循环流化床锅炉磨损的原因浅析及措施

1、循环流化床锅炉磨损的原因浅析及措施田群伟 周金英（陕西渭河煤化工集团有限责任公司，陕西渭南714000）摘要：循环流化床锅炉（CFB）燃烧技术是一项近 20年来发展起来的燃煤技术。是继链 条炉、煤粉炉发展起来的高效率、低污染的新型炉，因其燃烧效率高、煤种适应性广、负荷 调节范围大、氮氧化物排放低、能在燃烧过程中方便和廉价地进行脱硫等优点而备受青睐。 自循环流化床燃烧技术出现以来，循环流化床锅炉已在世界范围内得到广泛的应用和推广。 随着循环流化床燃烧技术的日益成熟， 循环流化床也以其大量的运行实践被公认为极具发展 前途的炉型之一， 成为今后电站锅炉的发展趋势。 但这种炉型在运行中也反映出一系列问

2、题， 如高温烧蚀，低温腐蚀，冲刷磨损，超温爆管，尾部烟道再燃烧，床上大面积结焦，落渣管 堵塞，耐火耐磨材料脱落，风帽漏渣，给煤系统堵塞，断煤等问题。本文重点对循环流化床 锅炉炉膛内的磨损进行了分析，并提出了相应的防磨措施。关键词：循环流化床；落煤口；防磨；金属喷涂1 前言作为一个发展中国家，如何解决煤炭燃烧设备降低NOx/SO2 大气污染物排 放、改善环保减轻温室效应、低成本的设备投资、提高能源利用效率、便于劣质 煤综合利用、 尽量处理固体垃圾燃料之间所存在的矛盾， 成为煤炭燃烧和综合利 用设备发展和应用的关键所在。 在这样的客观现实情况下， 循环流化床锅炉的普 遍运用就成为多数企业用户的首选

3、燃烧设备，较好地解决了上述矛盾。我国是开发流化床燃烧技术较早的国家。早在上世纪 60年代，就开始研究 发展鼓泡流化床技术。循环流化床技术的研究和开发始于上世纪 80年代。1989 1991年初，首批3575T/h的循环流化床锅炉投入运行。由于产品设计和循环 流化床锅炉的理论发展落后的原因，运行问题较多。经国家组织完善化研究后， 在 90 年代中后期得以快速发展。随着该技术的不断完善和发展，用于集中供热 的热水循环流化床锅炉也在应用和推广。 可以预见， 今后若干年里将是循环流化 床锅炉飞速发展和使用的重要时期。2 设备概述渭化现在使用的循环流化床锅炉是由无锡华光锅炉厂有限责任公司制造的UG-22

4、0/10.8-M 型。锅炉为高温高压，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬 吊结构，全钢架兀型布置。锅炉设计煤种为黄陵烟煤。如图 1循环流化床锅炉图片旋风分离器入口烟逍稀相今气热器EL密相区 水冷橙丿逼器出口烟道舄一过、 氐过丄云屯除尘 I5 置-图1循环流化床结构简图冷渣;匸111111111 I- 3s ii 一 -B- E*1 ”-二 W、11口-眷煤器 返料器3 CFB锅炉的磨损在循环流化床锅炉中由于炉内固体物料浓度、 粒径比煤粉炉要大的多，所以 循环流化床锅炉的磨损比煤粉炉要严重的多， 但炉内磨损并不是均匀的一般磨损 主要有以下几个部位1、风帽磨损，最严重的区域在物料返料口附近。2、

5、水冷壁的磨损，最严重的区域在炉膛下部水冷壁与耐火浇注料交界处、炉 膛四周区域以及一些不规则的管壁， 这些不规则管壁包括穿墙管、炉墙开孔处的 弯管以及管壁上焊缝等。3、高温旋风分离器的入口烟道及上部区域以及中心筒。4、对流烟道受热面的某些部位，如省煤器、过热器和空气预热器的某些部位 3.1水冷壁管的磨损水冷壁管的磨损是锅炉受热面磨损最严重的部位之一。炉内水冷壁管的磨损主要集中在以下三个区域：炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损;炉膛四个角落区域的管壁磨损；不规则区域管壁的磨损。炉膛下部卫燃带与水冷 壁管过渡区域管壁的磨损原因一是在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运

