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循环流化床锅炉磨损分析及对策

摘要：随着技术的不断发展，循环流化床由于其适用范围广、热效率比较高、环保性比较强，已经得到了广泛的应用。然而在锅炉运行的过程中，其受热面容易遭到磨损，从而对整个系统的稳定运行产生了严重的影响。本文对受热面磨损的机理进行了深入的研究，并且根据其产生的原因提出了相应的解决措施，从而保证了机组的正常运行。
关键词：循环流化床(CFB); 受热面; 磨损; 对策

0 引 言
在近几十年来，循环流化床锅炉作为煤清洁燃烧技术得到了迅速的发展[[] 邢伟. 大型循环流化床锅炉技术发展现状及展望[J]. 四川电力技术, 2008, 31(2):51-52.
]。这是一种新型的燃烧技术，其与传统燃烧技术存在着明显的区别，其主要机理如下所示：颗粒在流化的状态下，其与空气中的氧气进行充分地接触，吸收空气中的热量，保证燃料颗粒的完全燃烧。燃烧释放出的热量主要由水冷管吸收，燃烧后烟气通过旋风分离器，将携带的固体颗粒分离出来，这部分颗粒经过物料输送装置再次返回到炉内进行燃烧，分离后的烟气通过引风机进入机组的尾部烟气通道，经过过热器、空气预热器进行一系列的换热，随之经过空气冷却塔排放到大气环境中。由于燃料颗粒始终处于流化的状态，使得其对锅炉的冲刷作用比较严重，从而导致锅炉磨损的发生。
1 锅炉运行过程中易磨损区域
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图1 循环流化床锅炉磨损区域
对于循环流化床而言，机组磨损区域如图1所示，主要包括以下三个区域：1-受热面水冷壁管、2-旋风分离器和3-尾部对流换热面。其中，水冷壁管是锅炉最容易磨损区域[[] 由俊坤, 王朝伟, 王绍辉. 循环流化床锅炉磨损问题分析[J]. 能源研究与信息, 2007, 23(2):91-95.
]。资料显示，大部分CFB的安全事故主要是由于受热管磨损所造成的[[] 卢刚. 循环流化床锅炉水冷壁磨损特性研究[J]. 华北电力大学学报, 2005.
]。因此，本文的研究主要针对水冷管的磨损机理进行简单的介绍。
2 水冷管易磨损区域
由于水冷管主要安装在炉膛的四周，当燃料在炉膛内燃烧时，其燃烧释放的能量主要由水冷管吸收，从而使其成为磨损最为严重的区域[[] 李福友. 循环流化床锅炉的磨损分析与对策[J]. 现代电力, 2005, 22(1):56-61.
]。通过对CFB水冷管磨损进行深入的研究，我们发现，其磨损情况比较严重的区域主要包括以下几个方面：
(1)水冷管与耐火材料过渡区的磨损。为了提高锅炉的热效率，就需要增加其加热面，循环流化床与传统锅炉水冷管的铺设方式不同，耐火砖主要铺设在炉膛下部区域，使得两者之间存在一段间隔区域，导致烟气的流动发生了变化，从而使得这段区域的水冷管磨损严重。
(3)不规则管壁区域的磨损。在循环流化床实际运行的过程中，会需要设置一些观察口和检测口，使得炉膛形状出现不规则的情况。在这些区域，水冷管的铺设就需要进行特殊设计，从而导致在这些区域拐弯处的磨损情况比较严重。与此同时，在水冷管对接的过程中，需要采取焊接的方式，在焊接位置也会比较容易出现磨损。
3 水冷管磨损原因分析
在锅炉实际运行的情况下，磨损问题能否有效解决，关系到机组的正常运行。因此，我们首先需要对其磨损原因进行深入的分析。水冷管磨损过程也是非常复杂的，然而其主要原因主要包括以下几个方面：
(1)燃料颗粒在燃烧的过程中，需要保持流化的状态，颗粒运动速度比较快，其对水冷管的冲击作用比较严重，从而使水冷管受到磨损。
(2)水冷管的铺设具有一定的不规则形，因此导致其受热不是非常的均匀，在长期运行的过程中，其就会面临破管的风险[[] 马增益, 严建华. 循环流化床床内受热面磨损特性的试验研究[J]. 动力工程, 2000, 20(3):674-677.
