浅谈循环流化床锅炉水冷壁的磨损与防治
来源:用户上传
作者:
摘要：本文通过对循环流化床锅炉水冷壁磨损原理和现状分析，针对性的提出防治措施。
关键词：循环流化床锅炉 水冷壁磨损 防治措施
循环流化床锅炉具备有许多独特的优点，如燃料适应性广；燃烧效率高；高效的脱硫；;氮氧化物的低排放；燃烧强度高，炉膛截面积小；燃料制备系统简单；容易实现灰渣综合利用；负荷调节范围大，调节速度快等。在循环流化床机组运行过程中，由于金属材料磨损和耐火材料脱落等原因造成的机组停机占到总停机次数的40%。磨损问题直接制约了循环流化床锅炉的运行周期，影响的锅炉的安全运行，限制了循环流化床锅炉以上优点的发挥。因此，调查分析循环流化床锅炉磨损原因并针对磨损现状采取必要的措施对安全生产提高机组运行效率、发挥循环流化床锅炉的优点等都有重要的现实意义。而在循环流化床锅炉的磨损中，以水冷壁的磨损最为普遍，也最严重。本文主要介绍水冷壁的磨损现状、磨损产生的原因、影响磨损的因素以及主要防磨措施。
一.磨损的原因分析
受热面的的磨损主要是由烟气、固体物料的冲刷和冲击造成的。冲刷磨损是指烟气、固体物料的流动方向与受热面平行时固体物料冲刷受热面而造成的磨损；冲击磨损是指烟气、固体物料的流动方向与受热面呈一定的角度或相垂直时因体物料冲击、碰撞受热面而造成的磨损。
在循环流化床锅炉中，含有燃料、燃料灰、石灰石及其反应产物的固体床料，在烟气携带下沿炉膛上升，经炉膛上部出口进入分离器，在分离器中进行气、固两相分离，被分离后的烟气经分离器上部出口进入锅炉尾部烟道，被分离出来的固体粒子，经返料阀再返回炉膛下部，物料在这一封闭循环回路里进行高效率燃烧及脱硫反应。由于循环流化床锅炉这种特定的燃烧方式，炉内固体物料密度为煤粉炉的几十倍到上百倍。另外，在循环流化床锅炉炉膛内部核心区内，颗粒团向上流动，而在外部环状区，固体物料沿炉膛水冷壁往下回流。因此，整个炉膛水冷壁除了炉膛下部敷设耐火材料的密相区以外，其余水冷壁表面都会有不同程度的冲刷磨损和冲击磨损。
二. 水冷壁的主要磨损区域
水冷壁的磨损区域主要有：耐火材料过渡区域，炉膛角落区域，炉膛出口区域及其他不规则区域。
循环流化床水冷壁的磨损主要集中在水冷壁卫燃带的耐火材料过渡区域。在这一过渡区域，由于施工原因，常常存在转折角。锅炉运行中，在贴近壁面处物料向下流动，下落到卫燃带上沿时，将迅速改变方向，此处没有上行的气流流化。在台阶上沉积的物料颗粒从卫燃带台阶边缘流出时，又被上行的流化风吹起，随后沿水冷壁落下，如此反复形成涡流，造成该部位的快速而严重的磨损。另外该区的涡流物料密度较大，且炉膛下部粒度也较大，也会造成该部位严重磨损，而且磨损会使转折角变大，从而进一步加速磨损。
在循环流化床锅炉炉膛内部，水平方向上物料浓度的分布是中间低、近壁区高。而在角部区域，流动发生叠加，会使此处物料浓度升高，磨损比较严重。另外，由于在角落区域，烟气流速会比较低，吸引大量固体颗粒在此聚集，从而使沿壁面向下流动的固体物料浓度比较高，同时在角落处物料的流动状况也受到破坏，从而加大磨损。
在炉膛出口附近，上升气流和飞灰颗粒的上升方向发生变向，气固两相流在上升的同时候也向出口处聚集，造成该部位浓度升高，同时该部位飞灰颗粒速度较高(约10-25m/s)，在变向、浓度增加和速度增大等因素共同作用下，最终造成炉膛出口附近的磨损。炉膛出口侧水冷壁因其物料撞击方向与速度不一样，其磨损程度沿前进方向和烟道上下高低分布也不一样，越接近出口磨损越严重，越靠近上部越严重，与出口烟道相齐位置最严重。由于出口烟气物料有旋转，前墙后方向的中部磨损比较严重，这是由于离出口越近，物料的速度越高，浓度越高.两侧墙与前墙发生侧磨的半弧面位置也不同，侧墙是面朝中部的弧面发生磨损，而前墙是背朝中部的侧弧面发生磨损，水平烟道出口所在的后墙基本没有侧磨现象存在，而是发生均匀磨损减薄。
