论文部分内容阅读
摘 要： 目前，循环流化床锅炉需要运行的时间正在不断延长，预防磨损的要求也变得越来越高；运行循环流化床锅炉的过程中，常会发生水冷壁遭到磨损的问题。分析CFB锅炉水冷壁出现磨损的原因；简要阐述CFB锅炉水冷壁遭到磨损的应对措施，包括调整运行方式，对于来煤质量要加强管理，对于矸石含量要加强控制，以及将防磨带加装于水冷壁当中等。
关键词： 循环流化床锅炉；水冷壁；磨损
在电厂运行循环流化床锅炉的过程中，常会发生水冷壁遭到磨损的问题，在出现磨损的情况下，如果没有及时采取应对措施或采用了不当的措施，都将会对锅炉运行造成不良影响，甚至损坏锅炉。相关统计数据显示，由于水冷壁遭到磨损而引起CFB锅炉停止运行的概率高达50%，因此为了正常运行CFB锅炉，则应了解发生磨损的原因以及磨损的应对措施，本文对此问题进行了简单分析，以供参考。
1 CFB锅炉水冷壁出现磨损的原因
1.1 燃烧室当中固体粒子的影响
在燃烧时，CFB锅炉当中的燃烧室存在两种流动模式，具体表现为燃烧室中心区固体粒子与中心区气体向上流动，而中心区以外的四周壁区存在固体粒子与气体则表现为向下流动，这两种流动模式相互循环[1]。在循环流动的过程中燃烧室四壁区与中心区相互交换固体粒子，在交换时，燃烧室过渡区与下部发生的交换运动比上部的交换运动更强烈。因此，在燃烧时，CFB锅炉内部分布固体粒子粒度的规律、固体粒子浓度以及流动粒子模式都可能使水冷壁遭到磨损。下部燃烧室拥有高浓度的粒子，在这些粒子中，大粒子所占的比例较大，所以必将磨损下部水冷壁[2]。虽然上部燃烧室拥有的粒子浓度较小，其粒子尺寸也相对较小，可是运行CFB锅炉时如选用7米/秒以上气体流速，同样也会使水冷壁遭到磨损，因为四角范围拥有最高粒子浓度，所以需要特别重视。此外，如果运行时为不平直的受热面，在四壁粒子下落的过程中，将会磨损到水冷壁凸出的部分，在水冷壁管遭到一百小时的磨损之后，将可能会造成爆管现象。
1.2 燃烧室当中固体粒子与气体流动方向及流动速度的影响
在燃烧时，如果固体粒子重力等于固体粒子受到气流对其所产生的作用力，那么气流中的粒子就会一直飞翔，不会下落。飞翔速度指的是粒子飞翔时气流的速度。当飞翔速度小于气流速度时，燃烧室固体粒子便会向上运动。当飞翔速度大于气流速度时，燃烧室固体粒子便会向下运动[3]。在固体与气体都在流动时，由于不同固体粒子所具有的形状与大小均不相同，因此粒子在运动时也具有不同的速度。小粒子在运动时具有的速度较大，而大粒子在运动时具有的速度相对较小，所以在运动时粒子间发生碰撞现象是不可避免的。在碰撞的过程中，大粒子便会加速运动，粒子相互撞击与不均匀的气体流速分布，将会导致粒子不停旋转。当旋转粒在气流中运动时，将会受到一个垂直方向的作用力，在此作用力下炉膛四周就会出现粒子的聚集。当聚集粒子加速下落时就会对水冷壁四周造成较大的磨损。
2 CFB锅炉水冷壁磨损的应对措施
2.1 对于来煤质量要加强管理，对于矸石含量要加强控制
对煤质进行认真化验，以便了解来煤筛分时的粒度。要将燃料粒度情况作为齿辊间隙的调整依据，同时要注意降低大颗粒所占的比例。笔者发现，某电厂对燃煤粒度進行控制，降低了粒度在13毫米以上颗粒所占的比例，即从大于10%变为小于6%；使6毫米至13毫米颗粒所占的比例约为24%，3毫米至6毫米颗粒所占的比例约为28%，而小于3毫米颗粒所占的比例约为42%，进行控制之后，水冷壁遭到磨损的程度得以降低。此外，还应加强检修。要避免水冷壁表面出现凸起，则应在检修完成之后，对水冷壁的焊口进行打磨，使其变得圆滑，不能在管鳍片之上遗留漏洞或缝隙。可将防磨护板加装于水冷壁上，加装时应注意避免水冷壁与防磨护板间形成凸台。
