福州二化兩臺(tái)CG—35／5．30—MXD鍋爐于98年7月14日正式投產(chǎn)，運(yùn)行到現(xiàn)在，磨損問(wèn)題日趨突出，曾出現(xiàn)過(guò)分離器芯管磨穿以及省煤器、低溫過(guò)熱器爆管等嚴(yán)重問(wèn)題，嚴(yán)重影響了鍋爐的連續(xù)性運(yùn)行，并且降低了鍋爐開(kāi)車(chē)率。本文主要談?wù)劯Ｖ荻瘍膳_(tái)CFB鍋爐出現(xiàn)的磨損問(wèn)題以及我廠的處理方法。

1.1 鍋爐結(jié)構(gòu)(圖1)：

．2  各部位的煙速，煙溫分布表

    2  CFB鍋爐的磨損機(jī)理：

    循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的磨損問(wèn)題在理論實(shí)踐中越來(lái)越受關(guān)注，因?yàn)槠潢P(guān)系著鍋爐設(shè)備壽命，生產(chǎn)運(yùn)行連續(xù)性，維修方便性以及鍋爐運(yùn)行能耗等，同時(shí)因此也制約著CFB鍋爐燃燒技術(shù)的發(fā)展。CFB鍋爐的磨損主要有兩個(gè)原因：一是燃料粒徑較大；二是爐膛內(nèi)物料濃度高。設(shè)計(jì)單位雖然采取了許多防磨措施，但在實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐中，CFB鍋爐受熱面的磨損速度仍然比常規(guī)鍋爐快得多。

    CFB鍋爐根據(jù)自身的燃燒機(jī)理，其磨損是受到小而松散的流動(dòng)粒子沖擊時(shí)而造成的，即CFB鍋爐的磨損是一種沖蝕磨損。無(wú)論固體粒子還是高速液滴沖擊到材料表面上，只要入射速度達(dá)到某一臨界值，即門(mén)坎速度，均會(huì)造成沖蝕。這里引進(jìn)一個(gè)代表磨損程度的沖蝕率ε，沖蝕率是指單位重量粒子造成材料流失的重量或體積，量綱為mg／e或mm3／g.沖蝕率并不是材料的固有性質(zhì)，而是一個(gè)受系統(tǒng)因素影響的參數(shù)。它主要受三個(gè)方面因素的控制：環(huán)境參數(shù)如粒子速度，濃度、入射角、環(huán)境溫度；磨料性質(zhì)如硬度、粒度、可破碎性以及材料性能如熱物理性能和材料強(qiáng)度等。

    對(duì)于CFB鍋爐而言，沖蝕磨損的影響因素主要有粒子速度，粒子濃度、環(huán)境溫度，材料性能及沖蝕時(shí)間。而粒子速度則是突出的影響因素，根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式ε∝(V—Vc)2，即沖蝕率ε與粒子速度呈指數(shù)關(guān)系，其中V為粒子速度，Vc為材料的門(mén)坎速度，n為指數(shù)，它與粒子的性能有關(guān)，且隨材料由塑性擴(kuò)展到脆性，n值從2．1～2．4變到6．5，而CFB鍋爐的沖刷粒子是帶有一定脆性的灰粒或煤粒，以目前的技術(shù)水平還無(wú)法確定n的實(shí)際數(shù)值，但可以確認(rèn)粒子速度對(duì)沖蝕率影響將是巨大的，只要粒子速度增加一倍，沖蝕率將呈5倍以上增長(zhǎng)。門(mén)坎速度v。是由材料性能決定的，這可以為我們?cè)O(shè)計(jì)和采取防磨措施提供依據(jù)。

    3  CG—35／5．30—MXD鍋爐的磨損情況及處理

    CFB鍋爐的磨損包括受熱面磨損、分離器芯管磨損和耐火材料磨損，福州二化兩臺(tái)CFB鍋爐運(yùn)行至今，磨損最嚴(yán)重的部位有低溫過(guò)熱器，分離器芯管以及省煙器。根據(jù)實(shí)際的磨損情況，相應(yīng)地采取一些防磨措施，如：加防磨蓋板、防磨鋼筋及加“十”字架等。而根據(jù)磨損機(jī)理，CFB鍋爐的一些部位。(如濃相區(qū)和分離器旋風(fēng)筒)的磨損是很?chē)?yán)重的，但是由于采用了有效的耐磨材料，耐磨效果相當(dāng)明顯，基本沒(méi)有多大磨損。

