徐国明
（广东粤电云河发电有限公司 527300）
摘要：循环流化床锅炉普遍存在水冷壁受热面磨损严重的问题，如不采取措施或措施采取不当，往往会在锅炉投运几个月后开始出现锅炉频繁爆管停炉事故，尤其是燃用劣质煤(煤矸石掺烧比例大、灰分高)的锅炉显得更加严重，给电厂带来很大的经济损失和不良的社会影响。
关键词:循环流化床；锅炉；水冷壁；防磨损技术
1、循环流化床水冷壁的磨损
水冷壁管磨损是循环流化床锅炉中与材料有关的最严重的问题。炉内水冷壁管磨损主要
可分为4种情形，如图1所示。
1-耐火材料过渡区;2-角落区域;3-不规则区域;4-一般水冷壁管
图1 循环流化床中水冷壁主要磨损区
1.1水冷壁管耐火材料过渡区域的磨损
在循环流化床锅炉中，炉膛的上部稀相区是快速床，在一定条件下，稀相区的颗粒发生团聚，细颗粒聚集成大颗粒团后，颗粒团重量增加，自由沉降速度提高，一旦大于流化速度，颗粒团不是被吹上去而是逆着气流向下运动。下降过程中，被上升的气流打散成细颗粒，再被气流带动向上运动，又再聚集成颗粒团，再沉降下来。这种颗粒团不断聚集、下沉、吹散、上升又聚集形成的物理过程，使循环流化床内气固两相间发生强烈的热量和质量交换。由于颗粒团的沉降和边壁效应，循环流化床内气固流动形成靠近炉壁处很浓的颗粒团以旋转状向下运动，炉膛中心则是相对较稀的气固两相向上运动，产生一个强烈的炉内循环运动，大大强化了炉内传热和传质过程，有效地延长了包括焦炭颗粒在内的固体物料的停留时间，并保证了整个炉膛内纵向及横向都具有十分均匀的温度场。
1.2炉膛角落区域水冷壁磨损
循环流化床锅炉炉膛内部存在着大量的床料内循环，延长了煤粒的炉膛内停留时间。内循环粒子流多为贴壁粒子流，其循环量要比外循环量大得多。炉膛近壁区物料浓度较高，在水平方向上，物料浓度的分布是中间低、近壁区高。在两面墙组成的角度，流动发生叠加，出现了角部浓度更高的现象，这是角部磨损严重的物理基础。
1.3不规则区域管壁的磨损
不规则管壁包括穿墙管、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。即使很小的几何尺寸不规则也会造成局部的严重磨损。炉膛部分设有入孔门、观火孔等圆孔处也是易磨损的部件之一。测炉温时，炉内插入足够深
的热电偶也会对局部颗粒和流动特性造成较大影响，造成附近水冷壁管的磨损。在各种孔的周围，由于贴壁处的颗粒向下流动，与上升气流作用，导致受热面下部的磨损严重。
1.4一般水冷壁管的磨损
从目前运行的循环流化床锅炉看，一般水冷壁管的磨损虽然普遍存在，停炉检查时也发现管壁被磨损得光亮，但磨损速度较小，为均匀磨损，基本上不会危及受热面的安全。
在上述4类磨损中，前2类是主要的。
2、循环流化床锅炉水冷壁防磨损技术现状
对国内各科技文献数据库检索，现有防磨损措施有如下几方面：
(1)选择合适的金属材料，氧化性气氛下的传热件选用低碳钢和合金钢，有腐蚀或还原性气氛的区域加衬耐火材料。
(2)增大壁厚，水冷壁选用厚壁管，一般取5mm，预留了磨损量，有利于局部磨损后修理，不能解决磨损的发生。
(3)耐火耐磨材料覆盖，牺牲受热面积。如个别流化床床内全为耐火材料覆盖，甚至不布置受热面。
(4)选用复合材料，高磨损区域选用3mm壁厚管外覆盖2mm厚的耐磨合金或耐磨陶瓷类材料，与5mm厚的管子实现对接。造价昂贵、施工复杂、对接部位难于平滑过渡，成为新的磨损区。
(5)对材料表面进行特殊处理，包括热喷涂、热处理、电镀、热浸涂。其中热喷涂技术是一种有效的防磨措施。其涂层薄而均匀，易于实现平滑过渡，由于涂层硬度大且在高温下生成致密、坚硬和化学稳定性更好的氧化层，能防止磨损和腐蚀。热喷涂特别是其中的超音速电弧喷涂技术发展迅速，但造价高、过渡区易磨损、喷涂施工要求高，使用过程中一旦局部喷涂层破坏暴露出的管壁将迅速磨损甚至穿透。
