循環(huán)流化床鍋爐耐火材料磨損和防磨措施

循環(huán)流化床鍋爐是繼鏈條爐、煤粉爐發(fā)展起來的率、低污染的新爐型，因其燃燒效率高、煤種適應性廣、負荷調(diào)節(jié)范圍大、氮氧化物排放低、易于脫硫等點而備受青睞，已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用和推廣。但磨損問題的突出，嚴重制約了該爐型長期經(jīng)濟的運行。

 

 

1、循環(huán)流化床鍋爐的磨損

 

1）循環(huán)流化床鍋爐中的磨損問題

 

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重得多，受熱面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(guān)系到循環(huán)流化床鍋爐設計的成敗，也直接影響循環(huán)流化床鍋爐機組的可利用率。

 

2)磨損的形式

 

根據(jù)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、沖蝕磨損、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面進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程的微觀形貌是完全不同的。

 

沖刷磨損是顆粒相對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，兩個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)過大量、反復的作用，固體表面將產(chǎn)生磨損。

 

撞擊磨損是指顆粒相對于固體表面沖擊角較大，或接近垂直時，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，在長期大量的顆粒反復沖擊下，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，固體依靠自身動量撞擊并沖刷壁面。在三物體磨損中，沿壁面運動的固體粒子受到粒子團的沖擊，而粒子團則利用前者作為磨損介質(zhì)來磨損受熱面。

 

雖然現(xiàn)在還沒有充分理解循環(huán)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(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。

 

3) 磨損的影響因素

 

循環(huán)流化床鍋爐中煤灰顆粒對鍋爐材料的磨損屬于顆粒流的沖蝕，既有顆粒對爐內(nèi)材料的撞擊，又有高濃度含灰氣流對材料的沖刷。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、 運行參數(shù)等的影響。

 

2、循環(huán)流化床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、旋風分離器、尾部對流受熱面等。

 

 

圖注：循環(huán)流化床鍋爐主要磨損部位

 

1) 衛(wèi)燃帶與水冷壁過渡區(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階時，水冷壁和鰭片磨損速度加快。磨損的原因有兩個方面，一是衛(wèi)燃帶區(qū)由于沿壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上流動的固體物料運動方向相反，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)生流動方向的改變產(chǎn)生反彈力，因而對水冷壁管產(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、熱擴散滲層等措施。

 

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涂的方法進行防磨。

 

 

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)的測試元件，如熱電偶等。運行經(jīng)驗表明即使很小幾何尺寸的不規(guī)則也會造成局部的嚴重磨損。對于不規(guī)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(nèi)受熱面的磨損

 

爐內(nèi)受熱面主要有雙面水冷壁、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，主要取決于受熱面的具體結(jié)構(gòu)和固體物料的流動特性。通常在它們的底部敷設耐磨材料，其余部分進行耐磨涂層，來達到防磨的目的。

 

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(huán)流化床鍋爐旋風分離器的大部分構(gòu)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于熱變形造成的。旋風分離器的磨損主要發(fā)生在進口煙道和筒體上部，在該處氣流方向發(fā)生90度的偏轉(zhuǎn)，環(huán)形核心區(qū)的消失也會產(chǎn)生很大的脈動，使入口端附近區(qū)域受到大影響，因此，須采取要的措施防止該處管壁失效。

 

 

圖注：旋風分離器易磨損區(qū)域

 

7) 尾部對流受熱面的磨損

 

尾部對流受熱面發(fā)生的主要部位在過熱器、再熱器、省煤器的、二排管子，空氣預熱器出口處。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(jié)語

 

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