2.2 调整运行方式
要尽量将一次风量降低，前提是保证床料可以实现充分流化；应对二次风量进行适当调整，确保二次风量实现合理搭配，使锅炉内存在适量过剩空气。为了减小水冷壁遭到冲刷的程度以及将飞灰中碳的含量降低，则应将燃煤颗粒停留的时间延长以及将相区高度降低。在选择烟气流速、床层密度以及床层差压时，应注意将负荷变化作为参考的标准。
2.3 热喷涂处于裸露状态的水冷壁
因为CFB锅炉被严重磨损的部位为受热面，要彻底解决这一磨损问题，就目前的技术而言，还存在难度；因此，热喷涂便成为了降低磨损主要的方法。可以根据热源的不同，将喷涂技术分为三类，即等离子热喷涂与电弧热喷涂以及火焰热喷涂。将热喷涂用于应对磨损，具有以下优点：1）管道与涂层结合的基体具有较大强度；2）涂层具有较好的耐磨性，且硬度较强、致密性良好。实践证明，如水冷壁采用了热喷涂，则其抗腐蚀与抗磨损能力将得以大大增强。
2.4 将防磨带加装于水冷壁当中
因为使水冷壁遭到磨损的原因主要为内循环具有较高的颗粒浓度、灰速度，以及气体与固体流向突然发生改变，而冷壁四角聚集的灰流，则是加大了磨损程度。对此，可以采用设置防磨带的方法来应对磨损[4]。设置的区域为沿水冷壁的圆周方向，设置时应注意使不同防磨带间相隔一段距离。防磨带能够分段送离循环灰流，从而实现分段卸载灰流，转变了循环灰流在燃烧室当中的流动轨迹，进而使水冷壁部位的粒子浓度与灰速度得以降低，改变了集中磨损状况。水冷壁上的防磨带为整圈凸台，由耐火与耐磨材料以及不锈钢耐热销钉组成。应将凸台布置在与水冷壁相同的高度上。采用
防磨装置能够降低灰流速度，因此，可以使水冷壁遭到磨损的根本原因得以消除[5]。将防磨带加装于水冷壁之后，并不会对炉膛传热性能造成影响，因为防磨带并不会在水冷壁上占据较大的面积。某电厂于CFB锅炉当中设置了防磨带，设置区域为：内壁四周上部2米及1.5米处。将防磨带加装于水冷壁之后，其泄露周期与磨损周期得以大大延长，防磨效果显著。在防磨带的安装工作完成以后，累计运行CFB锅炉的时间为六个月，在此段时间当中随机抽查了水冷壁上的四十五个点，对比监测管壁发生变化的程度，检测发现，所有抽查点的磨损厚度均在1.2毫米以下，有超过80%的检测点磨损厚度在1毫米以下。
3 结语
当前，循环流化床锅炉需要运行的时间正在不断延长，预防磨损的要求也变得越来越高。笔者相信，耐磨材料的完善与发展将能够提高锅炉的安装工艺及检修水平，从而有效延长机组运行的周期。
参考文献：
[1]张力、曹幸卫、梁进林，汽冷式旋风分离器在300MW循环流化床锅炉上的应用[J].应用能源技术，2011，27（16）：3317-3318.
[2]王晓霞、陈志伟、高少娟，循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策[J].煤气与热力，2011，37（10）：429-430.
[3]叶振华，循环流化床锅炉燃烧室浇注料与膜式壁交界处管壁磨损问题的探讨及处理措施[J].化学工程与装备，2011，18（22）：547-548.
[4]宋茂勇、孙潇睿、张庆吉，循环流化床锅炉金属部件的磨损及防磨措施[J].现代商贸工业，2009，10（26）：592-593.
