600MW锅炉外置床受热面防磨技术及应用
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【摘要】锅炉外置床是CFB锅炉的重要组成机构，其性能优劣直接影响到锅炉的效率，外置床的位置是在高温灰的回路部分，通常具有几个仓室，其上面是分离器，外置床在锅炉运转过程中的主要作用是将传热系统与燃烧系统分离，使锅炉的温度调节特性显著提高，但是在锅炉使用过程中，锅炉外置床受热面常常会出现严重的磨损，这对锅炉的性能有着很大的负作用，本文将以600MW锅炉外置床受热面作为研究对象，对其存在的磨损类型与磨损原因进行分析，并提出相应的改进措施。
【关键词】锅炉外置床；磨损；磨损原因；改进措施
引言
CFB锅炉属于循环流化床锅炉，与传统的锅炉有着较大不同，在结构上最大的差异就是CFB锅炉在整个系统中添加了锅炉外置床，因此运行方式也是不同于传统锅炉，CFB锅炉在炉膛的出口设有一个分离器，该分离器的主要作用就是将固体与气体进行分离，分离出的固体颗粒可以继续用来燃烧，而气体则是流入到烟道中。CFB锅炉的循环系统主要有三个主要部件，分别是分离器、返料阀和炉膛，反应物和燃料在锅炉中处于高温的状态，并在整个锅炉系统中循环流动，从而提高燃料的利用率，在整个循环过程中，锅炉外置床起着至关重要的作用，它可以是锅炉的受热面和再热器可以更加方便的布置，使得整个锅炉系统可以大型化发展，但是通过锅炉外置床的实际应用过程发现，外置床在使用过程中会发生一定的磨损，最為明显的两类磨损分别是耐火材料的磨损和受热面的磨损，其他部位的磨损比较小，本文将对600MW锅炉外置床受热面的磨损进行分析和研究，并提出改善磨损的措施。
1外置床磨损类型
锅炉外置床受热面的磨损通常有两种，分别是冲蚀磨损和微振磨损，本文对这两种磨损进行分析，从而得出其磨损机理并找出应对措施。
1.1 冲蚀磨损
在外置床内循环的颗粒会与受热面发生一定的撞击，由撞击产生的磨损称为冲蚀磨损，对于冲蚀磨损又可以细分为两种类型，分别是撞击磨损和冲刷磨损。所谓撞击磨损就是外置床内循环的颗粒与受热面长期以较大的角度进行撞击，随着撞击次数的增多，最初的磨损范围将会逐渐扩大，严重受热面表层还会出现脱落的现象；而冲刷磨损主要是由于摩擦形成的，外置床内循环的颗粒与受热面以一定的角度撞击时，会在相应的方向产生摩擦，由于颗粒表面并不是光滑的，存在一定的棱角，因此会对受热面造成一定的刮伤。通过长期的实践表明，一般情况下冲刷磨损是主要的磨损形式，但是对于粒子较多的情况下，撞击磨损的作用也会十分显著。
1.2 微振磨损
微振磨损不同于冲蚀磨损，它是由于锅炉内部的元件相互摩擦产生的，主要在传热管壁与其支撑件之间，在锅炉没有运转的时候，这两个部件之间是相对静止的，并不存在相对运动，当有高温物质在锅炉内循环的时候，传热管壁与其支撑件的温度都将会随之升高，但是由于两部分的材料不同，因此热膨胀系数也会存在差异，膨胀时的变形不同就会导致二者之间产生相对运动，这种磨损是随着温度变化而产生的。
2磨损机理分析
对于常见的外置床受热面磨损情形，可以归纳总结将其概括为几个重要的影响因子，通过对这几个影响因子进行分析研究并控制就可以改善受热面的磨损情况。对于撞击磨损和冲刷磨损，粒子的形状以及撞击速度对受热面磨损大小有着直接的影响，形状越不规则，撞击速度越快，就越容易使受热面产生磨损，除了粒子方面的因素，还需要考虑到受热面的耐磨情况，可以选择耐磨的材料；对于微振磨损，之所以会产生相对运动，究其根本原因就是没有对自由管卡进行限位，当管排发生运动时，其对应的管卡也会随之运动，这样就会使管卡与吊杆之间发生相对运动，最初二者相对位移小，因而振幅小，磨损不严重，随着时间的增长，磨损加剧，振幅增大，防振板也会产生磨损，将会影响到机组的稳定运行。