]。
(3)炉膛内沿水冷管下流的燃料颗粒与流化上升的颗粒运动方向不一致，导致局部涡流的产生，从而对管壁产生一定的磨损。
4 水冷管磨损影响因素分析
影响水冷管磨损的因素有多种，主要包括燃料的性质、机组运行参数、水冷管的特性等[[] 胡昌华. 循环流化床锅炉磨损规律[J]. 四川电力技术, 1999, 22(6): 7-11.
]。
4.1 燃料性质的影响
循环流化床能够得到广泛的应用，其主要优点就是燃料的适用范围比较广，因此对于不同燃料，其特性存在着较大的差距。不同燃料对于水冷管的磨损情况是不同的。对于一些磨损性比较强的燃料而言，长期使用这一燃料，就会使得锅炉相关组件的维修周期明显缩短，与此同时，燃料颗粒的形状也会对锅炉的寿命产生较大的影响[[] 孙佰仲, 姜春坤, 王擎. 循环流化床锅炉气动防磨技术研究[J]. 锅炉技术, 2014, 45(4):27-33.
]。
4.2机组运行参数的影响
对于机组运行参数而言，其影响因素主要包括以下几个方面：
(1)流化风速的影响。如果流化风速过大，就会使得炉膛内的燃料颗粒浓度增大，颗粒的运动速度得到明显的提升，使得颗粒间的摩擦逐渐加重，然而其对水冷管的冲击作用也得到一定程度的提高，从而导致水冷管的磨损加剧。
(2)循环倍率的影响。当机组负荷提高时，就会使得循环倍率得到相应的增加，使得炉膛内热量的传递得到很大程度的改善。燃料颗粒浓度升高，水冷管的换热系数相应的提高，其管道表面的磨损也较为严重。
(3)床温的影响。炉膛内烟气温度随着床温的升高而增加，如果烟气温度过高，就会使得炉膛内的颗粒软化，使其粘附在水冷管表面，导致其受热不均，产生一定的磨损。与此同时，温度过高也会对管道的机械性能产生一定的影响。如果温度过低，就会使得管道温度低于烟气内水蒸气的露点温度，从而使其发生凝结，容易造成管道的腐蚀。
4.2水冷管特性的影响
(1)水冷管材质的影响。水冷管的材料硬度及其相应的热物理性能与其磨损具有紧密的联系。
(2)水冷管布置方式的影响。对于其排列方式而言，主要包括顺排和错排，然而顺排磨损的影响较错排而言相比较小。管道之间的空隙距离也会对气泡产生一定的影响。与此同时，在设计的过程中，尽量减少弯管出现的数量。
5 水冷管防磨损的主要技术措施
(1)在水冷管的表面涂抹一些防磨损材料。相比于水冷管材质而言，涂抹材料的硬度相对比较大，在机组运行的过程中，水冷管表面温度比较高，涂抹材料能够形成一层比较致密的保护层，从而避免水冷管的磨损。
(2)水冷管设计的过程中，减少管道拐弯的现象。在对其进行焊接时，需要将其焊缝位置进行打磨，从而减小燃料颗粒对其的冲击作用。
(3)在水冷管布置的过程中，尽量选用顺排的布置方式。
(4)选择合理的机组运行参数。通过前面介绍，机组运行参数的合理选取对水冷管的防磨起着关键性的作用。在实际运行的过程中，要综合考虑系统实际需求和管道保护的多种因素。
(5)燃料的合理选取。需要对燃料的特性及其颗粒的粒径进行合理控制，选取一些硬度适中、燃烧热量比较高的煤种作为燃烧燃料。并且还要选取合适的燃料颗粒粒径，在保证机组正常运行的过程中，减少颗粒对管道的磨损。
6 结论
管道防磨是保证机组正常运行的必要条件，我们需要加强其重视。通过本文的研究，循环流化床管道的磨损过程非常复杂，我们对其主要运营进行了深入的分析。其影响因素也是多种多样的，其主要影响因素主要包括燃料的性质、机组运行参数、水冷管的特性等。针对上述的影响因素，提出了一系列的解决措施，其主要目的就是能够从根本上解决管道的磨损现象，保证机组的正常运行，提高其运行寿命，从而实现效益最大化。