大型流化床鍋爐防磨研究
大型流化床鍋爐防磨研究
循環(huán)流化床鍋爐在生產(chǎn)運行中，出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問題，影響了機(jī)組的可靠性運行。比照磨損的機(jī)理及主要影響的因素，分析受熱面的磨損規(guī)律，選擇適合的防磨措施，合理的參數(shù)控制，使磨損損害減少到最小程度，從而提高CFB鍋爐運行的可靠性。文中首先概述了大型CFB鍋爐磨損機(jī)理與現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上又結(jié)合電廠防磨調(diào)整手段和措施，進(jìn)而根據(jù)CFB鍋爐的磨損情況選取合適的防磨措施。
【關(guān)鍵詞】 受熱面 磨損 措施
CFB鍋爐與常規(guī)的煤粉爐相比還存在一些問題。其中磨損問題制約著CFB鍋爐長周期可靠運行，本文結(jié)合郭家灣電廠實施的鍋爐防磨措施，總結(jié)出數(shù)條適用性廣、行之有效的防磨手段，希望對磨損問題的研究有參考價值。
1 電廠鍋爐簡介
郭家灣電廠鍋爐是采用哈鍋自主研發(fā)設(shè)計制造的HG-1065/17.5-L.MG44循環(huán)流化床鍋爐。主要由單爐膛雙布風(fēng)板、4個高溫絕熱分離器、4個自平衡“U”形回料閥、尾部對流煙道、2個管式空氣預(yù)熱器、6臺滾筒冷渣器等部分組成。
2 鍋爐磨損機(jī)理
受熱面、金屬部件和耐火材料的磨損主要表現(xiàn)為沖蝕磨損。沖蝕磨損有兩種類型：一為沖刷磨損，一為撞擊磨損。沖刷磨損，顆粒與固體表面的沖擊角較小，顆粒垂直于固體表面的分速度使它鍥入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速度使它沿物體表面滑動，兩個分速度合成的效果起一種刨削作用，固體表面的磨損速率隨時間延長而變化不大。撞擊磨損，顆粒相對于固體表面的沖擊角較大，或接近于垂直，以一定的運動速度撞擊固體表面疲勞破壞，隨時間遷移，磨損速率有增加的趨勢，甚至變形層脫落，最終導(dǎo)致磨損量突升。
3 防磨措施
3.1 影響磨損的因素
研究和測試表明：金屬壁面的磨損速率與顆粒速度呈立方關(guān)系，與顆粒直徑呈平方關(guān)系，即有：
公式中 ——磨損速率；K——系數(shù)；——顆粒速度；——顆粒直徑。
可見，當(dāng)與都增加1倍，增加32倍；當(dāng)與都增加0.5倍，增加7.6倍。
表面較為平滑或棱角較多的顆粒對金屬壁面的磨損速率影響差別很大，顆粒棱角較多，材質(zhì)較為堅硬磨損會比較嚴(yán)重。
固體顆粒的濃度越高，磨損速率就越大。濃度和磨損成正比。
流道的形狀對磨損速率也有影響，比如流道中凸出的部分磨損就大，凹陷的部分棱角處磨損也比較大。流道和顆粒方向平行磨損就輕。
可見磨損速率與固體顆粒的速度、顆粒特性、濃度、及流道的形狀有關(guān)。還有金屬溫度的升高會使得金屬的硬度大大下降，耐磨性能降低。
3.2 常見的防磨措施
3.2.1 運行調(diào)整中常見的防磨措施
（1）控制煙氣速度。對煙氣流速的控制可以有效地減輕飛灰磨損。但煙氣流速的降低，將造成煙氣側(cè)對流放熱系數(shù)的降低，并增加積灰與堵灰的可能性，因而應(yīng)全面考慮，以確定經(jīng)濟(jì)、合理的煙氣流速。
（2）控制飛灰濃度。磨損量與飛灰濃度成正比。飛灰濃度大，灰顆粒撞擊受熱面的點數(shù)多，磨損量大；鍋爐流過轉(zhuǎn)向室后，飛灰濃度集中于煙道外側(cè)，因而省煤器管子的外側(cè)部分將產(chǎn)生較大的磨損。此外，運行中燃用高灰分、低熱值的煤時，飛灰濃度也會增大，繼而使磨損加重。