[5]牛树赟、李胜、袁登友、李晓东，国产300MW CFB锅炉运行中存在的问题、改进及节能效果分析[J].能源技术经济，2010，20（15）：618-619.
关键词： 循环流化床锅炉；水冷壁；磨损
在电厂运行循环流化床锅炉的过程中，常会发生水冷壁遭到磨损的问题，在出现磨损的情况下，如果没有及时采取应对措施或采用了不当的措施，都将会对锅炉运行造成不良影响，甚至损坏锅炉。相关统计数据显示，由于水冷壁遭到磨损而引起CFB锅炉停止运行的概率高达50%，因此为了正常运行CFB锅炉，则应了解发生磨损的原因以及磨损的应对措施，本文对此问题进行了简单分析，以供参考。
1 CFB锅炉水冷壁出现磨损的原因
1.1 燃烧室当中固体粒子的影响
在燃烧时，CFB锅炉当中的燃烧室存在两种流动模式，具体表现为燃烧室中心区固体粒子与中心区气体向上流动，而中心区以外的四周壁区存在固体粒子与气体则表现为向下流动，这两种流动模式相互循环[1]。在循环流动的过程中燃烧室四壁区与中心区相互交换固体粒子，在交换时，燃烧室过渡区与下部发生的交换运动比上部的交换运动更强烈。因此，在燃烧时，CFB锅炉内部分布固体粒子粒度的规律、固体粒子浓度以及流动粒子模式都可能使水冷壁遭到磨损。下部燃烧室拥有高浓度的粒子，在这些粒子中，大粒子所占的比例较大，所以必将磨损下部水冷壁[2]。虽然上部燃烧室拥有的粒子浓度较小，其粒子尺寸也相对较小，可是运行CFB锅炉时如选用7米/秒以上气体流速，同样也会使水冷壁遭到磨损，因为四角范围拥有最高粒子浓度，所以需要特别重视。此外，如果运行时为不平直的受热面，在四壁粒子下落的过程中，将会磨损到水冷壁凸出的部分，在水冷壁管遭到一百小时的磨损之后，将可能会造成爆管现象。
1.2 燃烧室当中固体粒子与气体流动方向及流动速度的影响
在燃烧时，如果固体粒子重力等于固体粒子受到气流对其所产生的作用力，那么气流中的粒子就会一直飞翔，不会下落。飞翔速度指的是粒子飞翔时气流的速度。当飞翔速度小于气流速度时，燃烧室固体粒子便会向上运动。当飞翔速度大于气流速度时，燃烧室固体粒子便会向下运动[3]。在固体与气体都在流动时，由于不同固体粒子所具有的形状与大小均不相同，因此粒子在运动时也具有不同的速度。小粒子在运动时具有的速度较大，而大粒子在运动时具有的速度相对较小，所以在运动时粒子间发生碰撞现象是不可避免的。在碰撞的过程中，大粒子便会加速运动，粒子相互撞击与不均匀的气体流速分布，将会导致粒子不停旋转。当旋转粒在气流中运动时，将会受到一个垂直方向的作用力，在此作用力下炉膛四周就会出现粒子的聚集。当聚集粒子加速下落时就会对水冷壁四周造成较大的磨损。
2 CFB锅炉水冷壁磨损的应对措施
2.1 对于来煤质量要加强管理，对于矸石含量要加强控制
对煤质进行认真化验，以便了解来煤筛分时的粒度。要将燃料粒度情况作为齿辊间隙的调整依据，同时要注意降低大颗粒所占的比例。笔者发现，某电厂对燃煤粒度進行控制，降低了粒度在13毫米以上颗粒所占的比例，即从大于10%变为小于6%；使6毫米至13毫米颗粒所占的比例约为24%，3毫米至6毫米颗粒所占的比例约为28%，而小于3毫米颗粒所占的比例约为42%，进行控制之后，水冷壁遭到磨损的程度得以降低。此外，还应加强检修。要避免水冷壁表面出现凸起，则应在检修完成之后，对水冷壁的焊口进行打磨，使其变得圆滑，不能在管鳍片之上遗留漏洞或缝隙。可将防磨护板加装于水冷壁上，加装时应注意避免水冷壁与防磨护板间形成凸台。
