循环流化床锅炉水冷壁防磨措施探讨

摘要：随着我国循环流化床机组的大力建设，已投运机组锅炉水冷壁防磨措施具有多样性，但行业内一直没有找到比较完美防磨方案。以下对目前的循环流化床锅炉水冷壁采用的防磨措施从防磨原理、防磨效果、产品寿命、防护寿命、安装工期等方面进行了对比，提出了性价比较高的防磨方式。

关键词：循环流化床锅炉、水冷壁防磨

1. 循环流化床锅炉水冷壁磨损现状

   由于循环流化床燃料劣质煤以及燃料特性决定了水冷壁磨损较煤粉炉严重。循环刘胡扯锅炉，由于燃料颗粒度、燃料可燃性、一、二次风风量与风压的运行特性、基建安装质量等因素影响，膜式水冷壁在不采取任何防磨措施的情况下，一般运行3月左右就会出现磨损爆管。

2影响水冷壁磨损的主要因素

1）烟气流速的影响：烟气流速越高磨损越严重，磨损量与烟气流速的三次方成正比。一次风量越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃料情况的扰动越剧烈，水冷壁磨损量也越大。

2）烟气颗粒浓度的影响：烟气内颗粒浓度越大，水冷壁磨损量越大。因为颗粒数目越大，对管壁的撞击和冲击和冲刷越强烈。在循环流化床锅炉运行过程中，负荷越高，床层密度及床层差压越大，说明颗粒浓度越大，磨损量也越大。循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式、炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到几百倍以上。

3）燃料性质的影响：燃料颗粒硬度、灰分越大，对水冷壁管的切削作用越强烈，磨损量越大。尤其在掺烧煤矸石或其它高硬度燃料时，会大大缩短水冷壁管爆管的运行时间。

4）安装及检修质量的影响：锅炉安装及检修质量不好，例如，受热面鳍片没有满焊，造成大量颗粒外漏，造成对水冷壁侧面的磨损。或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位，形成颗粒涡流加剧磨损。

5）锅炉本身动力场的影响：由于炉膛内烟气流速分布不均匀，四角处的烟气流速比中间大许多，所以磨损情况比其它部位严重。

3目前国内流化床锅炉水冷壁采取的防磨措施及优缺点

3.1喷涂

喷涂通过喷枪或蝶式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。可分为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂以及上述基本喷涂形式的各种派生的方式。

3.1.1优点

1）防腐初期效果好，对换热基本没有影响。

2）初期投资造价低。

3.1.2缺点

1）对于燃用劣质煤锅炉，防腐周期短，使用寿命一般在6-12个月。

2）喷涂施工要求高。喷涂厂家多，大部分投标为低价中标，施工及用料良莠不齐。喷涂后容易出现这周翘起，运行中容易脱落，甚至大面积脱落，成为新的磨损爆管点。

3）二次处理周期长，检修工作量大：锅炉爆管停炉后，必须冷却并打磨干净后，再实施熔敷或二次喷涂。

4）喷涂施工过程中，不能交叉作业，影响炉内防爆检查、风帽更换、砌筑料更换、床料添加等工作。

5）电喷涂使用周期短，年年喷涂，累积总费用高。

3.2熔敷

目前部分循环流化床锅炉膜式水冷壁采用了激光熔敷技术。它通过在基材表面添加熔敷材料，并利用高能密度的激光速使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔敷层。

3.2.1优点

厚度远远高于喷涂层厚度，一般熔敷层厚度在1.5-3mm，耐磨持久，一般防磨寿命3年左右。

3.2.2缺点

1）熔敷施工要求高。虽然熔敷技术在国内循环流化床锅炉应用年限短，技术不是太成熟。存在施工工艺差造成管子应力拉裂，熔敷端部磨损的问题。

2）由于其施工工艺特点决定了施工工期较长。

3）二次处理施工难度大、处理周期长，检修工作量大，对防磨防滑检查人员的责任心要求高。

4）初期投资巨大。

3.3防磨梁

防磨梁通过逐阶降低壁流的浓度与速度来减轻水冷磨损，属于主动防磨的方式。

3.3.1优点

施工工艺简单，整体造价较低，锅炉水冷壁大面积防磨效果良好。

3.3.2缺点

1）存在防磨梁部位管子根部磨损、侧部磨损个列的问题，需做进一步优化改进。

2）对炉膛床温以及锅炉效率有一定的影响，影响床温约15-20度，需进行燃烧优化调整。

3）施工工期较长。

3.4常规金属防磨片

防磨基本原理类同防磨梁，通过逐阶降低贴壁流的浓度与速度来减轻水冷壁磨损，隔板之间形成“飞灰壁绝区”从而减小磨损，属于主动防磨的方式。

3.4.1优点

1）施工工艺简单，整体造价较低，锅炉水冷壁大面积防磨效果良好。

2）施工工期较短，一般为常规防磨措施施工工期的1/3-1/2

3）使用寿命一般5年以上。

4）基本能够做到防护区域“零磨损”。

5）小型循环流化床机组已有防磨成功案例

3.4.2缺点

1）存在防磨片根部积灰板结的问题，影响管子换热效果，影响床温约5-8度

2）存在管子根部磨损的个别案例。

3）存在个别防磨片脱落的情况。

4）属于新型产品，存在伤用情况，使用效果参差不齐，如若使用建议使用正规产品。

3.5雨帘式金属防磨片

防磨基本原理类同防磨梁与常规金属防磨片。区别在于只降低贴壁管的流的速度，而基本不改变贴壁流的浓度。不会形成“飞灰绝壁区”，而是形成“低流速堆积灰”。

根据物料对炉内受热面管壁的磨损速度与其速度、浓度及颗粒关系式：E=kWaD2U

其中，

E:磨损速度、um/100h;k:比例系数

D:物料颗粒，mm;U:物料浓度，kg/(m2s);

a:速度指数，通常取3-3.5;W:物料速度，m/s.

从上式可以看出，物料对管壁的磨损速度与贴壁物流速的3-3.5次方成正比，物料对管壁的磨损速率与贴补物流速度高是造成水冷壁区域磨损严重原因。若贴壁流从8m/s降低到2m/s，则雨帘式防磨装置后的水冷壁的磨损速率可以降低到加装防磨片前的1/64，即可达到防磨梁与常规金属防磨片的防磨效果。

正是贴壁灰浓度的时间保留，保证了管子使用该防磨措施前后的换热效果基本不便或略有提高。

3.5.1特点

1) 具有常规防磨片的优点。

2) 低流速堆积灰克服了管子根部磨损的问题。

3) 折角设计增强了构件的刚度，解决变形导致的脱落问题

4) 保留了贴壁流的传热特性。

4结论

通过对循环流化床锅炉水冷壁各种防磨措施的简单介绍，分别从防磨效果、产品寿命、防护寿命、安装工期等方面进行对比，使用常规金属防磨片和雨帘式金属防磨片均能很好的解决防磨问题，同时从目前市场看综合造价是比较低的，能够保证防护区域的水冷壁长期安全稳定的运行。