（3）控制床溫。床溫直接影響煙氣和受熱面的溫度，床溫升高，煙氣和受熱面的溫度升高，從外觀看，床溫的變化對飛灰的磨損性影響不大，但溫度的變化勢必會影響受熱面管壁的溫度，管壁溫度的變化勢必影響金屬材料的機(jī)械強(qiáng)度，使其耐磨性能降低。當(dāng)床溫升高時，金屬的壁溫也隨之升高，此時，金屬的熱應(yīng)力增加，同時，金屬壁面形成的氧化膜和金屬的熱膨脹系數(shù)不同，以及高溫腐蝕的影響，金屬管壁變形出現(xiàn)扭曲、凹凸點，流道的形狀變化致使磨損加劇，長時期高溫運行，磨損的加劇程度更大，所以，運行中床溫的控制一定要加強(qiáng)限制，不宜過高、也不宜大幅波動、更不允許長期的高溫運行，床溫的控制范圍約為：850℃～950℃之間。
（4）控制燃料特性。受熱面的磨損量與燃料、床料的直徑大小有關(guān)，直徑小，受熱面所受到的沖腐磨損小。隨著直徑的增加，磨損量增加。較硬的顆粒對金屬管壁的磨損也比較嚴(yán)重。根據(jù)實際情況選取合適的煤和矸石，來減小磨損量。
（5）控制燃燒風(fēng)量。運行中如果燃燒風(fēng)量使用過大，除對燃燒安全、經(jīng)濟(jì)造成影響外，還會由于煙氣量的加大而使磨損速度增加。計算表明，省煤器處的過量空氣系數(shù)由1.2增大為1.3時，磨損可能會增加約25%。
3.2.2 檢修工藝中常見的防磨措施
（1）敷設(shè)耐火材料。這種方式需要在水冷壁管上焊接銷釘以固定耐火材料。該技術(shù)在鍋爐密相區(qū)和爐膛出口周圍廣泛應(yīng)用，施工簡單，防磨效果好，但會導(dǎo)致鍋爐換熱特性下降，敷設(shè)完成后還需要進(jìn)行烘爐和熱養(yǎng)護(hù)。
（2）焊接護(hù)瓦。這種方式主要用于水冷壁與耐火材料的結(jié)合部位，尤其是在密相區(qū)上部與水冷壁結(jié)合部位、分離器出口附近敷設(shè)耐火材料的水冷壁管邊緣部位、爐膛頂部敷設(shè)耐火材料水冷壁管的邊緣部位、尾部受熱面蛇形管的迎風(fēng)面、風(fēng)水聯(lián)合冷渣管蛇形管的迎風(fēng)面等，防磨效果相對較好。
（3）金屬噴涂。金屬噴涂一般用在密相區(qū)上部水冷壁1～2m、給煤口正面的水冷壁、中隔墻水冷壁下的前后墻水冷壁、爐膛的四角、爐膛頂部、尾部煙道頂部等部位。
（4）讓管技術(shù)。讓管是改變水冷壁管的幾何形狀，利用耐磨耐火材料結(jié)合簡易彎管使垂直段耐磨耐火材料與上部水冷壁管保持平直，將旋渦形成于耐火材料區(qū)域而避免磨損水冷壁。這種防磨措施主要應(yīng)用于密相區(qū)上部與水冷壁結(jié)合處，若結(jié)合焊接瓦技術(shù)，防磨效果將更好。
（5）爐內(nèi)防磨梁。是在錐段上水冷壁加裝間距不等的多道耐火防磨橫梁，通過降低爐膛四周近壁區(qū)顆粒團(tuán)（貼壁流）沿著壁面向下加速流動的速度，減輕下落粒子對管壁的沖擊來減輕磨損。這種防磨梁凸臺主要由耐磨耐火澆注和龜甲網(wǎng)組成，通過銷釘將凸臺固定在水冷壁上，凸臺沿水冷壁高度方向以一定間距水平或傾斜多階布置，防磨效果較為理想。 3.3 郭家灣電廠運行中的防磨措施
郭家灣電廠運行中的防磨理念是“以減磨來實現(xiàn)防磨”。具體措施如下：
3.3.1 降低床壓