    3．1  濃相區(qū)磨損

CFB鍋爐的布風(fēng)床濃度極高，且物料顆粒度也較大。根據(jù)磨損機(jī)理，這將使沖蝕率大大增加。由于濃相區(qū)的這種特性，故鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，埋設(shè)在濃相區(qū)中的埋管迎風(fēng)面受到高濃度，大顆粒物料自上而下的直接沖刷磨損將是嚴(yán)重的。濃相區(qū)四周的耐磨磚也由于濃相區(qū)的這種特性，磨損也將是嚴(yán)重的。

    3．1．1  埋管

    川鍋設(shè)計(jì)時(shí)，選用較低的風(fēng)速(濃相區(qū)流速為3．47m／s)，使用厚壁管(Φ57x10)，并在埋管上焊有防磨鰭片，鰭片厚度5mm，高度16mm，材料選用高溫抗氧化性能的1Cr20Nil4si2。運(yùn)行至今，埋管和防磨鰭片基本沒(méi)有多大磨損，只是部分防磨鰭片的焊縫被磨干，因此埋管的防磨設(shè)計(jì)是比較成功的。

    99年3月2日(累計(jì)運(yùn)行4541小時(shí))停爐檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)2#爐最上排正對(duì)東加煤口的那根埋管上表面大約有600mm長(zhǎng)的防磨鰭片被磨掉，而1#爐同一部位及2#爐最上一排正對(duì)西加煤口的埋管防磨鰭片完好無(wú)損。我們認(rèn)為這是由于運(yùn)行時(shí)播煤風(fēng)控制過(guò)高，播煤沖刷造成的。

    處理時(shí)用Φ6的1Crl3不銹鋼鋼筋充當(dāng)防磨鰭片，順著原防磨鰭片方向進(jìn)行焊接，同時(shí)在此位置沿埋管徑向加焊不銹鋼筋。此后運(yùn)行中注意到控制播煤風(fēng)量，至今，加焊的防磨鋼筋仍完好。

    3．1．2  耐磨磚

    川鍋設(shè)計(jì)時(shí)，濃相區(qū)四周敷設(shè)2m高的高耐磨澆注料，該材料不僅可以防磨，而且傳熱性能也較好。但后來(lái)經(jīng)過(guò)綜合比較，我廠決定利用HMS高耐磨標(biāo)準(zhǔn)磚砌筑。運(yùn)行至今，絲毫未損，表現(xiàn)出高耐磨的優(yōu)良性能。

    3．2分離器磨損

    川鍋設(shè)計(jì)的分離器為下排氣的旋風(fēng)“方型”分離器，設(shè)計(jì)入口流速高達(dá)22m／s，  由于流速是磨損率的突出影響因素，所以分離器的磨損是最劇烈的。分離器磨損包括旋風(fēng)筒磨損和芯管磨損。

    3．2．1  旋風(fēng)筒

    根據(jù)川鍋設(shè)計(jì)，旋風(fēng)筒的隔墻布置耐磨復(fù)合磚，每個(gè)旋風(fēng)筒第四側(cè)布置耐磨磚，并用螺栓固定，旋風(fēng)筒第二、三側(cè)墻則全部用耐磨澆注料澆注。施工時(shí)，旋風(fēng)筒的隔墻利用HMS高耐磨復(fù)合磚，第四側(cè)墻利用HMS高耐磨磚砌筑。經(jīng)過(guò)l0個(gè)多月來(lái)的運(yùn)行，旋風(fēng)筒用耐磨澆注料澆注的部位，部分表面涂層有脫落，原因可能是烘爐時(shí)溫度沒(méi)有達(dá)到該澆注料的燒制溫度，故烘爐后的澆注料強(qiáng)度并不高，根據(jù)該材料廠家提供的資料，該耐磨澆注料必須經(jīng)過(guò)1500℃的左右的燒結(jié)，才能達(dá)到最高強(qiáng)度，而我們燒爐時(shí)，分離器內(nèi)的煙溫至多只能達(dá)到300℃，故很難達(dá)到該材料的強(qiáng)度要求。但用HMS高耐磨磚砌筑的部位基本沒(méi)有磨損，達(dá)到了川鍋設(shè)計(jì)的耐磨要求。根據(jù)實(shí)踐運(yùn)行表明，分離器旋風(fēng)筒全部利用高耐磨磚砌筑比用澆注料效果更佳，更能承受住分離器劇烈磨損的要求。

