制約循環(huán)流化床鍋爐長(zhǎng)壽命的原因

循環(huán)流化床鍋爐是繼鏈條爐、煤粉爐發(fā)展起來(lái)的高效率、低污染的新爐型，因其燃燒效率高、煤種適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、氮氧化物排放低、易于脫硫等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞，已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。隨著循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的日益成熟，循環(huán)流化床鍋爐也以其大量的運(yùn)行實(shí)踐被公認(rèn)為極具發(fā)展前途的爐型之一，但磨損問(wèn)題的突出，嚴(yán)重制約了該爐型長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

循環(huán)流化床鍋爐的磨損

1.1 循環(huán)流化床鍋爐中的磨損問(wèn)題

由于循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)灰濃度高，通常為煤粉爐的幾十倍、幾百倍，甚至上千倍，因此循環(huán)流化床鍋爐的磨損要比其他類型鍋爐嚴(yán)重得多，受熱面和耐火材料的防磨問(wèn)題應(yīng)特別重視。磨損問(wèn)題解決得如何，直接關(guān)系到循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)的成敗，也直接影響循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的可利用率。

1.2 磨損的概念與形式

由于機(jī)械作用，間或伴有化學(xué)或電的作用，物體工作表面材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不斷損耗的現(xiàn)象稱為磨損。

根據(jù)磨損機(jī)理的不同，磨損一般可分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損等。流體或固體顆粒以一定的速度和角度對(duì)材料表面進(jìn)行沖擊所造成的磨損稱為沖蝕(或沖擊磨損)。沖蝕又有兩種基本類型，分別叫做沖刷磨損和撞擊磨損，這兩種磨損的沖刷表面流失過(guò)程的微觀形貌是完全不同的。

沖刷磨損是顆粒相對(duì)固體表面沖擊角較小，甚至接近平行。顆粒垂直于固體表面的分速使得它鍥入被沖擊物體，而顆粒與固體表面相切的分速使得它沿固體表面滑動(dòng)，兩個(gè)分速合成的效果即起一種刨削的作用。如果被沖擊物體經(jīng)不起這種作用，即被切削掉一小塊，如此經(jīng)過(guò)大量、反復(fù)的作用，固體表面將產(chǎn)生磨損。撞擊磨損是指顆粒相對(duì)于固體表面沖擊角較大，或接近垂直時(shí)，以一定的速度撞擊固體表面使其產(chǎn)生微小的塑性變性顯微裂紋，在長(zhǎng)期大量的顆粒反復(fù)沖擊下，逐漸使塑性變形層整片脫落而形成的磨損。

根據(jù)磨損方式不同，磨損又可分為 兩物體磨損 、 三物體磨損 。在兩物體磨損中，固體依靠自身動(dòng)量撞擊并沖刷壁面。在三物體磨損中，沿壁面運(yùn)動(dòng)的固體粒子受到粒子團(tuán)的沖擊，而粒子團(tuán)則利用前者作為磨損介質(zhì)來(lái)磨損受熱面。雖然現(xiàn)在還沒(méi)有充分理解循環(huán)流化床鍋爐的磨損機(jī)理，但可以預(yù)測(cè)三物體磨損是造成循環(huán)流化床鍋爐磨損的主要原因。三物體磨損可能發(fā)生在以下三種情況：顆粒富集以很大的密度沉降、供料足以產(chǎn)生很大的顆粒密度以及在顆粒流動(dòng)容許范圍內(nèi)很大顆粒密度在磨損表面附近區(qū)域可以存在。

爐膛密相區(qū)磨損導(dǎo)致的銷釘露出

1.3 磨損的影響因素

循環(huán)流化床鍋爐中煤灰顆粒對(duì)鍋爐材料的磨損屬于顆粒流的沖蝕，既有顆粒對(duì)爐內(nèi)材料的撞擊，又有高濃度含灰氣流對(duì)材料的沖刷。循環(huán)流化床鍋爐材料的磨損很大程度上取決于顆粒的尺寸、顆粒的形狀、沖擊速度、沖擊角度、供料量、顆粒的強(qiáng)度及硬度等。另外磨損程度還與被沖擊表面的材質(zhì)有關(guān)，還受燃料特性、運(yùn)行參數(shù)等的影響。

鍋爐的易磨損部件及防磨措施

循環(huán)流化床鍋爐的易磨損部件有受熱面管子和耐火材料。循環(huán)流化床鍋爐的易磨損金屬部件為耐火材料與水冷壁交界處、不規(guī)則的管壁區(qū)域、水冷壁的四角區(qū)域、爐內(nèi)受熱面、爐頂受熱面、旋風(fēng)分離器、尾部對(duì)流受熱面等。

