循環(huán)流化床鍋爐(CFB)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種節(jié)能環(huán)保型燃煤鍋爐。與其它類型的鍋爐相比，它具有燃料適應(yīng)性好、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)好、脫硫效率高、NOx排放低等優(yōu)點(diǎn)。在近30年內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐得到飛速發(fā)展，成為火力發(fā)電史上最有希望的低污染燃燒技術(shù)之一。但由于循環(huán)流化床鍋爐采用特殊的燃燒方式，爐內(nèi)受熱面三管（水冷壁管、過(guò)熱器管、省煤器管）磨損問(wèn)題比其它鍋爐更為嚴(yán)重，以至于出現(xiàn)漏管、爆管導(dǎo)致非計(jì)劃停爐等問(wèn)題，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行、電廠的效益及工農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，由于磨損造成的停爐事故接近事故停爐總數(shù)的’50%…。在這些受熱面管子磨損問(wèn)題中，水冷壁管的磨損問(wèn)題尤為突出。因此，解決循環(huán)流化床鍋爐的水冷壁磨損問(wèn)題，是提高循環(huán)流化床鍋爐利用率的有效途徑。作者根據(jù)資料調(diào)研和多年的電站鍋爐檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)440t/h循環(huán)流化床鍋爐的水冷壁磨損機(jī)理、磨損原因和磨損發(fā)生的主要部位進(jìn)行了探討、分析，提出一些切實(shí)可行的具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義的防磨措施。
1、循環(huán)流化床鍋爐水冷壁磨損機(jī)理
磨損問(wèn)題是國(guó)內(nèi)外行業(yè)專家不斷深入探索的課題。研究發(fā)現(xiàn)，磨損主要與弋灰流速、飛灰粒徑、
飛灰濃度以及流場(chǎng)的不均勻性有著密切關(guān)系。磨損量E就是衡量材料磨損性能的常用指標(biāo)之一。
磨損量E的計(jì)算公式如下
式中：fl為灰粒特性系數(shù)，與飛灰粒徑相關(guān)；f2為受熱面布置形式及沖刷方式系數(shù)；C為飛灰濃度；V為飛灰流速；n在3.0~ 4.0之間的指數(shù)。在循環(huán)流化床中，床料和物料一直處于流化狀態(tài)，使得飛灰濃度C很高，飛灰流速V也很大。這些都會(huì)加劇金屬的磨損。
在機(jī)理上，金屬的磨損可分為兩類：一是金屬表面在固體顆粒的沖刷下，因摩擦而導(dǎo)致的金屬部件的逐漸失重；另一類是在金屬表面形成一層氧化膜，膜的硬度很高但很脆，在物料顆粒的沖刷下，氧化膜出現(xiàn)極小微塊的剝落，在剝落掉的金屬表面再形成新的氧化膜層，磨損就在這一過(guò)程中進(jìn)行。循環(huán)流化床鍋爐中，部件的磨損主要表現(xiàn)在沖蝕磨損。所謂沖蝕磨損，是指流體或固體顆粒以一定的速度、角度對(duì)材料表面進(jìn)行的沖擊磨損。在微觀狀態(tài)下，沖蝕磨損分為兩種基本類型：一種是顆粒貼近材料表面沖擊角較小、長(zhǎng)期作用刨削材料表面而成的沖刷磨損；另一種是顆粒相對(duì)于材料表面沖擊角較大（甚至接近垂直），高速運(yùn)動(dòng)的顆粒長(zhǎng)期撞擊材料使材料塑性變形層整片脫落而形成撞擊磨損。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2、循環(huán)流化床鍋爐水冷壁主要磨損部位和原因分析
在440t/h儋環(huán)流化床鍋爐爐膛內(nèi)，由于固體物料濃度高、風(fēng)速大，使得爐內(nèi)水冷壁的磨損問(wèn)題比較突出。在高速運(yùn)動(dòng)中，流場(chǎng)的不確定因素很多，其中固體物料沿著爐膛水冷壁向下回流是造成水冷壁管磨損的主要原因。實(shí)踐表明，爐內(nèi)水冷壁管的磨損主要集中在以下三個(gè)區(qū)域：
2.1爐膛下部密相區(qū)耐火材料與水冷壁過(guò)渡區(qū)域的管壁磨損
