤、褐煤、无烟煤、煤矸石等各种燃料）、负荷调节范围大、使用成本低以及污染排放少等优势，是当前国内推广应用较广的一种洁净燃烧技术。然而在循环流化床的使用过程中，因为其锅炉始终处于高温环境下，并且承受着固体颗粒的不断冲刷，往往容易造成锅炉设备的磨损，严重时甚至可能造成停炉。

为了解决锅炉设备的磨损问题，当前已采取了一些防磨措施，但经过实际运行结果证明，当前所采取的措施并不能完全防治锅炉设备的磨损，实际中锅炉水冷壁管的磨损仍然十分严重，这给循环流化床锅炉的推广应用和稳定运行造成了不利影响。因此，还有必要加强对循环流化床锅炉水冷壁防磨技术的研究和应用，从而为采取更有效的防磨措施奠定技术基础。

2 运行机理和磨损原因分析

与其他锅炉设备不同，循环流化床锅炉（如图1所示）的物料循环系统由外循环和内循环组成。前者的主要作用是提高锅炉的燃烧效率、增加物料分离和返料系统，同时还提高了炉膛内烟气中灰的含量；后者主要形成物料内循环，并在很大程度上增加了锅炉水冷壁的对流换热。因为内循环中灰粒紧贴着水冷壁流动，因此就会造成对锅炉水冷壁的严重磨损。

既然循环流化床锅炉的内循环是造成锅炉水冷壁磨损的主要原因，那么为了分析磨损机理，就有必要对内循环产生的原因进行分析。具体而言，内循环产生的原因可以概括为以下两点：（1）如果将炉膛看作是一个大的“管道”，那么通过对管道内流体的速度分布规律进行分析可以发现：烟气在炉膛内的流速表现为中间流速最大、四周流速较小的特点。（2）根据循环流化床的实际运行机理可以知道，炉膛内的传热方式主要以辐射和对流为主，但因为水冷壁会对流吸热，从而就会造成炉膛内的烟气温度分布不均，一般靠近水冷壁的烟气温度会明显低于炉膛中心区的烟气温度，而烟气的温度差会导致比重差，进而最终造成贴近水冷壁区域的烟流向下流动。因为原因（1）和原因（2）的共同作用，所以在循环流化床的锅炉炉膛内，贴近水冷壁的烟气会向下运行，而炉膛内中心区域的烟气则会携带着灰粒向上运动，也就是说携带灰粒的烟气会向着炉壁方向聚集并随着烟气一起贴着水冷壁向下运动，又由于贴近水冷壁的灰流向下运动时会不断有新的灰粒加入，从而造成烟气中的灰粒含量不断上升、下降速度也不断加快，从而加强了锅炉水冷壁的磨损。

通过以上分析可知，循环流化床锅炉的内循环是造成锅炉冷水壁磨损的主要原因，但这些磨损的具体表现形式却不一致。在实际工作中，因为烟气携带着灰粒向下运动时会遭受阻力，而阻力的作用会使烟气流的方向发生改变，这种长期因灰流冲刷而造成的磨损称为冲刷磨损，例如防磨施工边界产生的磨损及局部区域打磨不光滑产生的磨损。此外，烟气流在平行于受热方向运动时也会高速冲刷管子，进而对管子产生剥削作用，这会使得管子壁的厚度逐渐变薄，具体表现为对受热面管子产生普遍磨损，这种普遍磨损则称为切削磨损。在磨损发生的过程中，烟气中携带的灰粒浓度越高，烟速就越快，磨损量也就越大，具体则表现为炉膛密相区冲刷磨损和切削磨损均高于稀相区。

3 投产前及运行中可行的防磨措施

首先，要确保锅炉水冷壁的密相区设计合理，因为密相区的磨损通常都较大，如果不对其进行合理设计，则难以对锅炉水冷壁的磨损进行有效地防治。在实际工作，国内的锅炉生产厂家在设计水冷壁时都在一定程度上采用了防磨设计，如“让管设计”、设置“卫燃带”等。此外，需求方在下单订货前一定要与锅炉生产厂家进行充分的沟通，根据实际使用条件共同对水冷壁的防磨设计进行合理性论证，以便于后续的安装施工工作的进行。