6、动方向相反， 在局部产生涡旋流；另一个原因是沿炉 膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变， 因而对水冷壁管产生冲 刷。炉膛四个角落区域的管壁磨损原因是角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高，同时流动状态也受到破坏。不规则区域管壁（如穿墙管、炉墙开孔处 的弯管等的磨损原因主要是不规则管壁对局部的流动特性造成较大的扰动。循环 流化床物料在锅炉炉膛中心区域以上升流为主，四周边壁区以贴壁下降流为主, 水冷壁防磨凸台上部磨损原因如图 2所示:、I； tlDDtWLmDE!r图2炉膛内气固流动形式按设计，循环灰贴壁下落到水冷壁防磨凸台上部堆积，形成约45的自然堆积角，剩余循环灰沿坡面下滑，避

7、免冲刷水冷壁管，达到减小磨损的目的。在 水冷壁防磨凸台上部过渡区内，由自然下落的循环灰在水平凸台上形成斜坡， 称 为“软着陆”区域，如图3所示。在局由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，部产生涡旋流，使循环灰堆积角减小，“软着陆”区细颗粒较少，大颗粒偏多,导致“软着陆”效果欠佳，沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷磨损。如图4所示:物科西动？flSl23rTm1-O软若陆区域m */ IWM耐 的侈FH冬 ；用 &Tlf-)*IiH伽f388mjITs图3 :设计工况图4 :实际工况3.2炉内过热器的磨损炉膛内屏式过热器、水平过热

8、器管屏的磨损机理与炉内水冷壁管的磨损机理 相似，主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性。3.3对流烟道受热面的磨损对流烟道受热面的磨损主要发生在省煤器两端和空气预热器进口处，产生磨 损的主要原因是设计上考虑不周，安装时出现误差；另一个原因是受热面材质不 好。4循环流化床锅炉的常见防磨措施 4.1金属防磨盖板防磨盖板是锅炉传统防磨措施之一，其结构见图5,主要用于尾部烟道对流受热面，防磨材料根据防磨位置烟气温度选取， 一般采用1Cri8Ni9Ti和20G钢两种材料，板厚为2 mm。I图5:金属防磨盖板示意图4.2防磨堆焊在需要防磨的金属材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金属，使母材具有较高的抗磨

9、损性能，主要用于非金属耐磨耐火材料与非保护区之间的过渡处的防磨，如 水冷壁下部、过热器、风帽、高温再热器等部位。4.3水冷壁衬里水冷壁衬里是用焊在管子表面上的金属销钉将较密的耐磨耐火材料固定在 烟气侧的锅炉管件上，结构见图3-5。图6(a)所示的衬里主要敷设在炉膛下部 区域；图6 (b)所示的衬里主要敷设在过热器屏和再热器屏易磨损处。图6 :水冷壁衬里结构示意图5热喷涂技术 5.1炉内受热面的热喷涂为了减缓锅炉的高温腐蚀和磨损，随着表面工程技术的发展，各种先进涂层 防护技术不断被开发并逐步运用到锅炉管上， 使锅炉 四管”的防腐耐磨技术进入 了实用化阶段，锅炉 四管”喷涂技术得到了广泛应用。目前

10、超音速电弧喷涂是锅炉四管”耐磨防护最先进的现场喷涂技术，涂层材料主要有FeCrAI合金、NiCr合金、NiCrTi合金及NiCr/CxC?金属陶瓷材料。这里主要介绍NiCr/Cr3C2金属 材料及其在循环流化床锅炉上的实际应用。5.2喷涂的主要性能NiCr/Cr3C2金属材料由两种不同性能的组分构成：其中NiCr合金具有良好 的耐热耐蚀性，常用的成分是 80% Ni/20 % Cr ;而Cr3C2是Cr-C系中最常见与最 重要的一种化合物，熔化温度为1810C，在金属碳化物中它的抗氧化能力最强, 在空气中只有在1100C1400C才开始显著氧化，在高温条件下仍然保持相当高硬度。Cr3C2还具有