3防磨技术研究
3.1管卡结构优化
在外置床受热面的磨损机理分析过程中可以得出，管卡的结构对于受热面的磨损有着紧密的联系，因此可以考虑对管卡的结构进行优化，从而减小受热面的磨损。在传统的锅炉结构中，管卡和吊杆之间并非完全固定在一起，两者之间存在着一定的间隙，当粒子在锅炉内循环并产生撞击时，这两者就会发生相对摩擦，从而产生磨损，对于600MW锅炉外置床，通常有两种类型的管卡，一种是固定式的，称为固定管卡，另一种是移动式的，称为自由管卡，这两种管卡的结构都有必要进行一定的改善来减少磨损。对于自由管卡，将最上面的管卡与上限位部件焊接在一起，而最下面的管卡与下限位部件之间留有一定的间隙，作为热膨胀时的缓冲空间；对于固定管卡，可以将所有管卡焊接成一个整体，并将其焊接到上限位部件上，通过对这两种管卡的结构进行改造，可以在一定程度上改善磨损的情况。
3.2关键部位温度监测
外置床受热面的磨损不仅与硬件结构有关，在锅炉运转过程中，受热面会处于高温环境下，高温条件是受热面的机械强度收到很大的影响，会使其表面硬度下降，而粒子还没有达到软化的温度，因此其硬度没有发生太大的变化，这就导致受热面更容易产生磨损，通过实际中的调研可以发现，高温仓的受热面产生的磨损较为严重，因此需要对这个表面的温度进行实时监控与控制，此外，有些管子由于自身结构问题常会出现超问，这将会加剧磨损，所以对管子的温度也要进行监测。
3.3选择合适的防磨材料
从外置床受热面的磨损机理不难看出，受热面的磨损与其自身选用材料的耐磨特性也有着紧密的关系，对于材料的选择，既要考虑到耐磨的需求，还应考虑到不同部位需选用不同的耐磨材料，以降低经济成本，在选用耐磨材料的过程中往往有几个重要的原则需要严格遵守，对于管束以及悬挂管等部位，需选用传热耐压的材料，通常以低碳钢为主，也可以选用合金钢，对于腐蚀环境下的受热面，需要在其表面喷涂一些耐火材料，也可以选择添加内衬的措施，对于温度变化较为频繁的部位，则需要选择热膨胀系数较小的材料，这样其产生的变形就会减小。 3.4实际应用
600WM外置床受热面的布置采用了新的方法，其换热器的受热面都是单侧引入和单侧引出，受热面的管壁也都采用了与粒子运动方向平行的结构，这样就可以减小两者之间的冲击角度，这样还能避免出现局部磨损严重的现象。600MW CFB机组外置床设计时充分考虑了管排之间的磨损，采用了引进300MW CFB锅炉改进后的外置床受热面防磨技术，竖直吊挂管与水平蛇形管间距为5mm，另外，为了准确掌握外置床内的流动与传热特性，在各个外置床外的受热面出口均布置了多組壁面温度测点，用来监测外置床受热面的出口汽温，通过现场的监测，能够在机组运行过程中，准确的获知各个管子的吸热状况，避免爆管的发生。
4结束语
外置床受热面的磨损存在冲蚀磨损和微振磨损，这两种磨损均可采取管卡结构优化、监测外置床受热面管束出口汽温、选择合适的防磨材料等防磨措施达到防磨效果，采用优化的外置床的防磨结构，可以保证锅炉在一个大修期内不发生磨损，国内首台600MW CFB锅炉机组采用了引进型300MW CFB锅炉改进后的外置床防磨技术，可基本消除管夹与吊挂管由于外置床内管排的振动而发生的微振磨损。
参考文献
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