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1、循环流化床锅炉受热面管子磨损及综合防磨技术潘子华，宋云京山东电力研究院锅检中心，山东 济南，250002The Erosion and Anti-erosion of Heat exchanger tubein Circulating Fluidized Bed BoilersPAN zi-hua, SONG Yun-jing, Shan Dong Electric Power Research Institute, Jinan 250002Abstract: The general erosion,local erosion and side erosion in Circulating F
2、luidized Bed Boilers (CFBB)were introduced. The main erosion units were water-wall tube and super-heat tube. The erosion,mechanism and anti-erosion measures were analysized. The feasible and economical anti-erosion measures should be based on the mechanism analysis in order to reduce the CFBBerosion
3、 to minimum.Key words: Circulating Fluidized Bed Boilers (CFBB),erosion, anti-erosion measures摘要:介绍循环流化床锅炉受热面管子的整体均匀磨损、局部快速磨损、侧向磨损三类磨损常见的易磨损部位、磨损特征和磨损原因，提出目前电厂常用的结构防磨、材料防磨和运行防磨措施，建议针对各部位磨损原因的不同,采取合适、可行和经济的防磨措施,使循环流化床锅炉的磨损降到最小程度。关键词:循环流化床锅炉（CFBB） 冲蚀磨损 防磨技术1概述循环流化床锅炉(CFBB)是近二十年来发展的新型锅炉，它具有燃料适应性好、脱硫简单、
4、负荷调节能力强等优点。但在实际运行过程中也存在诸多问题，其中磨损问题是影响安全运行的一个重要方面1，2。据资料报道，由于磨损造成停炉已占到循环流化床锅炉非计划性停炉的30%，严重影响锅炉长期安全运行。我们调研了多家单位的锅炉运行情况，发现受热面管道磨损速率大约平均为0.685mm/年1.2mm/年，局部磨损严重区域磨损速率高达0.025mm/小时，壁厚5mm的水冷壁管鳍片运行仅200多小时就全部磨穿，因此循环流化床锅炉的受热面金属件的磨损问题是急需解决的一大难题。磨损一般分为粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损等，循环流化床锅炉的磨损属典型的冲蚀磨损。2循环流化床受热
5、面管子的磨损分类、常见部位和原因分析 按部件分受热面管子磨损分水冷壁磨损、顶棚管磨损、省煤器及悬吊管的磨损、二级过热器磨损，其中水冷壁的磨损最严重。按磨损性质、原因分整体均匀磨损、局部磨损非均匀的磨损和侧向磨损。2.1整体均匀磨损整体均匀磨损是受热面管大面积整体均匀减薄的磨损，主要发生在锅炉水冷壁上部稀相区部位的管子，其宏观形貌特征见图1，扫描电镜形貌见图2，表面看见细条状、非连续划痕，除此之外，局部区域还存在断续的小块状白色氧化物。与其它部位水冷壁相比，磨损特点为磨损面积大、磨损速率小。磨损机理为小角度冲刷磨损，主要由飞灰中不规则硬质颗粒对管子表面的微切削作用造成的。目前，防止整体均匀磨损的
6、较成功可行的方法是运行防磨和材料防磨。运行防磨的主要措施包括降低一次风量、降低氧量、控制料层差压、严格控制入炉煤粒度及入炉量。以哈锅440t/h级CFB锅炉为例，原设计一次风量为约2224万Nm3/h，经过调整，将一次风量降为1718万Nm3/h。使流化风速控制在5m/s以下，经过检查，受热面磨损速率明显降低。降低氧量应控制在3.5以下；控制料层差压在8500Pa以下；严格控制入炉煤粒度及入炉量。1mm的约占35，1-3mm约占40，3-7mm约占20，7-10mm约占5，入炉量一般控制在70t以下。 图1水冷壁管整体均匀磨损形态Fig.1 The erosion of water-wall
7、of boiler 图2水冷壁管磨损微观形貌Fig.2 SEM of water-wall of boiler 超音速电弧喷涂是热喷涂的一种，它是指通过高速气流将被电弧熔融的喷涂材料雾化后喷射到零件表面上，形成喷涂层的一种金属表面加工方法。电弧喷涂防磨处理的特点是效率高，施工速度快，质量较稳定，管壁温度一般不超过250。综合比较耐磨效果、质量控制的难易程度、现场施工效率、成本等方面，电弧喷涂是水冷壁管防磨较可行的防磨措施。但目前电弧喷涂主要存在下列问题：一是由于涂层和基体热膨胀系数差异及前处理工艺不当造成涂层与基体结合强度差，容易产生大面积剥落;二是涂层的工艺控制水平低，容易造成涂层和基体交接
8、处厚度梯度等过大，产生突起而形成新的磨损点。三是喷涂丝材性能达不到要求造成整体耐磨性差，寿命低。2.2 局部快速磨损 局部快速磨损是受热面管子局部区域出现的不规则磨损，发生的部位主要位于水冷壁。水冷壁常见的具体磨损部位主要有卫燃带与水冷壁过渡区（见图3）、耐火材料与水冷壁交界处（见图4）、热电偶部位（见图5）、焊缝（见图6）、管子喷涂层或堆焊层与管子的交接处（见图7、图8）、顶棚管、水冷壁四角等部位。 图3水冷壁卫燃带处局部磨损Fig.3 The erosion at interface between the tube and fireclay 图4水冷壁管与耐火材料交界处的局部磨损Fig.