此過(guò)渡區(qū)域水冷壁磨損最為嚴(yán)重所示，主要有兩個(gè)原因：一是沿水冷壁面下流的固體物料與爐內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的固體物料逆向流動(dòng)，在局部產(chǎn)生渦旋流；二是沿爐膛壁面下流的固體物料在交界區(qū)域產(chǎn)生流動(dòng)方向的改變而對(duì)管子產(chǎn)生沖刷。但此區(qū)域的水冷壁管的磨損并非在爐膛四周均勻發(fā)生，而是與爐內(nèi)物料總體流動(dòng)形式相關(guān)。在陽(yáng)山電廠的#3鍋爐檢驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)該部位磨損嚴(yán)重（如圖2所示）。該管子規(guī)格∮60×6.5mm，最小需要壁厚5.62mm，而在此過(guò)渡區(qū)測(cè)得大量壁厚小于5.62mm的管子，其中最小壁厚為3.3mm，可見(jiàn)磨損非常嚴(yán)重。
2.2爐膛水冷壁四個(gè)角部區(qū)域管壁的磨損
爐膛水冷壁四個(gè)角部也是磨損較嚴(yán)重的區(qū)域。磨損的原因是該區(qū)域壁面夾角形成的空間使向下流動(dòng)物料的濃度較大，同時(shí)物料沿水冷壁表面回流在角落區(qū)域發(fā)生碰撞使得流動(dòng)狀態(tài)遭到破壞，這就使得四角區(qū)域的水冷壁管磨損比較嚴(yán)重，甚至把鰭片磨穿。
2.3爐膛不規(guī)則區(qū)域管壁的磨損
不規(guī)則區(qū)域主要指水冷壁上有可能使下降的灰粒流動(dòng)改變方向，對(duì)水冷壁形成沖擊磨損的區(qū)域。如在穿墻管、爐墻開(kāi)孔處的彎管、管壁上的焊縫和磨損補(bǔ)焊、人孔門(mén)和觀火孔等圓孔處，等等。即使很小幾何尺寸（灰粒尺寸的數(shù)倍）的不規(guī)則也會(huì)造成局部的嚴(yán)重磨損。磨損的主要原因是不規(guī)則管壁對(duì)局部流動(dòng)特性造成較大的擾動(dòng)，是由邊壁區(qū)向下流動(dòng)的高速、高濃度灰粒碰到不規(guī)則突起而改變方向沖刷水冷壁所致。在陽(yáng)山電廠#3鍋爐檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的管壁焊縫余高未磨平、管壁表面突出物未割除和在梅縣荷樹(shù)園電廠#1鍋爐檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的臨時(shí)吊耳焊點(diǎn)未磨平等都導(dǎo)致了該不規(guī)則區(qū)域的嚴(yán)重磨損。
3、防磨措施
3.1爐膛下部密相區(qū)耐火材料與水冷壁過(guò)渡區(qū)域的防磨措施
(l)在耐火層以上1000mm高度內(nèi)的水冷壁易磨損部位噴涂耐磨合金
熱噴涂技術(shù)是一種工件表面強(qiáng)化和保護(hù)的工藝方法。它以氣，液態(tài)、電弧做熱源，將噴焊材料加熱到熔化或塑性狀態(tài)，借助于壓縮空氣或火焰推力將之噴射到預(yù)處理工件表面上，以獲得均勻致密的金屬表層，起到耐磨損、耐腐蝕、耐熱、抗氧化等作用，達(dá)到修復(fù)和延長(zhǎng)使用壽命的目的。熱噴涂叉分為火焰噴涂和電弧噴涂?jī)煞N。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)循環(huán)流化床鍋爐大多采用亞音速火焰噴涂、普通電弧噴涂、超音速電弧噴涂和亞音速火焰噴涂相結(jié)合的噴涂方法。
根據(jù)不同的噴涂方法，不同的廠家采用的噴涂材料也不盡相同，但主要是含陶瓷相材料（如高鉻鎳合金材料）。目前常用的的噴涂材料有Ni60、25NiCr/75Cr3C2、FeAl/WC、LX88A等，這些材料都不能同時(shí)完全滿足既耐高溫、耐磨、耐蝕、抗氧化又具有良好的熱導(dǎo)性等各項(xiàng)要求。
綜合生產(chǎn)成本、工藝性能、防磨效果等多方面因素，根據(jù)電廠的實(shí)際情況，常采用亞音速火焰噴涂鎳基合金粉末N160方法。該粉末具有硬度高，硬性好(在600℃左右，HRC≥54～57)、熔點(diǎn)低、自熔性好、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，良好的流動(dòng)性可獲得光滑平整的焊層表面。利用該技術(shù)，噴涂層厚度一般為0.6~0.8mm，與母材結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)290Mpa。Ni60粉末的化學(xué)成分如下表1：