床壓的大小是反映爐內(nèi)物料量多少的參數(shù)，該廠在滿足負(fù)荷要求的情況下，逐漸降低床壓運行，并分析每次改變床壓后的運行情況，最終維持床壓在3-4kpa之間，一次風(fēng)壓在17kpa以內(nèi)，風(fēng)室壓力保持在11—12.5 KPa。比原來有了較大幅度的降低，高負(fù)荷時控制偏低值，低負(fù)荷時控制偏高值，在該范圍內(nèi)床壓過低、過高的不利影響均得到有效控制。使?fàn)t內(nèi)物料濃度得到很好的控制。
3.3.2 降低氧量，減少一二次風(fēng)量
CFB鍋爐的風(fēng)量由一次風(fēng)、二次風(fēng)和其它流化風(fēng)組成。一次風(fēng)經(jīng)爐膛底部的布風(fēng)板送入爐膛，首先是流化床料，其次提供燃燒初期的氧量供應(yīng)，維持一定的床層溫度，保證爐膛的熱量傳遞。二次風(fēng)在布風(fēng)板之上1.5～3米左右的位置分內(nèi)外送入爐膛，風(fēng)速較高、穿透力較強(qiáng)，和密相區(qū)未燃盡的碳粒、一氧化碳?xì)怏w等混合，提供燃燒所需要的空氣。如（圖1）所示，循環(huán)流化床鍋爐的一、二次風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷的變化而變化，其它風(fēng)量基本保持穩(wěn)定，不隨鍋爐負(fù)荷變化而變化。
風(fēng)量配比原則：在一次風(fēng)滿足流化的前提下，相應(yīng)地調(diào)整二次風(fēng)。循環(huán)流化床鍋爐在運行前均要進(jìn)行冷態(tài)試驗，并得到不同料層厚度的臨界流化風(fēng)量曲線，通過溫度的修正得到熱態(tài)不同料層厚度的臨界流化風(fēng)量曲線，在熱態(tài)運行時以此作為調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)量的下限。二次風(fēng)量調(diào)整主要依據(jù)爐膛出口煙氣中的氧量調(diào)整，在低負(fù)荷范圍內(nèi)運行，一般二次風(fēng)投入量很小。通過調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)量及配比，使煤在爐膛內(nèi)充分燃燒。一次風(fēng)控制床溫，二次風(fēng)控制氧量（1%-3%），在床溫允許的范圍內(nèi)降低氧量運行。
3.3.3 保證合格的入爐粒度
當(dāng)運行中，物料中粗顆粒較多時，粗顆粒將沉浮于燃燒室下部燃燒，造成密相床燃燒的分額過大，爐床將超溫結(jié)焦。為了避免結(jié)焦，減少給煤量，會造成鍋爐的出力達(dá)不到要求，此外為防止粗顆粒沉積而引發(fā)事故，通常采用大風(fēng)量運行，不僅在額定負(fù)荷下風(fēng)門大開，而且在低負(fù)荷時，也不關(guān)小風(fēng)門。如此運行，不僅引起煙氣量增加，煙氣溫度的變化，而且會因大風(fēng)量而造成揚析量增加，密相床的燃燒分額下降，飛灰的濃度增加，同時，通過對流受熱面的煙速上升，磨損加大，形成惡性循環(huán)。如果顆粒組中的細(xì)顆粒較多，則床層不易建立，密相床的溫度難以維持，即使能維持密相床的燃燒溫度，較細(xì)的顆粒也將被揚析，加大尾部受熱面的磨損，同時，難以保證煙氣出口的粉塵排放要求。所以嚴(yán)格控制入爐煤粒度符合下列寬篩分要求（表1）。
4 結(jié)語
隨著流化床鍋爐大型化技術(shù)的日漸成熟，循環(huán)流化床鍋爐的防磨不僅要在設(shè)計中采取措施，而更要注重優(yōu)化鍋爐各項參數(shù)來減弱磨損。CFB鍋爐的防磨通過多種手段、多項措施共同實施，可靠性會越來越高。