9、4 The local erosion at interface between the tube and fireclay图5对接焊缝部位的局部磨损 Fig.5 The local erosion near welding joint 图6 热电偶部位的局部磨损 Fig.6 The local erosion near the thermocouple图7 喷涂层与管子基体交接处的局部磨损Fig.7 The local erosion in the interface between the tube and are-spraying coating 图8 堆焊层与管子基体交接处的局部磨损
10、Fig.8 The local erosion in the interface between the tube and welding coating 局部快速磨损的形成原因主要由于水冷壁局部存在尺寸不同的凸起或凹陷，尺寸较大的凸起主要存在卫燃带与水冷壁过渡区耐火材料部位、穿墙联箱或穿墙管耐火材料部位、热电偶部位。其中卫燃带与水冷壁过渡区的磨损较严重和普遍，磨损主要发生在炉膛卫燃带与水冷壁管的交界处，范围为卫燃带上方500mm内。磨损的原因是由于该部位存在耐火材料台阶，台阶形状有平台和斜坡两种，宽度一般为200mm300mm，台阶的形状、结构与宽度影响磨损的位置和深度，斜坡比平台反弹力大，
11、磨损快。尺寸较小的凸起主要存在焊缝部位、堆焊与基体交界部位、喷涂较厚的涂层处、不规则的焊补区域等。局部快速磨损的原因主要由于沿炉膛壁面往下流动的固体物料在凸起部位产生流动方向的改变，流向的改变对管子产生反向撞击力，增加了颗粒与管子的接触正压力，进而增加颗粒的摩擦力。尺寸较大的凸起还会存在局部涡流，这种局部涡流加剧飞灰对管子的冲蚀。局部快速磨损的特点是区域小、速度快，是受热面管子短时间失效的主要原因，防止局部快速磨损的措施较成功的结构防磨，即改变局部不合理的结构，尽可能避免出现各类不规则的凸起或凹陷，卫燃带与水冷壁过渡区部位防磨结构改造一般将该部位直管变弯管（让管设计）3，使沿管子向下流动的床料
12、和颗粒反弹碰撞点在耐火材料上，避免对管子的局部磨损；焊缝和焊补部位应打磨平整，热喷涂和喷焊部位应均匀光滑过渡，在耐火材料与管子的交界部位，耐火材料应避免挤占向下流动物料的流动通道，以上措施的实施可避免和减少局部快速磨损。2.3侧向磨损 侧向磨损是水冷壁向火侧约四分之一弧面均匀磨损，如图9所示，水冷壁向火侧一侧均匀磨损，表面光滑，厚度减薄12mm，而另一侧未发生磨损。侧向磨损主要发生的部位有旋风分离器出口部位两侧水冷壁墙和双面水冷壁以下的水冷壁前后墙。侧向磨损的主要原因如图10所示气固两相流在旋风分离器出口部位发生大角度转向，使气流以一定的角度冲刷左右两侧墙，使水冷壁迎风侧产生侧向磨损，冲刷角度
13、越大，磨损的范围就越宽。图9 水冷壁侧向磨损 Fig.9 The side-erosion in the waterwall 双面水冷壁炉膛中心线烟气出口左侧墙水冷壁易磨损部位前墙水冷壁后墙水冷壁易磨损部位图10 侧向磨损的原因示意Fig.10 The sketch map of side-erosion防止侧向磨损的较可行有效的措施是加装阻流板，阻流板为长条状，立焊在鳍片中间，高度一般比管子半径高23mm，每隔45根管子焊一条阻流板4。 循环流化床锅炉受热面管子的磨损是多因素影响的结果，影响因素主要有烟气流速、飞灰浓度、飞灰的撞击可能性系数、飞灰的磨损特性、烟气中飞灰浓度和流速不均匀性分布系
14、数、材质等有关，磨损量的经验公式可由下式表示： V3d2HHd-1公式中：磨损量。V颗粒速度。d颗粒的直径。烟气中的飞灰浓度。H飞灰磨损特性系数。飞灰的撞击可能性系数。Hd材料的耐磨性系数。运行时间。3结论和建议 磨损是循环流化床锅炉固有的特性，循环流化床锅炉防磨是一项系统工程，防磨措施一般包括结构防磨、材料防磨和运行防磨三方面。以防磨措施的制定需根据锅炉的磨损机理和原因，综合比较防磨效果、施工难易程度、效率、成本等因素后才能确定。从运行方式、参数、部件结构和工艺、材料角度出发，针对不同锅炉和不同部件，采取综合防磨技术，是解决CFB锅炉磨损问题的有效方法。参 考 文 献1Robert W. L
15、yczkowski, Jacques X. Bouillard. State of-art review of erosion modeling in fluid/solids systems. Progress in energy and combustion science , 2002,28:543-602.2岑可法 倪明江 骆仲泱等循环流化床锅炉理论设计与运行，北京：中国电力出版社，1998,53姜述杰，高飞.循环流化床锅炉磨损问题初析.锅炉制造，2002，3：15-174邓化凌. 循环流化床锅炉水冷壁磨损机理及防磨技术研究.博士论文,2006.3作者简介：潘子华（1965-），男，山东寿光人，副教授，目前主要研究方向为电厂金属材料的检测分析研究。