(2)采用防磨彎管技術(shù)
目前新設(shè)計(jì)的CFB鍋爐，普遍采用將膜式壁折彎（讓管），使該處澆注料與膜式壁肋片形成上下一致的垂直平面。這樣物料流沿壁面平直下滑，消除了局部渦流區(qū)，使耐磨材料與光管交界處的磨損大大減輕。采用該技術(shù)的CFB鍋爐，在澆注料施工完畢后拆模板時(shí)，一定要檢查確認(rèn)澆注料與折彎上部膜式壁肋片過(guò)渡要平滑，不能出現(xiàn)臺(tái)階或滲漿造成的棱角。
該措施一般適用于新設(shè)計(jì)的鍋爐；而對(duì)早期投運(yùn)的鍋爐進(jìn)行讓管改造的投資太大，因此很難推廣到老鍋爐的改造中。
3.2爐膛四個(gè)角部區(qū)域的防磨措施
目前，一般對(duì)爐膛角部的幾根水冷壁管沿高度方向全部敷設(shè)耐磨澆注料，或?qū)⒔遣康乃浔诤亡捚鶢t膛內(nèi)平移8～15mm，使每個(gè)角部的水冷壁由一個(gè)90°夾角變成兩個(gè)約135°夾角，從而大大減少角部的嚴(yán)重磨損問(wèn)題。
3.3防磨堆焊技術(shù)
防磨堆焊技術(shù)常應(yīng)用于管子局部磨損部位。在需要防磨的金屬材料表面，堆焊一定厚度的熔焊金屬，使被防磨母材具有較高的抗磨損性能；該技術(shù)常應(yīng)用于水冷壁過(guò)渡區(qū)、吹灰孔等處。例如，CrMoWVNhTi系合金就是一種工藝性能優(yōu)良、高硬度(HRC≥62)耐磨鐵基堆焊材料，其強(qiáng)化機(jī)構(gòu)是強(qiáng)韌性良好的馬氏體基體和彌散分布的一次碳化物顆粒，可起到很好的防磨效果。
3.4水冷壁上避免凹凸不平
任何壁面凸起物都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的磨損。因此，向火焊縫要磨平，突出物要割除、磨平且保證光滑，鰭片應(yīng)避免在安裝時(shí)向外凹陷。
3.5保持膜式壁的垂直度
膜式壁的垂直度對(duì)磨損程度有非常重要的影響。因此制造水冷壁時(shí)要保證直線度、安裝時(shí)要保證垂直度。隨著對(duì)循環(huán)流化床鍋爐認(rèn)識(shí)的深入，對(duì)制造和安裝質(zhì)量要求的大大提高，這類磨損已大幅度減少。
3.6優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，降低燃料粒徑，盡量減少一次風(fēng)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
燃料粒徑越小，越有利于燃燼和提高鍋爐熱效率、減低對(duì)管子的磨損，但也意味著碎煤設(shè)備和能耗的增加。相反，粒徑越大，將加大一次風(fēng)的使用量，增大磨損。國(guó)內(nèi)對(duì)流化床研究數(shù)據(jù)表明，燃料粒徑介于20—650um時(shí)降低磨損的效果最好。因此，在運(yùn)行中要嚴(yán)格控制燃料的粒徑，在滿足燃燒的前提下，盡量減少一次風(fēng)和二次風(fēng)的使用量，從優(yōu)化運(yùn)行上降低水冷壁管的磨損。
4、結(jié)論
循環(huán)流化床鍋爐以其環(huán)保、高效等優(yōu)越性得到越來(lái)越快的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)部分電廠的1025t/h亞臨界再熱自然循環(huán)流化床鍋爐已經(jīng)運(yùn)行，且更多的1025t/h循環(huán)流化床鍋爐正在安裝之中。循環(huán)流化床鍋爐水冷壁防磨措施雖取得了一些成效，但從運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，形勢(shì)仍然非常嚴(yán)峻。因此，如何從防磨機(jī)理出發(fā)，采取進(jìn)一步的防磨措施，還需要更多的研究和實(shí)踐，這對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的推廣應(yīng)用是一個(gè)十分重要又現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。