(6)让管齐平浇筑，使耐火物料与水冷壁交界处尽量平滑过渡，耐火材料与上部水冷壁结构平直，从理论上可消除局部产生的磨损。但考虑弯管鳍片与浇筑物料的过渡，实际施工过程中受材料限制是达不到的，局部总会存在过渡不连续凸台，造成磨损。此法可减小检修量并不能缩短检修周期，其磨损位置的不确定性，反而给运行管理和检修带来了新难度。
3、循环流化床锅炉水冷壁防磨损技术研究与应用（以广东粤电云河发电有限公司为例）
（耐材横梁＋金属喷涂）水冷壁管综合防护技改方案的提出。云河发电厂锅炉选型为1036T/H循环流化床锅炉，配套上海汽轮机厂300MW发电机组。2009年电厂投产运行至今，设备总体生产工况良好，各项优点突出，但是通过长期生产中对设备的监督、检查与管理，也发现出一些危害较大的设备缺陷，其中以水冷壁管磨损问题较为严重。为此，我厂积极借鉴其他电厂的防护情况，总结优化出（耐材横梁＋金属喷涂）水冷壁管综合防护技改方案。
3.1改造前后相关分析
○1冷壁爆管造成停炉1次，计算油电水、人工费用。2011年本厂因#5锅炉水冷壁管爆管造成停炉，造成影响发电时间5天，损失上网发电量为：
30(万千瓦／时)×24(小时)×5(天)×1(台锅炉)×(1-7％扣除厂用电)=3348万千瓦时，按本厂上网电价0.418元/千瓦时(税后)折算为 1399.5万元。
再次启动锅炉所耗用燃油、人工费用为：
25(吨)×0.8(万元/吨)×1(台锅炉)=20万元，我厂每次启动锅炉需耗费轻质燃用25吨，轻质燃用物资采购价0.8万元/吨，折算耗用共为20万元。（人工费用忽略不计）
②更换两台锅炉水冷壁管，停炉10天计算损失费用。2012年因省级质检部门强制要求停炉更换锅炉水冷壁管，单台机组影响发电时间10天，两台机组共损失上网发电量为：30(万千瓦／时)×24(小时)×10(天)×2(台锅炉)×(1-7％扣除厂用电)=13392万千瓦时，按本厂上网电价0.418元/千瓦时(税后)折算为5597.8万元。
③全年产生的经济效益为1399.5+20+40+5597.8=7057.3万元。
3.2发现、发明及创新点
采用受热面综合治理技术（耐材横梁＋金属喷涂），可以有效降低水冷壁“贴壁灰流”对炉膛密相区水冷壁的磨损程度，耐材防磨梁的使用改善了炉内“贴壁灰流”磨损的相关环境，在不影响整体受热面出力的前提下，彻底杜绝了焊缝区域处的严重磨损，而结合金属喷涂技术进行综合使用，防磨损效果更为明显，有效的解决了长期困扰安全生产的流化床锅炉受热面易磨损问题。采用受热面综合治理技术（耐材横梁＋金属喷涂）后，我厂连续三年安全运行，未出现水冷壁爆管而令机组非计划停运。
4、结束语
随着对循环流化床锅炉认识的加深和经验的进一步积累，水冷壁防磨处理技术有了较大提高。在今后的工作中，将进一步加强向全国循环流化床锅炉专家及同行学习，并及时交流和沟通，努力使流化床锅炉的防磨技术取得更好的发展和提高。
参考文献：
[1]董利锋.循环流化床锅炉水冷壁磨损原因探究及改造措施[J].化肥工业，2014(02).
[2]位金栓，赵艳峰.循环流化床锅炉水冷壁磨损原因及应对措施[J].硅谷，2012(19).
[3]吴永波.循环流化床锅炉水冷壁管磨损形式及防护措施[J].能源与环境，2012(03).
论文作者:徐国明
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/29
标签：磨损论文; 水冷论文; 流化床论文; 锅炉论文; 炉膛论文; 颗粒论文; 万元论文; 《电力设备》2016年第12期论文;