循環流化床鍋爐耐火材料磨損和防磨措施

發布時間：2021/10/20 9:55:26

循環流化床鍋爐是繼鏈條爐、煤粉爐發展起來的高效率、低汙染的新爐型，因其燃燒效率高、煤種適應性廣、負荷調節範圍大、氮氧化物排放低、易於脫硫等優點而備受青睞，已在世界範圍內得到了廣泛的應用和推廣。但磨損問題的突出，嚴重製約了該爐型長期經濟的運行。

1、循環流化床鍋爐的磨損

1）循環流化床鍋爐中的磨損問題

由於循環流化床鍋爐爐內灰濃度高，通常為煤粉爐的幾十倍、幾百倍，甚至上千倍，因此循環流化床鍋爐的磨損要比其他類型鍋爐嚴重得多，受熱麵和耐火材料的防磨問題應特別重視。磨損問題解決得如何，直接關係到循環流化床鍋爐設計的成敗，也直接影響循環流化床鍋爐機組的可利用率。

2)磨損的形式

根據磨損機理的不同，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、衝蝕磨損、微動磨損等。流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表麵進行衝擊所造成的磨損稱為衝蝕（或衝擊磨損）。衝蝕又有兩種基本類型， 分別叫做衝刷磨損和撞擊磨損，這兩種磨損的衝刷表麵流失過程的微觀形貌是完全不同的。

衝刷磨損是顆粒相對固體表麵衝擊角較小，甚至接近平行。顆粒垂直於固體表麵的分速使得它鍥入被衝擊物體，而顆粒與固體表麵相切的分速使得它沿固體表麵滑動，兩個分速合成的效果即起一種刨削的作用。如果被衝擊物體經不起這種作用，即被切削掉一小塊，如此經過大量、反複的作用，固體表麵將產生磨損。

撞擊磨損是指顆粒相對於固體表麵衝擊角較大，或接近垂直時，以一定的速度撞擊固體表麵使其產生微小的塑性變性顯微裂紋，在長期大量的顆粒反複衝擊下，逐漸使塑性變形層整片脫落而形成的磨損。

根據磨損方式不同，磨損又可分為兩物體磨損、三物體磨損。在兩物體磨損中，固體依靠自身動量撞擊並衝刷壁麵。在三物體磨損中，沿壁麵運動的固體粒子受到粒子團的衝擊，而粒子團則利用前者作為磨損介質來磨損受熱麵。

雖然現在還沒有充分理解循環流化床鍋爐的磨損機理，但可以預測三物體磨損是造成循環流化床鍋爐磨損的主要原因。三物體磨損可能發生在以下三種情況：顆粒富集以很大的密度沉降、供料足以產生很大的顆粒密度以及在顆粒流動容許範圍內很大顆粒密度在磨損表麵附近區域可以存在。

3) 磨損的影響因素

循環流化床鍋爐中煤灰顆粒對鍋爐材料的磨損屬於顆粒流的衝蝕，既有顆粒對爐內材料的撞擊，又有高濃度含灰氣流對材料的衝刷。循環流化床鍋爐材料的磨損很大程度上取決於顆粒的尺寸、顆粒的形狀、衝擊速度、衝擊角度、供料量、 顆粒的強度及硬度等。另外磨損程度還與被衝擊表麵的材質有關，還受燃料特性、 運行參數等的影響。

2、循環流化床鍋爐的易磨損部件及防磨措施

循環流化床鍋爐的易磨損部件有受熱麵管子和耐火材料。循環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、不規則的管壁區域、水冷壁的四角區域、爐內受熱麵、爐頂受熱麵、旋風分離器、尾部對流受熱麵等。

圖注：循環流化床鍋爐主要磨損部位

1) 衛燃帶與水冷壁過渡區的磨損

該區的磨損發生在爐膛衛燃帶與水冷壁管的交界處，四角磨損較嚴重，範圍為衛燃帶上方 500mm 內。其中，此部位存在耐火材料台階時，水冷壁和鰭片磨損速度加快。磨損的原因有兩個方麵，一是衛燃帶區由於沿壁麵下流的固體物料與爐內向上流動的固體物料運動方向相反，因而在局部產生渦流；另一方麵是沿爐膛壁麵下流的固體物料在交界處產生流動方向的改變產生反彈力，因而對水冷壁管產生衝刷。

目前該位置常用的防衝蝕磨損的方法有結構防磨和材料防磨兩種。結構防磨主要有讓管設計、防磨梁和防磨板設計等措施。讓管設計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降低物料速度而達到防磨目的。材料防磨主要采用更換耐磨材料、加防磨瓦和耐磨塗層等方法，其中耐磨塗層的製備方法有電弧噴塗、氧乙炔火焰粉末噴熔、堆焊、熱擴散滲層等措施。

2) 水冷壁四角磨損

由於水冷壁四角物料濃度大，向火麵焊縫容易不平整而導致磨損速率高。此部位主要采用讓管設計、清除凸出障礙物和電弧噴塗的方法進行防磨。

3) 不規則管壁的磨損

不規則管壁的磨損包括穿牆管、爐牆開孔處的彎管、管壁上的焊縫等，此外還有一些爐內的測試元件，如熱電偶等。運行經驗表明即使很小幾何尺寸的不規則也會造成局部的嚴重磨損。對於不規則管壁的磨損通常采用敷設耐火材料或鋪鍍焊接層等防治措施。

4) 爐內受熱麵的磨損

爐內受熱麵主要有雙麵水冷壁、屏式過熱器、屏式再熱器，它們的磨損機理與爐膛水冷壁管的磨損機理相似，主要取決於受熱麵的具體結構和固體物料的流動特性。通常在它們的底部敷設耐磨材料，其餘部分進行耐磨塗層，來達到防磨的目的。

5) 爐頂受熱麵的磨損

爐頂受熱麵的磨損主要是由於氣固流在離開爐膛頂部區域轉彎，產生離心力， 將大顆粒物料甩向爐頂而造成的，隨著循環流化床容量的增大，爐膛高度也增大， 爐膛頂部受熱麵磨損問題變得不嚴重，一般可通過將爐頂與距旋風分離器的水平煙道拉開足夠的距離來解決。

6) 旋風分離器的磨損

循環流化床鍋爐旋風分離器的大部分構件(除中心筒外) 一般都敷設有耐火材料，因此旋風分離器金屬件的磨損不是很嚴重，旋風分離器中心筒的損壞往往是由於熱變形造成的。旋風分離器的磨損主要發生在進口煙道和筒體上部，在該處氣流方向發生90度的偏轉，環形核心區的消失也會產生很大的脈動，使入口端附近區域受到極大影響，因此，必須采取必要的措施防止該處管壁失效。

圖注：旋風分離器易磨損區域

7) 尾部對流受熱麵的磨損

尾部對流受熱麵發生的主要部位在過熱器、再熱器、省煤器的第一、二排管子，空氣預熱器出口處。這部分管排常因結構、安裝或受熱變形等原因形成煙氣走廊，物料速度較高，導致磨損加快。通常采用加裝保護板、均流板、防磨罩的方法進行防磨。

3. 結語

循環流化床鍋爐磨損影響因素很多，在具體實踐中要結合不同情況，采取不同的防磨措施，不斷積累經驗，使循環流化床鍋爐防磨技術不斷成熟與完善。