循环流化床锅炉炉膛受热面磨损及预防技术研究

张华军

（杭州市特种设备检测研究院，杭州310000）



循环流化床锅炉炉膛受热面磨损及预防技术研究

张华军

（杭州市特种设备检测研究院，杭州310000）

摘要：降低循环流化床锅炉炉膛受热面磨损量对延长流化床锅炉寿命，减少检修次数具有重要现实意义。本文深入分析流化床锅炉在运行状态下炉膛受热面的磨损现象，并依此提出炉膛受热面磨损预防技术。

关键词：循环流化床炉膛受热面预防技术

引言

循环硫化床锅炉由于其独特的燃烧方式，具有炉膛体积小、投资少、燃料着火、燃烧条件好、负荷调节性能好等优点，在工业生产过程中特别是发电锅炉及热电联产锅炉应用广泛。但也存在诸多缺点，如炉膛受热面磨损快、热效率低、耗电大等。其中，炉膛受热面磨损是缩短循环流化床锅炉寿命，增加维护成本的主要原因。因此，降低炉膛受热面磨损，做好预防技术对延长锅炉寿命，降低维修成本及周期，减少炉膛受热面爆管，甚至炉膛爆炸具有重要意义。

1 循环流化床锅炉磨损的具体状况

循环流化床锅炉是在炉膛里把矿物燃料控制在特殊流化状态下燃烧产生蒸汽的设备。细小的固体颗粒在一定速度下输送通过炉膛，离开炉膛的颗粒绝大部分由气固分离器再次进入炉膛，形成一个循环回路。在此过程中，炉膛被分为密相区和稀相区。密相区内物料颗粒相对大，气固流动不均匀，对处在密相区的埋管受热面存在着被物料剧烈的冲刷现象，磨损快，如不采取防磨措施，壁厚3.5mm的埋管3～6个月即被磨穿。稀相区内物料颗粒相对小，并处于快速流化状态，颗粒携带率沿床高逐渐衰减。同时，由于二次风的影响，气固混合不均匀，气体流速不均匀，对稀相区下部水冷壁管存在被物料激烈冲刷现象，特别是形状突变处，磨损快。因此，循环流化床锅炉炉膛受热面的磨损，其实就是物料对受热面进行不断冲刷，也就是外力对受热面不断交替作用的过程。这种形式的外力被称为交变应力，是造成锅炉磨损的重要原因［1］。

2 锅炉炉膛受热面磨损预防措施探讨

针对上述具体原因的分析，提出以下预防技术。

（1）锅炉燃料颗粒控制。在锅炉运行过程中，根据具体磨损情况，对磨损的各类因素进行判断。首先，加强对燃料颗粒流化流速及路径的重视，使燃料颗粒能够根据锅炉运行的需要，在设计范围内沿着正确的路径流动［2］；同时，根据锅炉实际运行情况及负荷情况，通过对引风机及鼓风机的调节，控制一次风及二次风的风量及速度，从而对炉膛燃料颗粒的流速进行控制，一般在4～5m/s。

燃料颗粒的大小也是需要考虑的因素之一。燃料颗粒大小首先要适应燃烧需求，使其能在炉膛内充分燃烧，提高效能。对于流化床锅炉而言，还应考虑燃料颗粒的临界速度和极限速度，如采用粒径不大于8mm煤末的流化床锅炉，临界速度为0.7～1.1m/s，极限速度为其临界速度的6～7倍。不同大小的燃料颗粒，对应的临界速度和极限速度不同，也就是锅炉最终设计选择的流化速度选择范围也不同。因此，燃料颗粒的大小及流化速度对磨损的影响须综合考虑，才能得到一个最优的设计参数。在实际操作中，燃煤颗粒控制从两个方面进行控制：一个在进行燃煤采购过程中，对燃煤采购区域进行分析，将燃烧后颗粒大小作为燃煤的主要标准［3］；另一个方面，应该从给料粉碎装置入手，选择相适应的装置设备。

（2）循环流化床锅炉的结构防磨技术。锅炉燃料颗粒控制技术经过几十年的理论探索和实际应用，比较成熟和可靠。而结构防磨技术相对于燃料颗粒控制，具有更大的发展空间和潜力。炉膛结构的科学、合理设计，不仅能提高燃料的燃烧利用率、受热面的传热效率，减少事故发生，延长锅炉寿命，而且对于降低炉膛受热面磨损具有积极意义。在现有成熟流化床锅炉技术的基础上改进结构，或者采用全新的流化床结构，都可以降低炉膛受热面磨损量，这在实践中也得到了充分体现。