2.1 衛(wèi)燃帶與水冷壁過(guò)渡區(qū)的磨損

該區(qū)的磨損發(fā)生在爐膛衛(wèi)燃帶與水冷壁管的交界處，四角磨損較嚴(yán)重，范圍為衛(wèi)燃帶上方500mm內(nèi)。其中，此部位存在耐火材料臺(tái)階時(shí)，水冷壁和鰭片磨損速度加快。磨損的原因有兩個(gè)方面，一是衛(wèi)燃帶區(qū)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上流動(dòng)的固體物料運(yùn)動(dòng)方向相反，因而在局部產(chǎn)生渦流;另一方面是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界處產(chǎn)生流動(dòng)方向的改變產(chǎn)生反彈力，因而對(duì)水冷壁管產(chǎn)生沖刷。

目前該位置常用的防沖蝕磨損的方法有結(jié)構(gòu)防磨和材料防磨兩種。結(jié)構(gòu)防磨主要有讓管設(shè)計(jì)、防磨梁和防磨板設(shè)計(jì)等措施。讓管設(shè)計(jì)可去除該部位的渦流磨損和反彈力磨損。防磨梁、防磨板和焊鋼條等方法通過(guò)降低物料速度而達(dá)到防磨目的。材料防磨主要采用更換耐磨材料、加防磨瓦和耐磨涂層等方法，其中耐磨涂層的制備方法有電弧噴涂、氧乙炔火焰粉末噴熔、堆焊、熱擴(kuò)散滲層等措施。

2.2 水冷壁四角磨損

由于水冷壁四角物料濃度大，向火面焊縫容易不平整而導(dǎo)致磨損速率高。此部位主要采用讓管設(shè)計(jì)、清除凸出障礙物和電弧噴涂的方法進(jìn)行防磨。

2.3 不規(guī)則管壁的磨損

不規(guī)則管壁的磨損包括穿墻管、爐墻開孔處的彎管、管壁上的焊縫等，此外還有一些爐內(nèi)的測(cè)試元件，如熱電偶等。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明即使很小幾何尺寸的不規(guī)則也會(huì)造成局部的嚴(yán)重磨損。對(duì)于不規(guī)則管壁的磨損通常采用鋪設(shè)耐火材料或鋪鍍焊接層等防治措施。

某鍋爐密相區(qū)耐火澆注料上方水冷壁磨損照片

2.4 爐內(nèi)受熱面的磨損

爐內(nèi)受熱面主要有雙面水冷壁、屏式過(guò)熱器、屏式再熱器，它們的磨損機(jī)理與爐膛水冷壁管的磨損機(jī)理相似，主要取決于受熱面的具體結(jié)構(gòu)和固體物料的流動(dòng)特性。通常在它們的底部敷設(shè)耐磨材料，其余部分進(jìn)行耐磨涂層，來(lái)達(dá)到防磨的目的。

2.5 爐頂受熱面的磨損

爐頂受熱面的磨損主要是由于氣固流在離開爐膛頂部區(qū)域轉(zhuǎn)彎，產(chǎn)生離心力，將大顆粒物料甩向爐頂而造成的，隨著循環(huán)流化床容量的增大，爐膛高度也增大，爐膛頂部受熱面磨損問(wèn)題變得不嚴(yán)重，一般可通過(guò)將爐頂與距旋風(fēng)分離器的水平煙道拉開足夠的距離來(lái)解決。

2.6 旋風(fēng)分離器的磨損

循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器的大部分構(gòu)件(除中心筒外)一般都敷設(shè)有耐火材料，因此旋風(fēng)分離器金屬件的磨損不是很嚴(yán)重，旋風(fēng)分離器中心筒的損壞往往是由于熱變形造成的。旋風(fēng)分離器的磨損主要發(fā)生在進(jìn)口煙道和筒體上部，在該處氣流方向發(fā)生90度的偏轉(zhuǎn)，環(huán)形核心區(qū)的消失也會(huì)產(chǎn)生很大的脈動(dòng)，使入口端附近區(qū)域受到極大影響，因此，必須采取必要的措施防止該處管壁失效。

2.7 尾部對(duì)流受熱面的磨損

尾部對(duì)流受熱面發(fā)生的主要部位在過(guò)熱器、再熱器、省煤器的第一、二排管子，空氣預(yù)熱器出口處。這部分管排常因結(jié)構(gòu)、安裝或受熱變形等原因形成煙氣走廊，物料速度較高，導(dǎo)致磨損加快。通常采用加裝保護(hù)板、均流板、防磨罩的方法進(jìn)行防磨。

結(jié) 語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐磨損影響因素很多 ，在具體生產(chǎn)實(shí)踐中要結(jié)合不同情況，不同部位選用不同的防磨措施和不同性能指標(biāo)的耐磨耐火材料，能很大程度上延長(zhǎng)鍋爐的使用壽命，增加經(jīng)濟(jì)效益，使循環(huán)流化床鍋爐防磨技術(shù)不斷成熟與完美。

循環(huán)流化床鍋爐易磨損部位很多都是不規(guī)則形狀，這時(shí)候選用優(yōu)質(zhì)的耐磨耐火澆注料一方面可以減少施工難度，二是可以最大化的保護(hù)易磨損部位。 另一方面，對(duì)易磨損部位耐火材料的施工方式也是影響耐磨性的重要因素，比如澆注料的厚度、噴涂方式、錨固件的選擇、施工面的預(yù)處理等等。