其他不规则区域包括穿墙管、炉墙开孔处的弯管、管壁上焊缝、管壁间的鳍片、焊缝不平整以及有关安装剩余的铁件等。物料流经不规则管壁区域时改变方向，直接冲击不规则部位，造成该部位的磨损。由于冲击力较大，即使很小几何尺寸的不规管壁也会造成局部的严重磨损。对于热电偶，插入热电偶后会对局部的流动性造成较大的扰动，造成热电偶护套及邻近水冷壁管的磨损。在各种开孔的周围,由于贴壁处的颗粒向下流动，与上升气流作用，导致开孔下部管子磨损较严重。
三.主要防磨措施
1.设计中采取的措施
1.设计中选取合理的烟气风速。研究表明，冲蚀量正比于烟气速度的n次方，其n值的大小与灰粒的性质、浓度和粒度等因素有关。冲蚀磨损之所以能产生，关键在于灰粒具有动能，颗粒动能与其速度的平方成正比。不但如此，磨损还与灰浓度、灰粒的撞击频率因子和灰粒对被磨损物体的相对速度有关。若近似认为烟气速度和颗粒速度相等，则磨损量就将和烟气速度的3次方成正比，烟气速度的提高，会促使上述有关因素的作用加强，从而导致冲蚀磨损的迅速增加。因此在兼顾水冷壁传热效率的前提下，控制合理的烟气流速，能大大减轻磨损。
2．通过改善受热面结构，降低水冷壁面对气固流运动的扰动影响，来减轻磨损。
(1) 改变水冷壁管的几何形状，取消卫燃带过渡区域的台阶，使浇注料与水冷壁管平滑连接。耐火材料结合简易弯管使耐火材料与上部水冷壁保持平直这样固体物料沿壁面平直下落，消除了局部产生的易磨区。国内外一些循环流化床锅炉制造公司几乎同时都提出了这种设计。
（2）适当增加卫燃带高度。高度增加后沿壁面向下的物料流数量大为减小，其中大颗粒也比较少，因而磨损减轻。但卫燃带高度减少了有效换热面积，这一点在锅炉设计时需权衡考虑。
(3)在卫燃带上方水冷壁上焊接挡板或加装防磨梁。在水冷壁上加焊档板改变贴壁流固体物料流向，降低物料的流速和浓度，以达到防磨的目的，采用该措施可使磨损速率大大降低。
(4)采用表面防护技术，提高耐磨损能力。循环流化床锅炉应用的表面防护技术主要采用电弧喷涂，喷涂耐磨合金材料可以显著增强水冷壁的耐磨能力，增加水冷壁的使用寿命。
2.施工过程应注意的问题。
施工时，水冷壁管对接焊缝应打磨平整，并且避免在炉膛内部遗留安装剩余件。对于卫燃带，耐火材料的水灰比必须控制好，严格按照材料使用说明书执行，搅拌要均匀，烘炉时温升曲线严格按材料供应厂家提供的材料进行，避免运行时应力造成耐火材料产生裂缝和剥落，从而导致磨损加剧。水冷壁外弯管处耐火材料砌筑要过渡平稳，避免形成凸台。另外，要严格控制喷涂质量，防止喷涂不当引起新的磨损点。
3.运行中采取的措施
(1)严格控制适宜的入炉风量，一次风在保证正常流化的情况下，合理调整一、二次风配比，降低烟气流速，减少对受热面的磨损。
(2)控制合适的炉膛差压、料层差压。料层差压偏高，流化风量增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损和电耗。炉膛差压偏高，锅炉炉膛内灰浓度增大，增加了锅炉水冷壁管的磨损。
(3)应特别注意燃料特性对磨损的影响，严格控制入炉煤的煤质和粒度。流化床锅炉的燃料适应性广，可以燃用劣质煤，但是燃用优质煤，流化床锅炉的优势更加明显，排渣热损失小，电耗低，锅炉效率高，水冷壁磨损减小。严格控制入炉煤粒度，尽量避免燃用高磨损的燃煤和煤中配比的控制。
循环流化床锅炉具有燃料适应性广，高效率、清洁的特性，但是磨损一直是制约循环流化床长期经济运行的难题。本文简单分析了影响水冷壁受热面磨损的因数、磨损现状以及最常采用的防治方法，供设计、运行相关人员参考。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-594046.htm