目前，流化床锅炉炉膛受热面防磨技术普遍采用防磨带技术，并采用一圈防磨带。实践证明，一圈防磨带与耐火层之间的受热面得到了很好保护，磨损量大大降低。但有的流化床锅炉在一圈防磨带上的受热面出现了磨损量相对较大的情况。针对这一情况，出现了一圈防磨带上增加防磨带的结构改进。经过多年的运行检验，这一结构改进得到了肯定，达到了预期目标，降低了炉膛受热面磨损量，并使其磨损更加均匀化。该结构防磨技术虽然简单，但非常实用，效果非常好。防磨带技术降低了稀相区下部水冷壁受燃料颗粒的冲刷。

全新结构的改进也是防磨技术发展的途径之一。随着国家节能要求的提高，各地方也迫切要求对效率低下的锅炉进行改造。目前，35t/h链条炉排锅炉改造为50t/h流化床锅炉，采用了新的炉膛结构设计。炉膛水冷壁全部用耐火层覆盖，主要受热面采用10mm厚的埋管，并在埋管表面喷涂防磨层。经过多年的运行发现，埋管的磨损量非常小，两年的磨损量只有0.3～0.4mm左右。该结构改造不但提高了锅炉效率，增加了锅炉寿命，也减少了检修次数。此外，该锅炉结构技术为了降低炉膛

受热面磨损量，延长炉膛受热面寿命，在炉膛密相区埋管采用了防磨喷涂及材料规格加厚处理。

（3）循环流化床锅炉的材料防磨技术。循环流化床锅炉燃料颗粒对受热面的磨损，就是受热面材质的磨损，那么提高材质的耐磨性必定降低磨损量。提高材质的耐磨性，可以从受热面本身材料入手，在保证经济可靠的前提下，选择耐磨性材料。目前，普遍采用20钢。但随着科技的发展，材料的选择余地也将更加宽；提高材质的耐磨性，也可以在受热面表面喷涂防磨材料，这也是目前循环流化床锅炉炉膛受热面经常采取的方法。

实施材料防磨技术的人员要加强对磨损问题的关注，并根据炉膛的具体磨损状态，对防磨的材质进行科学选取。要根据不同材质的耐磨特点，对材料的实际使用方法进行研究，使炉膛内部的各类磨损问题得到有效控制。在进行关键性材质的选择后，要对材质的处理技术进行研究，既可以使用电弧对各项材质进行喷涂处理，也可以使用火焰控制的方式进行炉膛的防磨处理［4］。在进行电弧喷涂技术的过程中，要保证炉膛内部的金属材质能够得到有效保护。此外，还要对锅炉材质进行必要的除锈处理，使锅炉可以借助喷涂技术实现处理质量的提升。

（4）循环流化床锅炉的结合防磨技术。通过多种处理技术相结合的方式，进行循环流化床锅炉炉膛受热面的处理，使其磨损问题得到更好地控制。要正确进行循环流化床导向板的安装，通过金属材质的使用，增强金属熔焊状态的稳定性，使锅炉的炉膛能够更好地进行母材材质的选取，并保证材质具备足够的耐磨性。

3 结论

深入研究流化床锅炉运行过程中锅炉的具体状况，并根据锅炉操作过程中的具体需求，结合先进技术和结构创新，对流化床锅炉炉膛受热面磨损的预防措施进行构建和落实，能够很大程度上提升锅炉的使用质量、寿命，降低检修费用和周期。

参考文献

［1］李长林，高秀岚，郑福民.循环流化床锅炉受热面的磨损原因分析及预防措施［J］.东北电力技术，2005，（10）：38-40.

［2］王立新.循环流化床锅炉水冷壁防磨技术研究［D］.保定：华北电力大学，2007.

［3］王荣.火电厂循环流化床锅炉受热面磨损原因分析及预防对策［A］//中国电力企业联合会科技开发服务中心，全国发电机组技术协作会.全国第八届电站锅炉专业技术交流年会论文集［C］.2013：8.

［4］张振保，米立志.循环流化床锅炉受热面的磨损控制及预防对策［J］.工业锅炉，2011，（1）：52-55.

Study on the Wear and Prevention Technology of the Heating Surface in the Furnace of Circulating Fluidized Bed Boiler

ZHANG Huajun
（Hangzhou special equipment inspection and Research Institute, Hangzhou 310000）

Abstract:Reducing furnace of a circulating fluidized bed boiler heating surface wear for prolonging the service life of a fluidized bed boiler, and reduces the repair frequency has important practical significance, based on the deep analysis of the fluidized bed boiler under the running state of the boiler heating surface wear phenomena, and accordingly proposed the boiler heating surface abrasion prevention techniques.

Key words:circulating fluidized bed furnace, heating surface, prevention technology