    3．2．2  芯管

芯管的直徑為800mm，厚度為10mm，材質(zhì)1Grl8N19TI，芯管內(nèi)的煙速為25m／s。在累計(jì)運(yùn)行3144小時(shí)以后，停爐檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)爐的芯管(每臺(tái)爐兩個(gè)，共四個(gè))都有嚴(yán)重磨損，其中1#爐西分離器芯管被磨穿一個(gè)寬200mm，高350mm倒錐形口子(如圖2)，其它芯管在相同位置也只有2—3mm厚。9芯管磨損處可以很清楚看出：被磨損的部位是由芯管內(nèi)側(cè)往外磨的，同時(shí)煙氣流沖蝕軌跡清晰可見(jiàn)。

    檢修時(shí)，1#爐芯管被磨穿的部位補(bǔ)焊一塊不銹鋼板，在芯管磨損嚴(yán)重的部位加焊1Crl3不銹鋼筋。處理完畢經(jīng)過(guò)5個(gè)多月來(lái)運(yùn)行，芯管基本完好，效果明顯。

    3．3  省煙器磨損

    省煙器采用Φ32x 3，20g鍋爐鋼，設(shè)計(jì)煙速6．86m／s，直管部分加防磨蓋板，彎頭部分加防磨罩。雖然已經(jīng)采取了這些防磨措施，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，省煤器磨損卻相當(dāng)嚴(yán)重，2#爐已經(jīng)造成8根爆管，1#爐有3根爆管。詳細(xì)磨損情況如下表：

從上表不同階段的處理方法中，磨損部位都有所改變，而且有些磨損爆管情況是無(wú)法預(yù)到的。在分離器芯管內(nèi)部增加“+”字架之前，2#爐發(fā)生3根爆管，其磨損區(qū)域集中在省煤器的西南端，其中一根的爆管破口象鋸子切割一般，這并不是局部小面積磨損而磨破的。同時(shí)期1#爐并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)磨損情況。在分離器芯管進(jìn)口增加“+”架，累計(jì)運(yùn)行3768小時(shí)之后(正值全廠大修期間)，停爐檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)2#爐西側(cè)芯管正下方的省煤器防磨蓋板被磨穿5片，但沒(méi)有危及省煙器光管。之所以磨損部位發(fā)生改變，是因?yàn)榉蛛x器芯管增加“+”架干擾了芯管下來(lái)的煙氣流方向，但磨損根源還無(wú)法排除。在此階段的2#爐那根爆管是因?yàn)闅饬鞔┻^(guò)防磨罩上的固定螺栓孔沖刷彎頭而造成的，而1#爐的省煤器仍末發(fā)現(xiàn)磨損情況。在分離器出口又增加“十”字架，累計(jì)運(yùn)行4632小時(shí)之后，2#爐又發(fā)生2根爆管，此時(shí)的磨損部位仍是分離器西側(cè)芯管的正下方，且磨損方式有所改變，這是因?yàn)槠渲幸桓谋苁菧u流沖刷這根管的正下部造成局部小面積磨穿的。而1#爐省煤器仍未發(fā)現(xiàn)磨損情況。99年5月4日(1#爐累計(jì)運(yùn)行5856小時(shí)，2#爐累計(jì)運(yùn)行5808小時(shí))，兩臺(tái)爐同時(shí)發(fā)生爆管，且爆管方式幾乎是一樣的。它們的磨損部位都是在分離器西側(cè)芯管正下方，且各有一根是因?yàn)閿y帶飛灰的氣流沖刷省煤器防磨蓋板與固定支架的間隙處的光管造成的，同時(shí)這兩根管均是省煤器第三層管。

