循环流化床锅炉采用流态化的半悬浮燃烧方式, 在循环流化床锅炉的运行中, 含有燃料、燃料灰、石灰石及反应物的固体床料在炉膛→分离器→回料阀→炉膛这一封闭循环回路里处于不停的高温循环流动中, 并在炉内850℃~900℃进行高效率燃烧及脱硫反应。在重力作用下, 床料在循环回路中不断的进行循环流动, 在循环回路的相应部位必然产生磨损, 使锅炉承受内压的受热面金属管子壁厚减薄直至爆管停炉, 因此需要采取有效措施以控制磨损。
循环流化床锅炉使用的是含硫量较高和燃用热值较低的煤种, 由于燃料的颗粒硬度和灰分越大, 且流速较高, 就会造成受热面管壁的切削作用较为强烈, 使得循环流化床锅炉的磨损程度也加重。特别是在掺烧煤矸石或者一些高硬度额燃料的时候, 就会严重的缩短受热面爆管的时间。
我们知道, 由于循环流化床锅炉其特有的燃烧方式, 使得其炉内的固体物料的密度系数比煤粉炉高出很多, 烟气颗粒浓度越大, 对整个循环流化床锅炉的管壁的冲击和冲刷力就会越大, 整个受热面的磨损量增加。
烟气流速是影响炉内壁磨损最主要的因素。烟气流速的大小直接影响到流动飞灰的运动动能和单位时间内冲击到炉内壁的灰粒量。研究表明, 在煤质和受热面布置方式相同的情况下, 管壁表面单位面积磨损量与烟气流速的三次方成正比, 即烟气的流速增加一倍, 磨损速度增加七倍。
循环流化床锅炉受到严重磨损的区域通常发生在有下降固体粒子回流的区域具体分析如下。
燃烧室中部是气流向上的核心区, 颗粒以大约5m/s的速度随气流流动。在核心区外围颗粒则沿管壁向下流动形成回流从上到下密度分布不均, 在炉膛上部最小而在下部最大。影响炉膛上部磨损的因素主要有床料的粒径、颗粒的形状、颗粒的硬度以及供料量。炉膛下部床层处于浓相流化态, 颗粒速度和轨迹是杂乱无章的, 这就大大加剧了下方水冷壁管冲蚀磨损问题的严重性。管壁上任何凹凸不平的不规则形状都会加剧磨损, 炉膛下部敷设耐火材料 (卫燃带) 与水冷壁管的交界处就是这种情况, 有两方面的原因:一是在交界区域沿壁面向下流动的固体物料与炉内向上流动的固体物料运动方向相反, 在局部产生涡流另一个原因是沿壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变, 对水冷壁管产生冲刷。
如果炉顶部受热面与炉膛出口处上沿处于一个水平面上, 或高度相差不大, 由于气固流在离开炉膛时在炉膛顶部区域转弯, 产生离心作用, 将大颗粒物料甩向炉顶, 烟气中固体粒子因惯性会冲刷顶部受热面, 从而易造成该部位磨损。
旋风分离器的磨损主要发生在进口烟道和筒体上部, 就是受入口高速烟气所携带的固体粒子因惯性而直接冲刷的部位在该处气流方向发生90°的偏转, 环形核心区的消失也会产生很大的脉动, 使入口端邻近区域受到极大影响, 因此, 必须采取必要的措施防止该处管壁失效。
尾部对流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, 烟气中含有的飞灰颗粒冲刷受热面, 在炉膛出口处气固两种物质的流向转了90°角, 在尾部烟道烟气是向下流, 颗粒一边随烟气流动, 一边受重力作用, 颗粒的绝对速度是烟气速度加上颗粒速度, 导致省煤器等尾部的受热面磨损加重, 在省煤器等尾部受热面管束的弯头与炉墙之间如间隙较大, 易形成烟气走廓, 磨损将加速。
循环流化床锅炉中大部分受热面都敷设有耐火材料, 用来防治受热面的磨损。耐火材料应具有耐高温、抗侵蚀、耐磨损和抗热震的性能。
在炉膛下部锥段、水冷屏和水冷屏下部、炉顶的后部及炉膛出口四周一定区域为了防磨, 敷设厚度约为60mm (水冷壁中心线) 的防磨层;采用让管技术:在锥段和垂直段交接的区域, 水冷壁管子弯向炉外突出, 保证炉膛内下落物料垂直落在耐磨层上;控制焊缝焊接质量:耐磨层以上的水冷壁管子烟气侧的对接焊缝要求磨平, 焊缝残留高度不大于1mm。门孔处水冷壁管点焊一些金属防磨盖板或喷涂耐磨材料。
炉膛顶部及分离器长期经受着带煤粒子的高温烟气高速冲刷, 一般需要承受800℃~900℃的高温, 而且温度循环变化很频繁。因此这一区域一般可通过将炉顶与距旋风分离器的水平烟道拉开足够的距离来解决。同时采用耐火材料多层衬里, 保温层材料可以由致密的有不锈钢丝的抗磨材料覆盖。
在旋风筒及回料阀中需要使用大量的耐火材料, 这些区域一般是用烧好的耐磨耐火砖砌筑或用浇注料在现场浇注而成。而耐火衬里通常是带有绝热保温层的, 推荐使用振动浇注使衬里具有足够的强度和耐磨性能, 锥体部分推荐使用热膨胀系数低的浇注料。特别强调的是高温耐磨层, 在施工过程中要求耐磨层表面平整, 光滑过渡。分离器中心筒采用高温高强度耐磨的奥氏体不锈钢材料。
对流受热面防磨可提高气固分离装置的分离效率, 或在炉内装飞灰除尘器, 通过降低烟气中的飞灰浓度从而减轻对流受热面的磨损;降低速度场和飞灰浓度场的不均匀性, 如在烟道转弯处加装导向板等, 以防止局部严重磨损。
目前, 循环流化床锅炉通过采取如上的防磨措施, 取得良好的效果, 但仍不能做到尽善尽美, 磨损仍是困扰循环流化床锅炉安全持续运行的首要问题。因此如何从防磨机理出发, 进一步采取有效的防磨措施, 还要作进一步的努力。
摘要：本文从循环流化床锅炉的磨损机理入手, 分析了造成循环流化床锅炉磨损问题的原因, 并根据掌握的理论知识和实际经验在文章最后提供了经济可行的防磨措施。
关键词：循环流化床锅炉,磨损,防磨
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