2.2 调整运行方式
要尽量将一次风量降低，前提是保证床料可以实现充分流化；应对二次风量进行适当调整，确保二次风量实现合理搭配，使锅炉内存在适量过剩空气。为了减小水冷壁遭到冲刷的程度以及将飞灰中碳的含量降低，则应将燃煤颗粒停留的时间延长以及将相区高度降低。在选择烟气流速、床层密度以及床层差压时，应注意将负荷变化作为参考的标准。
2.3 热喷涂处于裸露状态的水冷壁
因为CFB锅炉被严重磨损的部位为受热面，要彻底解决这一磨损问题，就目前的技术而言，还存在难度；因此，热喷涂便成为了降低磨损主要的方法。可以根据热源的不同，将喷涂技术分为三类，即等离子热喷涂与电弧热喷涂以及火焰热喷涂。将热喷涂用于应对磨损，具有以下优点：1）管道与涂层结合的基体具有较大强度；2）涂层具有较好的耐磨性，且硬度较强、致密性良好。实践证明，如水冷壁采用了热喷涂，则其抗腐蚀与抗磨损能力将得以大大增强。
2.4 将防磨带加装于水冷壁当中
因为使水冷壁遭到磨损的原因主要为内循环具有较高的颗粒浓度、灰速度，以及气体与固体流向突然发生改变，而冷壁四角聚集的灰流，则是加大了磨损程度。对此，可以采用设置防磨带的方法来应对磨损[4]。设置的区域为沿水冷壁的圆周方向，设置时应注意使不同防磨带间相隔一段距离。防磨带能够分段送离循环灰流，从而实现分段卸载灰流，转变了循环灰流在燃烧室当中的流动轨迹，进而使水冷壁部位的粒子浓度与灰速度得以降低，改变了集中磨损状况。水冷壁上的防磨带为整圈凸台，由耐火与耐磨材料以及不锈钢耐热销钉组成。应将凸台布置在与水冷壁相同的高度上。采用
防磨装置能够降低灰流速度，因此，可以使水冷壁遭到磨损的根本原因得以消除[5]。将防磨带加装于水冷壁之后，并不会对炉膛传热性能造成影响，因为防磨带并不会在水冷壁上占据较大的面积。某电厂于CFB锅炉当中设置了防磨带，设置区域为：内壁四周上部2米及1.5米处。将防磨带加装于水冷壁之后，其泄露周期与磨损周期得以大大延长，防磨效果显著。在防磨带的安装工作完成以后，累计运行CFB锅炉的时间为六个月，在此段时间当中随机抽查了水冷壁上的四十五个点，对比监测管壁发生变化的程度，检测发现，所有抽查点的磨损厚度均在1.2毫米以下，有超过80%的检测点磨损厚度在1毫米以下。
3 结语
当前，循环流化床锅炉需要运行的时间正在不断延长，预防磨损的要求也变得越来越高。笔者相信，耐磨材料的完善与发展将能够提高锅炉的安装工艺及检修水平，从而有效延长机组运行的周期。
参考文献：
[1]张力、曹幸卫、梁进林，汽冷式旋风分离器在300MW循环流化床锅炉上的应用[J].应用能源技术，2011，27（16）：3317-3318.
[2]王晓霞、陈志伟、高少娟，循环流化床锅炉受热面磨损成因及对策[J].煤气与热力，2011，37（10）：429-430.
[3]叶振华，循环流化床锅炉燃烧室浇注料与膜式壁交界处管壁磨损问题的探讨及处理措施[J].化学工程与装备，2011，18（22）：547-548.
[4]宋茂勇、孙潇睿、张庆吉，循环流化床锅炉金属部件的磨损及防磨措施[J].现代商贸工业，2009，10（26）：592-593.
[5]牛树赟、李胜、袁登友、李晓东，国产300MW CFB锅炉运行中存在的问题、改进及节能效果分析[J].能源技术经济，2010，20（15）：618-619.