    加厚省煤器磨損劇烈部位的防磨蓋板明顯可以延長(zhǎng)省煤器管壽命，但在分離器芯管內(nèi)部增加“十”字架效果并不明顯，只是改變了氣流的沖刷方向，保護(hù)了省煤器四周爐墻和后包墻聯(lián)箱免受磨損。另外我廠有計(jì)劃制作一個(gè)柵格焊接在芯管出口，使高速氣流均勻流動(dòng)，但這種方法并沒(méi)有在其他熱電廠采用過(guò)，效果怎樣還無(wú)法肯定。

    省煤器管在間隔很短時(shí)間內(nèi)，屢次發(fā)生爆管，究其原因：我們認(rèn)為，在管材和煤灰特性一定情況下，省煤器管壁磨損主要與通過(guò)受熱面的煙速及結(jié)構(gòu)布置等因素有關(guān)，結(jié)構(gòu)的合理與否又會(huì)影響到煙氣流速場(chǎng)的均勻分布。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)磨損情況分析，就是因?yàn)榻?jīng)分離器分離后的煙氣仍攜帶一定濃度飛灰，并且在省煤器入口煙氣流速呈現(xiàn)不均勻分布，導(dǎo)致局部煙速過(guò)大，從而造成省煤器的嚴(yán)重磨損，而且在加“十”字架之后的磨損部位均是在芯管正下方。

    3．4  低溫過(guò)熱器磨損

    低溫過(guò)熱器采用中42 ×5管子，20G鍋爐鋼管，共34片，平均煙氣流速為6．1m／s，迎氣流方向加δ=5的防磨瓦，但穿過(guò)頂棚管部分直段和彎頭沒(méi)有加防磨瓦。2#爐累計(jì)運(yùn)行3168小時(shí)以后，低過(guò)最后一排管，即靠近分離器入口處，有一根管磨爆，同排的其它低過(guò)管最薄只剩下0．5mm，故磨損相當(dāng)嚴(yán)重。處理時(shí)，在磨損部位的直管段增加防磨片，以延長(zhǎng)管子壽命，在出入口集箱的磨穿的低過(guò)管的導(dǎo)管口割掉堵焊。同時(shí)1#爐也出現(xiàn)同樣部位的相同磨損，采用相同的防磨措施，到目前為止，仍保持良好。

    4  結(jié)束語(yǔ)

以我廠兩臺(tái)CFB鍋爐的金屬構(gòu)件磨損情況來(lái)看，磨損問(wèn)題日趨突出，雖然采取了許多防磨措施，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，但是磨損的根源無(wú)法根本解決，如在芯管內(nèi)側(cè)加“十”字架，只是改變氣流沖刷方向，但無(wú)法改變省煤器入口流速場(chǎng)的均勻分布，所以才造成省煤器不斷發(fā)生爆管的嚴(yán)重問(wèn)題。要解決磨損問(wèn)題：第一，需要在運(yùn)行調(diào)試操作過(guò)程中，嚴(yán)格調(diào)節(jié)風(fēng)量與給煤的比例，控制爐內(nèi)各部位的煙速，以減輕對(duì)設(shè)備的磨損程度；第二，采取更加耐磨的防磨蓋板對(duì)低溫過(guò)熱器和省煤器進(jìn)行保護(hù)，這種防磨材料可以采取與埋管防磨筋片相同的材料，因?yàn)槁窆艿姆滥ソ钇湍バ阅茉趯?shí)際運(yùn)行中已經(jīng)經(jīng)受住考驗(yàn)；第三，改變磨損設(shè)備的結(jié)構(gòu)，  比如：目前我廠的省煤器為光管加防磨蓋板和防磨罩，錯(cuò)列布置，光管的各個(gè)部位均受到磨穿，有線(xiàn)性切割，有小面積磨穿，在吸取國(guó)內(nèi)一些電廠的省煤器改造經(jīng)驗(yàn)之后，若省煤器結(jié)構(gòu)改為螺旋翅片管結(jié)構(gòu)或膜式省煤器將能解決光管省煤器磨損的嚴(yán)重問(wèn)題。

文章作者：林觀振 陸 清-(福州二化集團(tuán)有限公司熱電分廠 350011)