11、很强的耐蚀性和耐磨性，在稀硫酸溶液中是1Crl8Ni9Ti不 锈钢耐蚀性的30倍，而在蒸汽中则是Co-WC合金的50倍。用NiCr/Cr3C2金属陶瓷材料喷涂循环流化床锅炉管，管壁磨损量由1.52.0mm/年（喷涂前管子母 材）减少到约0.2mm/年（喷涂后涂层）。通常用NiCr作为耐热合金粘结组与 Cr3C2 硬质相经超音速涂层工艺形成涂层，就构成了优良的抗高温耐磨材料。作为喷涂层材料，NiCr/Cr3C2有不同的结构与组成。在结构上，分为混合型 与包覆型。混合型是NiCr与Cr3C2各作为一个组分按一定粒度及重量的要求混 合而成，这种形式的NiCr/Cr3C2已应用多年，至今仍占据重要地位

12、。包覆型是利 用化学及冶金方法将 NiCr和Cr3C2两种组分包覆在一起，成为一种复合材料,这种材料在喷涂时减少了失 C的可能性，并使涂层均质化程度高，质地均匀。NiCr/Cr3C2的组成，主要是指两组分之间的比例。对NiCr合金本身，通常选用80% Ni/20 %Cr，而NiCr合金的含量可由0增至50%，随着NiCr合金含量的增 大，涂层的韧性加大，但硬度降低，耐磨性变差，只有二者比例恰到好处，涂层 的抗高温性、耐磨性和耐蚀性才能达到综合最佳值，一般以NiCr占2025%为 宜（即 Cr3C2 占 7580%）。5.3涂成的应用采用目前国际上最先进的超音速电弧喷涂技术，施工过程主要由两部分

13、组成：首先进行表面预处理，然后进行耐磨防护喷涂。涂层材料为NiCr/Cr3C2金属 陶瓷粉芯丝材，规格 2.0mm表面预处理米用喷砂除锈的方式，喷砂材料选用 质坚有棱角、粒径为24mm的精致石英砂，杂质含量低于5%,含水量小于1%。喷砂前调整好风压及喷砂量，喷砂气压为0.50.6Mpa,砂流量58kg/min，喷枪与工作表面成75喷砂速度为58m2/h。对施工部位全面细致地除锈和表面 粗化,表面质量达到Sa3级，表面粗糙度达到5080叩。喷砂除锈粗化后，应及时 进行喷涂。喷涂应分至少10次完成，使涂层厚度最终达到0.6mm以上（涂层边缘除外）。图7为水冷壁管的喷涂作业。5.4应用效果图7受热面

14、防磨喷涂1近几年来，超音速电弧喷涂技术先后在几十家电厂的循环流化床锅炉上使用,均达到了预期耐磨防腐效果。下表列举了部分电厂采用超音速喷涂的使用情 况。表1超音速喷涂的使用情况序号用户锅炉容量使用部位使用时间涂层使用效果1济南南郊热电厂130t/h炉膛密相、大屏14个月磨损及脱落面积3%2邹平热电厂220 t/h炉膛密相、大屏11个月磨损及脱落面积5%3德州市热电厂240 t/h炉膛密相、大屏11个月磨损及脱落面积3%4恒通化工集团公司240 t/h炉膛密相、大屏9个月出现轻微磨损痕迹5滨州天鸿热电公司75 t/h炉膛密相区8个月基本没有磨损迹象(1fl图8为防磨喷涂施工两年以后效果图41 E化床锅炉理论设计与运行中国电力出版社,1997年版。结论本文就渭化集团的循环流化床锅炉运行出现的磨损问题及处理方法中详细 的介绍了热喷涂技术的应用，该技术的应用极大的延长了循环流化床锅炉的运行 时间。渭化的循环流化床锅炉在20052008年中因为 四管”爆破被迫停炉的次数 达到11次，2009年大检修期间对水冷壁实施热喷涂至 2011年大检修两年时间, 只因四管”爆破被迫停炉1次。大大延长了机组的运行时间，提高了经济效益。在大检修炉内受热面壁厚测量的数据也反映出热喷涂对循环流化床锅炉防磨的 良好效果。 参考文献1苓可发、倪明江、骆仲泱、严建华、池涌、方梦