其次，在水冷壁施工安装结束后，还必须对其质量进行严格的验收。事实上，无论防磨设计做地多到位，如果安装施工质量不达标，则最终也难以确保防磨成效。

第三，虽然循环流化床具有煤种适应广的特点，但不同煤种造成的磨损程度也存在差异，例如使用矸石量多或破碎性差的燃煤往往就伴随着较大的磨损量。在实际工作中，选择优质燃煤和优良的破碎系统，往往是降低锅炉水冷壁磨损的有效途径之一。

最后，确保锅炉设备始终处于一个比较良好的运行状态上，也是防止水冷壁磨损的有效措施之一。如根据各级负荷、煤质等参数的变化不断调整风煤配比、合理布置一、二次风量；在确保流化的前提下，略降低一次风量，尝试加大二次风量，以控制降低颗粒团携带速度，降低密相区水冷壁磨损速度。实际中，因为不同企业的每台锅炉面临的核心任务可能存在较大差异，所以为了确保锅炉的运行良好，所关注调节的参数可能也会差距很大，而这需要在运行中对磨损因素进行兼顾控制。

4 典型防磨技术的应用

1.超音速电弧防磨涂层喷涂技术

这种方法以高温电弧为热源，将熔化了的特殊金属丝材用高速气流雾化，并喷射到事先喷砂并有一定粗糙度的水冷壁表面形成涂层。特殊金属丝材中含有镍、铬、钛等微量元素，其中所含的镍元素具有良好的延展性，可以确保涂层不会因为热膨胀而发生开裂和剥落。电弧喷涂具有喷涂速度高、涂层化学成分和硬质相含量易调整、沉积效率高的特点，适宜于现场的大面积耐磨耐腐蚀部件施工，但这种方法的施工质量较难控制，尤其是对于水冷壁四角，因为喷枪无法精确施工的原因，比较容易引发质量问题。

2.安装水冷壁防磨梁技术

在循环流化床锅炉炉膛内部，特别是密相区，磨损量与烟速大小关系比较密切，炉膛竖直高度越高，密相区烟速越大，磨损也就快，此时可通过在密相区水冷壁四周加设耐磨可塑料梁的方案来降低物料团沿水冷壁的向下回流速度，进而达到防治磨损的目的。

3.水冷壁表面熔敷焊接防磨技术

这种技术是利用熔敷热源将具有一定性能的材料熔敷在基体表面上，以形成冶金结合的一种工艺方法。熔敷作用是在焊件表面获得耐磨、耐热、耐腐蚀等特殊性能的熔敷金属层，以达到防治磨损的目的。这种技术的优点是可以根据需求对熔敷金属层的厚度进行控制，以实现长久耐磨的效果。

5 结束语

在实际工作中，没有绝对完美的防磨技术，只有在运行和维护过程中注意防范各种缺陷，才能确保锅炉水冷壁防磨技术措施的作用得到真正有效的发挥。

参考文献

[1] 刘国昌，张红梅.循环流化床锅炉的磨损问题探讨[J].黑龙江科技信息，2014，（22）：3

[2] 顾洁，宋振廷.循环流化床锅炉水冷壁减薄原因分析[J].科技经济市场，2015，（3）：12-13

[3] 包云鹏.循环流化床锅炉受热面易磨损部位探讨[J].科技创新与应用，2015，（7）：60

[4] 刘璞，席净.某小型循环流化床锅炉水冷壁管磨损泄漏分析[J].中国新技术新产品，2014，（17）：76

作者简介

古正环（1986―），男，汉族，本科，贵州遵义市人，工作单位：中国铝业遵义氧化铝有限公司，主要从事机械设备运行管理及热能动力专业相关工作。